曹海山,李俊斌,張咸民
(1.淮南礦業(yè)集團(tuán)生產(chǎn)部,安徽 淮南 232001;2.南京石誠井巷裝備有限責(zé)任公司,江蘇 南京 211164)
?
綜采液壓支架快速安撤裝備配套工藝技術(shù)分析
曹海山1,李俊斌1,張咸民2
(1.淮南礦業(yè)集團(tuán)生產(chǎn)部,安徽 淮南 232001;2.南京石誠井巷裝備有限責(zé)任公司,江蘇 南京 211164)
通過對(duì)國內(nèi)外資料分析研究,論證了在綜采工作面采用專用機(jī)械設(shè)備替代利用絞車、滑輪配合單體使用的傳統(tǒng)的拆架方式,提高拆架時(shí)的安全性。同時(shí),使用機(jī)械手后,液壓支架調(diào)向半徑小,調(diào)向速度快,刷面寬度可減少1~1.5m,減少了刷面工程量,節(jié)約了刷面材料費(fèi),解放了人力資源,使綜采工作面撤除向不(少)刷面、無(少)坑木收作方向發(fā)展,達(dá)到安全高效的目的。
液壓支架;快速安撤;工藝技術(shù);安裝臺(tái);撤架機(jī)械手;液壓叉車
Matching Technology of Rapid Installation and Withdraw Equipment of Fully Mechanized Mining Hydraulic Support
綜采工作面液壓支架、刮板機(jī)、采煤機(jī)在工作面開采前和停采后這些大型笨重設(shè)備的安裝和撤除一直沒有理想成熟的系統(tǒng)機(jī)械化裝備及施工工藝,主要靠人工操作,費(fèi)時(shí)費(fèi)力且安全事故多,這已成為制約現(xiàn)代化礦井提高功效、節(jié)約成本和降低安全風(fēng)險(xiǎn)的主要問題之一。
淮南礦業(yè)集團(tuán)根據(jù)生產(chǎn)需要,對(duì)國內(nèi)外有關(guān)這方面的最新科技成果及使用情況進(jìn)行了廣泛調(diào)研和試驗(yàn)研究,取得了一些較好的工作成績和理論管理成果,并對(duì)此進(jìn)行了分析總結(jié)。
圖1所示為德國產(chǎn)支架遷移車,由機(jī)械臂、履帶行走機(jī)構(gòu)、電纜絞盤等組成,工作時(shí)如圖2所示,機(jī)械手抓住支架、降支架、擺動(dòng)機(jī)械臂將支架拉出,啟動(dòng)履帶行走、電纜絞盤收電纜,將支架牽引到工作面巷道再裝車運(yùn)走。全過程不用掩護(hù)支架和絞車,快捷安全,但該設(shè)備沿底板拖拽支架,底板硬度要高,否則難以運(yùn)行且其牽引力和爬坡能力有限,不適合大支架和大傾角情況下使用,電纜隨設(shè)備進(jìn)出不便管理,設(shè)備價(jià)格也很高,國內(nèi)有購買的但沒使用,這種設(shè)備在北方硬化底板工作面傾角小的場(chǎng)合可能較適應(yīng),美國也有類似設(shè)備。
圖1 支架遷移車
圖2 支架遷移車撤架示意
圖3所示設(shè)備是德國產(chǎn)的支架安裝臺(tái),由搖臺(tái)、基座、牽引缸組成,工作時(shí)牽引缸將支架從平板車?yán)綋u臺(tái)上,落下?lián)u臺(tái)繼續(xù)牽引使支架沿斜坡滑到底板,再如圖4所示用油缸和鏈條將支架調(diào)整到位,全過程不需絞車和單體,安全省力,但較之傳統(tǒng)方法工序繁瑣費(fèi)時(shí),效果不理想,就位過程機(jī)械化程度較低。
圖3 德國產(chǎn)支架安裝臺(tái)
圖4 安裝臺(tái)使用示意
經(jīng)過多方面比較分析,國外該方面設(shè)備比國內(nèi)現(xiàn)有水平不具備明顯優(yōu)勢(shì),且價(jià)格太高,引進(jìn)意義不大。
