礦井設(shè)備安裝作業(yè)機(jī)械輔助裝置應(yīng)用效果研究

高先鋒，劉運(yùn)濤

(1.潞安宏泰新型銅材科技宜興有限公司，江蘇 宜興 214200；2.潞安化工集團(tuán)余吾煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046103)

受于井下運(yùn)輸條件和狹小巷道斷面限制，在部分綜采工作面安裝液壓支架時(shí)，需采用地面拆解、分批運(yùn)輸、井下組裝的方式進(jìn)行安裝[1]。然而，在安裝過程中，一些部件安裝仍需要人為支撐作業(yè)。隨著采掘深度的增加，工作面采用的液壓支架在重量和體積等方面都有所增加[2-3]，這就造成在安裝過程中勞動(dòng)強(qiáng)度過大，缺乏有效的安全保護(hù)手段。目前，學(xué)者們開展了一些大型支架快速安裝技術(shù)研究[4-7]，研制液壓支架快速安裝平臺(tái)并取得了很好的應(yīng)用效果[8]。除此之外，綜采工作面刮板運(yùn)輸機(jī)和電纜槽安裝也均存在部分高強(qiáng)度安裝操作需人為的作業(yè)[9-10]，作業(yè)效率低且有極大安全隱患。

鑒于此，針對(duì)余吾煤礦綜采工作面支架、刮板輸送機(jī)和電纜安裝時(shí)，還需進(jìn)行人為高強(qiáng)度作業(yè)，存在工作效率低和缺乏有效安全保護(hù)措施等缺點(diǎn)，研發(fā)設(shè)計(jì)了礦井設(shè)備安裝作業(yè)機(jī)械輔助裝置，并開展了應(yīng)用效果研究。

1 工程背景

余吾煤業(yè)公司目前在用支架為ZF7000/21/3、ZF8000/21/38以及ZF10000/21/38型支撐掩護(hù)支架，受井下運(yùn)輸條件限制，在部分綜采工作面安裝支架時(shí)需要將支架前梁千斤頂拆卸后在井下重新安裝就位，目前公司在用支架的前梁千斤頂重量約為150～200 kg不等，在以往的支架前梁千斤頂安裝作業(yè)過程中，需要4個(gè)人在狹小空間內(nèi)將千斤頂抬起并扛至安裝位置(扛抬高度約1.5 m)，然后進(jìn)行連接銷的對(duì)孔穿銷作業(yè)，同時(shí)還需1人時(shí)刻觀察千斤頂銷孔與安裝孔之間是否對(duì)正對(duì)齊。這種作業(yè)方法需要4人長(zhǎng)時(shí)間扛抬前梁千斤頂進(jìn)行支撐，并且受作業(yè)空間限制，扛頂人員還需彎腰躬身作業(yè)，工人勞動(dòng)強(qiáng)度較大，而且在沒有固定支撐的前梁正下方作業(yè)，缺乏安全保護(hù)措施。

在綜采工作面刮板輸送機(jī)(俗稱“前/后溜”)的安裝過程中，采用的工藝方法是利用絞車進(jìn)行溜槽的拖、對(duì)作業(yè)。根據(jù)作業(yè)需要，當(dāng)完成一個(gè)對(duì)溜循環(huán)時(shí)需要把絞車挪移到下一個(gè)對(duì)溜循環(huán)位置，挪移距離約50 m，《煤礦安全規(guī)程》明確規(guī)定嚴(yán)禁帶電搬遷絞車，所以絞車移動(dòng)需要使用倒鏈進(jìn)行拖拽。這種絞車前移辦法存在較多弊端：勞動(dòng)強(qiáng)度大(絞車自重約1.5～3.5 t，需要人工不間斷拖拽倒鏈)、作業(yè)效率低(絞車挪移至少需要約1.0 h)、作業(yè)人數(shù)多(除了2人拉倒鏈以外，還需要4人配合同步挪移開關(guān)機(jī)信號(hào)綜保)。

