李村煤矿井下大型设备组装站设计创新

智宝岩

(中煤陕西榆林能源化工有限公司，陕西 榆林 719000)

李村煤矿位于山西省长子县城西南2.5km处，一期建设规模3.0Mt/a。采用立井开拓，共布置有主立井、副立井和中央回风立井三个井筒，均采用冻结法施工。其中副立井井筒净直径8.2m、深度596.8m，装备两套提升设备：一套为1.5t矿车双层四车非标加宽罐笼和窄罐笼，另一套为平衡锤和交通罐笼。井下的辅助运输系统采用“有轨”与“无轨”相结合的方式，在井底车场、轨道石门、进风石门铺设900mm轨距、38kg/m的钢轨，采用蓄电池电机车牵引各类矿车，大巷及采区内均采用无轨胶轮车运输[1-4]。

根据井筒装备及辅助运输系统情况，井下设有大型设备组装站，硐室总长度72m，净宽8.0m，净高9.2m。主要功能：一是为大型设备(如液压支架、采煤机等)组装、拆解服务，二是实现“有轨运输”与“无轨运输”的相互转换[5-7]。

1 大型设备组装站设计探析

1.1 组装站位置分析

为了减少散件运输的距离，组装站宜靠近井底车场布置；为了提高辅助运输线效率，硐室位置的选择应避免无轨系统和有轨系统的线路的交叉，且各自的运输线路应简捷顺畅。同时，考虑组装站硐室断面较大，为了便于施工和有利于支护，硐室位置应选在为围岩条件较好的区域。综合考虑，李村煤矿大型设备组装站布置在井底车场绕道与2号进风石门西侧。硐室入口与车场绕道相连，轨道系统由该口接入，为了方便矿车进出，入口采用三角交岔点布置形式，避免了单口进出需要在车场绕道调车的问题，减少了对车场正常运输的干扰。硐室出口与2号进风石门相连接，胶轮车由该口进出组装站。

1.2 组装站装备选型

目前，国内很多立井提升系统的矿井均设有井下设备组装、换装站，站内设备主要以防爆电动葫芦双梁起重机为主。起重机具有吊装能力大，吊装速度快等优点，适用于井下大型设备整体换装，但作为组装设备，采用的电动吊钩调整精度较低，尤其是双吊钩情况下，吊钩间的相互协调能力较差，造成组装效率较低[8-12]。

1.2.1 选型依据

李村矿井组装站担负大型设备组(拆)装和有轨至无轨换装的任务，日常使用频繁。结合矿井提升装备和井下设备情况，组装站主要组装设备有液压支架、采煤机、重型胶轮车等。矿井液压支架选用ZY13000-28/62D型大采高支架，重达52t，长8.4m，宽1.65m。根据副井宽罐笼下方重量和尺寸要求，该支架需拆解为三部分下井，因此支架组(拆)装工作量大。

1.2.2 设备选型

为了提高支架组装效率，设计选用了YZ35/9/3.6型组装机，该机是组装和拆卸大、重型液压支架的专用设备，主要由底梁、立柱、顶梁、滑轮组、辅助起吊装置等五大部分组成，采用液压驱动。底梁装有驱动行走装置，满足整机行走要求；四根立柱每根内部均装有提升液压缸，提供起吊动力；顶梁部分加固了机架整体强度和刚度。通过四个操纵阀分别控制四个提升油缸伸缩，来完成各个吊钩的单独升降动作，而吊钩之间的平衡靠专用的单铰双钩平移装置来协调，可以有效的保证四个吊钩的独立与同步运动有效结合。

考虑井下换装任务量也较大，为了满足液压支架组装完成后的整体起吊换装，设计在组装站内还布置有1台QB(32+32)T-7.1m型防爆电动葫芦双梁起重机，最大起吊重量为64t，行走机构轨道中心距为7.1m。

1.3 硐室整体布置

1.3.1 平面布置

根据硐室轨道、胶轮车出入口布置情况，液压支架组装机靠近硐室北侧布置，便于轨道运输散料的进出；考虑液压支架组装完成后的整体吊装，防爆电动葫芦双梁起重机行程与液压支架组装机行程有一段重合。液压支架组装机采用液压驱动，硐室北入口附近布置液压站硐室；在液压站硐室对面布置配电硐室；由于液压支架组装机高度较高，在液压站、配电室对应硐室段，即北入口6.7m范围内，按照不布置起重机考虑，作为组装机停放区。