我國煤炭產(chǎn)量大、產(chǎn)煤區(qū)域廣、地質(zhì)情況復(fù)雜,在支架安撤方面有多種施工方法,目前尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)及工藝設(shè)備,按施工方式主要設(shè)備的名稱可分為以下5種:傳統(tǒng)施工工藝及設(shè)備;液壓叉車施工工藝及設(shè)備;撤架機(jī)械手施工工藝及設(shè)備;無軌膠輪車施工工藝及設(shè)備;單軌吊車施工工藝及設(shè)備?,F(xiàn)將各種工藝及設(shè)備的優(yōu)劣,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析比較。
2.1 傳統(tǒng)施工工藝及設(shè)備
目前國內(nèi)大多數(shù)礦井支架安撤都是利用絞車、單體、滑輪等非專用設(shè)備,靠經(jīng)驗(yàn)指揮、人力施工完成,無法制定嚴(yán)格的施工規(guī)程和操作制度。安裝時(shí)一般距安裝點(diǎn)10m左右提前拆軌道,利用絞車將支架從平板車上直接拉下,再拉到安裝點(diǎn)利用另外絞車或單體調(diào)向安放到位。傾斜工作面最少要2部絞車配合才能完成,從平板車上拉下支架時(shí)容易掉道,還要費(fèi)時(shí)費(fèi)力復(fù)位,絞車遠(yuǎn)距離指揮,力量和速度位移量都很難控制,這個(gè)過程易出現(xiàn)倒架事故,特別在傾斜工作面,也易出現(xiàn)斷繩或崩繩傷人事故,利用單體時(shí)人離支架太近也很不安全。撤除時(shí)將絞車鋼絲繩通過滑輪調(diào)向綁在待撤支架上,打點(diǎn)指揮絞車收繩將支架從掩護(hù)支架和未撤支架間抽出,期間由于方向不好控制,支架會(huì)左右擺動(dòng),可能出現(xiàn)卡死現(xiàn)象,這時(shí)就要停絞車用單體調(diào)整,反復(fù)多次才能抽出。在傾斜工作面還需1部絞車配合防倒,這一過程易出現(xiàn)滑輪拉壞散架、飛物傷人、斷繩或崩繩傷人事故。用絞車調(diào)向回轉(zhuǎn)半徑大,停采時(shí)擴(kuò)面寬度一般要求4m左右,工程量大、支護(hù)材料消耗量大。由于速度慢,為保證通風(fēng)和防發(fā)火,掩護(hù)架后坑木用量也很大,還需多個(gè)單體配合采空區(qū)處支護(hù),2種工序都要多用人5~7名,勞動(dòng)強(qiáng)度大、功效低、安全風(fēng)險(xiǎn)大。也有不用掩護(hù)支架,使用支架抬底油缸反復(fù)升降移出的情況,支架拉出后或沿底板拉走或鋪滑板、滑道滑出或就近裝平板車運(yùn)走。
2.2 液壓叉車施工工藝及設(shè)備
如圖5所示,支架安裝前先在切眼通道里鋪設(shè)軌距2m的專用軌道,液壓叉車可在其上由絞車牽引行走,工作時(shí)用普通平板車將支架運(yùn)到切眼上口,再用叉車上的油缸把支架拉上叉車,然后叉車的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使支架回轉(zhuǎn)90°(避免支架運(yùn)行中碰兩側(cè)單體),啟動(dòng)絞車支架運(yùn)到安裝點(diǎn),拆1節(jié)軌道后支架再回轉(zhuǎn)90°,推架機(jī)構(gòu)將支架推下,再人力調(diào)整安裝到位。全程無需絞車和單體調(diào)向移位,安全快速、省人省力,較傳統(tǒng)方法每小班可多安裝2架左右。傳統(tǒng)方法從支架運(yùn)到至裝好需40~60min,該方法一般在40min左右。專用軌道還可配合其變軌吊起吊溜槽使這部分工作也快速安全,如果改進(jìn)將上口轉(zhuǎn)車過程省掉,則速度會(huì)更快,但叉車在軌道上推架時(shí)會(huì)掉道,也會(huì)影響施工速度,因此有待改進(jìn)完善。
圖5 液壓叉車施工工藝
