柴油機單軌吊機車在東懷煤礦的應用及意義

顏國勇　梁江

【摘 要】DZ1800 3+3柴油機單軌吊機車是東懷煤礦引進應用的井下運輸設備，文章敘述了引進使用單軌吊機車取得的成果及意義。經投入使用可實現巷道無人化操作，減少運輸事故的發生，完全符“機械化換人、自動減人”的要求。不僅提升礦井機械化水平，帶來巨大的經濟效益，還打破軟巖地質條件下進行綜采工作面搬家使用落后運輸方式的瓶頸，為中小型煤礦使用先進運輸設備推廣奠定基礎、指明方向。

【關鍵詞】軟巖地質;井下運輸;單軌吊機車;應用;意義

【中圖分類號】TD527 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）09-0129-03

多年來，我國煤礦輔助運輸作業變化不大，基本上還是小絞車、回柱絞車、小蓄電池機車在普通軌道上牽引卡車、運料或平板車，裝載則是利用手動葫蘆或撬棍，甚至人推肩扛，占用大量人力物力，嚴重阻礙著礦井產量和勞動效率的提高。據統計，我國煤礦井下輔助運輸人員約占井下職工總數的1/3，與國外采煤技術先進國家相比差距很大，我國礦井輔助運輸事故約占井下事故總數的30%，僅次于頂板事故，而且呈上升趨勢。

煤礦輔助運輸的落后，已成為制約建設現代化礦井和提高礦井全員效率的障礙之一。發展單軌吊機車輔助運輸機械化，不僅可以大量節省人員，減員增效，增加工作面產量，大量減少設備搬家停運時間而提高設備利用率，從而節約設備折舊或租賃費用，還能改善采掘工人和輔助作業的勞動安全條件，所以煤礦輔助運輸機械化是當前我國煤礦技術發展的關鍵和當務之急。

1 總體設計

1.1 東懷礦輔助運輸系統現狀

東懷煤礦井下輔助運輸系統由無極繩絞車、調度絞車、回柱絞車和24 kg鐵軌組成，運輸路線由多臺小絞車接力、人工接車掛鉤完成。由于使用小絞車數量較多，操作工序繁雜，一方面安全管理難度大，易發生運輸事故，另一方面由于小絞車運輸速度慢，中轉環節多，造成運輸效率很低。

1.2 單軌吊機車與現有輔助運輸方式對比的優勢

（1）因單軌吊機車在巷道頂板或支架上運送荷載，故不受底板變形及巷道物料堆集的影響，能有效地利用巷道斷面空間。

（2）能在大坡度巷道使用，單軌吊機車的爬坡能力可達16°～35°，最小曲率半徑水平4 m、垂直8 m。

（3）裝載材料實現機械化，裝載是人工操縱換向閥驅動液壓馬達或液壓缸把重物起吊，而不再用手動葫蘆或撬棍，甚至人推肩扛，減輕了起吊作業的勞動強度。

1.3 單軌道機車車的產品特點及主要組成

柴油機單軌吊機車是一種掛在巷道頂板的單軌鐵軌上運行、通過柴油機液壓驅動的機車，它專為在甲烷濃度高達1.5%、有爆炸危險的采礦區域使用而設計。

由于柴油機單軌吊機車與柔性連接的結構單元相分離，因此達到了最適宜的空間靈活性。模塊化結構使其能夠適應多種不同的應用條件。

柴油機單軌吊機車由以下部分組成：一個主機部分、一個獨立的冷卻單元、一個數量可變的機車驅動部、兩個司機室、機械連接元件、用于電力和信號傳輸的線路和電纜等。單軌吊機車系統示意圖如圖1所示。

1.4 設備選型及安裝技術方案

1.4.1 運輸線路情況

從13I12回風巷停采線開始，經總回風巷，轉至13I15回風巷，再到工作面，運輸線路總長約1 600 m。其中，13I12回風巷及13I15回風巷為平巷，總回風巷為斜巷，坡度為15°～20°。

