The Examination of Heavy Equipment assembly and migration underground
Hongbin Xuan
(Jinhuagong Mine,Datong Coal Mine Group, Datong Shanxi province 037016)
Abstrack: Trough design the new assembly Chamber of Large-scale hydraulic,design the new heavy equipment overturned faceilities, improve technology, to achieve rapid separation downhole assembly of large equipment,and quickly retreat in the face turned on the mine flatbed transport,mine achieved the rapid assembly of large equipment,transport.
Key words: hydraulic support assembly chamber
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前言
隨著煤礦開采技術(shù)的不斷發(fā)展，綜采工作面單產(chǎn)產(chǎn)量不斷攀升，綜采設(shè)備不斷在向大功率、高強(qiáng)度，長(zhǎng)壽命發(fā)展。液壓支架作為綜采工作面頂板安全防護(hù)的主要裝備也已經(jīng)由輕型邁向了重型。由于設(shè)備重量的不斷增加，給煤礦井下的運(yùn)輸移動(dòng)提出了新的課題，即如何將大噸位的井下設(shè)備實(shí)現(xiàn)快速分解、組裝，如何縮短設(shè)備搬家停留時(shí)間，提高設(shè)備在崗時(shí)間，實(shí)現(xiàn)安全高效生產(chǎn)，為此，以目前同煤集團(tuán)的生產(chǎn)礦井在這方面的技術(shù)研究為例，探討重型設(shè)備井下快速組裝運(yùn)移。
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重型設(shè)備井下分解、組裝、運(yùn)移概況
以同煤集團(tuán)大采高工作面使用的ZZ9900/29.5/50支撐掩護(hù)式液壓支架為例。該支架由北京煤礦機(jī)械廠生產(chǎn)，支架高度最高5000mm，最低2950mm，寬度1670-1840mm，長(zhǎng)度8950mm，支架重量30噸。由于礦井巷道歷史設(shè)計(jì)原因，根本無(wú)法滿足這種大體積，大重量支架的運(yùn)輸，只能先對(duì)支架解體后運(yùn)輸，然后再對(duì)支架進(jìn)行重新組裝。傳統(tǒng)的組裝方式是在組裝硐室上方使用11#工字鋼用U型卡連接，錨索錨固吊裝梁，在吊裝梁上打吊裝孔，來(lái)起吊液壓支架。由于該液壓支架頂梁重量大，需吊裝梁的承受力大，打吊裝孔的數(shù)量多。況且支架高度又比較高，工人組裝的難度大，工作環(huán)境安全系數(shù)低。如果只組裝少數(shù)幾個(gè)支架用傳統(tǒng)方法完全可以完成，但是對(duì)于成批量上百個(gè)支架組裝，用傳統(tǒng)方法就會(huì)暴露出許多缺點(diǎn)，1、由于錨索梁受拉疲勞，錨固力下降而使得組裝時(shí)，工人的安全系數(shù)大幅降低；2、盡管工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，但是效率卻很低；3、極易對(duì)支架部件造成損壞。因此，必須改進(jìn)落后的不適應(yīng)生產(chǎn)的傳統(tǒng)工藝，重新設(shè)計(jì)新的能適應(yīng)重型設(shè)備拆裝的輔助設(shè)施，適應(yīng)先進(jìn)的煤礦開采形勢(shì)。另外，為提高效率，支架搬家時(shí)考慮整架運(yùn)輸，但外形尺寸大對(duì)運(yùn)輸巷道的高度，寬度有很高的要求，按照現(xiàn)有的巷道，只能對(duì)支架進(jìn)行翻倒，躺著裝車。而立裝支架重心高，在運(yùn)輸過(guò)程中重心不穩(wěn)，不好運(yùn)輸。
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重型設(shè)備快速組裝可行性分析
以北京煤礦機(jī)械廠生產(chǎn)的ZZ9900/29.5/50支撐掩護(hù)式液壓支架在井下快速組裝為例，分析構(gòu)件的最大尺寸和結(jié)構(gòu)尺寸，重新設(shè)計(jì)支架組裝硐室，長(zhǎng)度17000mm，高度6000mm，分為A硐室、B硐室。
A硐室
A硐室高度4500mm，長(zhǎng)度3500mm，組裝支架立柱，吊裝梁采用縱向11＃工字鋼與橫向11＃工字鋼焊接，中間用“U”螺栓固定在一起，吊裝梁用長(zhǎng)4000mm錨索與頂板固定。
B硐室
B硐室高6000mm,長(zhǎng)10000mm設(shè)計(jì)起吊裝置起吊支架頂梁，對(duì)支架進(jìn)行整體組裝。并有站人平臺(tái)，便于工人能在高處作業(yè)。另外設(shè)計(jì)重型設(shè)備的翻轉(zhuǎn)裝置，稱為龍門吊，使支架能安全翻轉(zhuǎn)裝車。
將支架拆裝后，分別用平板車裝運(yùn)。1#平板車裝支架底座及后連桿。2#平板車裝支架立柱。3#平板車裝支架頂梁。支架的組裝，在平板車上進(jìn)行，工人不需移動(dòng)支架的部件，只移動(dòng)平板車即可。
4 重型支架快速組裝原理及工藝流程
（1）將1#、2#、3#平板車依次進(jìn)入A、B硐室。
（2）用滑輪a將立柱從2#平板車起吊到1#平板車位置處，并用4個(gè)3噸導(dǎo)鏈將立柱穩(wěn)入底座柱窩里。
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用起吊裝置將支架組合頂梁整體吊起到距離軌道面4m處，并用2個(gè)3噸導(dǎo)鏈吊起護(hù)幫板，在頂梁上掛1個(gè)1噸導(dǎo)鏈將前連桿吊起，組合。頂梁整體吊起后要使之平衡。
