俄霍布拉克煤矿重型液压支架地面解体下井及井下运输和再组装方案研究

摘 要：本文针对俄霍布拉克煤矿采掘设备提档升级，重量和外形尺寸增加，使得原有矿井辅助运输系统不能满足支架大型设备下井和运输的情况，提出了地面解体下井，运输到位再组装的方案，从而保证了支架的快速拆卸、搬运、组装，经过实际应用提高了工作面倒面搬家速度，高效安全，效果良好，值得推广。

关键词：重型；支架；解体；下井；运输；组装；研究

1 概述

俄霍布拉克煤矿（简称俄矿）是徐矿集团早期援疆项目，位于新疆库车县境内，地处南天山中部，海拔+1920m，生产能力600万吨/年，目前在进行1000万吨/年改扩建。随着矿井改扩建，机械化水平提高，采掘设备不断提档升级，向高产能、大型化、重型化方向发展，设备重量和外形尺寸不断增加，使得矿井原有的副井绞车、斜巷轨道、辅助运输设备、井巷、车场等不能满足大型物件如支架、皮带机、刮板运输机头尾等的下井和运输需求，制约了矿井安全生产，迫切需要解决设备下井和安全运输问题。

2 俄矿副井绞车最大运能

绞车型号：JK-2.5/31.5，电压等级：6KV；功率：280KW；厂家：四川广元机械设备厂；斜井提升，上拉L=1100m，α=14.5°，钢丝绳直径φ26mm，P=2.46kg/m，钢丝绳最小破断拉力总和Fmin=425.25KN（出自钢丝绳检验报告），矿井平板车重2.2t/辆，钢丝绳安全系数m≥6.5，绞车最大静张力Fj=90KN。

反算最大运输能力：Fy=425.25/6.5=65.42KN，且Fy

Fy={（G1+G2）（sinα- f1cosα）+PL（sinα-f2cosα）}×g

65420={（G1+2200）（Sin14.5°-0.011×cos14.5°）+2.46×1100

（Sin14.5°-0.11×cos14.5°）}×9.8

反算允许最大运输重量G1=26.85t。

3 俄矿副井、甩道及主要运输巷参数

3.1 俄矿副井井筒为拱型，锚杆锚喷支护，巷道宽带4.5m、高度3.0m；+520甩道，宽度5.5m、巷道高度3.8m，曲率半径9m。

3.2 副井上滑板安全设施为液压远控道挡和液压远控连锁安全门，由于受巷道高度的限制，安全门通过运输物体最大高度为2.8m。轨道轨型为30kg/m，轨距600mm，轨枕为12#槽钢与轨道焊接，轨基为混凝土浇灌基础。

3.3 运输支架主要线路：1650大巷外段高度3.2m，里段高度2.6m；520回风巷1100m，巷道高度2.8m；宽度4.5m；5煤轨道下山长度550m，巷道高度经过卧底处理高度为3.2m，宽度4.5m；5305材料道巷道高度为3.1m，长度2300m。

从以上运输支架线路的巷道尺寸数据看出，在巷道不做任何处理的情况下，俄矿运输支架最大高度不超过2.8m，宽度不超过2.6m。如果超过此高度，需要对巷道进行卧底、挑顶处理或者对支架装车进行减高处理，超过宽度需要刷帮或支架装车进行减宽处理。

4 俄矿重型液压支架参数

俄矿目前主要布置有两个采煤工作面，一个是下1煤工作面，采用一次采全高工艺，采高3.5m，采用郑煤机生产的ZY10000/20/38D掩护式支架167架；另一个是下5煤工作面，采用综采放顶煤工艺，采高3.2m，放煤6.5m，采放比1：2，采用郑煤机设计，华东机械厂生产的ZF12000/25/38支撑掩护式支架108架。

