防爆特殊型蓄電池運輸設備在井下的應用

曹立悅

（山西壽陽潞陽麥捷煤業有限公司，山西 壽陽 045400）

引言

隨著智能化開采技術在煤礦的大力推進，原煤、物料和人員運輸的機械化取得了長足的進步。但在部分規模有限、投產時間較長的礦井中，生產掘進工作面仍然采用膠帶機和氣動單軌吊進行輔助運輸，不僅不利于企業生產效率的提升，還加大了從業人員的勞動強度[1]。麥捷煤礦根據礦井巷道采掘工作面的情況，決定對原有運輸設備進行提升，引進了防爆特殊型蓄電池的機車和單軌吊，尤其對含瓦斯、粉塵爆炸危險的礦井巷道適應性較強[2]。本文就設備的選型、校驗和構成原理進行論述，并對經濟效益進行了概算，對麥捷煤礦降本增效和安全生產起到了指導意義。

1 防爆電機車的選型、結構原理及校驗

1.1 防爆電機車的選型及主要參數

麥捷煤礦15 號軌道大巷可以分為南北、東西兩段，南北段長約1 000 m，東西段長約1 300 m，平均坡度為6‰。由于15 號軌道大巷主要承擔矸石、材料和設備等輔助運送任務，常規設備難以做到高效運輸，因此將選用礦用防爆特殊型蓄電池電機車進行運輸。

根據實際資料可知，15 號軌道大巷運輸距離最長2 400 m，平均坡度6‰，最大件重量為20 t（含承載車）；年出矸量超過3 萬t，運輸矸石時掛6 輛矸石車，采用1.5 t 標準礦車，最大載矸量2.7 t，自重1 t。初步選用4 臺CTL8/9GP 型防爆特殊型蓄電池電機車采用變頻調速的方式進行運輸，其中兩臺工作、兩臺備用，具體參數見表1。

表1 防爆電機車的主要參數

1.2 防爆電機車的結構及操作原理

所選用的四輛CTL8/9GP 型防爆電機車由車載防爆特殊型電源裝置提供48 V 直流電源，車體上安裝有緩沖連接器對礦車的運行實現牽引。操作人員通過條件隔爆插銷改變電壓，進而控制直流牽引電機的轉速，實現對機車速度的調整。

1.3 防爆電機車的校驗

在確定防爆電機車型號后，需要對其主要工作能力進行校驗，包括運輸能力、制動距離和牽引力等。

1.3.1 運輸能力的校驗

CTL8/9GP 型防爆電機車年運輸能力的校驗根據公式（1）進行計算：

式中：A 為年運輸量，萬t；N 為列車礦車數，取6 輛/列；G 為每輛礦車載矸石量，2.7 t；K1為不均勻系數，取1.15；T 為相鄰兩列車間隔時間，30.0 min。

經計算CTL8/9GP 型防爆電機車年運輸能力A=14.9 萬t，滿足礦井300 人/d 和材料下方約30 車/d的運輸能力要求。

1.3.2 制動距離的校驗

CTL8/9GP 型防爆電機車制動距離的校驗選用矸石作為負載參考對象進行計算，見公式（2）：

式中：VZd為重列車穩定速度，2.11 m/s；P 為整個機車制動時的黏著質量，8 t；Ψ 為制動狀態的黏著系數，取井下撒沙制動0.17；q 為每量礦車載重，2.7 t；q0為礦車自重，1.0 t；ψZh為重列車阻力系數，0.009；i 為軌道坡度，6.5‰。

經計算CTL8/9GP 型防爆電機車制動距離Lzd=6.0m，小于安全距離40m，制動距離滿足安規要求。

1.3.3 牽引力的校驗

對CTL8/9GP 型防爆電機車牽引力的校驗，見公式（3）：

式中：FL為重列車運行時，單臺牽引電動機的牽引力，N；nM為電機車牽引電動機的臺數，2 臺；Wbl為重列車運行時，列車的單位運行基本阻力，取120 N/t；Wr為列車的單位坡道阻力，下坡為-58.8 N/t，平坡為0，上坡為+58.8 N/t。

