煤矿自制起重机设计应用.pdf

2023年第8期西部探矿工程*收稿日期：2022-09-16作者简介：杜娟（1988-），女（汉族），山西朔州人，助理工程师，现从事机电技术管理工作。煤矿自制起重机设计应用杜娟*（晋能控股煤业集团塔山煤矿，山西 大同 037031）摘要：为了解决井下复杂环境设备、物料起重难度大、安全系数低等技术难题，大斗沟煤矿电气队设计了一套矿用自制起重机，分析了该装置结构、原理，并通过实际应用效果来看，该装置起重方便、动作灵敏可靠，实现360全方位起重，适用于井下狭小环境中，取得了显著应用成效。关键词：煤矿；起重机；结构原理；应用分析中图分类号：TH21 文献标识码：A 文章编号：1004-5716(2023)08-0143-03煤矿生产过程中大量机电设备需起重安装，如风水管路、风机、采掘设备等，传统设备主要采用人工或者吊链等进行起吊，施工时劳动作业强度高、效率低，而且在特殊地段如硐室、顶板等起重时安全系数低，很容易出现安全事故；随着煤矿机械化水平提高，机械化起重设备也被井下投入使用，但是由于传统起重设备体积大、运输难度大且在特殊地段实用性差，无法被广泛应用，所以大斗沟煤矿通过技术研究设计了一种便携式起重设备，保证井下设备安全高效起重。1装置结构组成大斗沟煤矿设计的自制起重机主要由立柱回转装置、吊臂装置、伸缩腿支撑机构、驱动装置、移动装置等部分组成，如图1所示。1.1立柱回转装置结构（1）立柱回转装置主要由立柱、转柱、调节丝杠、改向轮、横梁等部分组成，如图2所示；其中改向轮共计三根，起吊钢丝绳通过三个改向轮与起重电机进行固定。（2）转柱与立柱滑动连接，转柱上端安装吊臂装置，吊臂装置与转柱可实现360旋转；调节丝杠安装在立柱两侧，通过调节丝杠可实现立柱偏角，最大偏角为20。（3）在立柱中部焊制一个横梁，横梁端头通过拉链与吊臂一端连接，人工通过拉链实现人工起重，在横梁端头下方安装一个配重块保证横梁受力平衡。（4）立柱下端安装一根215mm钢管，钢管底端焊接一个平板，上部安装一个厚度为 50mm，直径为100mm的钢板作为转柱活动轴承支座，活动轴承与钢板固定连接，轴承直径为190mm。1.2吊臂装置结构吊臂装置主要由改向轮、吊臂、钢丝绳等部分组成，吊臂采用轧钢焊制而成，长度为 2.4m，宽度为图1自制起重机整体结构示意图图2立柱回转机构结构示意图1432023年第8期西部探矿工程0.15m，成弧形结构，吊臂中部采用环扣与转柱顶部连接，吊臂一端与拉链连接，钢丝绳通过吊臂、立柱与底部驱动装置连接。1.3伸缩腿支撑机构伸缩腿支撑机构安装在平板端头，每端安装两个支撑机构，支撑机构主要由伸缩旋转梁、伸缩腿、支撑活动轮、丝杠、手柄等部分组成；在起重设备时通过旋转伸缩梁，使每组伸缩腿成160夹角布置，然后放下伸缩腿从而提高起重机稳定性。1.4驱动装置结构驱动装置安装在平板车上，驱动装置主要由电机、减速机、绞车滚筒、闸阀等部分组成，由井下防爆绞车改装而成；电机功率为20kW，减速机通过轴承与绞车滚筒连接，绞车滚筒上缠绕钢丝绳，滚筒上安装的闸阀可控制滚筒收放绳索的速度。1.5移动装置移动装置主要由平板、万向轮等部分组成，平板主要由长度为1.6m，宽度为0.8m，厚度为80mm钢板焊制而成，在平板四个角安装万向轮；平板中部底座、活动螺栓与立柱连接。2装置工作原理（1）井上下起吊设备、物料时先将起重机移动至指定位置，然后将起重机四个伸缩腿全部打开，并在伸缩腿下方安装一块长度及宽度为0.4m，厚度为50mm木板作为衬板，手动旋转手柄使伸缩腿放下，使平板车抬起离地面高度为0.5m，然后分别微调四个支撑腿保证起重机处于水平状态。（2）起重机安装完成后手动旋转吊臂至起吊设备中心上方，然后对驱动装置通电，人工开启绞车下放钢丝绳至设备处，若钢丝绳下放位置与设备起吊位置存在偏差时，前移或退后起重机。（3）设备捆绑后人工旋转后通过再次开启驱动装置，打开绞车滚筒倒转模式进行回收钢丝绳实现设备起吊，当设备起吊高度达1.5m后停止继续起吊，此时人工旋转吊臂至设备安装位置，在旋转过程中通过拉链微调设备起吊高度，保证设备安全运转。（4）设备起吊完成后进行下一个设备起吊前需移动起重机，若采掘巷道内底板未进行硬化防止起重机陷底线，在移动路线上铺设木板保证起重机平稳移动；在倾斜巷道移动时，可将起重钢丝绳绳头固定在顶板或巷帮位置，然后开启绞车，绞车在收绳过程中带动起重机自移。3装置结构优缺点及实际应用分析3.1结构优缺点（1）实用性强：大斗沟矿自制的起重机体积小、重梁小且移动方便，可适用于采掘工作面、硐室中实用性强，起重机在巷道中使用时巷道坡度控制在20范围内，断面不得小于15m3。