淺談單軌吊運輸系統在采掘工作面的安裝應用

劉永紅

（山西陽泉煤業集團，山西 陽泉 045000）

隨著我國“機械化換人、自動化減人”理念的大力倡導，煤礦運輸技術和設備積極極引用，推廣單軌吊運輸方式進入輔助運輸系統，可有效改善井下運輸作業環境、提高運輸效率、保證運輸安全，在其它單位回采工作面單軌吊安裝使用具有參考意義。

1 工作面概況

開元公司9#煤七采區9711工作面回風巷正在掘進，巷道設計運輸距離1400 m，最大坡度7°（預計），回風巷斷面為矩形，荒高3.7 m，荒寬5 m；頂板支護方式為Φ17.8 mm×6200 mm全錨索、鋼帶、網支護。

2 輔助運輸方式選擇

1）承擔任務

輔助運輸系統主要承擔掘進期間物料的運輸以及未來綜采工作面的安裝任務，主要設備包括液壓支架，支護材料等，設計所運輸最重單件為液壓支架，型號為ZY8000，液壓支架長7 m，高2.65 m，寬1.75 m，重33 t。

2）煤礦現使用較多且應用成熟的三類運輸方式優缺點對比：

（1）單軌吊運輸方式：

優點：①運輸所需要的人員較少、操作簡單；②運輸過程中所需的運輸環節少，不會出現掉道情況，運輸效率高；③機車以及軌道的維護成本低，不用考慮地鼓對運輸的影響；④不會出現掉道的情況、安全性高。

缺點：①初期投入成本高。

（2）無極繩、絞車運輸方式：

優點：①結構簡單、維護、操作容易；②價格便宜且初期投入較少。

缺點：①巷道地鼓會影響運輸，維護工程量大；②運輸期間需要大量操作和維護人員；③運輸環節多、運輸效率低；④在運輸過程中會出現掉道情況，安全系數低

（3）無軌膠輪車：

優點：①初期投入較少；②運輸時使用柴油為動力，續航能力長；③運輸時所用人員較少，操作簡單。

缺點：①對巷道寬度及高度要求較高，不能滿足斜井運輸；②對巷道的通風條件要求較高；③巷道底板必須硬化，底鼓會影響運輸，維護工程量大。

綜上所述，單軌吊運輸方式及可以提高煤礦井下的運輸效率，減輕工人的勞動強度，且安全性高，故選用單軌吊運輸方式。

3 單軌吊軌道安裝及懸掛方式

3.1 軌道的選用

軌道采用德國工業標準（DIN20593）的專用軌道I140 V，采用標準直軌，每節3 m，寬69 mm，高198 mm，中板厚8 mm；屈服強度≥355 MPa，抗拉強度490～630MPa， 截面慣性矩為：Ia=60.6×10-6m4，巷道彎軌水平曲率半徑不得小于6 m，垂直彎軌曲率半徑不小于10 m；水平彎軌間及軌道與道岔連接處均采用專用法蘭螺栓連接。9711工作面回風巷支護形式為全錨索支護，考慮到運輸的支架重量重33 t，選用2.4m/根的I140 V型軌道。軌道總計約1825 m，I140 V型軌道截面（見圖1）。

圖1 軌道截面

3.2 懸掛方式的選擇

根據巷道現場條件采用雙錨索懸掛板方式懸掛，軌道的每個懸掛點均由雙錨索懸吊，單根錨索錨固力不小于160 kN，懸掛板由兩錨鎖固接后，通過鏈條與搖擺鏈接，搖擺下方通過搭接板（8字板）與軌道鏈接，軌道上方分別焊有舌根板和舌尖板，通過舌簧使2根軌道鏈接在一起（見圖2）。

圖2 軌道懸掛方式

3.3 軌道位置的選擇

由于巷道中心為錨索排布路線，為了避免因近距離打錨桿造成頂板破裂現象，以及考慮到巷道左幫有皮帶 （寬1200 mm+安全距離500 mm），所以單軌吊軌道鋪設在巷道中心靠右幫；巷道寬度為5000mm，考慮到有皮帶機，有效寬度為3300mm。

機車在掘進期間運輸時，運輸礦車 （2000mm×960 mm×870 mm）及小料（寬度考慮為1800 mm支架寬度），故掘進時運輸寬度如下：

W=1800（運輸時物料寬）+1000（機車距右幫的安全距離）+500（機車距皮帶安全距離）

巷道掘成以后，運輸支架時回風巷沒有其它運輸設備，所以寬度方面滿足運輸支架的要求。懸掛單軌吊軌道路線距右側幫1900 mm（見圖3）。

圖3 回風巷單軌吊軌道布置

3.4 輔助運輸系統設計

系統設轉載區一處，用于支架及物料轉載；設充電檢修區一處，用于機車充電和檢修；設臨時停車區一處，在轉載物料前機車臨時停靠，物料進入轉載區后機車開出。

（1）轉載區巷道高度情況：單軌吊軌道中心線與地軌中心線重合，為使設備的轉載正常運行，機車轉載區對巷道的長度要求為≥45 m（保證機車可以完全停放），高度要求如下：