组装站内既要运行电机车、矿车，又要行驶无轨胶轮车，为了减少交叉、提高效率，合理布置轨道、线路尤为关键。硐室内布置双轨，轨道中心距3020mm，两股轨道通过道岔连接，满足液压支架组装机布置和硐室内调车需要。液压支架组装机轨距为2190mm，该部分轨道敷设长度为20m，跨轨距900mm矿车轨道重合布置。组装站硐室平面布置如图1所示。

图1 组装站硐室平面布置图(mm)

1.3.2 断面布置

影响硐室断面布置的因素，主要有设备外形尺寸、吊装高度、牛腿布置形式等。液压支架组装机外形尺寸(长×宽×高)：5470mm×3160mm×5822mm；防爆电动葫芦双梁起重机行走轮中心距为7100mm，设备高度为2929mm。根据设备换装要求，吊钩起吊高度应大于等于4.4m。起重机行走轨道，采用混凝土牛腿支撑结构。为了减少硐室断面，提高空间利用效率，牛腿柱腿与巷道支护结合布置。

按照常规硐室断面布置，起重机行走机构与硐室内壁间隙较小，造成行走机构内部检修及齿轮更换极为困难。针对这个问题，李村大型设备组装站在断面布置进行了优化，增加了起重机检修硐室。硐室断面布置如图2所示。

图2 硐室断面布置图(mm)

1.4 硐室支护设计

由于硐室断面尺寸较大，根据井底车场及进风石门揭露围岩岩性分析，经过模拟计算，李村煤矿井下大型设备组装站采用“锚网索喷+钢筋混凝土拱碹+底锚杆+钢筋混凝土底拱”的支护形式，以有效控制围岩变形，确保硐室支护安全、稳定。

1.5 牛腿及立柱设计

目前，井下设备组装、换装站内起重机运行轨道支撑牛腿及立柱主要有两种形式，一种为钢结构，另一种为钢筋混凝土结构。李村煤矿井下大型设备组装站起重机，最大起吊重量达64t。考虑起重机起吊重量大，井下气候潮湿，且硐室支护采用钢筋混凝土拱碹结构，因此组装站牛腿及立柱采用钢筋混凝土结构。牛腿立柱布置对比如图3所示。

调研过程中，发现很多井下换装站、组装站起重机牛腿立柱凸入硐室内部见图3(b)，挤占了硐室有效空间，也不美观。为了提高硐室空间利用率及美观实用性，设计将“牛腿立柱”与“钢筋混凝土拱碹支护层”合并设计，牛腿立柱位置局部扩挖外凸布置见图3(a)，在保证立柱宽度满足结构强度要求的同时，减少了掘进断面(图3(b)中L′)。

图3 牛腿立柱布置对比示意图

2 大型设备组装站设计创新

结合对潞安矿区、晋城矿区调研发现的问题，在李村大型设备组装站设计中进行了优化调整，并结合当前液压支架组装设备情况，对组装站整体设计进行了创新。

1)采用“起重机+支架组装机”相结合布置方式。目前国内多数换装、组装站采用防爆电动起重机作为换装、组装设备，起重机作为换装设备效率高、使用方便，但存在起吊平衡性差、对接精度低等缺点，造成作为组装设备时效率低。而液压支架组装机主要用于工作面切眼附近液压支架组装，效率较高，但基本应用于轨道运输的矿井。针对起重机、液压支架组装机各自特点，并结合李村矿井辅助运输方式，设计首次在该矿大型设备组装站采用了 “起重机+支架组装机”相结合布置方式，提高了组装、换装效率。根据实际统计，采用液压支架组装机，组装效率较起重机提高了4倍。

2)提出了检修硐室设置形式。在调研的组装、换装站中，均未设置起重机行走机构的检修硐室，针对投产使用时间较长的换装站反馈，由于行走机构与巷壁间距较小，无法进行行走机构检修及齿轮更换工作。针对调研发现问题，李村煤矿井下大型设备组装站在设计中增加了起重机检修硐室，有效的解决了该问题。

3)牛腿立柱采用外凸布置。牛腿及立柱采用钢筋混凝土结构，立柱位置局部扩挖，采用外凸式布置，与传统的内凸式布置相比，在硐室净宽相同情况下，有效减小了硐室掘进宽度，提高空间利用率。

3 结 语

结合井下无轨胶轮车运输在立井开拓矿井中的应用需要，将大型设备组装与换装功能统一考虑，并对传统换装、组装站布置形式进行总结创新，针对液压支架组装机与起重机各自特点，将两者联合布置，既节省了投资，又提高了效率。同时，提出了起重机行走机构检修硐室设置，完善了硐室设计内容。对同类型矿井大型设备组装站设计具有重要的借鉴意义。