倾斜巷道煤矿单轨吊支架运输技术实践

2023-09-18马向卫

陕西煤炭 2023年5期

马向卫

(陕西黄陵二号煤矿有限公司,陕西延安 727307)

0 引言

煤矿井下液压支架重量大、运输难度高。主要运输方式有无轨胶轮车运输、绞车、柴油单轨吊的机车运输等[1-2]。陕西某矿因巷道起伏较大、煤层较软,辅助运输无轨胶轮车的运输方式未得到应用[3]。传统方法仍采用环形绳索配合慢速绞车,电力机车牵引[4],但该方法工作面的安装及拆除工期较长,传统慢速绞车输送方式需采用多个绞车中继输送设备,有可能造成脱轨事故,安全事故频发[5]。为实现矿山辅助运输的安全、高效,应积极稳妥地推广煤矿辅助运输新技术。单轨吊运输具有可靠、安全和转弯灵活的优点,其在煤矿辅助运输系统有着广泛的发展前景[6]。由于单轨吊系统采用交流电机驱动,可根据需要改变运行速度或变幅高度,并能通过控制电动机转速来调节臂架升降幅度[7]。主要用来完成井下轨道运输及地面装卸工作。其可靠性较强,受到越来越多煤矿的青睐。随着井下生产系统机械化程度的不断提高,单轨起重运输已成为矿井起吊运输的重要组成部分[8-9],该技术有效地减少了人工搬运时间,降低了工人劳动强度,保证了安全生产[10-12]。在安全、可靠的前提下,相对于传统的操作方法,操作人员数量及操作效率均提高50%以上。

1 安装方式改进

1.1 单轨吊车在轨安装

以陕西某矿为研究对象,改进了单轨吊车在轨安装的方式。陕西某矿巷道顶板多为砂质泥岩,顶板碎裂、地压大,倾斜巷道倾角较大。为了保证安全生产,采用双梁式架线吊机作为主要起吊设备。这种起重机是一种新型的架梁设备,由一台电动机驱动2根钢丝绳牵引着2个车轮前进。在其第一次应用的时候,采用德国安装材料及技术。由于该设备是一种特殊的起重工具,其工作环境十分恶劣。挂重型钢轨用锚杆受地压压缩应力及顶板断裂双重影响,造成地点的改变。这种变化使得该类型的锚杆不能承受更大的压力而发生破坏。经过大量试验,最终选定了适合该矿条件的国产高强度锚杆,即钢带-聚乙烯醇纤维复合锚杆。单轨吊车的轨道用专用索具吊起。锚杆安装后,用弹性缓冲装置将锚头与围岩连接成一个整体。单轨吊车作业产生刚性剪切力,能极大改善锚杆受力,确保巷道变形过程中锚杆不受剪切。当顶板被压碎、松脱或者空顶时,用2根锚索吊起开采11#工字钢,并且将单轨悬挂轨吊入开采11#工字钢中。当吊链过高和过大时,可通过调整钢丝绳张力使其处于安全位置。同时,每隔30 m安装一次防摆动链条。为了保证安全作业,还需对每根锚索和每个吊链带张紧状态下的受力情况做详细记录。当吊链大于0.6 m后加入吊链斜撑;采用锚索吊装处,部分揭露锚索比较短小,索具需上移压紧。另外,要根据不同情况来调整锚索长度,使其能够满足施工要求。同时在全部采用锚索吊装连接部位要采用第二套索具防护,避免索具掉落。

1.2 轨道型号选取

首先应计算出轨道最大应力。由于轨道承受荷载较大,因此对其结构强度要求也很高。按照整体输送液压支架及拆除液压支架时,装置、材料及人在轨应力分析,液压支架运输过程中,起吊梁上轨道应力值最大。起吊梁(ZZ13000/27/60D型液压支架45 t,起吊梁约8 t)处的总荷载为56 t。因此在设计过程中应该尽量选用更高的承载级别。SLG16.5起吊梁有16台行走小车,轨道要求单点承载能力达到35 kN。采用SLG16.5重型起吊梁,对45 t重型液压支架进行整体输送,每台行走小车作用在轨道上的力是35 kN。根据以上分析,该煤矿采用I140V 05/100-600型轨道,每节长度为2.6 m。

1.3 安装与悬挂

针对安装所处巷道顶板状况,兼顾施工方便性及质量要求,决定用U型棚夹。轨道吊挂机具如图1所示。每条轨道上设置2个悬挂装置,锚杆间距为0.6～0.9 m,链条和中心线的优选角度是30°,如图2所示。

图1 轨道吊挂机具

图2 悬挂装置

在被压碎、松脱或空的顶部,采用φ22.5 mm×6 300 mm锚索2根,并对1 m废旧U型钢进行切割,通过U型棚夹与链条相连挂。同时每30 m设置防摆动链1条。当挂载单轨吊轨道的链条大于0.6 m,运行于单轨吊轨道的单轨吊机车及重型液压支架易出现纵、横向振荡现象。单轨吊的轨道通过锚链与巷道两侧固定连接,以防止吊机摆动。如图3所示,增设斜链,以防止支架摆动。外露锚索长度较小时,索具需上移,压紧。这样做的目的是为了确保工字钢被牢牢地固定在顶板上面。同时为了防止锁具掉落,在锚索起吊连接地方,使用双锁具进行保护。

