柴油機單軌吊技術在煤礦的應用

趙洪濤

摘 要：為了提高煤礦井下輔助運輸系統的效率，通過對單軌吊適應性、巷道斷面的分析以及機車選型計算，構建了單軌吊輔助運輸系統，并提出了單軌吊輔助運輸系統推廣應用的關鍵環節.這對改善運輸環境、提高運輸效率、保證運輸安全具有重要的現實意義。

關鍵詞：煤礦輔助運輸 單軌吊

一、概述：以某礦81采區為例，因巷道輸送距離長，運輸量較大，且有多處轉彎，如果采用傳統絞車運輸方式，設備投入量大，占用人工較多，安全隱患相對較大。且81采區巷道底鼓量大，采用傳統絞車運輸，需進行多次巷修工作。本文通過對傳統運輸絞車與柴油機單軌吊全面論證比較，確定最終運輸方式。

二、軌道提升設備選型計算

巷道技術參數：南翼軌道大巷 斷面B×H=5000×4300mm

81采區軌道石門 斷面B×H=5000×4300mm

81采區軌道大巷 斷面B×H=5000×4300mm

81采區軌道上山 斷面B×H=5000×4300mm，前期兼出煤。

81采區左翼采用大巷布置方式，右翼采用上山布置方式，軌道上山長度為1200米，巷道坡度為10o。

工作面機、風巷最小長度1200m，最大長度2000m，平均長度1600m，坡度平均120，最大坡度180。安裝支架期間提升重量最大，72煤若采用一次采全高開采，需要選用ZY6800/17/36型液壓支架，整架重量為21.4t，其中最大件頂梁重量為7.2t。

物料及支架運輸路線為：南翼軌道大巷→81軌道石門→81軌道（左翼）為電機車運輸；81軌道右翼、采區內部工作面為提升裝置運輸。

該礦對前期采區輔助運輸方式選擇了兩個方案（單軌吊和絞車）進行了比較，具體比較方案如下。

（一）、柴油式單軌吊方案

1、柴油單軌吊布設方案

（1）、柴油機單軌吊可實現整架吊裝，ZY6800/17/36型支架整體尺寸6304*1430*1700mm。在81采區軌道上山生根點外施工一換車站，前期采用兩輛牽引機車，一輛機車服務81采區軌道上山及7105工作面風巷，一輛機車服務7105工作面機聯巷及機巷。隨掘進開拓單軌吊軌道延伸。后期工作面安裝期間，均采用單軌吊運輸設備。

（2）、前期服務地點現場條件：

7105工作面下部車場→7105風巷預計巷道長度2200米，最大坡度12°，平均坡度約10°。

7105工作面下部車場→7105機巷預計巷道長度1500米，最大坡度18°，平均坡度約13°。

（3）、最大設備重量及尺寸：

7105工作面將采用ZY6800-17/36型液壓支架，設備最大重量22噸，尺寸6304*1430*1700mm（長*寬*高）。

（4）、單軌吊牽引力計算及機車選型：

根據柴油單軌吊設計原理，單軌吊整體運送21.4t液壓支架，行走最大坡度18°。

①牽引力計算：

α=18°（線路最大坡度）、W1=21.4 噸（設備最大重量）、W2=9.6噸（機車自重）、W3=5.6噸（SLG8.X 系列起吊梁自重）、W4=0.5 噸（拉桿及線管重量）、f=0.03（機車運行阻力系數）、g=9.8

F （支架需要牽引力）= （W1+W2+W3+W4） × （sin α+ f ×cos α） × g

F = （21.4+9.6+5.6+0.5） × （sin 18° + 0.03 ×cos 18° ）×9.8

=37.1×0.338×9.8

= 125KN

綜上：選用DZ22003+3型柴油機單軌吊最大牽引力140KN，滿足7105工作面的使用要求。

（5）、對巷道高度的要求：

①巷道高度要求

頂板至軌道底高度為650mm，軌道加液壓支架高度為2500mm，預留200mm的起吊距離，綜上要求巷道高度3350mm。

②起吊間及檢修間的高度要求：

起吊間的高度不低于3950mm，維修間單軌吊軌道底至底板高度為2000mm。

③物料運輸時的總高度等于以下各項之和：

巷道頂板到軌道底端的高度為 650 mm

軌道底端到礦車頂部的高度為 2000 mm

底板安全運輸距離為 200 mm

總高度=650+2000+200=2850 mm，此高度為單軌吊運輸物料時所需巷道高度。

④人員運輸時的總高度等于以下各項之和：

巷道頂板到軌道底端的高度 750mm

軌道底端到起吊梁底部的高度 750mm

人車艙高度加起吊梁 2300 mm

底板安全運輸距離為 200mm

即總高度=750+2300+200=3250m，此高度為單軌吊運輸人員時所需巷道高度，（以人車倉1.620m高為例）。

（6）、運輸效率

①、DZ2200 3+3在運送22噸液壓支架（支架重量+設備自重=38t），行走在18度坡上時的速度為0.5m/s，由于下部車場以及工作面風巷平均坡度僅為13°，從下部車場至工作面的平均速度設為0.8m/s。空車返回時速度1.5m/s。

