單軌軌道橋式懸吊機構安全改進

張麗莉，寧創平

（太原礦機電氣股份有限公司，山西太原 030032）

0 引言

煤礦輔助運輸是指除運輸煤炭以外的所有運輸，主要運輸對象有人員、矸石、設備、材料及填充物等，主要用于地面到工作面、工作面到地面、工作面或采區之間的周轉等輸送作業。煤礦井下輔助運輸可按有無軌道、開拓形式、動力源不同進行分類，按有無軌道可分為有軌輔助運輸和無軌輔助運輸，有軌輔助運輸以鋪設雙軌或懸吊單軌為主要特征。

1 煤礦輔助運輸的現狀

“十三五”期間，我國煤炭裝備的創新能力不斷增強，主要裝備已基本實現國產化，近25 年來煤礦輔助運輸設備種類增加很多，但我國煤炭裝備“產業基礎仍然薄弱，產業結構有待改善”。具體而言，“新基建”處于起步階段，部分大型關鍵與智能化裝備、元器件和工業軟件等國產化不足，產品質量保證體系、管理規范與關鍵技術標準不完善，設備可靠性、穩定性不足及生命周期短，缺乏具有國際競爭力的企業和產品。

無軌輔助運輸設備在各自運行工作面內形式單一，各工作面之間運行環節不配套，從井下材料、設備供應點到井下工作面使用地點要經過多次轉載，造成整個系統輸送能力低、占用設備和用工數量多、事故發生率高。同時，傳統的有軌輔助運輸設備，例如調度絞車和無極繩絞車等，對礦井整體實現機械化、自動化和智能化有極大阻礙。

懸掛軌道輔助運輸設備，例如單軌吊機車等設備，不受巷道底板變形影響、設備體積小、機動靈活、機車運行方向可控、占用巷道空間小、通過巷道斷面小、連續運輸距離長，如果開拓系統和運輸系統條件允許，可以實現從地面到井下任何工作面的不轉載直達運輸，是實現智能運輸的必要環節。

2 保證懸掛軌道安全的必要性

基于懸掛軌道輔助運輸設備的優勢，該種設備的使用頻率將會進一步提高。但結合煤礦實際運輸情況，為使設備承重質量提高，在保證巷道頂板穩定的前提下，懸掛軌道的安全性是關鍵。

軌道懸掛初期階段，在使用過程中，常出現因軌道懸掛錨桿、U 形環和鏈條斷裂而發生的事故，不僅給人員和設備帶來重大安全隱患，影響煤礦高效生產，也帶來了重大的經濟損失。事故發生的主要原因有：

（1）軌道使用年限長，錨桿、U 形環和鏈條等懸吊件疲勞斷裂。

（2）頂板高低不同，錨桿受力不均，造成錨桿折彎斷裂。

（3）受沖擊載荷較大，造成強力斷裂。

在近年來，國家對煤礦安全高度重視，煤礦對使用設備和器材的檢驗頻率和質量有了進一步提高，因此軌道懸掛錨桿、U 形環和鏈條斷裂而發生的事故降至很低，但只要該事故發生，將會造成不可估量的損失。

3 單軌軌道懸掛方式及存在問題

根據工況環境不同和輔助運輸設備及載物重量的不同，軌道懸掛方式也不同，主要有以下3 種：

（1）單錨桿單鏈條懸掛（圖1）。這種懸掛方式主要由單錨桿、單鏈條、單U 形環懸掛構成，受力較小，一般在100 kN 左右，抗沖擊載荷能力較弱。如果發生斷裂，將直接造成軌道掉落，對設備和人員安全造成嚴重威脅。

圖1 單錨桿單鏈條懸掛

（2）雙錨桿雙鏈條懸掛（圖2）。這種懸掛方式主要由雙錨桿、雙鏈條、單U 形環懸掛構成，受力可達200 kN 以上，由于受頂板高低不同，容易造成鏈條和錨桿受力不同，一根鏈條或錨桿斷裂后，軌道擺動角度較大，導致設備脫軌掉道，而且另一根錨桿和鏈條受到瞬間沖擊力更大，極易發生二次斷裂，起不到保險作用。

圖2 雙錨桿雙鏈條懸掛

（3）雙錨桿單鏈條懸掛（圖3）。這種懸掛方式主要由雙錨桿、懸掛板、單鏈條、單U 形環懸掛構成。雖然中間有懸掛板過渡，錨桿受力較小，但仍是單根鏈條受力。如果發生斷裂，將直接造成軌道掉落，沒有起到保護作用，存在一定安全風險。