图3 斜链示意

1.4 巷道断面规定

开切眼至装配室巷道高度4.9 m,单轨吊车轨道中心线到两侧宽度均为2 m(最小不小于1.5 m),如图4所示。

图4 巷道断面

2 机车选型与起吊创新

单轨吊车运输作为一种辅助运输方式,在国内外煤矿运输系统中较为先进,牵引力为60～280 kN,最大爬升角30°,最高运行速度为2.15 m/s。不过,运输液压支架重量从未超过40 t。为提高重量,就单轨吊机车选型、轨道悬挂方式、悬挂链的排列、悬挂地脚螺栓的安装方法等进行研究。研究设计出适合45 t液压支架使用的特殊起吊梁。实践表明:单轨吊车运输有良好的运输环境、运输效率高、需要工人少的优势。尤其是在地质条件比较复杂的情况下,煤矿巷道弯曲较多。在大倾斜巷道的情况下,可实现重型设备的安装、物料及人员连续输送。能够去掉倾斜巷道“一坡三挡”的安全设施,及常规绞车信号工、钩工,杜绝倾斜巷道断绳等危险,实现由井口或者矿区运输场至工作面的连续运输。

2.1 液压支架整体运输机车的选择

牵引力的计算式为

F=g(W1+W2+W3+W4)(sinα+fcosα)

(1)

式中,F为支架需要的牵引力,kN;g为牵引转换系数,9.8;W1为该装置最大质量,45 t;W2为机车自重,-12.5 t,其余各节分别取其相应重量;W3为吊梁自重的8.0 t;W4为拉杆品质,0.5 t;α为运输线路最大坡度,15‰;f为运行阻力系数,取0.03。经计算,F=196 kN。另外在起吊重量上可适当增大或减少。

重载/空载时机车性能曲线如图5所示。从牵引力计算公式及重载/空载时车辆性能曲线中可看出,所选防爆柴油机可满足大型支架、掘进机等大坡度交通需求。

图5 重载/空载时机车性能曲线

2.2 吊梁和机车配置

机车的配置方案见表1。针对陕西某矿巷道高度需求,以及采用单轨吊整体运输ZZ13000/27/60D支架(45 t)的现场实际情况,SLG16.5型起吊梁的效果最佳。

表1 机车的配置方案

通过使用柴油单轨吊机车和SLG16.5型重型起重梁,预防了窄轨运输时巷道坠落,侧翻、倾斜巷道上的断绳、车辆打滑和其他重大运输事故,达到由水平巷道向倾斜巷道过渡的目的。实现了多弯道、多岔道连续直送,杜绝绳索断裂、车辆行驶及其他意外。避免了调度绞车、无接头绳索绞车、低速绞车在多起转运中因吊钩拆卸发生损伤挤压事故。安全可靠性倍增,实现综采工作面设备的安全有效拆装。

3 现场作业管理创新

起吊前先提升液压支架顶梁至适当高度,在重型起吊梁后部十字中心处,用液压单体支撑,以配合起吊梁的液压马达。接着使液压支架尾端上升至适当高度,保证液压支架总高距地面0.1 m左右。确认后对工作面开切眼的全部杂工进行清理。经过斜巷时,单轨吊车的运行速度不应大于0.6 m/s;经过平巷时,车速不得大于1.0 m/s,交叉口及弯道上车速不应超过0.2 m/s。在运送8 t以上重型材料的时候,需用机车专用重型起重梁。8 t以下的小部件,可用机车的轻型吊梁运输。单轨吊重吊梁自中心线延伸出两翼,最宽处达1.2 m。运输途中,不允许存在影响设备运行线路的障碍。按最大装置外形尺寸进行加工,提前调试加工模型支架。当局部巷道地方存在影响运输的障碍时,需进行清理,验收通过后,方可运输。加强对单轨吊机车运行期间的检修。以保证各零件完整性及可靠性,包括确保经常更换防冻液、清理冷却室,确认制动缸、夹紧缸是否完好,要安排专人负责日常巡查和记录工作。

4 单轨吊运输效益

当陕西某矿综采工作面液压支架运输方式是“轨道,绞车,钢丝绳,平板车”时,综采工作面的回采工期在2个月左右,而且用单轨吊车的运输方法回采只需45 d左右。当运输的速度超过2.2 m/s,单轨吊能够自动闭锁,规避了车辆滑动带来的危险,提高了煤矿井下辅助运输机械化,自动化程度,使得智能辅助运输得以实现,不管是经济效益、安全效益或社会效益,都有一个质的飞跃。起吊室、绞车的基础施工、轨道巷道的恢复等工作量明显减小。以往在拆工作面投产前,最少要有7支队伍同时建设。在用单轨吊对工作面进行拆卸的过程中,由于工作面内的所有综采设备都是通过运输巷道运输的,从而无需开挖轨道巷道底部,也无需在开切眼处搭建平台。在用单轨吊疏散的情况下,生产准备时,队伍仅需4支,优化了运输系统,提高了工作效率。