4.1 下1煤支架主要技术参数

4.1.1 下1煤液压支架型号：ZY10000/20/38D，掩护式，

适应工作面的倾角：走向±15°，倾向±25°；

4.1.2 支护高度（mm）： 2000～3800；

4.1.3 额定工作阻力（KN）：10000（P=39.8MPa）；

4.1.4 初撑力（KN）： 7913（P=31.5MPa）；

4.1.5 平均支护强度（MPa）：0.99～1.08Mpa；

4.1.6 底座宽度（mm）： 1630；

4.1.7 支架中心距（mm）： 1750；

4.1.8 支架宽度（mm）： 1660～1860；

4.1.9 支架重量（t）： 34.5t；顶梁重量：12t。

4.2 下5煤支架主要技术参数

4.2.1 下5煤液压支架型号：ZF12000/25/38，支撑掩护式；

适应工作面的倾角： 走向±15°，倾向±25°；

4.2.2 支架结构高度（mm） ：2500～3800；

4.2.3 额定工作阻力（KN）： 12000（P=37.3MPa）；

4.2.4 初撑力（KN） ： 10128（P=31.5MPa）；

4.2.5 支护强度（MPa） ： 1.14；

4.2.6 底座宽度（mm）： 1630；

4.2.7 支架中心距（mm）： 1750；

4.2.8 支架宽度（mm）： 16601～860；

4.2.9 支架重量（t）： 40t（其中：前梁3.5t+顶梁9.7t+尾梁2.5t）。

4.3 运输支架平板车技术参数

俄矿使用600mm/900mm两种轨距重型平板车，外形尺寸一致，基本参数如下：

4.3.1 平板车型号： MPC40-6 /MPC40-9；

4.3.2 最大载重量（t）：40；

4.3.3 轨距（mm）： 600 /900，轴距：1100；

4.3.4 允许牵引力（KN）：60；

4.3.5 外形尺寸（长×宽×高）（mm）：3000×1390×450；

4.3.6 上平板尺寸（长×宽）（mm）：3000×1390（带耳座尺寸1630）；

4.3.7 牵引装置：链环+插销，在斜巷使用时只允许串一辆车；

4.3.8 车辆自重：2.2 吨/辆。

4.4 支架装车高度和重量验算

4.4.1 下1煤支架：（1）装车后高度（mm）：450+2000=2450，

（2）装车后总重量（t）：2.2+34.5=36.7；

4.4.2 下5煤支架：（1）装车后高度（mm）：450+2500=2950，

（2）装车后总重量（t）：2.2+39.8=42。

综合分析：1煤支架装车高度2.5m，5煤支架装车高度2.95m大于付井运输高度2.8 m；下1煤、和下5煤支架装车后重量都大于付井运输能力25.85t。故在现有提升运输装备和井巷条件下，下1煤、下5煤支架下井运输都需要解体。

5 支架解体装车方案

5.1 下1煤ZY10000/20/38D支架解体

5.1.1 解体部分：将顶梁解体；

5.1.2 装车高度：解体后底座装车高度（mm）：450+1800=2250；

5.1.3 重心位置：解体后重心位置基本保持不变；

5.1.4 解体后重量：除去顶梁重量12t，解体后底座+立柱重量=22.5t。

5.2 下 5煤ZF12000/25/38支架解体

5.2.1 解体部分：解体前梁+顶梁+尾梁；

5.2.2 装车高度：解体后底座装车高度（mm）：450+2380=2830；

5.2.3 重心位置：解体后重心偏移向尾梁（mm）：2705-1875=830；

5.2.4 解体后重量：除去前梁3.5t+顶梁9.7t+尾梁2.5t，解体后底座+立柱重量=24.3t。

6 支架与平板车装车固定方案

俄矿使用的MPC40-6 /9平板车是根据下1煤ZY10000支架固定连接孔定做的，要兼容运输下5煤ZF12000支架，必须对平板车进行改造。

6.1 下1煤支架装车

平板车不需改造，支架与平板车采用4颗32*120高强螺栓进行固定，如图1所示。

6.2 下5煤支架装车

支架超重超高，解体后支架重心发生较大变化，靠后移，重心位置与平板车重心严重偏移，装车将不稳定，容易掉道翻车。故支架与平板车固定点也要变化，在平板车上的位置需要重新挪动、改造。如图2所示。

