王莊煤礦卡軌車系統應用設計

熊 林

（潞安環保能源開發股份有限公司王莊煤礦，山西 長治 046031）

王莊煤礦是潞安集團下屬的一座特大型現代化高產高效礦井，核定產能710萬t/a，主采二疊系3#煤層，煤層均厚6.5m，采用綜采放頂煤一次采全高開采工藝，井下輔助運輸主要以無極繩絞車運輸和膠輪車運輸方式為主。由于+540后備區71采區坡度較大，巷道掘進斷面較窄，設計采用繩牽引卡軌車及單軌吊作為新采區輔助運輸系統。副井罐籠尺寸為長5.1m×寬1.8m ，最大單件允許質量35000kg。運輸大巷為拱形巷道，設計長5600m（設計卡軌車距離約2400m），寬6m×高4.6m。巷道為起伏上下山，最大坡度10°。運輸要求：物料運輸30車/8h，支架運輸5架/ 8h，支架型號為ZF8000型液壓支架，長4.5m×寬1.5m×高2.0m（高度為放到最低尺寸），支架重26.5t，最大28t。

1 卡軌車組成

根據巷道條件及運輸要求，擬采用德國沙爾夫繩KSY120/160K型開關磁阻控制煤礦井下鋼絲繩牽引卡軌車運輸系統，具體參數見表1。卡軌車系統主要由牽引絞車、液壓緊繩器、液壓泵站、電控系統、車輛等組成。

（1）牽引絞車減速器選用SEW減速器，制動器選用焦作制動器廠生產的YWZ9系列的制動器，制動力矩調至牽引力3倍要求，聯軸器選用梅花形彈性聯軸器和美國樂兆蛇形簧聯軸器（冷裝型）蛇形簧聯軸器，電動機選用南陽防爆電機廠生產的特制變頻電機，驅動輪襯使用德國進口材料K25制作，在驅動輪輪緣上配備了兩對末級制動裝置，緊急制動閘為失效安全型。

（2）液壓泵站設計工作壓力為9MPa，額定流量9L/min，電機型號為YB2100L2-4，電壓660/1140V，工作頻率50Hz。其中泵站電機和工作制動器電機喇叭嘴內徑不小于26mm。

（3）電控系統，主要包括變頻調速柜、操縱臺、檢測裝置、跟車司機遙控信號發射機等。其中變頻器采用隔爆兼本安四象限變頻器，輸出頻率0.5～50Hz連續可調，為恒轉矩，50～65Hz為恒功率調節。卡軌車可實現分段連續調速，點動檔速度在0～0.5m/s連續可調，機動檔速度在0～2.1m/s連續可調。在高速軸與低速軸均設有編碼器，當卡軌車速度超過每檔最大允許速度10%或卡軌車速度超過最大允許速度15%時，實現安全制動，并實現高速軸編碼器與低速軸編碼器相互監測。

表1 KSY120/160K型繩牽引卡軌車主要參數

2 巷道條件及卡軌車效率分析

運輸大巷巷道界面尺寸為寬6m×高4.6m，沙爾夫繩牽引卡軌車包含運輸支架的重型平板車寬度為1.71m，所以巷道寬可以滿足機車運行。軌道底端至軌道底端到重型平板車的高度為0.613m，液壓支架高度為2.000m，頂板安全運輸距離為0.300 m，總高度要求為2.913m，小于巷道設計高度4.6m，所以巷道高度可以滿足機車運輸支架要求。

2.1 機車載重量分析

按照卡軌車系統設計要求，通過計算（見表2），機車在巷道長度為2500m，最大坡度10°的情況下，機車最大負荷為39512kg。在支架運輸情況下，機車需配備（不含儲備鋼絲繩）主牽引車1375kg、緊急制動車2138kg、重型平板車3516kg、連接拉桿88kg、儲繩滾筒260kg，則運輸支架時機車自重為7298kg。故最大載重 =32223kg＞28000kg（液壓支架），所以滿足支架運輸要求。

2.2 機車額定速度驗算

動力絞車運用160kW電動機，電壓660V,轉速1485r/min，繞繩滾筒直徑1400mm，減速裝置采用SEW工業重負荷減速機和開式齒輪減速機構，總減速比約92。鋼絲繩速1.195m/s，滿載設計繩速為1.2m/s。

