關(guān)于召開 2024 山西省煤炭學會煤礦智能化委員會年會暨千人智庫科創(chuàng)服務站工作會的通知

The Examination of Heavy Equipment assembly and migration underground

Hongbin Xuan

(Jinhuagong Mine,Datong Coal Mine Group, Datong Shanxi province 037016)

Abstrack: Trough design the new assembly Chamber of Large-scale hydraulic,design the new heavy equipment overturned faceilities, improve technology, to achieve rapid separation downhole assembly of large equipment,and quickly retreat in the face turned on the mine flatbed transport,mine achieved the rapid assembly of large equipment,transport.

Key words: hydraulic support  assembly  chamber

1.   前言

   隨著煤礦開采技術(shù)的不斷發(fā)展，綜采工作面單產(chǎn)產(chǎn)量不斷攀升，綜采設備不斷在向大功率、高強度，長壽命發(fā)展。液壓支架作為綜采工作面頂板安全防護的主要裝備也已經(jīng)由輕型邁向了重型。由于設備重量的不斷增加，給煤礦井下的運輸移動提出了新的課題，即如何將大噸位的井下設備實現(xiàn)快速分解、組裝，如何縮短設備搬家停留時間，提高設備在崗時間，實現(xiàn)安全高效生產(chǎn)，為此，以目前同煤集團的生產(chǎn)礦井在這方面的技術(shù)研究為例，探討重型設備井下快速組裝運移。

2.   重型設備井下分解、組裝、運移概況

   以同煤集團大采高工作面使用的ZZ9900/29.5/50支撐掩護式液壓支架為例。該支架由北京煤礦機械廠生產(chǎn)，支架高度最高5000mm，最低2950mm，寬度1670-1840mm，長度8950mm，支架重量30噸。由于礦井巷道歷史設計原因，根本無法滿足這種大體積，大重量支架的運輸，只能先對支架解體后運輸，然后再對支架進行重新組裝。傳統(tǒng)的組裝方式是在組裝硐室上方使用11#工字鋼用U型卡連接，錨索錨固吊裝梁，在吊裝梁上打吊裝孔，來起吊液壓支架。由于該液壓支架頂梁重量大，需吊裝梁的承受力大，打吊裝孔的數(shù)量多。況且支架高度又比較高，工人組裝的難度大，工作環(huán)境安全系數(shù)低。如果只組裝少數(shù)幾個支架用傳統(tǒng)方法完全可以完成，但是對于成批量上百個支架組裝，用傳統(tǒng)方法就會暴露出許多缺點，1、由于錨索梁受拉疲勞，錨固力下降而使得組裝時，工人的安全系數(shù)大幅降低；2、盡管工人勞動強度大，但是效率卻很低；3、極易對支架部件造成損壞。因此，必須改進落后的不適應生產(chǎn)的傳統(tǒng)工藝，重新設計新的能適應重型設備拆裝的輔助設施，適應先進的煤礦開采形勢。另外，為提高效率，支架搬家時考慮整架運輸，但外形尺寸大對運輸巷道的高度，寬度有很高的要求，按照現(xiàn)有的巷道，只能對支架進行翻倒，躺著裝車。而立裝支架重心高，在運輸過程中重心不穩(wěn)，不好運輸。

    

3.   重型設備快速組裝可行性分析

   以北京煤礦機械廠生產(chǎn)的ZZ9900/29.5/50支撐掩護式液壓支架在井下快速組裝為例，分析構(gòu)件的最大尺寸和結(jié)構(gòu)尺寸，重新設計支架組裝硐室，長度17000mm，高度6000mm，分為A硐室、B硐室。

   

   A硐室

   A硐室高度4500mm，長度3500mm，組裝支架立柱，吊裝梁采用縱向11＃工字鋼與橫向11＃工字鋼焊接，中間用“U”螺栓固定在一起，吊裝梁用長4000mm錨索與頂板固定。

   
   

   B硐室

   B硐室高6000mm,長10000mm設計起吊裝置起吊支架頂梁，對支架進行整體組裝。并有站人平臺，便于工人能在高處作業(yè)。另外設計重型設備的翻轉(zhuǎn)裝置，稱為龍門吊，使支架能安全翻轉(zhuǎn)裝車。

   將支架拆裝后，分別用平板車裝運。1#平板車裝支架底座及后連桿。2#平板車裝支架立柱。3#平板車裝支架頂梁。支架的組裝，在平板車上進行，工人不需移動支架的部件，只移動平板車即可。