6.3 平板车改造方案

下1煤ZY10000支架固定连接耳座孔已不能用，需要在平板车两侧重新焊接适应ZF12000支架固定的耳座，在平板车前部悬空段需要增焊端头耳座，如图2所示。

7 支架井下组装方案

7.1 组装方式

7.1.1 建立专用组装硐室，采用电动葫芦组装

专用组装硐室，硐室断面、高度较大，前期还需要上钢梁施工量大；起吊必须安装两台电动葫芦，起吊安全性能差，电动葫芦受偏载易掉道或损坏电动葫芦行走部，造成电葫芦掉落影响安全，所以跑车需要特别加固，增加防掉落措施；电气维护复杂，保护设置多使用可靠性差，但是价格相对便宜。

7.1.2 在巷道内组装，采用支架组装车组装

采用支架组装车组装，巷道施工量小，支架组装车组装方便实用，搬家灵活，对巷道的要求低，安全可靠，效率高。

所以只要有条件大力推广使用支架组装车组装而不开凿专门的支架组装硐室。

7.2 确定组装地点

7.2.1 在工作面顺槽外部组装后整体运输到安装地点。

7.2.2 在工作面切眼上口组装后整体直接运输到安装地点。

7.3 优缺点比较

7.3.1 在外部组装后整体运输到安装地点

（1）优点：运输的车辆大为减少，可以有效缓解里面车场的存车压力和车辆折返压力，缓解运能紧张状况，运输效率高，加快工作面的安装进度，提高安装效率。

（2）缺点：整体装车后， 支架高度增加，造成巷道的高度也要增加，巷道因长期受压力作用，易出现巷道支护变形、底鼓，若进行修护卧底，不仅工作量大，而且不能保持在较长一段时间内均能达到液压支架整体运输要求，易造成重复施工；支架较重，运输距离长，对轨道质量、运输人员的遵章作业要求更高。需要将600mm轨距改为900mm，前期准备工作量大。

7.3.2 在切眼上口组装后整体运输到安装点

液压支架地面解体，采用分装分运方式到达工作面切眼上口，用专业的支架组装车组装，然后再转运到工作面安装点。

（1）优点：重车运输距离短，对轨道的轨型、轨距要求降低，对牵引设备的能力要求降低，可以使用原来600mm轨距运输，前期安装对巷道、轨道系统准备工作量小、安全风险小。

（2）缺点：整个运输系统运输量大、里车场的存车压力和车辆折返压力大，效率低，工作面安装进度慢。

综上所述，两种方案的比较：只要运输能力有保证，在安全的前提下，在外组装后直接进面安装，一次直达运输。在条件制约大，运能有瓶颈安全无保证的情况下，考虑在工作面上出口组装后进面安装，组装优先采用液压支架组装车。俄矿下1煤支架高度低重量相对小，运输稳当，宜采用在外组装；下5煤支架高度大、重量大，重心高宜于使用支架组装车在切眼上口组装，以获得较好的安全效果和安装效率。

8 支架运输与组装实例分析

大型设备运输是一个系统工程，根据矿井现有巷道的状况、运输设备的能力，根据运输的安全性、运输效率进行综合分析，制定行之有效的施工方案，以最重的5煤支架解体和目前转运路线最长最复杂的下5煤5305工作面安装为例具体说明。

8.1 运输情况

8.1.1 副井

根据俄矿5305综放工作面支架运输线路实际情况，ZF12000/25/38支架在地面采用行车进行解体，拆除前梁3.5t、顶梁9.7t，尾梁2.5t，底座重量24.3t。前梁+顶梁+尾梁装+平板车装一车重量=18.9t，底座装+平板车装一车重量=26.5t，均小于26.85t， 重量满足付井绞车运输要求；装车高度2.88m，大于2.8m，副井安全门需要由2.8m改造抬高到3.0m，大件方能通过。

