单轨吊在液压支架拆除运输中的应用

李 庆

(西山煤电集团 马兰矿，山西 太原 030205)

1 矿井概况

马兰矿南五下组煤开采石炭系太原组8#煤层，煤层厚度4.5 m以上，以往选用ZZY-5200/19/42支撑掩护式支架，最大支护高度为4.2 m，无法达到一次性采全高，留底煤0.5 m左右，造成了煤炭采出率低，资源浪费。设计18504工作面时采用了西山煤机厂生产制造的ZY8000-25/50大采高液压支架，18504工作面所采石炭系太原组8#煤层，属稳定可采厚煤层，靠辅运巷侧含一层不稳定夹矸，厚度0.05～0.33 m，平均厚度0.15 m，煤层厚度4.00～4.95 m，平均4.53 m. 18504工作面绝对瓦斯涌出量为45.25 m3/min，相对瓦斯涌出量为7.661 m3/t，煤层为Ⅱ类自燃煤层，最低着火点温度270 ℃，煤尘爆炸指数为48.9%，具有爆炸性。工作面最大涌水量为35 m3/h，正常涌水量为5 m3/h. 皮带巷走向长89 m，采用全锚支护，5.5 m×3.5 m断面,锚杆间排距 1 000 mm×1 000 mm，轨面距底板保证3 m. 辅运巷走向长89 m，采用锚杆、钢带、金属网联合全锚支护，5.0 m×3.5 m断面，锚杆间排距950 mm×1 000 mm. 切眼全长256.152 m，切眼断面8.0 m×3.5 m(净宽4.2 m)，采用单体+钢梁+菱形网+套棚支护。本工作面安设液压支架150架，其中，超前支架2组，型号为ZYDC30000-30/55，辅运巷、皮带巷各安设一组。排头架为7架，型号ZYT8000-25/50，机头安设4架，机尾安设3架。过渡架2架，型号ZYG8000-25/50，机头机尾各安设1架。普通液压支架139架,型号为ZY8000-25/50.具体技术参数见表1.

表1 两柱掩护式液压支架技术参数表

ZY8000-25/50型掩护式液压支架应用于马兰矿18504综采工作面，顶底板均为泥岩，底板松软，顶板破碎。采煤机型号为MG-500/1140-GWD. 工作面刮板输送机型号为SGZ-900/1050.

2 单轨吊选型计算与分析

依据该矿巷道实际情况，选用德国沙尔夫集团设计的DZ2200柴油机单轨吊，参照运输最大部件和单轨吊机车的最大运行坡度进行计算：

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

式中：

F—所需牵引力，kN；

P1—单轨吊机车自重，t，取16.5；

P2—运输的最大载荷，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—滚动摩擦系数，取0.03.

计算可得：F=102.5 kN，所需牵引力102.5 kN小于单轨吊机车的额定牵引力120 kN，满足支架运输要求。

DZ2200单轨吊机车重载及空载的性能曲线见图1.由图1可知，单轨吊自重16.5 t，运输的最大载荷支架约30 t，起吊梁重5 t. DZ2200单轨吊机车运送液压支架(支架重量+设备自重=51.5 t)，行走在18°坡上时的速度为0.3 m/s，由于支架运输路线中的实际巷道坡度均小于18°，机车从工作面至25 T行车转载站的平均速度设为0.6 m/s.支架重量约为30 t，巷道最大坡度10°，单轨吊运输要求运输最大坡度10°，故巷道坡度符合安装单轨吊运输要求。

图1 DZ2200单轨吊机车重载及空载的性能曲线示意图

根据南五下组煤辅助运输路线设计，柴油单轨吊机车辅助运输选用DZ2200 柴油机单轨吊(如图2)，满足利用从25 T行车转载站至18504工作面顶板处安设的单轨吊导轨往复运行，完全能够满足使用工况要求。

图2 机车系统组成图

3 液压支架的爬架、装车及运输工艺

原选用的液压支架下降最低高度为2.1 m，现选用的ZY8000-25/50型掩护式液压支架下降最低高度为2.5 m. 如支架整体装车运输，装车后高度为2.8 m，马兰矿现有的副斜提升井巷距轨道2.5 m，支架无法运输至副斜提升。因此，必须制定切合实际的支架运输方案。支架爬架前示意图见图3.

1—顶梁 2—侧护板 3—立柱 4—马鞍梁 5—底座柱窝 6—掩护梁 7—绞接销子 8—支架底座 9—平板车图3 支架爬架前示意图

根据ZY8000-25/50型掩护式液压支架结构特点，将2根立柱下端拆开后向前推出至支架底座前方，即爬架，这样就可以有效降低支架高度，爬架后支架高度为2.0～2.1 m，加上平板车高度0.3 m，装车后总高度为2.3～2.4 m，不超过2.5 m，所有巷道都能顺利通过，支架爬架后示意图见图4.端头架将顶梁拆下后解体和底座分别装车，解决了端头架超长转弯受巷道宽度的影响。