（2）起重强度高：该自制起重机最大起重重量为750kg，可满足井下小型设备、风水管路等起重需求，能够小空间内进行设备起重作业，可作为煤矿井下巷道大批量、小吨位起吊安装使用。（3）灵活安全性高：与传统起重机相比，该装置安装时采用四根伸缩腿进行支撑，解决了传统起重机在倾斜或底板起伏不平巷道安装时，因安装不牢固导致起重设备、物料时出现倾倒事故等技术难题。（4）便于操作维护：该装置自动化水平高，通过电机以及绞车进行设备起重，整个安装以及起吊过程仅需一人即可，大大降低了劳动作业强度，提高了井下设备起重作业效率。（5）但是该装置在实际应用时还存在一些问题，需进一步优化改进，主要表现在以下几方面：起重机在吊装设备时采用单绳起吊方式，主要缺点表现在起重设备重量不易过大而且对于不规则设备起吊效果差；由于立柱与底座之间采用活动螺栓连接，若长期在倾斜巷道起吊设备时立柱与底座之间受力不均很容易出现变形、断裂现象。3.2实际应用效果分析大斗沟煤矿电气队自制起重机在使用时移动便捷，故障率低且起重效率高，能够对采掘工作面内钢管、输送带、H架、溜槽等进行起吊；8201工作面为大斗沟首采工作面，于2021年3月14日回采结束，3月22日开始回撤，在回撤刮板输送机时因输送机溜槽数量多、重梁大，采用人工搬运劳动作业强度大且安全系数低，电气队于3月24日对工作面回撤投入使用自制起重机，通过现场应用效果来看，每节溜槽起重时间为10min，一人操作即可，与传统人工搬运相比，作业人员减少了4名，搬运时间减少了20min，刮板输送机回撤时间缩短了1.5d。4结束语大斗沟煤矿电气队设计的自制起重机，能够满足井下复杂作业环境下设备起吊工作，装置结构简单、自动化水平高、吊装效率高且劳动作业强度低，起重机吊臂可进行360旋转，从而减少了起重机移动次数，缩短1442023年第8期西部探矿工程了安装时间，同时起重机体积小、移动方便，在井下可被广泛应用，还可用于桥梁、隧道、冶金、建材等领域中，应用领域广。参考文献：1邢德喜.煤矿井下起重机研究J.内蒙古煤炭经济,2019(10):99-100.2朱泽祥.煤矿井下自制起重机的研制与应用J.能源技术与管理,2010(2):100-102.3许伟.防爆起重机在井下充电硐室的应用J.煤炭工程,2006(7):42-43.4李增.桥式起重机在井下充电硐室的安装设计J.中州煤炭,2011(2):65-66,69.5梁晓波.煤矿装卸用起重机有限元分析及优化设计J.煤矿机械,2013(11):104-106.6张坚.煤矿装卸用门式起重机的优化分析J.机械管理开发,2022,27(3):131-132.7马小蓉.基于MATLAB的BP神经网络在煤矿桥（门）式起重机检验中的应用J.煤矿机械,2012(8):212-214.8章文峰.煤矿大型钢结构井架顶部桥式起重机吊装J.起重运输机械,2007(5):100-102.9张晓明.煤矿起重机主梁下挠原因、危害及处理方法J.山东煤炭科技,2015(3):133-134.10 张桂欣.煤矿起重机吊重防摆控制研究J.机械工程师,2020(2):120-121.（上接第139页）术支持。（3）加强资金扶持，建立产业联盟。矿山智能化改造投资巨大，涉及领域广，技术瓶颈多，投资有一定的危险性。提出由国家或相关财政机构设立专项基金或融资机构，由科技界牵头组织产学研合作，组建更加广阔的技术合作联盟，促进5G+工业互联网+智慧矿山产业技术融合创新，支持、支撑此项工作。发展5G+产业互联网物联网模块，VR高清视频，热成像技术，5G+AICDE+认工智能，物联网，云平台；在大数据、边缘计算等领域，加速科技的创新与运用，促进矿山的智能发展。参考文献：1王飞.基于光纤传感技术的智能矿山无人化巡检系统研究J.煤炭科学技术,2021,49(2):30-33.2白怡明.煤矿井下智能通风系统的设计及应用J.智能矿山,2022,3(1):13-16.（上接第142页）而有升高之趋势，煤层瓦斯斯梯度明确，瓦斯分类为中等。参考文献：1吴江.三道岭矿区瓦斯地质规律浅析J.河南建材,2012(2):174,176.2熊昌银,杨仁涛,沈宝存,等.新疆拜城县众维煤矿煤层瓦斯赋存特征分析J.中国煤炭地质,2022,34(4):1-4,13.3高北斗.塔里木盆地北缘库拜煤田中区煤层气成藏模式研究D.新疆大学,2020.4王峰.山西沁水煤田龙湾井田煤层地质特征及煤层气概要评价J.西部探矿工程,2021,33(9):132-136,141.5卫华鹏,邓彩.矿井瓦斯赋存影响因素及瓦斯地质规律研究J.能源与环保,2019,41(12):84-87.145