8.1.2 5煤520回风巷

5煤520回风巷1100m，巷道平均高度2.9m；宽度4.5m，需要卧底0.1m；采用JWB-75索车运输，钢丝绳直径φ21.5mm，坡度安5°计算：

F={（G1+G2）（sina+f1cosa）+2PL（sina+f2cosa）}×g

F={（ 26500+2200）（sin5°+0.011×cos5°）+2.46×2200

（sin5°+0.11×cos5°）}×10=38045N。

钢丝绳安全系数：m=298000/38045=7.83大于3.5满足安全运输要求；索车牵引力80000N大于38045N满足运输要求。

8.1.3 5煤轨道下山

5煤轨道下山长度560m，平均高度2.8m，宽度4.5m；需要卧底0.2m，巷道高度达到3.0m方可满足运输要求；5煤轨道下山采用带末端制动JSDB-30双速回绞运输， 钢丝绳直径36mm，坡度安17°计算：

F={（G1+G2）（sina-f1cosa）+2PL（sina-f2cosa）}×g

F={（ 26500+2200）（sin17°-0.011×cos17°）+4.37×520

（sin17°-0.11×cos17°）}×10=82970N。

钢丝绳安全系数：m=675000/82970=8.13大于6.5满足安全运输要求；绞车牵引力470000N大于82970N满足运输要求。

8.1.4 5305材料道

5305材料道设计高度为3.2m，宽度5.5m，长度2300 m，满足运输要求；采用SQ-130索车运输，钢丝绳φ21.5mm，坡度安6°计算：

F={（G1+G2）（sina+f1cosa）+PL（sina+f2cosa）}×g

F={（ 26500+2200）（sin5°+0.011×cos5°）+2.46×4600

（sin5°+0.11×cos5°）}×10=53770N。

钢丝绳安全系数：m=298000/53770=5.54，大于3.5满足安全运输要求；索车牵引力120000N大于53770N满足运输要求。

8.1.5 综合分析

虽然通过解体和卧底措施满足副井下井和5305工作面的运输需求，但由于卧底、刷帮修护、钉道造成的前期准备工作量较大、投入也较多。支架由一车分解为两车半（底座一车，前梁和顶梁一车，尾梁半车），造成运输车辆增多，平板车需求增大，回车压力大，运输速度和效率有所降低。

8.2 支架组装实况

5305支架选择在工作面切眼上口组装后整体运输到安装地点。这种方式好处是：重车运输距离短，前期安装对巷道、轨道系统准备工作量小、安全风险小，但是受外部运输速度影响，回空车较慢，往往造成组装点空车积压，占据车场。就整体来看安全可靠性和安装效率大大提高，主要优点有：

8.2.1 安全性可靠性高。装置起吊稳固，超高超重支架，从组装点直接拉到工作面切眼安装点，运输距离短，用30kg/m的轨道，900mm的轨距，运输稳当，未发生倒架、歪架、掉道现象。

8.2.2 效率高。支架组装车全液压操作，专业化设计，组装方便快捷，支架对装时前后可同时组装前梁和尾梁，可多人作业，节省时间，加快安装进度。每小班组装支架5架，最多7架，满足工作面的安装进度，往往出现支架组装等顺槽外面的组装件，等工作面安装回车现象。

9 结束语

9.1 俄矿通过重型支架地面解体下井，运输到位再组装的方案，从而保证了支架的快速拆卸、搬运、组装，提高了工作面倒面搬家速度，高效安全，效果良好，是矿井在不增加大的投入、不对系统进行大的改造情况下，解决大型设备下井运输的有效手段。

9.2 通过实践也表明矿井在井巷设计时要贯彻：今天的掘进巷道是为将来采煤或者运输服务的，所以巷道的高度、宽度，曲率半径，起伏角度，应该满足回采和最大设备运输的需要。

9.3 采掘设备提档升级，尺寸和重量不断加大，矿井应适时启动对辅助运输系统的适应性改造，满足设备下井及运输需求；同时要大力引进先进的辅助运输方式，实现地面到采区无转载直达运输，以提高效率，保证安全。

作者简介：陈国强（1972-），男，江苏金坛人，毕业于中国矿业大学矿山机电专业，研究生学历，硕士学位，现为徐矿集团天山矿业公司机电副总经理，高级工程师。