新型單軌吊防掉道裝置設計與應用

李立明

（潞安化工集團常村煤礦， 山西 長治 046102）

引言

單軌吊運輸系統(tǒng)是一種礦井輔助運輸系統(tǒng)，其具有操作簡單、維護方便、單機作業(yè)、靈活使用、安全可靠、節(jié)省人員和有效利用巷道空間等優(yōu)點，在我國現(xiàn)代化礦井中得到推廣應用，并取得良好的經濟效益。

單軌吊作為井下主要的設備運輸系統(tǒng)，承擔著井下繁重的設備運輸工作，隨著我國煤炭開采技術不斷進步，井下重裝設備的大型化成為發(fā)展趨勢，對井下單軌吊運輸系統(tǒng)帶來了新的挑戰(zhàn)和壓力，為了安全、可靠、及時地完成設備運輸任務，對單軌吊系統(tǒng)自身的安全性、可靠性、先進性提出了更高的要求。近幾年國內很多學者也對單軌吊的安全運輸問題進行了研究，如吳亞雷[1]研究了氣動式風門聯(lián)動阻車器在單軌吊系統(tǒng)中的應用；邢遠提[2]研究了斜巷新型擋車裝置在單軌吊機車運輸中的應用；蘇彥斌[3]研究了礦井單軌吊以及架空人車交叉系統(tǒng)的應用，這些研究在某種程度上提高了單軌吊的運輸安全性，但單軌吊運輸系統(tǒng)的掉道問題始終沒有得到徹底解決，因此，重點針對單軌吊機車的掉道問題進行了研究，結合自身礦井單軌吊機車應用現(xiàn)狀，設計了一種新型單軌吊防掉道裝置，徹底解決了單軌吊機車的掉道問題，達到了有效保障單軌吊機車安全穩(wěn)定運行的目的。

1 單軌吊的主要結構、分類及主要應用優(yōu)勢

單軌吊機車運輸系統(tǒng)通過巷道頂板軌道進行運輸，運輸過程中主要依靠鋼絲繩、柴油機、蓄電池以及風動裝置提供提供機車所需的驅動力，保證機車的平穩(wěn)運行。系統(tǒng)的主要組成部分包括單軌吊機車、軌道及輔助設備、運載設備及附件，其中軌道及輔助設備設計過程中需要根據(jù)實際需求進行軌道、掛板等零部件的選取，運載設備及附件設計過程中需要根據(jù)實際需求起吊運輸梁以及集裝箱型號的選取，單軌吊機車運輸系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 單軌吊機車運輸系統(tǒng)

根據(jù)運輸過程中的動力來源不同，能夠將其分成柴油機、蓄電池、風動以及鋼絲繩牽引四種單軌吊機車，前兩種動力源內置于單軌吊機車內部，設備整體性較好且結構簡單，維修過程較為方便，因此深受煤礦企業(yè)歡迎。當前該領域較為常見的單軌吊包括芬瑞特/DLZ130F-8 柴油發(fā)動機單軌吊、德國沙爾DZ系列柴油機單軌吊、太礦電氣DX 系列蓄電池單軌吊等。

相較于蓄電池單軌吊，柴油機單軌吊具有工作功率大、工作過程穩(wěn)定以及使用壽命較長等優(yōu)勢，因此適用于大型設備作業(yè)場合，但是存在環(huán)境污染較為嚴重、使用成本較高等缺點；蓄電池單軌吊工作功率遠低于柴油機單軌吊并且使用壽命較短，但是電能屬于清潔能源、因此設備整體污染性較小，經濟成本較低且維修較為方便，適用于小型作業(yè)場合。

傳統(tǒng)的輔助運輸方式如小絞車、無極繩絞車等，對巷道中布置的運輸軌道要求較高、運輸過程容易受到外界干擾、設備整體結構較為復雜且經濟成本難以得到有效控制，不僅限制了礦井運輸效率的提升，也難以保障施工人員的作業(yè)安全。相對而言，單軌吊機車系統(tǒng)能夠適應復雜的運輸環(huán)境、對于巷道頂板的軌道質量要求較低、設備整體結構簡單、使用過程不易受外界環(huán)境干擾，降低了系統(tǒng)的故障率，確保了施工人員的作業(yè)安全。此外，單軌吊機車適應性較好，能夠適應人員、物料以及設備等類型的運輸任務。隨著礦井自動化程度的不斷提升，單軌吊機車運輸系統(tǒng)在礦井中逐漸普及，顯著提升了礦井的運輸效率和運輸質量。

2 常村煤礦單軌吊運輸現(xiàn)狀

常村煤礦的單軌吊運輸系統(tǒng)是采用材料巷（材料上、下山）使用英國產700 型卡軌車和德國產DZ1800型柴油單軌吊車輔助運輸，工作面采用DX60 型蓄電池單軌吊運送物料，對礦井的安全運輸和各個生產系統(tǒng)的銜接，起到至關重要的作用，是一種適用性很強的運輸系統(tǒng)。

1）懸吊方式：采區(qū)軌道上下山、工作面軌道和皮帶順槽等主要運輸線路采用雙懸吊錨桿懸吊方式；礦井回風巷、工作面瓦排巷和高抽巷等采用單懸吊錨桿懸吊方式。

2）軌道選型：采區(qū)軌道上、下山采用3 m I140V型專用軌道；工作面軌道和皮帶順槽采用2 m I140E型專用軌道；礦井回風巷、工作面瓦排巷和高抽巷采用3 m I140E 型專用軌道。