H（頂板點距地高度）＞750（巷道頂到軌道底）+700（軌道底到起吊梁底）+2650（支架高）+450（平板車高）+110（地軌軌道）+200（安全高度）=4.86 m。

圖4 轉載區斷面

（2）回風巷巷道延伸段高度情況：長50 m，位于9711回風巷和猴車巷橫貫處，此處作為機車轉載前單軌吊機車的停車處，單軌吊機車在此處停車，等待電機車將液壓支架運輸到轉載區段，單軌吊開出進行轉載。

（3）當機車運輸支架在回風巷行走時，巷道的高度應滿足：

H （巷道高度）＞750（巷道頂到軌道底）+700（軌道底到起吊梁底）+2650（支架高）+200（安全距離）=4.3 m。

圖5 運輸時回風巷斷面

（4）充電檢修區：設4個充電位，在巷道兩側布置，機車更換電池時，先將沒電的電池置于空位，然后掛接充好的電池。電池更換時，由電池更換小車完成，小車可以水平行走。電池更換小車用軌道為礦用24～30 kg/m軌道，對此巷道的要求為，長度≥50 m （懸掛6T梁和14T梁時機車長39.4m），高度≥2.8m，寬度≥4.9m（見圖6）。

高度H=750（巷道頂到軌道底）+1400（軌道底到機車底）+800（機車底到地面）=2.95 m，在此高度時機車底到地面的距離為0.8 m，當機車故障時此高度方便對機車進行檢修。

為檢修充電硐室，寬度L=1200×2（兩個換電池小車寬）+1820（單軌吊懸掛30T梁長度）+500（安全距離）×2=5.4m（見圖7）。

圖6 充電檢修區布置

圖7 充電檢修區布置

單軌吊中心位于巷道中心，換電池小車在巷道兩側對稱放置，保證機車更換電池的便捷性。

4 設備選型

根據巷道坡度及后期采掘過程中運輸的最重型貨載，故以ZY8000型液壓支架（重33 t）為參考進行計算。

［14T（機車自重）+5T（起吊梁自重）+33T（液壓支架自重）］·g （9.8）×sin7°（最大爬坡角）+［14T（機車自重）+5T（起吊梁自重）+33T（液壓支架）］·g（9.8）×cos7°（最大爬坡角）×0.03（滾動摩擦系數）=所需牽引力77 kN×1.15=88.55 kN

DX100機車所能提供的牽引力100 kN＞88.55 kN，滿足運輸要求。

DX100機車所能提供的制動力150 kN，安全系數為：150 kN（機車制動力）/88.55（機車在坡上所需牽引力）=1.69。

《煤礦安全規程》第三百九十條規定，設備制動力必須為牽引力的1.5～2倍。機車牽引力滿足《煤礦安全規程》要求。

根據巷道坡度及運輸設備，擬選用DX100單軌吊蓄電池機車。

5 經濟效益分析

1）運輸時間對比

絞車運輸時主要運輸絞車為無極繩絞車，實際運輸期間無極繩絞車基本為慢速運行 （0.75 m/s）；單軌吊除運輸≥5 t的物體時采用六驅模式 （最大1.36 m/s），其余均采用四驅模式運行（最大2 m/s）。

考慮到絞車運輸時，運輸時間受運輸物體重量、巷道坡度及彎度、運輸車輛的數目、多處地點摘掛鉤等綜合因素的影響，而單軌吊運輸基本不受以上條件約束。

2）人工費用對比

采用單軌吊運輸時，只需在西北1#聯巷起吊點安排3～4人，工作面安排5～6人即能保證工作面正常安裝；采用絞車運輸時，每班至少出勤24人（考慮各項因素后低于24人工作效率將大打折扣），可見單軌吊運輸需要投入的人工數目較絞車運輸有很大幅度的下降。

3）勞動強度對比

人員通過單軌吊乘人裝置進入工作面僅20 min，而人員步行至工作面至少要40min，且采用絞車運輸的過程中必須派專人進行跟車，使職工的勞動強度大大增加。

4）日常保養維護費用對比

單軌吊作為一種新設備、新技術被引入我礦后，現階段還不易被接受。機車需要動態進行觀察、保養和維護，零部件購買渠道較窄、價格較高，一旦機車出現故障后將直接影響施工進度，故在使用過程中對操作人員和維護人員的要求較高，而絞車使用范圍較廣，零部件損壞后容易更換，保養和維修成本相對低廉。

6 結語

單軌吊使運輸系統得到簡化，減少了勞動強度，且工作效率得到很大程度提高，不可否認較傳統運輸方式其自身也存在一些缺點，但單軌吊這種靈活性高、驅動能力大、適應能力強、經濟效益可觀的優點值得推廣。