六米大采高支撑掩护式支架组装工艺

刘 力

(大同煤矿集团 晋华宫矿，山西 大同 037016)

由于六米大采高工作面的液压支架体积大、自身重，存在搬家准备困难、时间长、任务重、人力劳动强度高等问题。在本次大采高准备过程中将新的液压支架运送到井下进行稳装，经过实地勘测并查看矿井设计，发现巷道不具备液压支架整体装车下井的条件，故必须采用解体、分装的方式下井后再进行组装、稳设。为了缩短准备时间，决定使用新型安装工艺进行快速组装，这样可以减少人力劳动强度，在安全的基础上缩短工期，以便实现大采高工作面的搬家不停采。

1 液压支架

大采高工作面采用ZZ13000/28/60支撑掩护式液压支架。自重：50 t，高度：2 800/6 000 mm，宽度：1 660/1 860 mm. 地面将液压支架解体为3部分：支架底座、立柱和顶梁。顶梁自重：25 t，顶梁长：8 600 mm，顶梁宽：1 690 mm. 立柱自重：2 t/根，立柱最小高度：2 500 mm. 底座自重：17 t，底座长：3 600 mm，底座宽：1 660 mm.

2 机电设备的选型

2.1 风动葫芦选型

本次选用JDN风动葫芦M系列。其具有适用于煤矿井下等高危场合；操作简单，省人省力；适合频繁使用，且维护级别低；采用无级变速控制，可以精确定位负载；以高压空气作为动能，符合煤矿井下防爆要求；吸音性能好，噪音低等特性。

风动葫芦主要进行井下液压支架安装立柱、组装顶梁。安装支架立柱必须保证风动葫芦起吊重量大于2 t，故选择JDN-M63D-6T风动葫芦进行立柱安装。组装顶梁必须保证风动葫芦起吊重量大于50 t，故选择4台JDN-M63D-20T风动葫芦同时起吊顶梁。另选用2台JDN-M63D-6T风动葫芦辅助四联杆安装。

2.2 空气压缩机选型

本次选用MLG系列煤矿用螺杆式移动空气压缩机。根据风动葫芦设备说明书，20 t风动葫芦满载耗气量为5.5 m3/min，6 t风动葫芦满载耗气量为2 m3/min. 总满载耗气量：5.5×4+2×4=30 (m3/min). 空气压缩机必须可以同时供给4台20 t风动葫芦和4台6 t风动葫芦的使用。故选用MLGF35/8-200G型煤矿用螺杆式移动空气压缩机，该空气压缩机的标定排气量为35 m3/min.

2.3 管路选型

MLGF35/8-200G型煤矿用螺杆式移动空气压缩机排气接口尺寸为DN80法兰，风路分配器进风口适用DN75管路，故空气压缩机到风路分配器进风口选用DN75钢管。风路分配器出风口适用DN19 管路，风动葫芦进风口为d19 mm，故风路分配器出风口到风动葫芦进风口选用1-19-10钢丝增强液压橡胶软管。

3 井下组装支架组装硐室

设计依据：大采高工作面采用ZZ13000/28/60支撑掩护式液压支架。在地面将液压支架解体为3部分：支架底座、立柱和顶梁。

顶梁自重：25 t，顶梁长：8 600 mm，顶梁宽：1 690 mm.

立柱自重：2 t/根，立柱最小高度：2 500 mm.

底座自重：17 t，底座长：3 600 mm，底座宽：1 660 mm.

两个组装硐室必须可以实现液压支架3部分在各自硐室内自由移动和吊装。锚索间距按照3部分外形尺寸确定，并保证锚固力。

3.1 组装硐室要求

1) 锚索要求。

锚索长度根据巷道顶板岩性确定，应使锚索锚固在稳定的岩层中，根据掘进队组巷道作业规程要求，确定选用d17.8 mm，L=4 000 mm的钢绞线。

2) 1#组装硐室(支架立柱组装硐室)。

组装立柱专用平车长3 000 mm，宽1 300 mm，支架立柱最小高度2 500 mm. 必须保证吊起立柱时下方底座平车可以通过，同时便于人员安全操作。

所以,支架立柱组装硐室设计尺寸为：长3 000 mm、宽6 500 mm、高5 300 mm.

锚索共2组，左右组间距850 mm. 每组共2对，锚索间距300 mm，外露300 mm.

3) 2#吊装硐室(支架顶梁组装硐室)。

组装顶梁专用平车长3 500 mm，宽1 600 mm，支架最低高度2 800 mm. 同时必须保证吊起支架时下方平车可以通过。

因此，支架顶梁组装硐室设计尺寸为：长10 000 mm、宽8 500 mm、高5 300 mm.

锚索共4组，左右组间距1 900 mm， 前后组间距2 500 mm. 每组共11对，锚索间距300 mm，外露300 mm.组装支架硐室设备布置见图1.

