煤礦井下單軌吊車的應用探討

四川嘉陽集團有限責任公司 四川 樂山 614400

1 前言

煤礦井下準備巷道的材料運輸是井巷工程施工中重要的環節,也是風險存在較多的環節,該環節運行是否順利,直接影響井巷工程施工進度和生產安全。為確保這一環節的正常運行,確保生產安全,嘉陽煤礦決定投入單軌吊車用于準備巷道的材料運輸,以此淘汰傳統的絞車運輸材料工藝。經過多方面的努力,單軌吊車的運用達到了預期效果,也使我礦成為四川省第一個在井下成功運用單軌吊車的煤礦。

2 概述

嘉陽煤礦準備巷道為半煤巖巷,沿K7煤層傾斜方向施工,傾角在2～4°之間。由于巷道是沿煤層傾斜方向施工,受煤層起伏影響,巷道個別地段存在反坡的情況。在此之前,嘉陽煤礦準備巷道的材料均采用調度絞車運輸,巷道鋪設18kg/m輕軌。采用調度絞車運輸材料,在絞車安設、絞車操作、車輛運輸、人員行走、材料換裝等多方面均存在安全隱患,曾經也發生過幾起安全事故。為確保煤礦生產安全,杜絕材料運輸環節安全事故的發生,嘉陽煤礦經過多方考察,最終投入了單軌吊車。

單軌吊車是煤礦井下,尤其是在采區上、下山和工作面巷道內用來運送材料、設備和人員的先進輔助設備之一。單軌吊車運輸距離一般為1000～2000m,最大可達3000m。其軌道是一種特殊的工字鋼,工字鋼軌道懸吊在巷道支架上或砌碹梁、錨桿及預埋鏈上。單軌吊車運輸是將材料、設備等通過承載車或起吊梁懸吊在巷道頂部的單軌上,由單軌吊車的牽引機構牽引進行運輸的系統。根據牽引方式不同,單軌吊車分為鋼絲繩牽引和機車牽引兩大類,而機車牽引又分為氣動機車、柴油機車和蓄電池機車。

3 單軌吊車的使用

3.1 運輸設備的確定 嘉陽煤礦準備巷道為半圓拱形斷面,掘寬3.2m,墻高1.9m,掘進高度3.5m,掘進斷面積10.07m2。根據國家相關標準要求,在不改變巷道斷面的前提下,結合材料運輸中的實際情況,最終選擇了DQD20氣動單軌吊車。該設備以壓縮空氣作為動力,沿施工于巷道頂部的I140E輕型單軌運行。

DQD20氣動單軌吊車技術參數

最大爬坡角度 ° 20長×寬×高 mm 5000×860×550重量 kg 450水平最小轉彎半徑 m 4垂直最小轉彎半徑 m 10最大運輸重量 t 10

3.2 運輸工藝

3.2.1 軌道及供氣管道鋪設 DQD20氣動單軌吊車配套軌道為I140E輕型單軌。單軌每根長度為2.4m,鋪設于巷道頂部,單軌連接處采用專用U型吊環配吊鏈掛設于專用吊座上,專用吊座采用兩根錨桿固定于巷道頂部。為保證在使用過程中的安全可靠,錨桿錨固力不應低于90k N。

DQD20氣動單軌吊車以壓縮空氣作為動力,故必須鋪設好供氣主管。供氣主管鋪設在巷道行人側幫上,鋪設高度1.9m。由于單軌吊車上供氣支管長度為50m,故巷幫供氣主管上每隔100m必須設置一接氣閥,用于與單軌吊車上供氣支管的連接,實現主管向支管的供氣。

3.2.2 材料運輸 利用DQD20氣動單軌吊車運輸材料主要分為三個步驟:第一是材料的起吊,第二是材料起吊后的運輸,第三是材料的下放。

(1)材料的起吊。利用礦車(專用車輛)運輸方式,將所需材料(材料事先捆綁牢固)運輸至單軌吊車下方停穩并固定牢固,并將單軌吊車起吊梁上起吊葫蘆的掛勾掛在需要運輸的材料上。在單軌吊車處于制動狀態下,打開供氣閥門將材料吊起。材料的起吊高度以能通過運輸線路上的障礙物為準,保證材料與障礙物有0.2m的間隙為宜。

(2)材料的運輸。材料起吊完成后,解除單軌吊車制動,操作單軌吊車前進。在行駛過程中,當快要達到每段最大行駛長度(供氣支管的長度)時立即停機,關閉供氣閥門并卸壓,將供氣支管從供氣主管上拆下,并重新接在前方的供氣主管上,然后單軌吊車繼續運行,如此循環,直到將材料運輸至目的地。