1.4.2 柴油單軌吊機車選型

（1）基本參數：最大坡度為20°、最大起吊重量為20 t。液壓支架尺寸為寬×高（最低）=1.5 m×1.5 m，重約15 t。

（2）機車爬坡能力計算。最大坡度為20°，起吊重量為20 t，實現從13I12工作面起吊支架運至13I14工作面的連續運輸。

需要牽引力計算如下：

α=20°（線路最大坡度）

W1=20 t（可拆解件最大單重）

W2=10 t（機車自重）

W3=4 t（起吊梁自重）

W4=0.15 t（2名司機體重）

f=0.03（機車運行阻力系數）

g=9.8（換算因數）

F（運輸支架爬坡需要牽引力）=（W1+W2+W3+W4）×（sinα+f×cosα）×g

F=（20+10+4+0.15）×（sin20°+0.03×cos20°）×9.8

F=34.15×（0.342+0.029）×9.8

F=34.15×0.37×9.8

F=123 kN

故選擇的機車驅動力需大于123 kN。

1.4.3 機車運行時間計算

（1）機車從13I12工作面起吊支架運至13I15工作面：T 1=1 600 m÷0.8 m/s=2 000 s=27 min。

（2）機車13I14工作面空車返回至13I12工作面換裝點：T 2=1 600 m÷1.4 m/s=1 142 s=19 min。

1.4.4 起吊梁的選擇

根據綜采工作面運輸要求，最大運載重量為20 t，故需選擇最大起吊重量為20 t的液壓起吊梁。

1.4.5 機車運輸斷面要求

（1）機車吊運支架運輸時，要求巷道最低高度為3 m（含安全間距200 mm）;下寬不小于2.8 m。

（2）轉載點巷道高度為3.5m。13I12回風巷及13I15回風巷斷面設計尺寸為如圖2所示。

根據巷道實際情況，巷道下寬4 m，中線處高3 m，符合單軌吊機車運輸要求。

1.4.6 單軌吊的安裝方式

單軌吊軌道選用：單軌吊軌道使用Ⅰ155型“工”字鋼（140E）。直軌—長度分別為2.4碼、垂直彎軌—曲率半徑不小于8 m、水平彎軌—曲率半徑不小于4 m。水平和垂直拐彎處分別采用彎軌，并且在彎軌兩端分別連接1.5 m過度直軌。我們可在巷道分岔口處安裝單軌吊氣動道岔。單軌吊氣動道岔主要應用于兩個拐彎巷道的軌道切換和巷道岔口處。

單軌吊軌道有以下幾種吊掛固定方式。

（1）錨桿吊掛形式。吊掛圖如圖3所示，由兩根錨桿（每根錨桿配雙螺帽）通過兩根吊掛鏈，通過“U”形吊環把軌道吊起，吊掛鏈規格為φ18 mm×64 mm。吊鏈鉛垂偏角α在20°～50°，吊掛鏈與頂板之間隙為20～40 mm。此種吊掛方式適用于全螺紋等強錨桿，禁止使用普通螺紋高強錨桿。

（2）彎道的吊掛方式。水平彎道采用雙鏈吊掛方式如圖4所示。斜鏈與鉛垂線的夾角不得大于15°～30°。下軌道接頭軌縫不得超過3 mm。40 t鏈條與頂板空隙為10～30 mm。

（3）弓彎道吊掛方式。在垂直方向上，兩節相鄰軌道的擺角不得超過6°，如圖5所示，軌道接頭采用雙鏈吊掛如圖1吊掛方式一樣。

1.4.7 軌道吊掛的技術要求

（1）直軌軌道間垂直方向吊掛夾角在2°～6°，軌道水平方向偏移角度不得大于1°，如圖6所示。

（2）對于頂板破碎的巷道，可以采用兩根錨桿和一根錨索配合使用的方式進行加固（如圖7所示）。

2 經濟效益及優缺點分析

經過使用后，單軌吊機車實現巷道內無人操作，安全性能更可靠，同時還縮短搬家時間，減少搬家人員，降低人工成本，大大提高經濟效益?，F通過對絞車輔助運輸系統及單軌吊輔助運輸系統進行比較，對單軌吊輔助運輸系統的經濟效益進行分析（見表1）。

3 取得的成果及意義

隨著13I15工作面設備的成功安裝，預示著單軌吊機車在東懷煤礦實現成功應用。通過分析對比，綜采工作面搬家采用柴油機單軌吊機車比采用小絞車運輸多投入約188萬元，主要多出的是設備的價格，但在搬家效率方面得到了提升：搬家時間縮短一半、人員減少2/3、節約人工成本約80萬元，直接經濟效益約450萬元?？梢妴诬壍鯔C車運輸系統替代絞車運輸系統經濟效益非常明顯，投入產出比高。

同時，單軌吊機車運輸系統的投入可實現巷道無人化操作，不僅減輕工人勞動強度，也減少運輸事故的發生，完全符合煤礦提出的“機械化換人、自動減人”的要求;不僅提升礦井機械化水平，帶來巨大的經濟效益，還打破軟巖地質條件煤礦在綜采工作面搬家運輸方式的瓶頸，為西南地區中小型煤礦引進先進技術和推廣使用高效運輸設備奠定基礎。

參 考 文 獻

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