礦井設備安裝作業機械輔助裝置應用效果研究

高先鋒，劉運濤

(1.潞安宏泰新型銅材科技宜興有限公司，江蘇 宜興 214200；2.潞安化工集團余吾煤業有限責任公司，山西 長治 046103)

受于井下運輸條件和狹小巷道斷面限制，在部分綜采工作面安裝液壓支架時，需采用地面拆解、分批運輸、井下組裝的方式進行安裝[1]。然而，在安裝過程中，一些部件安裝仍需要人為支撐作業。隨著采掘深度的增加，工作面采用的液壓支架在重量和體積等方面都有所增加[2-3]，這就造成在安裝過程中勞動強度過大，缺乏有效的安全保護手段。目前，學者們開展了一些大型支架快速安裝技術研究[4-7]，研制液壓支架快速安裝平臺并取得了很好的應用效果[8]。除此之外，綜采工作面刮板運輸機和電纜槽安裝也均存在部分高強度安裝操作需人為的作業[9-10]，作業效率低且有極大安全隱患。

鑒于此，針對余吾煤礦綜采工作面支架、刮板輸送機和電纜安裝時，還需進行人為高強度作業，存在工作效率低和缺乏有效安全保護措施等缺點，研發設計了礦井設備安裝作業機械輔助裝置，并開展了應用效果研究。

1 工程背景

余吾煤業公司目前在用支架為ZF7000/21/3、ZF8000/21/38以及ZF10000/21/38型支撐掩護支架，受井下運輸條件限制，在部分綜采工作面安裝支架時需要將支架前梁千斤頂拆卸后在井下重新安裝就位，目前公司在用支架的前梁千斤頂重量約為150～200 kg不等，在以往的支架前梁千斤頂安裝作業過程中，需要4個人在狹小空間內將千斤頂抬起并扛至安裝位置(扛抬高度約1.5 m)，然后進行連接銷的對孔穿銷作業，同時還需1人時刻觀察千斤頂銷孔與安裝孔之間是否對正對齊。這種作業方法需要4人長時間扛抬前梁千斤頂進行支撐，并且受作業空間限制，扛頂人員還需彎腰躬身作業，工人勞動強度較大，而且在沒有固定支撐的前梁正下方作業，缺乏安全保護措施。

在綜采工作面刮板輸送機(俗稱“前/后溜”)的安裝過程中，采用的工藝方法是利用絞車進行溜槽的拖、對作業。根據作業需要，當完成一個對溜循環時需要把絞車挪移到下一個對溜循環位置，挪移距離約50 m，《煤礦安全規程》明確規定嚴禁帶電搬遷絞車，所以絞車移動需要使用倒鏈進行拖拽。這種絞車前移辦法存在較多弊端：勞動強度大(絞車自重約1.5～3.5 t，需要人工不間斷拖拽倒鏈)、作業效率低(絞車挪移至少需要約1.0 h)、作業人數多(除了2人拉倒鏈以外，還需要4人配合同步挪移開關機信號綜保)。

目前余吾煤業公司在用正規電纜槽有2種規格(1.5 m、1.75 m)，1.5 m電纜槽的重量為385 kg，1.75 m電纜槽重量為466 kg，在安裝電纜槽時受現場起吊工具及起吊點制約，一般都由人工扛抬作業，現場由5人扛抬電纜槽，1人穿螺絲，1人緊螺絲。這種工藝勞動強度大，工作效率低，在當班工作時間內僅能完成14節電纜槽的安裝及就位工作，并且無法保證現場的安全撤退空間，存在較大安全隱患。

因此，針對上述三個設備安裝存在的問題，分別設計制作機械輔助裝置用以快速安裝作業。

2 機械輔助裝置研究

2.1 絞盤起吊裝置

在支架前梁千斤頂安裝作業過程中，設計一套絞盤起吊裝置。采用上、下兩部分鋼架結構，上結構用作起吊支點，下結構用作起吊托架，使用自鎖式手動絞盤作為起吊件，上下結構通過絞盤自帶鋼絲繩進行連接。絞盤起吊裝置工作原理示意圖如圖1所示。

圖1 絞盤起吊裝置工作原理圖

上固定架使用螺紋鋼制作，具有簡便耐用的特點。并將4個滑輪安裝在固定架的4角，使用矩形鋼管/鋼板/螺紋鋼制作一個用于放置前梁千斤頂的下托架，并預留2個手動絞盤的安裝位置(為方便攜帶及更換，將絞盤與滑輪做成可拆卸式裝置)。具體結構如圖2所示。