如圖6所示,支架撤除平臺(tái)布置在工作面迎頭,利用平臺(tái)上的油缸將待撤支架拉出沿導(dǎo)向槽移動(dòng)調(diào)向到位,并裝車運(yùn)走。該方法較傳統(tǒng)方法省人省力,但速度不具明顯優(yōu)勢(shì);用鋼絲繩牽引有安全隱患,停采擴(kuò)幫也在4m左右。
圖6 支架撤除平臺(tái)布置
2.3 撤架機(jī)械手施工工藝及裝備
如圖7所示,支架撤除時(shí)利用端頭2~3架支架調(diào)90°作掩護(hù)架,機(jī)械手安裝在靠煤壁側(cè)橫梁上,橫梁與掩護(hù)架相連,由此組成1套可自移、帶防護(hù)的機(jī)械化撤架系統(tǒng)。系統(tǒng)工作以乳化液為動(dòng)力,克服了國外設(shè)備拖電纜、破壞底板的缺陷,設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、操作容易、造價(jià)低,牽引力和爬坡力也不受限制,可適應(yīng)各種現(xiàn)場(chǎng)條件。機(jī)械手鉤頭鉤住待撤支架往煤壁側(cè)擺動(dòng),將支架擺出1.7m左右、大臂伸縮缸動(dòng)作帶動(dòng)支架調(diào)向,全程無需絞車、滑輪、單體,只需1人操作,在大傾角工作時(shí)將掩護(hù)架前擋板落下就可防止支架傾倒。經(jīng)調(diào)研,在中煤大屯煤電孔莊礦20°傾角工作面使用時(shí)平均5~10min撤出1架,而采用傳統(tǒng)方法則需近60min。支架撤出后掩護(hù)架利用橫梁(相當(dāng)溜槽)交替動(dòng)作帶動(dòng)機(jī)械手前移1個(gè)架寬再進(jìn)行下一循環(huán),機(jī)械手調(diào)向回轉(zhuǎn)半徑小,支架可從未撤支架下方運(yùn)走,停采時(shí)可不需擴(kuò)幫或少擴(kuò),每個(gè)面可節(jié)約近100萬元。撤出速度快又有掩護(hù)架,采空區(qū)可少用或不用坑木,每個(gè)面也可節(jié)約近百萬。撤除機(jī)械手工藝是目前國內(nèi)外較理想的施工設(shè)備,用人少(2~3名)、設(shè)備專業(yè)單一、操作方便可靠、無安全隱患、速度快、成本節(jié)約明顯。不足之處是支架外運(yùn)無配套設(shè)備,為保持掩護(hù)架高度采空區(qū)側(cè)還需單體支護(hù)輔助。
圖7 撤架機(jī)械手撤架示意
圖8 撤架機(jī)械手裝架示意
如圖8所示,支架安裝平臺(tái)放置在已裝好支架1個(gè)架寬的底板處,用普通平板車沿普通軌道將待裝支架運(yùn)到安裝平臺(tái)前端,用牽引油缸將其從平板車?yán)习惭b平臺(tái),調(diào)整牽引油缸掛點(diǎn)繼續(xù)拉,實(shí)現(xiàn)支架在臺(tái)面回轉(zhuǎn)90°,推移油缸啟動(dòng)將其推出落到安裝位置,收縮推移油缸再頂出即可,將安裝平臺(tái)再退后1個(gè)架寬,以此重復(fù)完成安裝工作。平臺(tái)下面有藏軌裝置,待1段軌道全用完后取出即可,全程無需絞車、單體及人力,1人遠(yuǎn)控操作即可,在皖北煤電錢營孜礦16°傾斜工作面安裝,平均每架15min,省人、安全、快速,設(shè)備簡單操作容易,但其沒有配套的溜槽安裝設(shè)備。
2.4 無軌膠輪車施工工藝及設(shè)備
我國西部許多現(xiàn)代化礦井均以無軌膠輪車運(yùn)輸為主,安裝時(shí)用膠輪叉車直接將支架運(yùn)到地點(diǎn)安放,撤除時(shí)先用絞車將支架拉出調(diào)向,然后用叉車運(yùn)走。撤除時(shí)為了快速還需另開1條通道并硬化底板,多點(diǎn)同時(shí)作業(yè)。
這種工藝只適合地質(zhì)條件好的礦井,其在撤除時(shí)也存在不足,用絞車且絞車還要不斷移動(dòng),另開通道硬化底板成本太高,遇到?jīng)_擊地壓有較大安全風(fēng)險(xiǎn)。
2.5 單軌吊車施工工藝及設(shè)備
