柴油機(jī)單軌吊在煤礦井下的應(yīng)用及技術(shù)參數(shù)

李敬保

摘 要：對(duì)我國(guó)礦井輔助運(yùn)輸?shù)膸追N常用系統(tǒng)，從技術(shù)性能，安全性，效能等方面進(jìn)行了分析，重點(diǎn)講述了單軌吊機(jī)車同其他設(shè)備的對(duì)比;在系統(tǒng)設(shè)備選型時(shí)可供借鑒。

關(guān)鍵詞：煤礦;輔助運(yùn)輸;單軌吊;應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TD529 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）20-0158-03

0 引言

我國(guó)是一個(gè)能源消費(fèi)大國(guó)，煤炭生產(chǎn)保障著國(guó)家的能源安全。在煤炭生產(chǎn)企業(yè)中，輔助運(yùn)輸環(huán)節(jié)越來(lái)越突出的成為井下生產(chǎn)的一個(gè)瓶頸。隨著各種先進(jìn)輔助運(yùn)輸設(shè)備性能的提高，煤礦企業(yè)在決定引進(jìn)輔助運(yùn)輸設(shè)備時(shí)，需要對(duì)各種輔助運(yùn)輸設(shè)備的最新參數(shù)有全面的了解，以便選出適合井下運(yùn)輸?shù)淖罴逊桨福瑢?shí)現(xiàn)安全和效率的最大化。

1 目前國(guó)內(nèi)常用的井下輔助運(yùn)輸系統(tǒng)

單軌吊機(jī)車是井下輔助運(yùn)輸交通工具的一種。目前國(guó)內(nèi)常用的井下輔助運(yùn)輸系統(tǒng)大致有以下幾類：（1）絞車牽引系統(tǒng)。（2）電機(jī)車牽引系統(tǒng)。（3）無(wú)軌膠輪車。（4）單軌吊。（5）卡軌車。表1是幾種常用的輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的一些參數(shù)。

2 單軌吊機(jī)車結(jié)構(gòu)

單軌吊機(jī)車，是用于煤礦井下，在巷道頂板上固定的一列特制的，工字型鋼軌上運(yùn)行的機(jī)車;它適用于甲烷濃度高達(dá)1%，有爆炸危險(xiǎn)的采礦區(qū)域進(jìn)行使用。由于柴油機(jī)單軌吊機(jī)車使用模塊化結(jié)構(gòu)，使其能夠恰如其分地適應(yīng)多種不同的井下應(yīng)用條件。

單軌吊機(jī)車由以下各部分組成：兩個(gè)司機(jī)室、一個(gè)主機(jī)部分（含冷卻單元）、兩組數(shù)量可變的機(jī)車驅(qū)動(dòng)部、多個(gè)起吊梁和機(jī)械連接元件。圖1是捷克某公司的DLZ110F柴油機(jī)單軌吊機(jī)車運(yùn)輸輔料時(shí)的機(jī)車結(jié)構(gòu)圖。

主機(jī)中的柴油機(jī)帶動(dòng)液壓泵旋轉(zhuǎn)，液壓泵產(chǎn)生高壓液壓油，輸往機(jī)車驅(qū)動(dòng)步的液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)機(jī)車前行。柴油機(jī)是由國(guó)際知名柴油機(jī)公司制造，四缸直噴式防爆柴油機(jī)，在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)柴油機(jī)尾氣污染物的排放進(jìn)行了優(yōu)化，有利于井下的特殊工作環(huán)境。低轉(zhuǎn)速（1800轉(zhuǎn)/分）保證了較長(zhǎng)的柴油機(jī)使用壽命及較低的油耗;功率為80KW或120KW。該款發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)歷多年市場(chǎng)的檢驗(yàn)，零備件通用性好。液壓系統(tǒng)采用國(guó)際知名液壓公司生產(chǎn)的軸向柱塞泵及其它液壓元件，液壓壓力有三級(jí)安全自動(dòng)控制。電氣系統(tǒng)是適用于井下特殊工況的本安冗余型控制系統(tǒng)，即使有一個(gè)控制板有故障，另一個(gè)冗余控制板在瞬間自動(dòng)切換至控制狀態(tài)，保證機(jī)車正常使用;所有故障均有自動(dòng)報(bào)警提示功能，可以更快排除故障。

3 單軌吊機(jī)車的優(yōu)勢(shì)

單軌吊機(jī)車的核心優(yōu)勢(shì)是安全和高效。還具有不受底板狀況的影響，適應(yīng)井下多種工況;爬坡能力強(qiáng);可連續(xù)長(zhǎng)距離運(yùn)輸，從井底車場(chǎng)甚至從地面（斜井或平巷開(kāi)拓時(shí)）至采區(qū)工作面的直達(dá)運(yùn)輸，不需要轉(zhuǎn)載，即使在陡坡和多方向路網(wǎng)上亦可實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)輸;在巷道內(nèi)，行車不影響行人;對(duì)巷道斷面的要求較小，轉(zhuǎn)彎半徑小;中小型礦井亦可使用。

