神华新疆能源有限责任公司生产服务中心乌鲁木齐市830027
摘要：针对大型支架采用轨道-绳牵引方式进行整架运输方式，从理论和试验两个方面论证其可行性。根据大型支架装车后最大外形尺寸（长、宽、高、转弯半径）和总重量加工制作整架装车运输模拟试验车，并在煤矿副井、顺槽、联络巷、上下山口等不同地点、区域和特殊条件下进行了整架运输模拟试验车的运输实验。实验结果表明，该运输方式在现场得到了应用且是安全可靠的，同时该研究为煤矿井下使用轨道-绳牵引方式进行整架运输提供了技术支撑，对复杂地质条件下煤矿使用轨道-绳牵引方式整架运输大型支架具有参考价值。
关键词：轨道-绳牵引；大型支架；整架运输；模拟试验；
近几年来随着煤矿安全管理形势和需求，煤矿不断通过改进采煤工艺、引进新技术装备等手段，来提升安全风险管控能力和高效率的产能需求，大型支架在煤矿中的使用也越来越多。而大型支架的运输则成为一个急需解决的问题，无论是从地面到工作面还是两个工作面之间的搬家，大型支架运输工艺可分为解体运输和整架运输。解体运输通常采用绞车、电机车、无极绳绞车等牵引的方式，但支架解体和组装占用时间多，工艺复杂，环节多，材料配件损耗大，用工多，工期长，因此大型支架的运输更倾向于整架运输。目前液压支架整体运输的主流方式是采用支架无轨搬运车，但支架运输车对井下空间、地质条件和巷道地面质量要求高，投资大，利用率低，很多矿井并不适合用支架运输车运输液压支架。
为尝试和探索在复杂地质条件和复杂运输系统条件下大型支架轨道-绳牵引整架运输的的可行性和可靠性，我们以ZY10000/20/35型支架作为研究对象，在地面根据大型支架装车后最大外形尺寸（长、宽、高、转弯半径）和总重量加工制作整架运输模拟试验车，并从地面、井口、副井、大巷、顺槽、联络巷、上下山口、车场等不同地点、区域和特殊条件下，利用提升绞车、电瓶车、无极绳绞车牵引运输设备对整架运输模拟试验车进行模拟实验，试验采集了大量数据，为井下使用大型支架轨道-绳牵引整架运输提供了技术支撑。
1、可行性分析
1.1整架运输与解体运输可行性分析。首先对整体和解体运输液压支架进行比较（结果如表1所列），发现解体运输难度低，但费时费力；整体运输虽然存在重型平板车选用、牵引设备选用、轨道铺设及运行阻力等问题，但整架运输方便快捷。其次针对沙吉海煤矿和宽沟煤矿安装工作面运输巷道起伏大、坡道多以及支架体积大、自身重量大（38T）的特点，排除了无轨支架运输车整架运输的可行性，提出了无极绳绞车牵引方式整架运输和解体运输2套方案，并对整架运输所遇到的问题做了大量研究和试验，引进并采购载重量50T的平板车，以满足整架运输需要；对轨道载重和选型进行了分析，以便选择合适的轨道型号；对无极绳绞车运行运行能力的核算和选型进行计算且考虑了重车在坡道上跑车时的制动、掉道等问题，最终认为整架运输从理论上是可行的。
表1：整架运输与解体运输优缺点对比
2、整架运输配套设备（平板车、无极绳绞车）选择
2.1整架装车运输所需平板车选择。结合以往安装工程中整架运输下放经验，考虑到整架装车运输的安全性、整架的捆绑固定方式，通过验算结果，特采购定制并选用了整架装车运输的50吨专用平板车及配套支架锁具，大大提高了整架装车捆绑的安全性，如图1所示。
图1：50T平板车验算和配套支架锁具固定
2.2无极绳绞车的选择
为了充分考虑到整架顺槽无极绳绞车运输环节的风险，根据目前使用10000型支架重量和外形尺寸，经过验算选用SQ-160/160PS（C）型双绳无极绳连续牵引车（如图2无极绳连续牵引车布置示意图），该车是煤矿井下巷道以钢丝绳牵引的一种普通轨道运输设备，适用于长距离、大倾角、多变坡、大吨位工况条件下的工作面顺槽、采区上（下）山和顺槽轨道巷等材料、设备的运输，是替代传统小绞车接力、对拉运输方式实现在大倾角整体运输大吨位液压支架的一种比较理想的设备。
无极绳交绞车能力核算如下：
2.2.1选用设备参数
已知选用的SQ-160/160PS（C）无极绳绞车牵引力为160KN，巷道最大坡度为180，钢丝绳直径为24mm，钢丝绳总长度为1000米。
