單軌吊在液壓支架拆除運輸中的應用

李 慶

(西山煤電集團 馬蘭礦，山西 太原 030205)

1 礦井概況

馬蘭礦南五下組煤開采石炭系太原組8#煤層，煤層厚度4.5 m以上，以往選用ZZY-5200/19/42支撐掩護式支架，最大支護高度為4.2 m，無法達到一次性采全高，留底煤0.5 m左右，造成了煤炭采出率低，資源浪費。設計18504工作面時采用了西山煤機廠生產制造的ZY8000-25/50大采高液壓支架，18504工作面所采石炭系太原組8#煤層，屬穩定可采厚煤層，靠輔運巷側含一層不穩定夾矸，厚度0.05～0.33 m，平均厚度0.15 m，煤層厚度4.00～4.95 m，平均4.53 m. 18504工作面絕對瓦斯涌出量為45.25 m3/min，相對瓦斯涌出量為7.661 m3/t，煤層為Ⅱ類自燃煤層，最低著火點溫度270 ℃，煤塵爆炸指數為48.9%，具有爆炸性。工作面最大涌水量為35 m3/h，正常涌水量為5 m3/h. 皮帶巷走向長89 m，采用全錨支護，5.5 m×3.5 m斷面,錨桿間排距 1 000 mm×1 000 mm，軌面距底板保證3 m. 輔運巷走向長89 m，采用錨桿、鋼帶、金屬網聯合全錨支護，5.0 m×3.5 m斷面，錨桿間排距950 mm×1 000 mm. 切眼全長256.152 m，切眼斷面8.0 m×3.5 m(凈寬4.2 m)，采用單體+鋼梁+菱形網+套棚支護。本工作面安設液壓支架150架，其中，超前支架2組，型號為ZYDC30000-30/55，輔運巷、皮帶巷各安設一組。排頭架為7架，型號ZYT8000-25/50，機頭安設4架，機尾安設3架。過渡架2架，型號ZYG8000-25/50，機頭機尾各安設1架。普通液壓支架139架,型號為ZY8000-25/50.具體技術參數見表1.

表1 兩柱掩護式液壓支架技術參數表

ZY8000-25/50型掩護式液壓支架應用于馬蘭礦18504綜采工作面，頂底板均為泥巖，底板松軟，頂板破碎。采煤機型號為MG-500/1140-GWD. 工作面刮板輸送機型號為SGZ-900/1050.

2 單軌吊選型計算與分析

依據該礦巷道實際情況，選用德國沙爾夫集團設計的DZ2200柴油機單軌吊，參照運輸最大部件和單軌吊機車的最大運行坡度進行計算：

F=g [(P1+P2+P3) sinθ+f(P1+P2+P3) cosθ]

式中：

F—所需牽引力，kN；

P1—單軌吊機車自重，t，取16.5；

P2—運輸的最大載荷，t，取30；

P3—起吊梁重量，t，取5；

g—重力加速度，N/kg，取9.8；

θ—最大坡度，(°)，取10；

f—滾動摩擦系數，取0.03.

計算可得：F=102.5 kN，所需牽引力102.5 kN小于單軌吊機車的額定牽引力120 kN，滿足支架運輸要求。

DZ2200單軌吊機車重載及空載的性能曲線見圖1.由圖1可知，單軌吊自重16.5 t，運輸的最大載荷支架約30 t，起吊梁重5 t. DZ2200單軌吊機車運送液壓支架(支架重量+設備自重=51.5 t)，行走在18°坡上時的速度為0.3 m/s，由于支架運輸路線中的實際巷道坡度均小于18°，機車從工作面至25 T行車轉載站的平均速度設為0.6 m/s.支架重量約為30 t，巷道最大坡度10°，單軌吊運輸要求運輸最大坡度10°，故巷道坡度符合安裝單軌吊運輸要求。

圖1 DZ2200單軌吊機車重載及空載的性能曲線示意圖

根據南五下組煤輔助運輸路線設計，柴油單軌吊機車輔助運輸選用DZ2200 柴油機單軌吊(如圖2)，滿足利用從25 T行車轉載站至18504工作面頂板處安設的單軌吊導軌往復運行，完全能夠滿足使用工況要求。

圖2 機車系統組成圖

3 液壓支架的爬架、裝車及運輸工藝

原選用的液壓支架下降最低高度為2.1 m，現選用的ZY8000-25/50型掩護式液壓支架下降最低高度為2.5 m. 如支架整體裝車運輸，裝車后高度為2.8 m，馬蘭礦現有的副斜提升井巷距軌道2.5 m，支架無法運輸至副斜提升。因此，必須制定切合實際的支架運輸方案。支架爬架前示意圖見圖3.

1—頂梁 2—側護板 3—立柱 4—馬鞍梁 5—底座柱窩 6—掩護梁 7—絞接銷子 8—支架底座 9—平板車圖3 支架爬架前示意圖

根據ZY8000-25/50型掩護式液壓支架結構特點，將2根立柱下端拆開后向前推出至支架底座前方，即爬架，這樣就可以有效降低支架高度，爬架后支架高度為2.0～2.1 m，加上平板車高度0.3 m，裝車后總高度為2.3～2.4 m，不超過2.5 m，所有巷道都能順利通過，支架爬架后示意圖見圖4.端頭架將頂梁拆下后解體和底座分別裝車，解決了端頭架超長轉彎受巷道寬度的影響。