3）吊掛方式：巷道施工過程中，錨網巷道正常掘進或有斷層等特殊地質構造段，單軌吊軌道采用懸吊錨桿吊掛；巷道施工過程中，頂板是泥巖、空頂時，巷道采用工字鋼支護，單軌吊軌道采用工字鋼小梁吊掛方式進行吊掛[4]。

4）懸吊錨桿規(guī)定：沿非煤頂掘進時巷道打設懸吊錨桿采用Φ22 mm×2 400 mm（沿煤頂掘進時采用Φ22 mm×3 200 mm）的懸吊錨桿，用3 支MSZ2350樹脂錨固劑錨固，錨固力必須達到160 kN，外露長度80~120 mm；懸吊錨桿安裝的懸吊接頭開口方向與單軌吊軌道方向保持一致；禁止使用強力錨桿等其他錨桿代替懸吊錨桿；軌道懸吊鏈的鉛垂偏角不得大于30°；采用8.8 級高強螺栓作為連接螺栓。

5）道岔規(guī)定：單軌吊道岔軌型與線路軌型相同，采用專用道岔；道岔及彎軌處安設斜拉張緊裝置。

3 單軌吊軌道雙錨桿吊掛方式存在問題

不能使雙鏈同時受力，當有一根錨桿受到破壞時，另一根錨桿瞬間受到的沖擊力很大，也會受到破壞，不能起到雙保險的作用；

雙錨桿吊掛方式最后承載力全部作用在一個U型環(huán)上，由于U 型環(huán)長時間使用，磨損嚴重，強度達到極限時，雙錨桿吊掛方式同時也失去了應有的功能，從而導致單軌吊機車掉道事故，圖2 為單軌吊雙吊點示意圖。

圖2 單軌吊雙吊點示意圖

4 單軌吊改進背景和設計思路

單軌吊機車掉道事故是長期以來困惑輔助運輸安全運行的最大難題，已經影響到礦井安全生產，對單軌吊軌道防掉道裝置進行改進已經勢在必行，為了徹底杜絕長期以來困惑的單軌吊機車掉道事故，真正做到安全、高效、快速運輸，根據(jù)現(xiàn)有I140E 型單軌吊軌道現(xiàn)場使用情況，以及對運輸8000 型支架和大型設備的設計要求，結合國外輔助運輸專業(yè)最先進的I140V 型單軌吊軌道結構，研制了符合礦井井下需要的新型單軌吊防掉道裝置[5]。

5 新型單軌吊防掉道裝置設計

1）在懸吊鏈下方安裝新設計的調解板，調解板兩端的懸吊孔在懸吊鏈正下方不會對錨桿產生橫切力，并且使兩條懸吊鏈同時均勻受力，設備中間打設圓孔用以連接軌道吊耳，使之受力均衡、拉力增大、調距方便、安全性能高、起到雙保險，具體結構如圖3所示。

圖3 單軌吊防掉道裝置結構圖

2）一個調解板上打設兩根懸吊錨桿，利用調解板均勻受力，以此作為一個單元進行安裝。先打一根錨桿，安裝新型防掉道裝置，然后再打設另一根錨桿，保證新型防掉道裝置的組裝精度。

3）每30 m 為一個安裝循環(huán)，以第一組調解板為安裝基準，保證軌道安裝在一個水平線上，以減小軌道累積誤差。

4）巷道出現(xiàn)高冒、頂板淋水大、圍巖松軟等變化環(huán)節(jié)時，單軌吊軌道采用雙懸吊錨桿和新型防掉道裝置懸吊方式安設軌道。

5）單軌吊道岔和彎道前后6 m 范圍內單軌吊軌道采用雙懸吊錨桿和新型防掉道裝置懸吊方式安設軌道。

6）該裝置安設使用后復用率達到100%，大大節(jié)約了成本的投入，為常村煤礦的安全高效生產奠定了基礎。

7）該裝置采用高強度材料，適合加工和熱處理，并進行了拉力試驗，新型單軌吊防掉道裝置拉力試驗為39.6 t，完全能保證現(xiàn)在最大件的需要，保證該裝置的安全性[6]。

6 應用效果

新型單軌吊防掉道裝置具有安裝方便、調距方便、受力均衡、拉力增大、節(jié)約成本、安全性能高、能起到雙保險作用等特點，抗拉能力強，機車承載力加大，使單軌吊軌道每個受力點都受力均勻，保證機車勻速運行，提高單軌吊機車運行效率，從根本上杜絕長期以來困惑常村煤礦的單軌吊機車掉道事故，從而消除因錨桿拔出和剪切斷裂帶來的機車掉道事故。自從常村煤礦應用單軌吊防掉道裝置后，單軌吊不再出現(xiàn)掉道問題，真正做到安全、高效、快速運輸，從而保證礦井安全生產。該裝置在全公司內推廣使用，為公司輔助運輸安全高效運行奠定基礎。

7 結語

安裝新型單軌吊防掉道裝置，實現(xiàn)了煤礦安全生產運輸，促進了礦井的安全和諧發(fā)展，其社會效益不僅在于本礦，對其他礦井乃至其他行業(yè)也有一定的借鑒作用和指導意義，無論是從生產效率還是從安全文化建設角度來看，新型單軌吊防掉道裝置設計理念都是值得被推廣。