2.2.2提升计算
----梭车自重，qc=2t；
β----轨道倾角，α=180；
μ----钢丝绳运行阻力系数，μ=0.25；
w-----绞车牵引力，F=160KN；
qR-----钢丝绳每米重量，p=2.15Kg/m；
l-----钢丝绳最大倾斜长度2000m；
g-----重力加速度，9.8m/s2
经过计算：G=W-2µqRLg/（sinβmax+0.02cosβmax）g-G0式中：
G0为梭车自重，qc=2t；
β为-轨道倾角，α=180；
μ为-钢丝绳运行阻力系数， μ=0.25；
w为绞车牵引力，F=160KN；
qR为钢丝绳每米重量，p=2.15Kg/m；
l为钢丝绳最大倾斜长度，1000m；
g为-重力加速度，9.8m/s2
经过计算：
G=160×1000-2×0.25×2.15×9.8×1000/1000×（0.02COS18°+sin18°）×9.8-2=160t，提升重量为：G=160 t（不包含梭车重量）；
2.2.3所需牵引力计算
F=（G+G0）（0.02COSβmax+sinβmax）g+2μqRgL
式中：
F-低速满负荷时最大的牵引力；
G-梭车自重；
G0-运输最大重量（含平板车重量）；
βmax-运行线路最大坡度；
μ-钢丝绳摩擦阻力系数；（由于钢丝绳局部在托滚移动，故提升钢丝绳摩擦阻力系数取0.25选绳：）
qR-单位长度钢丝绳的重量；
L-运输距离；
g-重力加速度；
F=（2+40）×1000×9.8×（0.02COS18°+sin18°）+2×0.25×2.15×9.8×1000
≈146KN
根据以上牵引力计算，要完成最基本的工作要求，达到最大牵引力为146KN的无极绳绞车就可以满足要求，因此建议采用SQ-160/160PS（C）无极绳绞车。
2.2.4功率验算
N=FV/η
式中：N-实际消耗功率F-牵引力V-低速牵引重车时速度
η-绞车传动效率0.80K-功率富余系数
SQ-160/160PS（C）型无极绳绞车功率备用系数为
N=FV/η=146×0.72/0.80×1000≈131KW；
K=160/131≈1.22＞1.1
经验算，无极绳绞车功率富余系数大于1.1，符合煤安规程要求。因此，选用SQ-160/160PS（C）无极绳绞车的功率满足使用要求。
2.2.5钢丝绳安全系数验算
由煤矿安全规程得，提运安全系数K不得小于3.5。
查钢丝绳公称抗拉强度参数表
选用直径24mm，公称抗拉强度为1670Mpa的纤维芯钢丝绳最小破断力为317KN，实际K=5-0.001L=5-0.001×1000=4＞3.5（煤矿安全规程408条表9规定），所以满足要求。
图2：无极绳连续牵引车布置示意图
3、模拟试验
模拟试验主要包括解体运输试验、整体运输试验、特殊条件况下整架运输试验，并分析试验结果。
3.1试验内容
3.1.1支架解体运输试验
使用两辆50T平板车分别装底座、顶梁、掩护梁，以串车的方式使用无极绳绞车梭车依次牵引运输底座、掩护梁+顶梁（图3）、底座+掩护梁+顶梁，在设定的起始和停止位置，往复试验至少3次，观察平板车运行情况、记录试验过程中梭车配重情况、测试模拟区段轨道轨距变化和变形情况，使用拉力计测量或测算出串连运输所需的牵引力。
图3：顶梁与掩护梁串连运输
3.1.2整架运输试验
利用双绳无极绳绞车，采取两个梭车运输方式（一个梭车牵引、另一个梭车顶车的作业方式），分别试验了梭车拉支架上坡和推支架上坡试验、长时间往复试验、梭车和平板车缓冲装置试验、同时分别对电机温度、轮对、无极绳绞车输入电流、整架运输所需牵引力等进行测量和观测，整架运输如图3所示。通过实验发现使用双绳无极绳绞车，采取双牵引的方式进行整架运输的平稳性和爬坡能力满足要求，通过近两个月的实验，在运输过程中未发生车辆掉道等意外情况且单班可运输支架最高达了4副。
图4：双绳无极绳绞车双牵引整架运输
3.1.3特殊条件下整体运输试验