在有些頂板較好礦區(qū),輔助運(yùn)輸采用單軌吊,安裝時(shí)用單軌吊將支架運(yùn)到工作面安裝點(diǎn)放下,再用絞車和單體就位,撤除時(shí)用絞車將支架拉出調(diào)向,再用單軌吊運(yùn)走。用單軌吊運(yùn)輸系統(tǒng)簡單,但支架就位和拉出都是傳統(tǒng)工藝。
經(jīng)過對(duì)國內(nèi)外支架安裝撤除裝備配套工藝技術(shù)的調(diào)研分析研究,淮南礦業(yè)于2013年在原產(chǎn)品基礎(chǔ)上進(jìn)行了多次改進(jìn)完善,成功推廣使用液壓叉車安裝施工設(shè)備。經(jīng)過多年實(shí)踐,杜絕了安裝過程的事故,提高了功效,減少了人員。目前已和南京石誠井巷公司簽訂了合作推廣撤除機(jī)械手項(xiàng)目,用于替代傳統(tǒng)的利用絞車、滑輪配合單體使用的拆架方式,使得在拆除過程中更具有安全性。使用機(jī)械手后,液壓支架調(diào)向半徑小,調(diào)向速度快,刷面寬度可減少1~1.5m,減少了刷面工程量,節(jié)約了刷面材料費(fèi),解放了人力資源,提高了施工效率。并在原技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善支架調(diào)向后便捷運(yùn)出裝置、采空區(qū)側(cè)自移防護(hù)裝置、停采后不擴(kuò)幫或少擴(kuò)工藝,拆除時(shí)無坑木支護(hù)工藝,徹底保證撤除施工的安全,達(dá)到減人增效目的。在謝橋、朱集東礦試驗(yàn)成功后,在集團(tuán)西部礦區(qū)進(jìn)一步探討不另開通道、不硬化底板,進(jìn)行快速撤除工藝。
通過不斷摸索實(shí)踐,認(rèn)為在綜采液壓支架快速安拆領(lǐng)域,國產(chǎn)設(shè)備無論是形式還是技術(shù)水平都超過國外,但還存在不完善之處,各使用單位可根據(jù)自己的具體情況改進(jìn)選用,不斷完善發(fā)展我國在支架安撤方面的技術(shù)水平,在廣泛推廣應(yīng)用的基礎(chǔ)上盡快制定行業(yè)施工規(guī)范及產(chǎn)品制造行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),使我國在支架安撤方面達(dá)到世界先進(jìn)水平。
[1]丁 斌,張咸民,李紀(jì)棟,等.“機(jī)械手、絞車、掩護(hù)支架”組合構(gòu)建撤除液壓支架新裝備[J].煤礦開采,2014,19(5):44-46.
[2]呂兆海,張建華,黃相明,等.清水營礦綜采面安全回撤和快速安裝工藝研究[J].煤,2012,21(4):1-2,45.
[3]馬黔成.淺談綜合機(jī)械化在煤礦開采上的應(yīng)用[J].低碳世界,2013(14):120-121.
[4]孫仕進(jìn).綜放工作面液壓支架的快速撤除工藝探討[J].煤礦現(xiàn)代化,2009(1):7-8.
[5]高 超,張華煒,張 恒.液壓支架快速撤除工藝與配套裝備[J].煤礦現(xiàn)代化,2009(6):17-19.
[6]朱永慶,艾俊友,李立軍,等.綜放工作面回撤與安裝新工藝在小康礦的應(yīng)用[J].煤礦安全,2005(2):24-26.
[責(zé)任編輯:鄒正立]
2016-06-01
10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2016.06.013
曹海山(1963-),男,河南許昌人,高級(jí)工程師,現(xiàn)任淮南礦業(yè)集團(tuán)生產(chǎn)部部長。
曹海山,李俊斌,張咸民.綜采液壓支架快速安撤裝備配套工藝技術(shù)分析[J].煤礦開采,2016,21(6):46-48,100.
TD355.4
B
1006-6225(2016)06-0046-03