1—顶梁 2—侧护板 3—立柱 4—马鞍梁 5—底座柱窝 6—掩护梁 7—绞接销子 8—支架底座 9—平板车图4 支架爬架后示意图

1) 液压支架的爬架工艺。

a) 将支架升起至3 m高左右，满足立柱可以爬出的高度为宜。

b) 关闭支架1#立柱的液压回路截止阀，同时延长该支架操作阀立柱进液管路，然后拆除支架2#立柱下端固定销子、插片。拆开1#立柱下端固定销子、插片。

c) 支架立柱升降操作阀打在降架位置，使支架2#立柱收回，收回立柱到能跨过支架马鞍梁为宜。

d) 待2#立柱收回后，用手拉葫芦将2#立柱拉出柱窝跨过支架马鞍梁，再将支架立柱升降操作阀打在升架位置，缓慢伸长2#立柱，待2#立柱伸出支架底座前方时将支架立柱升降操作阀打在零位，最后将2#立柱液压回路截止阀关闭。

e) 用同样的方法将1#立柱伸出至底座前端固定孔。

2) 液压支架的装车工艺。

a) 端头架拆卸顶梁、装车。端头架通过倒架绞车拉移运输至皮带巷超前支架拆除处。预先在该处专用起吊锚杆上拴挂4台5 t导链，拴挂必须牢固可靠。

用导链将支架顶梁吊住，导链链条吃紧，拆开立柱上端固定销子、液管、嘴子及顶梁上端的阀组，拆下铰接部位销子，用钢丝绳套将两根立柱与底座可靠固定，防止拆顶梁时倾倒。

用绞车匀速拉出支架底座，使顶梁与支架底座部分分离，部分分离时不与顶梁卡挂为宜。

利用单轨吊车将支架底座部分运出至25 T转载站，装到平板车上，装架时找准支架重心，左右和平板车边缘均衡对称，保证底座与平板车前端对齐。

4台导链平稳匀速放下顶梁，将顶梁放到底板上，最后用单轨吊车运输。

b) DZ2200柴油机车单轨吊装车方式。

将已拆支架经倒架绞车拉移至单轨吊下方后，将平衡梁下方4个起吊钩钩住支架底座配套孔，利用单轨吊起吊梁将支架吊起。单轨吊机车吊装支架示意图见图5.

图5 单轨吊机车吊装支架示意图

3) 液压支架的运输工艺。

DZ2200柴油机单轨吊运输设备按照运输端头支架及超前支架顶梁、底座，普通支架，每趟一车，每车一件运输。设备运输到25 T转载站需二次换装(如图6).

将支架用单轨吊机车运输至井下25T转载站后，将单轨吊停稳靠牢，利用单轨吊起吊梁将支架升高至离轨道面400 mm高度左右时，开动绞车将平板车拉入支架下方，用可靠的挡车装置将车挡稳挡牢，找准重心将支架放在板车，支架底座前端超出平板车150 mm左右，与平板车对齐。解开单轨吊工作链，在顶梁中部、掩护梁和顶梁铰接处各用一道d18.5 mm绳套，每根绳套两边各用2个M20的绳卡固定，绳套采用起吊梁吃紧，待支架停稳后，紧固绳卡，与平板车捆绑牢固。随后利用南一下组煤石门处安设的JSDB-19型双速绞车拉移至上车场由运输区运送至地面。南五下组煤18504工作面运输系统见图6.

图6 南五下组煤18504工作面运输系统图

4 应用效果

马兰矿采用德国沙尔夫柴油单轨吊机车，从2018年7月开始成功吊运ZY-8000/25/50大采高液压支架(约30 t)，整体支架139架，运输距离单程1 800 m，最大坡度10°.

以18504工作面为例：

1) 运输系统简化，实现了连续运输； 单轨吊可以将支架及工作面设备直接卸载至25 T转载站二次换装，有效减少了运输转载环节，提高了运输速度。

2) 25 T转载站二次换装地点通风良好宽敞明亮，不受工作面通风及尺寸条件限制，减少了人员操作工时工序，降低了安全隐患。

3) 单轨吊运输几乎全为机械化操作，减少了工人劳动强度。

4) 单轨吊运输解除了对整个工作面拆除装架地点的占用，节省了大量的时间和空间。

5) 使用单轨吊运输支架及工作面设备，消除了辅助运输使用小绞车效率低以及不安全的因素。在操作人员全程控制下使运输处于可控状态，属于一种本质安全型辅助运输系统。

6) 单轨吊与小绞车运输系统相比具有占用人员少，运输环节占用设备少，运输速度快等优点。

7) 使用单轨吊辅助运输系统可以解决大重量、大坡度的辅助运输问题。

8) 使用单轨吊辅助运输可以直接一次将物料及设备运送到作业地点，以往运一台支架需要数台小绞车相互配合，每班能运送一台支架，通过使用单轨吊辅助运输只需一次就可以将支架运送至装架地点，每班可运送3台支架，工作效率提高。

5 结 论

马兰矿采用德国沙尔夫柴油单轨吊机车运送支架的成功应用，改善了综采液压支架运输环境，实现了平巷—斜巷、多弯道、多岔道的连续直达运输，实现了煤矿综采工作面设备拆除、安装、运输安全高效的目标，从根本上杜绝了脱轨翻车、斜巷跑车、钢丝绳伤人等事故，取得了较好的社会效益。