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將1#、2#、3#平板車向進(jìn)入的反方向退出，使裝底座的1#平板車處在原來(lái)3#平板車位置處，將支架整體聯(lián)接組裝，組裝后拉到卸車臺(tái)處。卸車后將支架運(yùn)入工作面中。
支架翻轉(zhuǎn)裝置（如圖所示），起先，設(shè)計(jì)在頂板打幾組錨索圓盤，而錨索圓盤存在安全隱患，最后優(yōu)化設(shè)計(jì)成一組龍門架。根據(jù)支架的高度、寬度、起吊點(diǎn)及實(shí)現(xiàn)空中翻轉(zhuǎn)的要求，設(shè)計(jì)龍門架的高度為5800mm，寬度為4500mm的整體剛性結(jié)構(gòu)，又根據(jù)支架的重量，采用30#工字鋼并驗(yàn)證計(jì)算，其本身由兩根柱腿和一根橫梁組成。使用時(shí)穩(wěn)裝于巷道兩側(cè)并用高強(qiáng)度螺栓連接緊固。
支架翻轉(zhuǎn)時(shí)，工藝流程如下：
（1）將支架平拉至龍門中心位置。
（2）用長(zhǎng)錨鏈固定支架兩底座，并將兩吊鉤分別鉤住兩側(cè)錨鏈中心。
（3）兩側(cè)絞車同時(shí)啟動(dòng)先將液壓支架平吊距離底板300mm高度，然后兩吊鉤配合作業(yè)，一個(gè)起吊，另一個(gè)下放，直至將支架橫倒。
（4）推入平板車進(jìn)入液壓支架下方，慢松絞車?yán)K將液壓支架放到平板車上固定。
5 設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)梁的強(qiáng)度計(jì)算：
以和11#工字鋼相近的型鋼為例，按照3米長(zhǎng)計(jì)算，最大彎矩臨界值為：
式中Mmax------------------------------------------最大彎矩
C--------------------------------------------------臨界應(yīng)力
L--------------------------------------------------型鋼的長(zhǎng)度，3米
E---------------------------------彈性模量
Iy------------------------------------------------慣性距
G---------------------------------切變彈性模量
J----------------------------------扭轉(zhuǎn)級(jí)慣性矩，
式中 C-------------------------臨界應(yīng)力系數(shù)
C1------------------------系數(shù)
μ------------------------長(zhǎng)度系數(shù)0.5
C2------------------------系數(shù)
------------------扇性慣性矩，對(duì)工字板梁
，
式中h-------------------------型鋼高度12.6
對(duì)型鋼查表J—扭轉(zhuǎn)級(jí)慣性矩，
其中型鋼
=1.2
式中b-----------------型鋼腿寬7.4cm
d----------------- 腰厚0.5cm
tf------------------------------平均腿厚0.84cm
查表可知c1=1.07，c2=0.42,
=0.5,
, 
,h=12.6cm,L=300cm,b=7.4cm,t=0.5cm,tf=0.84cm
把數(shù)據(jù)代入前面公式，可得
=
=1865.43
=
=4.14
式中b--------------------------型鋼腿寬
tf-----------------------------------------平均腿厚
h---------------------------型鋼高度
d----------------------------腰厚
所以
=
=6.365
=
式中 p-----------------載荷
L----------------型鋼長(zhǎng)度
可知：P=514000N=52500Kg=52.5噸
因其最大件重量17噸，組裝峒室滿足。
龍門吊的鋼梁采用20#工字鋼，其強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于支架重量（30噸），翻轉(zhuǎn)工藝滿足。
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實(shí)用性和效益
組裝峒室及設(shè)備翻轉(zhuǎn)裝置（龍門吊）設(shè)計(jì)直觀，簡(jiǎn)單易懂，工人作業(yè)安全程度高，同時(shí)，對(duì)組裝工藝流程科學(xué)設(shè)計(jì)，大大縮短了設(shè)備組裝、裝車時(shí)間，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，緊貼煤礦生產(chǎn)實(shí)際，與現(xiàn)代化的煤礦生產(chǎn)接軌運(yùn)行，使綜采工作面的搬家時(shí)間提前了10天左右，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。安全管理同時(shí)有了質(zhì)的改觀，近幾年已經(jīng)在同煤集團(tuán)許多礦井推廣應(yīng)用，實(shí)踐證明這一成果的科學(xué)性和其實(shí)用性所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益都十分顯著。
作者簡(jiǎn)介：宣宏斌，男，山西朔州人，中共黨員，1987年畢業(yè)于山西礦院，高級(jí)工程師，現(xiàn)任同煤集團(tuán)晉華宮礦礦長(zhǎng)。