以運送巷道全長2200米計算，運送一臺支架往返需要80分鐘。起吊支架以及在工作面放置支架的時間和為1小時。

綜上：完成一臺支架的運輸需要的時間大約為2.5小時，一個圓班按運輸16小時計算，運送支架6架。

②、DZ2200 3+3一次可以運送礦車6輛，設總重為18噸物料時（物料重量+設備自重=33.7T），行走在平均坡度13°的坡度時，機車的平均速度設為0.8m/s. 空車返回時速度1.5m/s。endprint

以運送巷道全長2200米計算，運送18t物料往返需要70分鐘。

③DZ2200 3+3運輸總重量60人員+人車艙=7500kg，起吊梁重量=3500kg，總重量為21噸，行走在平均坡度13°的坡度時，機車的速度可以達到1.3m/s。

以運送巷道全長2200米計算，運送人員時往返大約需要60分鐘。

2、柴油單軌吊的優點

（1）柴油機單軌吊機車對井下條件適應性較高，主要體現在體積小，機動靈活，通過巷道斷面小，轉彎半徑小。一臺機車可以在數個工作面進行作業。其懸吊軌道延伸比較簡單，可在多岔道長距離范圍內運輸。由于是吊掛式運輸，與巷道底板狀況無關，除日常的運人、運料和運設備以外，還可實現重型液壓支架的整體搬運。

（2）單軌吊機車本身的運載能力可以很大，且有較強的爬坡能力，最大爬坡角度可達30°，柴油機單軌吊機車系統具有較快的運行速度，最大速度可達2.4m/s。

（3）柴油機單軌吊機車可根據不同的運輸任務要求，選擇不同型號的專用起吊梁設備，可以靈活的完成對井下人員、材料、設備以及重型綜采設備的運輸任務。

（4）柴油機單軌吊配備獨立的鉗型導向裝置，用以防止脫軌事故的發生。速度保護裝置減少了一坡三檔等防護措施。

（5）單軌吊可以實現支架整體運輸至安裝地點。

3、單軌吊運輸系統缺點：

（1）、由于單軌吊系統以柴油機為動力，有一定尾氣排放污染。

（2）、單軌吊運行噪音大。

（3）、單軌吊系統對巷道高度有一定要求，同時單軌吊軌道受巷道頂板影響較大，因頂板變形會造成單軌吊軌道變形，影響單軌吊使用。

（二）、軌道絞車方案

1、軌道絞車布設方案

掘進開拓期間，81軌道上山需使用絞車提升物料，7105工作面在掘進開拓施工期間，需安裝無極繩絞車提升物料。待81軌道上山施工完畢后，安裝一部軌道運輸絞車，工作面安裝期間，因受無極繩絞車提升能力影響，需將支架解體運輸。

2、軌道絞車的缺點：

由于軌道絞車需安裝在81軌道上口，在前期掘進期間，各施工地點需另行安設礦用調度絞車，待81軌道施工完畢后，方可安裝。故采用軌道絞車方案存在以下缺點：

（1）、運輸能力低。多部絞車運輸環節多，時間消耗在人工多次倒車、聯車和摘掛鉤上，而且絞車本身速度不快，如JD-4型絞車為1.305m/s，因此運輸能力相對較低。

（2）、運輸環節多。需要多名絞車司機、車場信號把鉤工，效率低，人員占用量大，勞動強度較大。

（3）、占用設備多。需占用絞車、開關、各種小型電器及電纜等，增加了安裝和維護工作量。

（4）、軌道系統受巷道底板變形影響大。

（5）、需增設多個絞車硐室、躲避硐室、打點硐室等。

（6）、由于使用多部絞車，易造成跑車和礦車擠人等事故。這給運輸現場安全管理帶來了很大的難度。

（7）、絞車的安全設施較多，需配備“一坡三檔”、聲光信號等。

（8）、由于設備眾多、環節復雜，加大了安全管理的難度。

3、絞車系統優點：

（1）、相對單軌吊系統不存在尾氣排放和噪音影響。

（2）、軌道絞車使用、維修成本較單軌吊低。

（3）、軌道絞車對巷道高度及頂板質量要求較單軌吊低。

（三）、軌道絞車及單軌吊成本投入比較

其他投入

三、結束語：

通過上述分析論證，采用柴油單軌吊系統在總費用投入方面較軌道絞車運輸方式少投入1719萬元，在運輸效率、系統的安全性能方面要優于軌道絞車運輸方式。

參考文獻：

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