3.1 高安全性

繩牽引運(yùn)輸系統(tǒng)（例如絞車牽引系統(tǒng)或無(wú)主動(dòng)液壓剎車器的繩牽引卡軌車等）會(huì)有斜坡斷繩跑車事故。根據(jù)國(guó)家煤安局官方網(wǎng)站公布的數(shù)據(jù)，2008年一年，因斜巷斷繩跑車引起的死亡人數(shù)，占當(dāng)年煤礦總死亡人數(shù)的0.5%。而這0.5%的死亡事故，若用單軌吊機(jī)車做井下輔助運(yùn)輸工具則完全可以避免。單軌吊機(jī)車的鉗形導(dǎo)向裝置，可以保證單軌吊機(jī)車不會(huì)從軌道上掉下;每個(gè)驅(qū)動(dòng)步旁都有失效控制的彈簧抱閘系統(tǒng)，當(dāng)速度超過(guò)規(guī)定值時(shí)，彈簧抱閘系統(tǒng)自動(dòng)抱閘，保護(hù)巷道的人員和機(jī)車安全。在一些煤礦的事故統(tǒng)計(jì)中，輔助運(yùn)輸系統(tǒng)出現(xiàn)的安全事故，占到煤礦井下總事故的比例高達(dá)48%。而目前，在世界上還沒(méi)有資料可以證明單軌吊機(jī)車曾出現(xiàn)過(guò)安全問(wèn)題。

3.2 高效率

3.2.1 運(yùn)輸輔料

在山東新汶集團(tuán)潘西礦的實(shí)際運(yùn)行測(cè)算結(jié)果顯示，以中檔車型DLZ110為例，單程運(yùn)輸距離為2000米，每班可運(yùn)行三趟，每趟20噸，每車每天理論可運(yùn)180噸，實(shí)際運(yùn)輸150噸。每車每天分三班，共需要6人。該礦6196工作面巷道坡度在10°以下，巷道走向多次起伏;由于巷道坡度低，機(jī)車可以承載更多的貨物。礦方在單軌吊機(jī)車原有三個(gè)起吊梁的基礎(chǔ)上，又增加了兩個(gè)起吊梁，使該機(jī)車運(yùn)輸能力大幅提升40%。表2以運(yùn)輸150噸輔料（含裝卸貨物時(shí)間）為例進(jìn)行比較。

3.2.2 運(yùn)輸支架

工作面撤換時(shí)，搬遷一個(gè)數(shù)量為100個(gè)液壓支架的工作面，用煤礦傳統(tǒng)方式運(yùn)輸支架，約需要25天，用工5000個(gè)左右。而采用柴油機(jī)單軌吊機(jī)車運(yùn)輸，只需要10天左右，用工60個(gè)。其他輔助運(yùn)輸工具工效對(duì)比見(jiàn)表3。

3.2.3 運(yùn)輸人員

柴油機(jī)單軌吊機(jī)車每次可運(yùn)輸120人，全速時(shí)2m/s。以運(yùn)輸距離2000米計(jì)算。運(yùn)送人員工效對(duì)比見(jiàn)表4。

另外，很多煤礦巷道運(yùn)輸采取的是有繩運(yùn)輸方式（絞車、卡軌車等）。國(guó)家煤礦安全規(guī)程規(guī)定，行車不行人。采用單軌吊機(jī)車可以做到在運(yùn)輸巷道，車、人同時(shí)在一條巷道進(jìn)行作業(yè)，極大的提高了效率。

3.3 適應(yīng)性好

在國(guó)內(nèi)眾多煤礦中，均存在有局部地質(zhì)條件復(fù)雜的情況。并且礦井的垂直深度越來(lái)越大，礦井巷道均有不同程度的底鼓現(xiàn)象，需要大量的人力，物力維修巷道。從而導(dǎo)致井下各部門不能按原計(jì)劃正常生產(chǎn)。更嚴(yán)重的，造成輔助運(yùn)輸系統(tǒng)不能正常使用。單軌吊機(jī)車的軌道在巷頂，不受巷道底鼓情況的影響。在國(guó)內(nèi)有一個(gè)設(shè)計(jì)產(chǎn)能為800萬(wàn)噸的礦井，原計(jì)劃使用無(wú)軌膠輪車，但因?yàn)橄锏赖坠模率篃o(wú)軌膠輪車在行使時(shí)，會(huì)突然滑向巷道側(cè)面，威脅工人安全。礦方改換單軌吊機(jī)車作為輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的主運(yùn)輸工具，從而更好的保障了井下人員的安全和生產(chǎn)計(jì)劃的實(shí)施。

從巷道掘進(jìn)開(kāi)始，安裝單軌吊機(jī)車軌道，用于運(yùn)輸掘進(jìn)過(guò)程中所需要的物料和設(shè)備，隨著掘進(jìn)的進(jìn)尺，逐漸把軌道鋪設(shè)至工作面，進(jìn)行工作面支架的安裝運(yùn)輸工作，及后續(xù)工作面所需的物料。

3.4 柴油機(jī)單軌吊機(jī)車爬坡能力強(qiáng)