目前余吾煤業(yè)公司在用正規(guī)電纜槽有2種規(guī)格(1.5 m、1.75 m)，1.5 m電纜槽的重量為385 kg，1.75 m電纜槽重量為466 kg，在安裝電纜槽時(shí)受現(xiàn)場(chǎng)起吊工具及起吊點(diǎn)制約，一般都由人工扛抬作業(yè)，現(xiàn)場(chǎng)由5人扛抬電纜槽，1人穿螺絲，1人緊螺絲。這種工藝勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低，在當(dāng)班工作時(shí)間內(nèi)僅能完成14節(jié)電纜槽的安裝及就位工作，并且無法保證現(xiàn)場(chǎng)的安全撤退空間，存在較大安全隱患。

因此，針對(duì)上述三個(gè)設(shè)備安裝存在的問題，分別設(shè)計(jì)制作機(jī)械輔助裝置用以快速安裝作業(yè)。

2 機(jī)械輔助裝置研究

2.1 絞盤起吊裝置

在支架前梁千斤頂安裝作業(yè)過程中，設(shè)計(jì)一套絞盤起吊裝置。采用上、下兩部分鋼架結(jié)構(gòu)，上結(jié)構(gòu)用作起吊支點(diǎn)，下結(jié)構(gòu)用作起吊托架，使用自鎖式手動(dòng)絞盤作為起吊件，上下結(jié)構(gòu)通過絞盤自帶鋼絲繩進(jìn)行連接。絞盤起吊裝置工作原理示意圖如圖1所示。

圖1 絞盤起吊裝置工作原理圖

上固定架使用螺紋鋼制作，具有簡(jiǎn)便耐用的特點(diǎn)。并將4個(gè)滑輪安裝在固定架的4角，使用矩形鋼管/鋼板/螺紋鋼制作一個(gè)用于放置前梁千斤頂?shù)南峦屑埽㈩A(yù)留2個(gè)手動(dòng)絞盤的安裝位置(為方便攜帶及更換，將絞盤與滑輪做成可拆卸式裝置)。具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 絞盤起吊裝置結(jié)構(gòu)圖

使用時(shí)首先將上固定架放在支架頂梁上面進(jìn)行固定，下托架放在支架底靴上，安裝滑輪及手動(dòng)絞盤，將2個(gè)前梁千斤頂放置在下托架的前梁千斤頂槽內(nèi)，并用保護(hù)鏈進(jìn)行固定。前梁千斤頂槽的中心間距為760 mm，正好符合前梁千斤頂安裝位置距離要求，待上固定架、下托架、手動(dòng)絞盤、滑輪以及前梁千斤頂全部就位以后開始搖動(dòng)手動(dòng)絞盤，使下托架連同前梁千斤頂一同上升，直至前梁千斤頂安裝位置附近，然后利用撬棍對(duì)前梁千斤頂位置進(jìn)行微調(diào)，對(duì)準(zhǔn)插銷孔，完成插銷作業(yè)。

2.2 絞車“拖斗”

對(duì)于刮板輸送機(jī)安裝過程中溜槽的拖、對(duì)作業(yè)，使用液壓油缸作為絞車搬遷動(dòng)力，制作絞車“拖斗”，使絞車、開關(guān)、綜保成為一體，利用固定阻車鏈條及液壓油缸伸縮實(shí)現(xiàn)絞車自移。具體結(jié)構(gòu)原理如圖3所示。

圖3 刮板運(yùn)輸機(jī)絞車“拖斗”結(jié)構(gòu)原理圖

該套絞車自移裝置分別由自移拖斗和液壓油缸組成，自移拖斗由4個(gè)防偏滾輪及槽鋼底座組成，可以騎坐在溜槽上面來回移動(dòng)，自移拖斗上面安裝可拆卸護(hù)欄(用于保護(hù)開關(guān)及綜保，兼具臨時(shí)吊掛電纜功能)，兩側(cè)安裝阻車鏈條(吊裝鏈或40 T鏈條)，具體操作流程為：固定阻車鏈條—伸出液壓油缸(推動(dòng)絞車前移)—收回液壓油缸(帶動(dòng)拖斗前移)—重新固定阻車鏈條—進(jìn)入下一個(gè)自移循環(huán)。

