礦山工礦電機車研究與發展

楊錦濤

（長沙礦山研究院有限責任公司，湖南 湘潭 411101）

井下工礦電機車是重要的運輸設備，廣泛應用于煤礦、金屬非金屬礦山及橋梁、隧道等工程施工現場，在煤礦、金屬非金屬礦山應用尤其廣泛。近年來，隨著大型露天礦山開采數量增多，規模不斷增大，井下礦山也逐漸向超深井超大規模方向發展，對電機車提出了新的發展要求，未來的井下工礦電機車將向大型化、智能化、高效可靠、節能環保的方向發展。

1 電機車發展方向

（1）電機車向大型化方向發展。目前礦山使用的大噸位架線式牽引機車有100t、150t、200t等不同噸位等級的準軌工礦電機車，最大噸位電機車已達到224t。國外已有粘重為350噸的重聯車組用于深部開采運輸。由于受井下巷道的限制，目前地下礦山使用的電機車基本為窄軌機車，且已小噸位機車為主，常用機型集中在20t以下。但隨著井下礦山逐漸向超深井超大規模方向發展，對電機車運輸能力要求也隨之增強，井下電機車也逐漸向大型化方向發展。

（2）電機車向智能化方向發展。隨著采礦業技術的不斷發展和礦產資源需求的擴大，采礦規模越來越大，年開采量上千萬噸級特大礦山不斷出現。一些特殊礦山處于高海拔、超深度，存在大量涌水或其他危險，礦山對礦石運輸能力、效率和安全性提出了越來越高的要求[1]。

無人駕駛的電機車不僅能使礦山的礦石運輸自動化程度大大提高，運輸能力得到更大發揮，與此同時也減少了礦山運輸的事故的發生。在無人駕駛狀態下，電機車按集中控制室的指令啟動后，可一直按照預先設定的程序周而復始地運行，運行中如出現故障，機車可自我診斷，診斷信息將集中反饋到控制室顯示屏上，提示工作人員進行必要的人工干預。

目前世界上歐洲發達國家少數幾家大型礦山使用了此技術，我國近幾年自主研發了地下礦山無人駕駛電機車運輸技術，中國恩菲工程技術有限公司在國內冬瓜山銅礦和中非贊比亞希主西礦都簽訂了無人駕駛電機車項目，目前運行效果良好。智能化的電機車具有如下優點：①無人駕駛機車按照設定好的程序運行，可以在彎道、道岔、或者裝載、卸載時設定不同的速度模式，同時可以在設定的位置自動升降集電弓、自動鳴笛、自動停車等待等，極大提高了運輸效率；②無人駕駛電機車在運行過程中，可以自動識別前方運行車輛，當前方運行車輛距離小于設定值時，可以自動減速停車；③無人駕駛電機車具有遙控方式、自動方式、人工方式、檢修方式等不同工作模式。

（3）電機車向高效可靠方向發展。采用變頻調速后機械壽命的提高表現在：①由于平均轉速下降而使設備壽命延長。機械設備全速運行時，由于阻轉矩較大，各部分的磨損以及主要部件所受的應力都很大，采用變頻調速，由于平均轉速的降低，將減小應力和磨損，使機器的壽命得到延長；②由于起動和停機過程得到改善而使設備壽命延長。機械設備在直接起動和停機時，將因收到較大沖擊而影響其使用壽命，設備中的液壓元件在直接起動和停機時因內部壓力變化過大而影響使用壽命[2]。使用變頻調速可平滑緩慢的進行啟停控制，使整機受到的沖擊小。因此，交流變頻控制系統的應用使裝運設備具有故障率低、壽命長、可靠性強、效率高和維護費用低等優點。

（4）電機車向節能環保的方向發展。伴隨社會技術的發展，節能環保是影響未來電機車的重要因素。變頻調速可實現啟停過程的軟起軟停功能，整個運行過程與傳統的電阻調速和斬波調速比節能效果明顯。目前蓄電池電機車多采用鉛酸蓄電池作為供電電源，鑒于鉛酸蓄電池存在析氫和電解液泄漏等問題，并且在使用過程中需要添加硫酸和蒸餾水，硫酸和鉛嚴重污染環境，且鉛酸電池使用壽命短，未來大容量鋰電池將可能逐步使用于蓄電池電機車。

2 未來需研究的內容

（1）需制定滿足大型化發展的電機車產品標準。目前我國現行與電機車有關的行業標準主要有JB/T 10772-2007《窄軌架線式工礦電機車通用技術條件》、JB/T 10100-1999《直流架線式準軌工礦電機車基本技術條件》、JB/T 4091-2014《煤礦防爆特殊型蓄電池式電機車基本技術條件》、MT 491-1995《煤礦防爆蓄電池電機車通用技術條件》和MT/T 1064-2008《礦用窄軌架線式工礦電機車技術條件》。上述標準只規定了常規機型電機車的性能指標參數，缺少大型化電機車的性能指標要求。大型化電機車在設計、研發和生產過程中主要參數性能指標無標準可依，缺少產品質量水平的保證和行業的健康發展的依據，因此急需制定大型化電機車的行業標準。

（2）需建立可滿足大型化電機車檢測的試驗系統。目前對于電機車的性能檢驗主要使用的是常規檢測手段，使用測速、測力等便攜式試驗設備利用電機車的生產現場或使用現場進行牽引特性、最大牽引力、制動特性等性能進行測試分析。目前所使用的常規檢測手段已不能滿足大型化電機車檢測的需要。因此急需建立科學、先進、有效的可滿足大型化電機車檢測的試驗系統，為滿足大噸位機車的研發和整機定型試驗提供科學、有效的測試手段。占比重很大，電機車經過卸載站時處于懸空狀態，上述因素都將造成電機車在運行時整體振動非常大，無人駕駛電機車上監測和控制設備需能滿足在此工況下連續可靠運行的要求；

（2）巷道對無線通訊的影響。巷道的不同尺寸和結構形式給無人駕駛電機車監測和控制信號的無線通訊帶來了非常大的影響。除了對通訊距離有很大影響外，地下巷道內，在無線電波還沒有衰減時就會沒有規律地不斷被反射，從而給無線通訊帶來不良影響。因此不同的礦山條件，具體技術需求和相應的技術方案也會有差異；

（3）控制的精準度。井下實現智能化運輸系統，為實現井下安全、高效的開采，對于無人駕駛電機車控制運行的精度將有相應的要求。隨著無人駕駛電機車技術的發展和產品的推廣，需建立無人駕駛電機車性能檢驗驗收依據，明確其關鍵安全技術指標，為產品性能驗收技術依據，為礦山井下安全運行提供技術支撐。

4 結語

隨著我國智能化礦山的不斷發展，智能化的運輸將是未來礦山必然的發展趨勢，本文從大型化、智能化、高效可靠、節能環保等方面闡敘了未來智能化機車的發展方向，提出了目前工礦電機車的發展中所要解決的問題，為以后工礦電機車智能化運輸指明了方向。

3 工礦電機車需解決的技術問題

無人駕駛電機車在使用和推廣中面臨如下問題：

（1）機車運輸過程中的振動問題。電機車本身減震性能差，井下礦軌敷設平整度不高，彎道、岔道在整個運輸線路中