在山東新汶集團(tuán)潘西礦有某型號(hào)柴油機(jī)單軌吊機(jī)車，從該礦井底車場(chǎng)，至工作面的途中，有一個(gè)20°的坡度。柴油機(jī)單軌吊機(jī)車可以載20噸的貨物通過(guò)這個(gè)坡度運(yùn)輸物料。在該型號(hào)機(jī)車的資料中顯示，最大可載25噸貨物爬20°的坡。

圖2是某公司生產(chǎn)的單軌吊機(jī)車的載重—坡度—速度圖。在該圖中綠色線顯示，在承載25噸重量爬15°坡時(shí)，速度是0.7m/s。同樣在25噸時(shí)爬20°坡，速度為0.5m/s。而在5°坡時(shí)，可牽引40噸的貨物，以每秒1.25米的速度前行。在牽引40噸貨物時(shí)，對(duì)巷道頂板要求亦較嚴(yán)格。

3.5 無(wú)需轉(zhuǎn)載直達(dá)工作面

在山東新汶集團(tuán)潘西礦，從井底車場(chǎng)到回采工作面有2000米，單軌吊機(jī)車可從井底車場(chǎng)吊起貨物，不經(jīng)轉(zhuǎn)載，通過(guò)道岔選擇路徑，直接送到各個(gè)回采工作面。在山西長(zhǎng)治一個(gè)副斜井煤礦，單軌吊機(jī)車可以從井上工業(yè)廣場(chǎng)倉(cāng)庫(kù)經(jīng)斜井，通過(guò)井下單軌吊路網(wǎng)，直接將物資送到各個(gè)采掘工作面。大大節(jié)省了運(yùn)輸時(shí)間和人力資源。據(jù)測(cè)算，一般情況下，可節(jié)約50%的時(shí)間，90%的人力資源。

3.6 對(duì)巷道斷面要求低

目前在國(guó)內(nèi)還有眾多的五十年代，六十年代，七十年代設(shè)計(jì)建造的礦井，這些礦井都有巷道斷面小的情況。使得一些先進(jìn)的輔助運(yùn)輸設(shè)備，因?yàn)橄锏罃嗝嫘。荒茉诰率褂?單軌吊機(jī)車則因?yàn)闄C(jī)身窄，自身高度低，而可以在斷面小的井下巷道內(nèi)靈活運(yùn)行。圖3是單軌吊機(jī)車DLZ110配套的中型起吊梁尺寸圖。

圖3是機(jī)車搬運(yùn)16噸重的液壓支架所用的起吊梁尺寸圖，其單軌吊機(jī)車起吊梁長(zhǎng)度為8070mm，高度為軌道高度加上440mm的起吊梁高度，機(jī)車主機(jī)寬度850mm;所需巷道的尺寸視所需運(yùn)輸?shù)淖畲髥渭锪系某叽缍ǎ渲邢锏浪睫D(zhuǎn)彎半徑為4m，垂直轉(zhuǎn)彎半徑為8m。能滿足早期建設(shè)的礦井，巷道斷面小的現(xiàn)狀。

4 單軌吊機(jī)車的最新發(fā)展及結(jié)論

經(jīng)過(guò)新的研發(fā)和實(shí)驗(yàn)，已實(shí)現(xiàn)在巷道大坡度的巷道坡度處，安裝帶齒條的軌道。在單軌吊機(jī)車爬大坡度時(shí)，不再是靠摩擦輪的摩擦力推動(dòng)機(jī)車前行;而是在大坡度的巷頂，安裝帶齒條的軌道，利用齒輪齒條的嚙合，推動(dòng)機(jī)車前行。

根據(jù)已得到的數(shù)據(jù)，利用帶齒條的軌道，單軌吊機(jī)車爬大坡度時(shí)，載荷可以達(dá)到30噸，順利地通過(guò)30°的坡度。

目前，在市場(chǎng)上銷售的單軌吊機(jī)車大多是2+2或3+3的驅(qū)動(dòng)形式。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，已經(jīng)在研發(fā)5+5和6+6驅(qū)動(dòng)形式的單軌吊機(jī)車。用于在多個(gè)工作面間，搬運(yùn)超過(guò)50T的巨型液壓支架。

目前根據(jù)國(guó)內(nèi)多家礦山使用單位的反饋，中國(guó)與原東歐國(guó)家的煤礦在礦山管理及設(shè)備管理方面有較多相同之處，其生產(chǎn)的單軌吊在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、柴油油耗，使用方便性，維修簡(jiǎn)易性等方面更適合中國(guó)國(guó)情。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳煥英.采用高新技術(shù)加速實(shí)現(xiàn)我國(guó)煤礦輔助運(yùn)輸現(xiàn)代化[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，1999（1）：5.

Application and Technical Parameters of ?Diesel Engine Monorail Crane in Coal Mine

LI Jing-bao

（China National Coal Group Corp，beijing ?100011）

Abstract：This paper analyzes several common systems of mine auxiliary transportation in our country from the aspects of technical performance， safety and efficiency， and focuses on the comparison between monorail crane locomotive and other equipment， which can be used for reference in the selection of system equipment.

Key words：coal mine; auxiliary transportation; monorail crane; application