利用根据大型支架装车后最大外形尺寸（长、宽、高、转弯半径）和总重量加工制作整架装车运输模拟试验车，从地面、井口、副井、大巷、顺槽、联络巷、上下山口、车场等不同地点、区域和特殊条件下，利用提升绞车、电瓶车、无极绳绞车运输设备，在24kg/m、30kg/m型轨道上进行整架运输模拟试验车运输实验，通过在特殊情况下的模拟实验发现由于部分煤层巷道底板强度小，轨道在多次碾压后可能出现左右两侧高低不平现象，在较软煤层段还会出现轨道下沉、断裂和弯曲变形现象，在巷道交叉点高度、宽度和旋转空间不够，巷道内悬挂的风筒、管路等悬挂的高度不能满足整架运输，轨道规格较低不能满足整架运输等问题，针对以上出现的问题，我们通过采取多种手段和措施进行处理和管控，如轨道选型和铺设标准的优化，为整架运输提供积累了经验，保障了整架运输作业。
3.2试验结果
通过为期两个月和两项安装工程的试验，可得如下结果。
3.2.1使用24kg/m轨道规格偏小，试验过程中24kg/m轨道变形严重、出现枕木碎裂、轨道受力不均变形、道卡断裂弹飞、道夹板断裂、轨道在某些地方成s形，垂直轨道面方向变形量达到20mm满足不了试验的要求；考虑煤矿地质条件，选择30kg/m规格的轨道后，部分区段还会发现枕木碎裂、轨道受力不均变形、道卡断裂弹飞、道夹板断裂等现象，但整架运输车辆还是平稳通过，因此通过调整运输巷道轨道铺设标准轨道选用30kg/m进行铺设，调整轨枕间距由原来600MM调整为300MM，且保证巷道底板平直、轨枕下方使用道砟石垫实垫平、轨道平直以及班班巡检和检查维护等措施，消除了井下轨道运输系统存在安全隐患，为整架运输增加了可靠性。
3.2.2考虑到整架装车运输的安全性、整架的捆绑固定方式，结合以往安装工程中整架运输下放经验，现有的30T、40T平板车，整架捆绑器具手拉葫芦、手扳葫芦及钢丝绳扣的强度和安全性不能满足需求，需采购定制50吨整架装车运输的专用平板车及配套支架锁具在现场得到了很好的应用，其安全性能高、拆装操作简单、效率高、固定捆绑牢靠，大大提高了整架装车捆绑的安全性。
3.2.3梭车需配重，梭车重量比载有整架的平板车重量小，在启动、停止及变坡时，梭车易受平板车冲击而掉道，因此需对梭车进行配重或增加缓冲装置，以缓解重车对梭车的冲击。试验中，梭车配重达到2t后，其梭车、平板车掉道现象消失。
3.2.4无极绳绞车应选择合适的张紧装置并合理布置，整架运输大型支架的牵引力较大，若运输距离较长，路况变化引起运行阻力变化，若牵引力突然变小，导致牵引钢丝绳产生收缩，收缩量大时如果不能合理选择和布置张紧装置，将引起钢丝绳缠绕压绳轮等情况，引发其他事故，若使用液压张紧装置，钢丝绳进入滚筒前应张紧，以便增加液压张紧的反应速度，一般采用五轮张紧装置。
3.2.5为了考虑作业安全，吸取无极绳绞车运输过程中可能出现的意外情况和事故教训，在整架运输前，对无极绳绞车钢丝绳接头重新进行插接，将Φ21.5mm的平衡轮钢丝绳更换为Φ32.5mm钢丝绳，调整五轮涨紧器配重钢丝绳等工作，保证了使用双绳无极绳绞车整架运输的安全性、高效率和连续运输。
3.2.6为了充分考虑到整架运输环节的风险，通过验算选用SQ-160/160PS（C）型双绳无极绳连续牵引车并经过试验，该绞车适用于长距离、大倾角、多变坡、大吨设备特殊条件下的工作面顺槽、采区上（下）山和顺槽轨道巷等材料、设备的运输。在运输线路复杂的巷道使用双绳无极绳绞车可实现双牵引，在坡度较大时的长坡段能实现闭锁运输，且是替代传统小绞车接力、对拉运输方式实现在大倾角整体运输大吨位液压支架的一种比较理想的设备。
4.结束
通过模拟井下使用轨道-无极绳绞车牵引整架运输，发现了许多实际现场中可能出现的问题，对试验现象和数据的整理分析，证明使用轨道-无极绳绞车牵引的运输方式整架运输是可行的。该运输方式可为不适用支架搬运车的煤矿节省支架解体、组装、调试和维修时间，降低工作面安装成本。
参考文献：
[1]煤矿安全规程（2016版）
[2]矿井辅助运输设备（2012版）
[3]GB/T24506-2009液压支架型式、参数及型号编制
[4]SQ-160/160PS（C）型双绳无极绳连续牵引车使用说明书