柴油機單軌吊機車在東懷煤礦的應(yīng)用及意義

顏國勇　梁江

【摘 要】DZ1800 3+3柴油機單軌吊機車是東懷煤礦引進應(yīng)用的井下運輸設(shè)備，文章敘述了引進使用單軌吊機車取得的成果及意義。經(jīng)投入使用可實現(xiàn)巷道無人化操作，減少運輸事故的發(fā)生，完全符“機械化換人、自動減人”的要求。不僅提升礦井機械化水平，帶來巨大的經(jīng)濟效益，還打破軟巖地質(zhì)條件下進行綜采工作面搬家使用落后運輸方式的瓶頸，為中小型煤礦使用先進運輸設(shè)備推廣奠定基礎(chǔ)、指明方向。

【關(guān)鍵詞】軟巖地質(zhì);井下運輸;單軌吊機車;應(yīng)用;意義

【中圖分類號】TD527 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）09-0129-03

多年來，我國煤礦輔助運輸作業(yè)變化不大，基本上還是小絞車、回柱絞車、小蓄電池機車在普通軌道上牽引卡車、運料或平板車，裝載則是利用手動葫蘆或撬棍，甚至人推肩扛，占用大量人力物力，嚴重阻礙著礦井產(chǎn)量和勞動效率的提高。據(jù)統(tǒng)計，我國煤礦井下輔助運輸人員約占井下職工總數(shù)的1/3，與國外采煤技術(shù)先進國家相比差距很大，我國礦井輔助運輸事故約占井下事故總數(shù)的30%，僅次于頂板事故，而且呈上升趨勢。

煤礦輔助運輸?shù)穆浜螅殉蔀橹萍s建設(shè)現(xiàn)代化礦井和提高礦井全員效率的障礙之一。發(fā)展單軌吊機車輔助運輸機械化，不僅可以大量節(jié)省人員，減員增效，增加工作面產(chǎn)量，大量減少設(shè)備搬家停運時間而提高設(shè)備利用率，從而節(jié)約設(shè)備折舊或租賃費用，還能改善采掘工人和輔助作業(yè)的勞動安全條件，所以煤礦輔助運輸機械化是當(dāng)前我國煤礦技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵和當(dāng)務(wù)之急。

1 總體設(shè)計

1.1 東懷礦輔助運輸系統(tǒng)現(xiàn)狀

東懷煤礦井下輔助運輸系統(tǒng)由無極繩絞車、調(diào)度絞車、回柱絞車和24 kg鐵軌組成，運輸路線由多臺小絞車接力、人工接車掛鉤完成。由于使用小絞車數(shù)量較多，操作工序繁雜，一方面安全管理難度大，易發(fā)生運輸事故，另一方面由于小絞車運輸速度慢，中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)多，造成運輸效率很低。

1.2 單軌吊機車與現(xiàn)有輔助運輸方式對比的優(yōu)勢

（1）因單軌吊機車在巷道頂板或支架上運送荷載，故不受底板變形及巷道物料堆集的影響，能有效地利用巷道斷面空間。

（2）能在大坡度巷道使用，單軌吊機車的爬坡能力可達16°～35°，最小曲率半徑水平4 m、垂直8 m。

（3）裝載材料實現(xiàn)機械化，裝載是人工操縱換向閥驅(qū)動液壓馬達或液壓缸把重物起吊，而不再用手動葫蘆或撬棍，甚至人推肩扛，減輕了起吊作業(yè)的勞動強度。

1.3 單軌道機車車的產(chǎn)品特點及主要組成

柴油機單軌吊機車是一種掛在巷道頂板的單軌鐵軌上運行、通過柴油機液壓驅(qū)動的機車，它專為在甲烷濃度高達1.5%、有爆炸危險的采礦區(qū)域使用而設(shè)計。

由于柴油機單軌吊機車與柔性連接的結(jié)構(gòu)單元相分離，因此達到了最適宜的空間靈活性。模塊化結(jié)構(gòu)使其能夠適應(yīng)多種不同的應(yīng)用條件。

柴油機單軌吊機車由以下部分組成：一個主機部分、一個獨立的冷卻單元、一個數(shù)量可變的機車驅(qū)動部、兩個司機室、機械連接元件、用于電力和信號傳輸?shù)木€路和電纜等。單軌吊機車系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

1.4 設(shè)備選型及安裝技術(shù)方案

1.4.1 運輸線路情況

從13I12回風(fēng)巷停采線開始，經(jīng)總回風(fēng)巷，轉(zhuǎn)至13I15回風(fēng)巷，再到工作面，運輸線路總長約1 600 m。其中，13I12回風(fēng)巷及13I15回風(fēng)巷為平巷，總回風(fēng)巷為斜巷，坡度為15°～20°。