經計算CTL8/9GP 型防爆電機車牽引力FL=2 670 N，大于提升物料繩端最大靜拉力2 090 N，滿足實際要求。

2 防爆單軌吊的選型、結構原理及校驗

2.1 防爆單軌吊的選型及主要參數

麥捷煤礦15 號煤層采區輔運大巷同樣主要承擔矸石、材料和設備的運輸任務，為實現礦井的安全高效的生產，設計采用防爆型蓄電池單軌吊機車進行運輸。

根據實際資料可知，采區輔運大巷最遠運輸距離3 500 m，最大坡度10.5°；最大件重量為18 t；運輸矸石時掛3 架6 t 起吊梁用集裝箱，最大載矸量6 t，自重0.8 t。

2.2 防爆單軌吊的結構及操作原理

設計選用6 臺DX-80 防爆蓄電池單軌吊機車（初期4 臺），兩個采區各運行3 臺（初期運行2 臺）。該型號單軌吊機車自重10.5 t，長寬為18×0.75 m，具體運行參數見表2。

表2 DX-80 防爆蓄電池單軌吊機車主要參數

防爆特殊型蓄蓄電池單軌吊機車是一種以蓄電池為動力源的特殊機械裝備，機車由電力驅動，變頻電機帶動機車完成運輸作業。DX-80 型單軌吊的運行軌道經國外制定的工業標準的工字鋼焊接，再將鏈條固定于巷道頂部，單軌吊機車運行承載輪卡入工字鋼兩側，從而避免掉道和脫軌意外的發生[3-4]。

2.3 防爆單軌吊的校驗

DX-80 型單軌吊在運輸矸石時，每列單軌吊機車牽引3 節6 t 集裝箱，牽引力的校驗將根據公式4進行計算：

式中：F 為機車牽引力，kN；Qz為機車自重，10.5 t；Qq為吊梁用集裝箱自重，0.8 t/節；Qg為起吊梁用集裝箱載重，6 t/節；a 為列車運行阻力系數，取0.02。

經計算，在運輸最大件時，每列單軌吊機車牽引1 節20 t 集裝箱，此時所需牽引力為61.1 kN，小于單軌吊額定牽引力80 kN，滿足安全使用的要求。

運輸效率校驗：DX-80 型單軌吊主要以物料的運輸為主，巷道長度3 500 m，滿載狀態下用時用時58 min，空載狀態下用時37 min，疊加轉載、卸載、匯車時間為20 min，總計用時115 min。井下每班工作6 h，因此在3 列單軌吊同時作業的情況下，每班總共可運輸28 車，合計約168 t 物料，可以滿足要求。

3 人員成本的降低經濟效益

在使用全套防爆特殊型蓄電池設備的情況下，由原先每班需要6 人進行工作減少到每班僅需要2人，每人每班按照160 元計算，每年可節省費用將達到45.7 萬元。另外，在設備的投入方面，由于蓄電池機車和單軌吊的投入也減少了絞車設備的投入，換言之減少了各種配件的更換，按每年平均使用一臺絞車，僅需投資10 萬元，每年開銷成本共計降低56.7 萬元。同時由于動力系統為電力的原因，也對井下空氣質量的提升有一定改善。

4 結語

由柴油驅動的常規運輸設備具有效率低下、使用成本高、維護成本高的缺點。麥捷煤礦針對本礦距離較長的工作面、頂板相對穩定的巷道中，引進防爆特殊型蓄電池電機車與單軌吊設備。該設備具有技術成熟，是集機、電、液于一體的礦用高效輔助運輸設備，不僅可以很好地降低企業投入成本，還對井下廢氣的排放有所改善，起到了很好的作用，值得在類似礦井中大力推廣。