圖3 雙錨桿單鏈條懸掛

4 單軌軌道懸吊機構改進

為提高懸掛單軌軌道承重載荷，保證運輸過程的安全性，對懸掛軌道機構進行分析研究，結合實際工況環境及發生的軌道脫落事故原因，對單軌軌道懸吊機構進行了改進，從本質上提高運輸軌道的安全性。

改進后的單軌軌道懸吊機構由雙錨桿、雙鏈條和橋式懸吊板組成（圖4、圖5）。橋式懸吊板由正板和副板背對背裝配組合，橋式懸吊板兩端孔分別與鏈條用螺栓進行緊固。懸吊機構可以根據頂板高低不同和軌道運行設備啟停過程造成軌道擺動而自動調節，減少雙錨桿和雙鏈條受到的沖擊，使其受力均勻。橋式懸吊板A、B兩處為突出設計，如果a 側鏈條或錨桿疲勞斷裂，由于向下拉力的作用，橋式懸吊板A 處將與軌道上表面接觸，起到支撐作用，避免擺角過大，造成沖擊載荷，引起b 側鏈條或錨桿的沖擊斷裂。

圖4 單軌軌道懸吊機構

圖5 橋式懸吊板

如果懸吊機構發生a 側鏈條或錨桿斷裂，而沒有支撐腳，F的勢能轉化為動能，不僅b 側鏈條或錨桿會受到大于F 的力，而且還有很大的向右的沖擊速度，極易造成錯軌、脫軌和軌道折彎，甚至會造成b 側錨桿或鏈條斷裂而引起二次事故發生。如果有支撐腳A，受向下的拉力F 后，移動距離明顯小于L（1-sinα），減小了F 產生的勢能，不會有很大向下的沖擊力和向右運動慣性，極大地保護了軌道，減少b 側錨桿和鏈條斷裂的可能性。

此結構有效解決了常規懸掛方式存在的安全隱患，保障了煤礦的運輸安全，提高運輸效率。

5 單軌軌道懸吊機構的安裝

改進后的單軌軌道橋式懸吊機構由正板和副板組成，安裝時只需要背靠背對齊，上部分通過螺栓將橋式懸掛板的正板、副板和鏈條緊固，下部分通過螺栓將橋式懸掛板的正板、副板和軌道吊耳緊固，兩側鏈條可以根據不同頂板高度進行調節。安裝便捷，操作簡單，不需要更多的人力和物力，更加適用于煤礦井下的實際工作環境，減少了因人為因素造成的安裝問題和人力成本的投入。

6 應用與展望

改進后的單軌軌道橋式懸吊機構可至少承受200 kN 的拉力，承重載荷較大、發生二次事故率低，且安裝方便快捷、安全性高，應用于煤礦井下，將大大提升煤礦井下懸掛軌道輔助運輸設備運行效率和安全性。

運輸方面應考慮采用先進的智能輔助運輸系統，如單軌軌道輔助運輸系統，利用信息、通信、控制技術將車輛、路況、人員、物資緊密結合，通過無線遙控、自動駕駛、智能監控和物料識別等技術，實現從井底車場到工作面，或從井下材料、設備供應點到井下工作面使用地點的直達。在單軌軌道懸掛方式上，采用單軌軌道橋式懸吊機構。

7 結束語

近年來，智慧礦山的建設成為每個礦山安全高效發展的新思路，實現定點定位、智能監測、快速反饋、自由通信、實時共享、遠程控制和應急響應是煤礦井下智慧礦山的標志。無軌輔助運輸系統與礦井具體地質條件密切相關，同時投入和維護成本高，應因地制宜地進行選用。而懸掛軌道輔助運輸系統不受巷道底板變形和積水影響，可以在多支線、多坡度、多彎道巷道中，無需經過多次轉載，實現連續運輸，同時可以實現一軌多用的效果。單軌吊設備大多裝有智能控制及智能監測系統，為智慧礦山的構建打下良好基礎。合理選擇礦井輔助運輸方式，將直接影響煤礦的安全生產和經濟效益。懸掛軌道輔助運輸系統具有機動靈活性、智能安全性和方便高效性等優勢，成為未來煤礦井下從少人化到無人化、機械化到智能化發展的有效助力。