(3)材料的下放。當材料運輸至目的地后,先將單軌吊車制動,將材料下方至地面,然后關閉供氣閥門,運輸結束。

4 單軌吊車使用的優點

采用單軌吊車運輸材料有以下優點:

(1)單軌吊車本機截面小,巷道斷面空間利用率較高;

(2)可用于平巷和斜巷的連續不轉載運輸,其運送載荷不受底板條件限制,可在各種豎曲線、平曲線及復雜曲線運行;

(3)軌道吊掛在巷道頂板或支架上,載重運行不受巷道底板變形、積水或物料堆積等影響;

(4)可完成從采區車場直至工作面不經轉載的輔助運輸,可用于把主要運輸大巷和采區準備巷道連在一起的輔助運輸作業;

(5)裝卸、起吊、運輸全部操縱由起吊梁實現,勞動強度低,裝卸速度快;(6)工作制動、停車制動、緊急制動三套制動裝置齊全,運行安全可靠;(7)運行阻力小、速度快、效率高、用人少、軌道鋼材量比普通軌明顯減少。

5 效益

采用單軌吊車運輸替換以往調度絞車運輸之后,總體來講,投入相對較少。避免了施工準備巷道過程中較多的施工絞車硐室、安設調度絞車、安設絞車開關及聲光信號等,同時也降低了管理難度。軌道鋼材的投入使用也明顯減少。運料班組可減少1～2人,同時將單軌安設與巷道掘進同步進行,不再專門組織軌道班進行軌道鋪設,得到了減人提效的目的。另外,采用單軌吊車運輸材料更加安全,消除了以往采用調度絞車運輸材料的安全隱患,實現生產安全,是以人為本的重要體現。

6 使用潛力探索

目前,嘉陽煤礦僅僅是在準備巷道投入了氣動單軌吊車,雖然達到了預期使用效果,但是單軌吊車的優勢并沒有完全發揮出來,應當繼續探索單軌吊車的使用,使其優勢能完全發揮。

6.1 擴大運輸路線 單軌吊車作為輔助運輸的主要設備后,可在軌道運輸大巷與采區準備巷道過渡地段設置換裝車場,實現材料及設備在大巷換裝后,采用單軌吊車直接運輸至目的地,以減少斜巷段采用雙速絞車提升運輸的環節。

6.2 柴油單軌吊車的投入使用 綜采工作面設備的安裝和回撤是一項相當繁瑣的工作,且伴隨著諸多風險。目前,無論是安裝還是回撤,綜采工作面的設備都是采用調度絞車運輸。由于綜采設備過大、過重,相對于采用調度絞車運輸材料,存在著更多的安全隱患,稍有管理不到位就會發生安全事故。基于采用單軌吊車運輸材料的成功,單軌吊車同樣能夠運輸大件的綜采設備。考慮使用單軌吊車運輸綜采設備,而目前使用的氣動單軌吊車顯然不能滿足要求,故必須投入柴油單軌吊車。

柴油單軌吊車是以燃燒柴油為動力的單軌吊車,相對于氣動單軌吊車,有馬力大、運輸速度快、效率高等優點,并還能作為人員運輸的設備。將單軌從大巷換裝車場開始鋪設,經工作面斜巷、工作面進(回)風巷,直至鋪設進入工作面,可實現設備從大巷至工作面長距離的不間段運輸,大幅度提高運輸效率,從而加快綜采工作面的安裝速度,并能很大程度上保障安全。然而,柴油單軌吊車的使用也存在一些問題,如:尾氣排放污染、運行噪音較大、機身相對較大、對巷道斷面有一定要求、柴油管理方面的要求等。這些問題,也是我們即將要直接面對和解決的問題。

7 結論

投入使用先進的設備,是確保生產安全和減人提效的重要手段。單軌吊車在井下的成功運用,使嘉陽煤礦的安全保障更上了一個臺階,也為即將進行的智能化綜采課題打下了牢固的基礎。安全是煤礦永久的探討課題,實現安全除了加大管理力度之外,更重要的還是新設備、新工藝的投入。嘉陽煤礦成為了四川省第一個成功使用單軌吊車的煤礦,也充分得到了省內其他煤礦及上級監管部門在安全保障方面的肯定。云南省一煤礦的負責人說:“煤礦井下使用單軌吊車,是運輸系統上的一次重要技術革新。”