圖2 絞盤起吊裝置結構圖

使用時首先將上固定架放在支架頂梁上面進行固定，下托架放在支架底靴上，安裝滑輪及手動絞盤，將2個前梁千斤頂放置在下托架的前梁千斤頂槽內，并用保護鏈進行固定。前梁千斤頂槽的中心間距為760 mm，正好符合前梁千斤頂安裝位置距離要求，待上固定架、下托架、手動絞盤、滑輪以及前梁千斤頂全部就位以后開始搖動手動絞盤，使下托架連同前梁千斤頂一同上升，直至前梁千斤頂安裝位置附近，然后利用撬棍對前梁千斤頂位置進行微調，對準插銷孔，完成插銷作業。

2.2 絞車“拖斗”

對于刮板輸送機安裝過程中溜槽的拖、對作業，使用液壓油缸作為絞車搬遷動力，制作絞車“拖斗”，使絞車、開關、綜保成為一體，利用固定阻車鏈條及液壓油缸伸縮實現絞車自移。具體結構原理如圖3所示。

圖3 刮板運輸機絞車“拖斗”結構原理圖

該套絞車自移裝置分別由自移拖斗和液壓油缸組成，自移拖斗由4個防偏滾輪及槽鋼底座組成，可以騎坐在溜槽上面來回移動，自移拖斗上面安裝可拆卸護欄(用于保護開關及綜保，兼具臨時吊掛電纜功能)，兩側安裝阻車鏈條(吊裝鏈或40 T鏈條)，具體操作流程為：固定阻車鏈條—伸出液壓油缸(推動絞車前移)—收回液壓油缸(帶動拖斗前移)—重新固定阻車鏈條—進入下一個自移循環。

2.3 電纜槽安裝輔助小車

在安裝電纜槽時的起吊作業，通過制作一種機械裝置作為電纜槽安裝輔助小車，可以實現電纜槽的便捷起吊、安裝位置的方便移動以及使用操作的安全穩固性能。該小車由上下兩部分構成，理論設計結構如圖4所示。

上半部分由1臺手動絞盤和2個滑輪組在槽鋼“7”字架上安裝構成，絞盤以及滑輪組均為可拆卸構件，方便損壞以后更換使用。

下半部分由鋼板、阻車銷、滾輪軸、軸承、擋圈、固定銷、U型銷、開口銷組成，均方便拆卸組裝。

使用時首先把該套裝置整體放在前溜齒軌上面，通過人工推拉可實現在前溜齒軌上的來回移動，安裝電纜槽時把小車推至溜槽中間位置，然后將阻車銷插入擋車位即可固定小車位置，然后將固定鏈條拴在前溜上面，即可保證在起吊電纜槽時小車不會發生側翻。將阻車銷及固定鏈條安裝完成后，即可轉動絞盤進行電纜槽的起吊安裝作業。

3 應用效果

在支架頂梁上方尋找起吊點，解決了前梁千斤頂與頂梁之間距離不夠，無法直接起吊的問題。使用螺紋鋼及矩形鋼管制作框架式托架結構，使用自鎖式手動絞盤代替倒鏈操作，大大減少了裝置重量。同時起吊組裝2個前梁千斤頂，有效提高作業效率。通過現場試驗，整個安裝前梁千斤頂過程用時僅15 min，且只需4人現場作業，減少了當班勞務投入。避免施工人員長時間在狹小空間內扛抬重物作業，極大降低了工人勞動強度，極大提高作業安全系數。應用效果如圖5所示。

圖5 起吊裝置應用效果圖

制作使用液壓油缸作為絞車搬遷動力的絞車“拖斗”，嚴格遵守《煤礦安全規程》規定，不帶電搬遷絞車，具有很好的安全性，配套解決開關及綜保同步挪移難題。絞車自移理論速度為1.6 m/min，絞車挪移50 m僅需耗時約30 min，效率比之前提升1倍，有效提高工時利用率。且操作過程不需要人工長時間持續拉倒鏈，也不需要人工抬運開關、綜保，僅需2人即可完成絞車自移循環，作業人數比之前減少67%，大大提高工作效率。

采用機械裝置作為電纜槽安裝的輔助小車，在前溜煤墻側尋找起吊點，成功解決了作業現場無起吊點的難題，并且將起吊點做成移動式，滿足每一節電纜槽的安裝位置需求。使用手動絞盤代替人工扛抬倒鏈拉拽作業，極大地降低了現場作業工人的勞動強度。用機械輔助裝置代替人工扛抬作業，減少現場作業人員數量，保證現場足夠的安全撤退空間。

4 結 語

1) 設計一套起吊支架的絞盤起吊裝置，避免施工人員長時間在狹小空間內扛抬重物作業，極大降低了工人勞動強度，極大提高作業安全系數。

2) 使用液壓油缸作為絞車搬遷動力，制作絞車“拖斗”，效率比之前提升1倍，且作業人數比之前減少67%.

3) 采用機械裝置作為電纜槽安裝的輔助小車，極大地降低了現場作業工人的勞動強度。