1—頂梁 2—側護板 3—立柱 4—馬鞍梁 5—底座柱窩 6—掩護梁 7—絞接銷子 8—支架底座 9—平板車圖4 支架爬架后示意圖

1) 液壓支架的爬架工藝。

a) 將支架升起至3 m高左右，滿足立柱可以爬出的高度為宜。

b) 關閉支架1#立柱的液壓回路截止閥，同時延長該支架操作閥立柱進液管路，然后拆除支架2#立柱下端固定銷子、插片。拆開1#立柱下端固定銷子、插片。

c) 支架立柱升降操作閥打在降架位置，使支架2#立柱收回，收回立柱到能跨過支架馬鞍梁為宜。

d) 待2#立柱收回后，用手拉葫蘆將2#立柱拉出柱窩跨過支架馬鞍梁，再將支架立柱升降操作閥打在升架位置，緩慢伸長2#立柱，待2#立柱伸出支架底座前方時將支架立柱升降操作閥打在零位，最后將2#立柱液壓回路截止閥關閉。

e) 用同樣的方法將1#立柱伸出至底座前端固定孔。

2) 液壓支架的裝車工藝。

a) 端頭架拆卸頂梁、裝車。端頭架通過倒架絞車拉移運輸至皮帶巷超前支架拆除處。預先在該處專用起吊錨桿上拴掛4臺5 t導鏈，拴掛必須牢固可靠。

用導鏈將支架頂梁吊住，導鏈鏈條吃緊，拆開立柱上端固定銷子、液管、嘴子及頂梁上端的閥組，拆下鉸接部位銷子，用鋼絲繩套將兩根立柱與底座可靠固定，防止拆頂梁時傾倒。

用絞車勻速拉出支架底座，使頂梁與支架底座部分分離，部分分離時不與頂梁卡掛為宜。

利用單軌吊車將支架底座部分運出至25 T轉載站，裝到平板車上，裝架時找準支架重心，左右和平板車邊緣均衡對稱，保證底座與平板車前端對齊。

4臺導鏈平穩勻速放下頂梁，將頂梁放到底板上，最后用單軌吊車運輸。

b) DZ2200柴油機車單軌吊裝車方式。

將已拆支架經倒架絞車拉移至單軌吊下方后，將平衡梁下方4個起吊鉤鉤住支架底座配套孔，利用單軌吊起吊梁將支架吊起。單軌吊機車吊裝支架示意圖見圖5.

圖5 單軌吊機車吊裝支架示意圖

3) 液壓支架的運輸工藝。

DZ2200柴油機單軌吊運輸設備按照運輸端頭支架及超前支架頂梁、底座，普通支架，每趟一車，每車一件運輸。設備運輸到25 T轉載站需二次換裝(如圖6).

將支架用單軌吊機車運輸至井下25T轉載站后，將單軌吊停穩靠牢，利用單軌吊起吊梁將支架升高至離軌道面400 mm高度左右時，開動絞車將平板車拉入支架下方，用可靠的擋車裝置將車擋穩擋牢，找準重心將支架放在板車，支架底座前端超出平板車150 mm左右，與平板車對齊。解開單軌吊工作鏈，在頂梁中部、掩護梁和頂梁鉸接處各用一道d18.5 mm繩套，每根繩套兩邊各用2個M20的繩卡固定，繩套采用起吊梁吃緊，待支架停穩后，緊固繩卡，與平板車捆綁牢固。隨后利用南一下組煤石門處安設的JSDB-19型雙速絞車拉移至上車場由運輸區運送至地面。南五下組煤18504工作面運輸系統見圖6.

圖6 南五下組煤18504工作面運輸系統圖

4 應用效果

馬蘭礦采用德國沙爾夫柴油單軌吊機車，從2018年7月開始成功吊運ZY-8000/25/50大采高液壓支架(約30 t)，整體支架139架，運輸距離單程1 800 m，最大坡度10°.

以18504工作面為例：

1) 運輸系統簡化，實現了連續運輸； 單軌吊可以將支架及工作面設備直接卸載至25 T轉載站二次換裝，有效減少了運輸轉載環節，提高了運輸速度。

2) 25 T轉載站二次換裝地點通風良好寬敞明亮，不受工作面通風及尺寸條件限制，減少了人員操作工時工序，降低了安全隱患。

3) 單軌吊運輸幾乎全為機械化操作，減少了工人勞動強度。

4) 單軌吊運輸解除了對整個工作面拆除裝架地點的占用，節省了大量的時間和空間。

5) 使用單軌吊運輸支架及工作面設備，消除了輔助運輸使用小絞車效率低以及不安全的因素。在操作人員全程控制下使運輸處于可控狀態，屬于一種本質安全型輔助運輸系統。

6) 單軌吊與小絞車運輸系統相比具有占用人員少，運輸環節占用設備少，運輸速度快等優點。

7) 使用單軌吊輔助運輸系統可以解決大重量、大坡度的輔助運輸問題。

8) 使用單軌吊輔助運輸可以直接一次將物料及設備運送到作業地點，以往運一臺支架需要數臺小絞車相互配合，每班能運送一臺支架，通過使用單軌吊輔助運輸只需一次就可以將支架運送至裝架地點，每班可運送3臺支架，工作效率提高。

5 結 論

馬蘭礦采用德國沙爾夫柴油單軌吊機車運送支架的成功應用，改善了綜采液壓支架運輸環境，實現了平巷—斜巷、多彎道、多岔道的連續直達運輸，實現了煤礦綜采工作面設備拆除、安裝、運輸安全高效的目標，從根本上杜絕了脫軌翻車、斜巷跑車、鋼絲繩傷人等事故，取得了較好的社會效益。