1.4.2 柴油單軌吊機車選型

（1）基本參數(shù)：最大坡度為20°、最大起吊重量為20 t。液壓支架尺寸為寬×高（最低）=1.5 m×1.5 m，重約15 t。

（2）機車爬坡能力計算。最大坡度為20°，起吊重量為20 t，實現(xiàn)從13I12工作面起吊支架運至13I14工作面的連續(xù)運輸。

需要牽引力計算如下：

α=20°（線路最大坡度）

W1=20 t（可拆解件最大單重）

W2=10 t（機車自重）

W3=4 t（起吊梁自重）

W4=0.15 t（2名司機體重）

f=0.03（機車運行阻力系數(shù)）

g=9.8（換算因數(shù)）

F（運輸支架爬坡需要牽引力）=（W1+W2+W3+W4）×（sinα+f×cosα）×g

F=（20+10+4+0.15）×（sin20°+0.03×cos20°）×9.8

F=34.15×（0.342+0.029）×9.8

F=34.15×0.37×9.8

F=123 kN

故選擇的機車驅(qū)動力需大于123 kN。

1.4.3 機車運行時間計算

（1）機車從13I12工作面起吊支架運至13I15工作面：T 1=1 600 m÷0.8 m/s=2 000 s=27 min。

（2）機車13I14工作面空車返回至13I12工作面換裝點：T 2=1 600 m÷1.4 m/s=1 142 s=19 min。

1.4.4 起吊梁的選擇

根據(jù)綜采工作面運輸要求，最大運載重量為20 t，故需選擇最大起吊重量為20 t的液壓起吊梁。

1.4.5 機車運輸斷面要求

（1）機車吊運支架運輸時，要求巷道最低高度為3 m（含安全間距200 mm）;下寬不小于2.8 m。

（2）轉(zhuǎn)載點巷道高度為3.5m。13I12回風(fēng)巷及13I15回風(fēng)巷斷面設(shè)計尺寸為如圖2所示。

根據(jù)巷道實際情況，巷道下寬4 m，中線處高3 m，符合單軌吊機車運輸要求。

1.4.6 單軌吊的安裝方式

單軌吊軌道選用：單軌吊軌道使用Ⅰ155型“工”字鋼（140E）。直軌—長度分別為2.4碼、垂直彎軌—曲率半徑不小于8 m、水平彎軌—曲率半徑不小于4 m。水平和垂直拐彎處分別采用彎軌，并且在彎軌兩端分別連接1.5 m過度直軌。我們可在巷道分岔口處安裝單軌吊氣動道岔。單軌吊氣動道岔主要應(yīng)用于兩個拐彎巷道的軌道切換和巷道岔口處。

單軌吊軌道有以下幾種吊掛固定方式。

（1）錨桿吊掛形式。吊掛圖如圖3所示，由兩根錨桿（每根錨桿配雙螺帽）通過兩根吊掛鏈，通過“U”形吊環(huán)把軌道吊起，吊掛鏈規(guī)格為φ18 mm×64 mm。吊鏈鉛垂偏角α在20°～50°，吊掛鏈與頂板之間隙為20～40 mm。此種吊掛方式適用于全螺紋等強錨桿，禁止使用普通螺紋高強錨桿。

（2）彎道的吊掛方式。水平彎道采用雙鏈吊掛方式如圖4所示。斜鏈與鉛垂線的夾角不得大于15°～30°。下軌道接頭軌縫不得超過3 mm。40 t鏈條與頂板空隙為10～30 mm。

（3）弓彎道吊掛方式。在垂直方向上，兩節(jié)相鄰軌道的擺角不得超過6°，如圖5所示，軌道接頭采用雙鏈吊掛如圖1吊掛方式一樣。

1.4.7 軌道吊掛的技術(shù)要求

（1）直軌軌道間垂直方向吊掛夾角在2°～6°，軌道水平方向偏移角度不得大于1°，如圖6所示。

（2）對于頂板破碎的巷道，可以采用兩根錨桿和一根錨索配合使用的方式進行加固（如圖7所示）。

2 經(jīng)濟效益及優(yōu)缺點分析

經(jīng)過使用后，單軌吊機車實現(xiàn)巷道內(nèi)無人操作，安全性能更可靠，同時還縮短搬家時間，減少搬家人員，降低人工成本，大大提高經(jīng)濟效益。現(xiàn)通過對絞車輔助運輸系統(tǒng)及單軌吊輔助運輸系統(tǒng)進行比較，對單軌吊輔助運輸系統(tǒng)的經(jīng)濟效益進行分析（見表1）。

3 取得的成果及意義

隨著13I15工作面設(shè)備的成功安裝，預(yù)示著單軌吊機車在東懷煤礦實現(xiàn)成功應(yīng)用。通過分析對比，綜采工作面搬家采用柴油機單軌吊機車比采用小絞車運輸多投入約188萬元，主要多出的是設(shè)備的價格，但在搬家效率方面得到了提升：搬家時間縮短一半、人員減少2/3、節(jié)約人工成本約80萬元，直接經(jīng)濟效益約450萬元。可見單軌吊機車運輸系統(tǒng)替代絞車運輸系統(tǒng)經(jīng)濟效益非常明顯，投入產(chǎn)出比高。

同時，單軌吊機車運輸系統(tǒng)的投入可實現(xiàn)巷道無人化操作，不僅減輕工人勞動強度，也減少運輸事故的發(fā)生，完全符合煤礦提出的“機械化換人、自動減人”的要求;不僅提升礦井機械化水平，帶來巨大的經(jīng)濟效益，還打破軟巖地質(zhì)條件煤礦在綜采工作面搬家運輸方式的瓶頸，為西南地區(qū)中小型煤礦引進先進技術(shù)和推廣使用高效運輸設(shè)備奠定基礎(chǔ)。

參 考 文 獻

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