2.3 電纜槽安裝輔助小車

在安裝電纜槽時(shí)的起吊作業(yè)，通過制作一種機(jī)械裝置作為電纜槽安裝輔助小車，可以實(shí)現(xiàn)電纜槽的便捷起吊、安裝位置的方便移動(dòng)以及使用操作的安全穩(wěn)固性能。該小車由上下兩部分構(gòu)成，理論設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

上半部分由1臺(tái)手動(dòng)絞盤和2個(gè)滑輪組在槽鋼“7”字架上安裝構(gòu)成，絞盤以及滑輪組均為可拆卸構(gòu)件，方便損壞以后更換使用。

下半部分由鋼板、阻車銷、滾輪軸、軸承、擋圈、固定銷、U型銷、開口銷組成，均方便拆卸組裝。

使用時(shí)首先把該套裝置整體放在前溜齒軌上面，通過人工推拉可實(shí)現(xiàn)在前溜齒軌上的來回移動(dòng)，安裝電纜槽時(shí)把小車推至溜槽中間位置，然后將阻車銷插入擋車位即可固定小車位置，然后將固定鏈條拴在前溜上面，即可保證在起吊電纜槽時(shí)小車不會(huì)發(fā)生側(cè)翻。將阻車銷及固定鏈條安裝完成后，即可轉(zhuǎn)動(dòng)絞盤進(jìn)行電纜槽的起吊安裝作業(yè)。

3 應(yīng)用效果

在支架頂梁上方尋找起吊點(diǎn)，解決了前梁千斤頂與頂梁之間距離不夠，無法直接起吊的問題。使用螺紋鋼及矩形鋼管制作框架式托架結(jié)構(gòu)，使用自鎖式手動(dòng)絞盤代替倒鏈操作，大大減少了裝置重量。同時(shí)起吊組裝2個(gè)前梁千斤頂，有效提高作業(yè)效率。通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，整個(gè)安裝前梁千斤頂過程用時(shí)僅15 min，且只需4人現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，減少了當(dāng)班勞務(wù)投入。避免施工人員長(zhǎng)時(shí)間在狹小空間內(nèi)扛抬重物作業(yè)，極大降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，極大提高作業(yè)安全系數(shù)。應(yīng)用效果如圖5所示。

圖5 起吊裝置應(yīng)用效果圖

制作使用液壓油缸作為絞車搬遷動(dòng)力的絞車“拖斗”，嚴(yán)格遵守《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，不帶電搬遷絞車，具有很好的安全性，配套解決開關(guān)及綜保同步挪移難題。絞車自移理論速度為1.6 m/min，絞車挪移50 m僅需耗時(shí)約30 min，效率比之前提升1倍，有效提高工時(shí)利用率。且操作過程不需要人工長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)拉倒鏈，也不需要人工抬運(yùn)開關(guān)、綜保，僅需2人即可完成絞車自移循環(huán)，作業(yè)人數(shù)比之前減少67%，大大提高工作效率。

采用機(jī)械裝置作為電纜槽安裝的輔助小車，在前溜煤墻側(cè)尋找起吊點(diǎn)，成功解決了作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)無起吊點(diǎn)的難題，并且將起吊點(diǎn)做成移動(dòng)式，滿足每一節(jié)電纜槽的安裝位置需求。使用手動(dòng)絞盤代替人工扛抬倒鏈拉拽作業(yè)，極大地降低了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。用機(jī)械輔助裝置代替人工扛抬作業(yè)，減少現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員數(shù)量，保證現(xiàn)場(chǎng)足夠的安全撤退空間。

4 結(jié) 語

1) 設(shè)計(jì)一套起吊支架的絞盤起吊裝置，避免施工人員長(zhǎng)時(shí)間在狹小空間內(nèi)扛抬重物作業(yè)，極大降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，極大提高作業(yè)安全系數(shù)。

2) 使用液壓油缸作為絞車搬遷動(dòng)力，制作絞車“拖斗”，效率比之前提升1倍，且作業(yè)人數(shù)比之前減少67%.

3) 采用機(jī)械裝置作為電纜槽安裝的輔助小車，極大地降低了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。