图1 组装支架硐室设备布置图

3.2 新型工具的设计

3.2.1解体分装支架专用平车

支架解体之后，需要分别装车下井，而普通平车无法有效固定，经过实际测绘，设计了分装支架专用平车。

1) 顶梁专用平车。

顶梁专用平车在普通平板车的基础上，分别在平车两侧前、中、后3个对应的位置用工字钢焊接高度为1 150 mm、1 020 mm、900 mm的一对支撑柱，并在平车中部焊接支架四联杆限位梁。同时，为了更加稳固，为每一个支撑柱都设计了拉筋。平车长3 500 mm，宽1 600 mm. 支撑柱高度和支架顶梁外形匹配，以保证顶梁可以保持支架未解体时的外形，方便组装；支架四联杆限位梁保证顶梁固定更加牢靠。

2) 装立柱专用平车。

装立柱专用平车加工外形尺寸更小的矿用平车：长3 000 mm，宽1 300 mm. 平车两侧分别焊接两根11#矿用工字钢作为卡位，两根工字钢中心距为2 000 mm，在距平车前端600 mm处焊限位梁。这样的优点是可以保证4根立柱平铺在平车上，在斜井运输时，立柱不会滑动。

3) 装支架底座专用平车。

装支架底座专用平车是在普通矿用平车基础上，在两侧分别加固焊接2个平耳，前耳距平车前端300 mm，前后两耳中心距2 610 mm. 此距离由支架底座的固定口确定，平车长3 500 mm，宽1 700 mm，保证支架底座有合适的位置和较低的重心。

3.2.2风路分配器的革新

空气压缩机需要同时为8台风动葫芦供风，所以设计了风路分配器。在矿井实际使用过中，井下空气潮湿，空气压缩机送出的风中水分较多，影响风动葫芦的正常使用，降低了工作效率。所以分路分配器同时也起到了过滤水分的作用。

3.2.3立柱专用起吊钩的设计

组装立柱时，起吊环在立柱侧面，传统方式是通过侧面起吊环组装。但是，这样的方式立柱受力不平衡，无法完全竖直，严重制约立柱的组装进度，所以设计了立柱专用起吊钩，通过柱头销孔起吊立柱，吊起后立柱可以完全竖直，方便快捷、安全省力。

3.2.4联合系统的研制

在液压支架组装顶梁的过程中，需要安装4个销子，d165 mm，长510 mm，重达66 kg，表面光滑，单人基本无法举到合适位置。所以研究通过矿用手动绞盘、顶板定滑轮、手摆撞针形成一套系统。员工可以安全、省力的通过手动绞盘提升销子到合适位置并安放，然后使用手摆撞针撞击销子到位。

这套系统在安装销子时，安全可靠、方便快捷、经济实用。

4 新工艺操作流程

4.1 地面支架解体、装车

1) 首先将液压支架解体为3部分，分别为顶梁、立柱以及底座。

2) 装顶梁使用顶梁专用平车：平车长3 500 mm，宽1 600 mm. 每一个顶梁两侧分别和平车上的支撑柱之间使用3条M30高强螺栓固定，四联杆必须卡在限位梁上。

3) 装立柱使用立柱专用平车：平车长3 000 mm，宽1 500 mm. 同时将4根立柱平铺在平车上，立柱一侧卡在限位梁内侧，之后通过压板固定，保证每根立柱在平板车上不滑动。

4) 装支架底座同样使用专用平车：平车长3 500 mm，宽1 700 mm. 支架底座与前平耳之间使用两根M30×650的螺杆和压杠固定，底座与后平耳之间使用两根 M30×410的螺杆和固定销固定。

5) 当全部固定牢靠，检查无误后，需要按照顶梁、立柱、底座的顺序下井。

4.2 井下组装立柱

1) 当装支架平车到达井下组装硐室附近时，停车。先将顶梁运送到支架顶梁组装硐室(以下简称2#组装硐室)，将立柱运送到支架立柱组装硐室(以下简称1#组装硐室)，支架底座留在1#组装硐室外侧。

2) 将立柱在1#组装硐室卸车，硐室两侧各卸两根。

3) 使用2台6 t风动葫芦从硐室两侧各自起吊一根立柱并高于支架前座箱。通过设计的立柱专用起吊钩可以有效保证立柱竖直起吊，方便安装。

4) 将支架底座运送到立柱正下方，并将两根立柱安装到支架底座的后侧柱窝，不影响安装前立柱。

5) 通过相同的方式安装前立柱，完成立柱安装。

4.3 井下组装顶梁

1) 将已经在2#组装硐室的支架顶梁通过4台20 t风动葫芦固定，将顶梁吊起。

2) 平车返出后，将已经组装好立柱的底座运送到顶梁正下方。

3) 将顶梁下放，使立柱柱头进入顶梁柱窝。

4) 通过2台6 t风动葫芦将后掩护梁吊起，调整顶梁的高度，安装连接销；调整四联杆的位置，安装四联杆销。由于这4个圆柱形销子体积大，自身重，表面光滑，不宜操作，所以通过手动绞盘、定滑轮、手摆撞针联合系统进行安装，既保证了安全，又可以快速省力的提起。

5) 摘下2台6 t风动葫芦吊钩，安装柱头卡块，之后摘下4台20 t风动葫芦吊钩。

5 结论及创新点

淘汰了旧的综采设备安装工艺，采用新型综采设备安装工艺后，具有以下优势及创新点：

1) 井下吊装硐室由原来的大型吊装硐室变成了现在运用的两个小型吊装硐室，减少了前期的巷道施工量。而且两个吊装硐室可以同时进行综采设备安装，节约了时间。

2) 采用了风动葫芦后，综采设备由人工安装变为机械操作，降低了安全风险，保证了搬家进度。

3) 原来准备一次大采高工作面需要两个多月的时间，现在只需要一个半月就可以完成，整体搬家效率提高了近30%.