高瓦斯礦井防爆蓄電池電機車安全配套設施的研究及應用

鄧小紅

（山西焦煤屯蘭礦機電科，山西 太原 030200）

1 電機車工作原理及優缺點

1.1 架線式電機車的工作原理

高壓交流電經牽引變流所降壓、整流后，正極接到架空線上，負極接到鐵軌上。機車上的受電弓與架空線接觸，將電流引入車內，再經空氣自動開關、控制器、電阻箱進入牽引電動機，驅動電動機運轉。電動機通過傳動裝置帶動車輪轉動，從而牽引列車行駛，從電動機流出的電流經軌道流回變流所。

優點：架線式電機車結構簡單，成本低，維護方便，機車的運輸能力大，速度高，用電效率高，運輸費用低，應用最廣。

缺點：須有整流和架線設施，不夠靈活；架線對巷道尺寸和行人的安全有一定的影響；集電弓與架線之間容易產生火花，不允許在瓦斯嚴重的礦山使用；初期建設時投資較大，但從長遠看來，采用架線電機車的總成本要比蓄電池電機車低得多。

1.2 蓄電池式電機車的工作原理

蓄電池提供的直流電經隔爆插銷、控制器、電阻箱進入電動機，驅動電動機運轉。電動機通過傳動裝置帶動車輪轉動，從而牽引列車行駛。

優點：無火花引爆危險，適合在有瓦斯的礦井使用；不需架線，使用靈活，對于產量小、巷道不太規則的運輸系統和巷道掘進運輸很適用。

缺點：須設充電設備；初期投資大；用電效率低，運輸費用較高。

2 概述

屯蘭煤礦南五盤區是瓦斯突出區域，現礦井正鑒定為瓦斯突出礦井。而原礦井輔助運輸系統為架線牽引網絡，使用粘重10 T的架線式電機車，架線電機車在運行時集電弓與架線之間容易產生火花。根據《煤礦安全規程》第三百四十七條規定：“煤與瓦斯突出礦井必須使用礦用防爆特殊型蓄電池電機車或礦用防爆柴油機車”。針對此條規定，屯蘭礦原運輸系統必須進行改造，以滿足瓦斯突出礦井鑒定后的生產要求。

由于各礦井的運輸系統各不相同，尤其充電硐室設計和布置存在差異性，所以配套適合屯蘭煤礦的防爆蓄電池電機車及運輸線路語音報警系統、方便高質量的泄露通訊、高效合理的充電機房設計、安全可靠的供電系統設計、完善的更換方案是此次運輸系統更新的主要研究對象。

制定合理、縝密的更新改造方案、選擇適應屯蘭礦運輸系統技術要求的電機車及相關配套設備設施是此次項目的主要工作，也是順利實現礦井運輸系統更新改造、礦井生產高效合理銜接的重要內容。

3 更新改造方案

此項工程主要完成了防爆蓄電池電機車技術參數的制定、充電硐室布置、供電系統設計等內容，采用調研、實地考察、內部討論等方式，在供電系統合理性，充電硐室設備布置優化等方面取得了一定成果，實現了高效可靠運行等創新點，現將簡要過程及成果說明如下：

（1）為適應礦井現有運輸系統條件，電機車技術參數的選擇必須滿足屯蘭礦生產需求。所以我們采用到使用礦井調研、生產廠家對比方式最后確定型號為CTL-12/6（兩端雙司機室），機車粘著質量12 t，適配軌距600 mm，小時制牽引力16.4 kN防爆蓄電池電機車，考慮到礦井以后發展需要，該類機車技術性能不低于原使用架線式電機車，完全可以滿足本礦運輸系統要求。

（2）充電方式是否合理也影響將來電機車的運行效率，經過多次論證，蓄電池電機車充電硐室內鋪設雙軌道，一條軌道進機車，一條軌道放置蓄電池及專用平板車。充電硐室上部安裝6臺電動葫蘆，電動葫蘆可在工字鋼上平行移動，便于起吊蓄電池電機車內的蓄電池。快放完電的蓄電池電機車開進硐室后，由電動葫蘆吊起放到專用平板車上，硐室內合適位置放置9臺充電機，這樣可直接對平板車上的蓄電池進行就地充電。充電完成的蓄電池再由電動葫蘆吊裝到電機車上，蓄電池電機車可再行繼續行走。

（3）充電機房供電系統配置也影響充電的效率，為使供電合理、可靠，經過實驗論證由中央變電所取電源，在充電硐室設KBSGZY-630/690移動變電站一臺。移變低壓側共有四路饋出線，一路設120 A分路開關一臺，帶電動葫蘆及硐室內照明，這樣可避免電動葫蘆與充電機供電相互影響；其他三路設3臺200 A分路開關，每路帶3臺充電機，分系統供電大大增加了充電機供電的安全、可靠性。

（4）蓄電池的吊裝位置設置也是充電機房高效運行的一項重要內容，為使硐室工程量最小化和吊裝高度、電葫蘆水平行程滿足吊裝要求，經過精細計算和選擇緊湊型電葫蘆，現硐室高4m、寬5 m、起吊行程300 mm。根據電動葫蘆及巷道的具體參數，確定工字鋼（電動葫蘆行走梁）離地最低高度3400 mm才能保證起吊的順利完成，此項工作滿足了蓄電池吊裝的各項指標。

（5）此次機車配用的為鉛酸蓄電池，充電過程必須用水冷卻，必然有電解液隨水排出，水變成酸性。而井下排水系統是全部集中到中央水倉經主排水泵排到地面，酸性水進入水泵和排水管路必然會造成腐蝕，所以必須建酸性水中和水池，將水中和達標后再排至中央水倉，防止排水系統被腐蝕損壞。

通過以上幾項工作的順利完成，屯蘭煤礦在充電硐室、供電系統設計、機車技術參數選擇方面形成了一套完整的系統方案，對煤礦機車輔助運輸系統更新積累了豐富的經驗。

4 結束語

此次運輸系統更新改造可以滿足瓦斯突出礦井鑒定后的生產要求。同時是礦井安全運行的一項重要保證，對于高瓦斯及瓦斯突出煤礦來說具有重要意義，其社會、經濟價值涉及全礦井的長期高效安全運行。

此次工程形成的技術積累和經驗，對于本集團公司乃至全煤炭行業具有借鑒價值，可推廣運用至全煤炭系統，并具有長期的應用效益，前景廣闊。面對煤礦行業對安全性的要求不斷提高，此項工程的應用價值對行業具有相當的推動作用，可提高全行業整體應用水平。

[1]趙禹唐，王希業.鉛蓄電池充電技術.電源技術.2001.

[2]盤江六盤水裝備制造有限公司.CTL12/6GB防爆特殊型蓄電池電機車使用說明書.CKA-100/100-300dI礦用隔爆型可控硅充電機使用說明書.