2.3 支架運輸效率分析

（1）單次支架運輸時間：L/V=2500/1.2/60=35min；

（2）空車返回時2500m巷道平均速度可達2.0m/s；

（3）空車返回時間為：2500/2/60=21min；

（4）卸載及換裝時間：計劃20min。

則2500m膠輪車大巷2支架單次運輸所需總時間：35+21+20=76min。每班有效工作7h（420min），繩牽引卡軌車每班運輸支架數量：420/76=5.5≈5架，一天按兩個有效班計算每天可運輸支架10架，150m長的切眼，安裝支架時間為15d。

表2 煤礦井下鋼絲繩牽引卡軌車載重計算（無水平轉彎）

2.4 物料運輸效率分析

（1）單次運輸時間：L/V=2500/1.2/60 =35min；

（2）空車返回時2500m巷道平均速度可達2.0m/s；

（3）空車返回時間為：2500/2/60=21min；

（4）卸載及換裝時間：計劃20min。

則2500m膠輪車大巷2大巷物料單次運輸所需總時間：35+21+20=76min，每班有效工作7h（420min），繩牽引卡軌車每班運輸物料次數：420/76=5.5次，每班運輸物料總車數5.5×8=44車＞30車，所以能滿足礦方每班30車要求。為降低安全風險，單次運輸可掛6輛。

3 軌道布置及軌道系統配置

軌道布置起點設置在電機車大巷和運輸大巷轉載站前部，靠近維修區硐室，絞車、張緊裝置和絞車電控系統放在休息區硐室，方便系統出現故障時快速維修。轉載站-電機車大巷和運輸大巷2交叉點需要布置一副全氣動道岔和吊裝架，方便支架、物料車快速轉入卡軌車運輸巷，吊裝架需礦方自備。軌道系統布置圖見圖1，其中1為開始軌，2為4m直軌，3為38kg過渡軌，4為凹凸軌過渡軌，5為3.5°凹軌，6為道岔引軌，7為右開氣動道道岔。2500m軌道全長，巷道起伏較為明顯，需要短軌、長軌數量若干，也視巷道修整情況而定。

圖1 軌道系統布置圖

軌道系統采用沙爾夫公司SMT140軌道系統，該系統采用低合金高強度結構鋼，國標牌號為GBQ345B，專用鋼材屈服強度在345MPa以上。軌道焊接采用先進的焊接工藝，采用二氧化碳氣體保護焊接工藝，此焊接工藝的特點是：焊接力學性能好，焊縫抗裂性能高，焊縫低氫且含氮量也較少，焊后變形小，焊接質量穩定。

根據相關設計標準，卡軌車運輸系統軌道采用梯子軌，即兩根軌道和支撐焊接成一個整體。在選擇軌道類型時，盡量選擇適用的軌道類型和長度。就經濟性而言，較短的軌道單元成本高于長的軌道單元。根據王莊礦實際情況選用直軌4.5m的雙邊法蘭連接軌道單元。根據部分路段的長度限制及坡道變化，沙爾夫設計2.875m搭扣連接調節軌道。根據礦方的轉彎路段，沙爾夫設計雙邊法蘭連接的1m短軌及5°和7.5°彎軌。

根據礦井條件，卡軌車單元安裝應對軌道的巷道進行找平、打錨桿，并對煤底區域及道岔區域進行硬化處理。選用直徑22mm或20mm礦用標準螺紋類型錨桿，通過底盤的長孔固定，錨桿深度在巖層結構時要求1500mm以上，煤層結構及上山、下山時要求深度2000mm以上。

4 結 論

根據王莊煤礦生產需要，對運輸大巷卡軌車系統進行了設計和效率分析。為了與礦井生產環境更為適應，實際安裝應當根據礦井環境變化進行相應設計修改。除此之外，為了保證礦井和人員安全，在實際卡軌車安裝和軌道鋪設過程中，必須制定相應的安全技術措施，并且嚴格執行。目前，王莊煤礦運輸大巷卡軌車系統已經安裝完成，其與已有單軌吊運輸系統、無軌膠輪車運輸構成了王莊煤礦礦井運輸的完整系統，極大提高了礦井生產材料、人員、設備等的運輸效率，對于礦井高產高效生產具有重要意義。