   4  重型支架快速組裝原理及工藝流程

   （1）將1#、2#、3#平板車依次進入A、B硐室。

   （2）用滑輪a將立柱從2#平板車起吊到1#平板車位置處，并用4個3噸導鏈將立柱穩(wěn)入底座柱窩里。

1. 用起吊裝置將支架組合頂梁整體吊起到距離軌道面4m處，并用2個3噸導鏈吊起護幫板，在頂梁上掛1個1噸導鏈將前連桿吊起，組合。頂梁整體吊起后要使之平衡。

2. 將1#、2#、3#平板車向進入的反方向退出，使裝底座的1#平板車處在原來3#平板車位置處，將支架整體聯(lián)接組裝，組裝后拉到卸車臺處。卸車后將支架運入工作面中。

            支架翻轉(zhuǎn)裝置（如圖所示），起先，設計在頂板打幾組錨索圓盤，而錨索圓盤存在安全隱患，最后優(yōu)化設計成一組龍門架。根據(jù)支架的高度、寬度、起吊點及實現(xiàn)空中翻轉(zhuǎn)的要求，設計龍門架的高度為5800mm，寬度為4500mm的整體剛性結(jié)構(gòu)，又根據(jù)支架的重量，采用30#工字鋼并驗證計算，其本身由兩根柱腿和一根橫梁組成。使用時穩(wěn)裝于巷道兩側(cè)并用高強度螺栓連接緊固。

   支架翻轉(zhuǎn)時，工藝流程如下：

   （1）將支架平拉至龍門中心位置。

   （2）用長錨鏈固定支架兩底座，并將兩吊鉤分別鉤住兩側(cè)錨鏈中心。

   （3）兩側(cè)絞車同時啟動先將液壓支架平吊距離底板300mm高度，然后兩吊鉤配合作業(yè)，一個起吊，另一個下放，直至將支架橫倒。

   （4）推入平板車進入液壓支架下方，慢松絞車繩將液壓支架放到平板車上固定。

   5  設計時對梁的強度計算：

   以和11#工字鋼相近的型鋼為例，按照3米長計算，最大彎矩臨界值為：

       

   式中M_{max------------------------------------------}最大彎矩

          C_{--------------------------------------------------}臨界應力

          L_{--------------------------------------------------}型鋼的長度，3米

          E---------------------------------彈性模量

        I_{y------------------------------------------------}慣性距

          G---------------------------------切變彈性模量

        J----------------------------------扭轉(zhuǎn)級慣性矩，

    

   

        式中  C-------------------------臨界應力系數(shù)

   C₁------------------------系數(shù)

              μ------------------------長度系數(shù)0.5

   C₂------------------------系數(shù)

   ------------------扇性慣性矩，對工字板梁

   ，

   式中h-------------------------型鋼高度12.6

   對型鋼查表J—扭轉(zhuǎn)級慣性矩，

   其中型鋼=1.2

        式中b-----------------型鋼腿寬7.4cm

            d----------------- 腰厚0.5cm

            t_{f------------------------------}平均腿厚0.84cm

   查表可知c₁=1.07，c₂=0.42,=0.5,, 

   ,h=12.6cm,L=300cm,b=7.4cm,t=0.5cm,t_f=0.84cm

   把數(shù)據(jù)代入前面公式，可得

   ==1865.43

   ==4.14

   式中b--------------------------型鋼腿寬

       t_{f-----------------------------------------}平均腿厚

          h---------------------------型鋼高度

        d----------------------------腰厚

   所以=

   

   =6.365

   =

   

   式中 p-----------------載荷

        L----------------型鋼長度

   

   可知：P=514000N=52500Kg=52.5噸

   因其最大件重量17噸，組裝峒室滿足。

   龍門吊的鋼梁采用20#工字鋼，其強度遠遠大于支架重量（30噸），翻轉(zhuǎn)工藝滿足。

1. 實用性和效益

   組裝峒室及設備翻轉(zhuǎn)裝置（龍門吊）設計直觀，簡單易懂，工人作業(yè)安全程度高，同時，對組裝工藝流程科學設計，大大縮短了設備組裝、裝車時間，降低了工人勞動強度，緊貼煤礦生產(chǎn)實際，與現(xiàn)代化的煤礦生產(chǎn)接軌運行，使綜采工作面的搬家時間提前了10天左右，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益。安全管理同時有了質(zhì)的改觀，近幾年已經(jīng)在同煤集團許多礦井推廣應用，實踐證明這一成果的科學性和其實用性所帶來的經(jīng)濟效益和社會效益都十分顯著。

   作者簡介：宣宏斌，男，山西朔州人，中共黨員，1987年畢業(yè)于山西礦院，高級工程師，現(xiàn)任同煤集團晉華宮礦礦長。