礦用井下防爆無軌膠輪車運輸安全技術分析及發展趨勢

閻立哲，李 雲

(1.西山煤電集團公司機電處, 太原 030053；2.山西煤炭運銷集團金達煤業公司，山西 孝義 032302)

隨著我國新建大型礦井的不斷發展,煤機設備的科技水平也在不斷提高,煤礦井下作業朝著機械化、自動化和智能化深入推進,煤礦機械化開采水平邁向新的臺階。為了有效發揮大型機械設備的使用率和技術性能,選用的輔助運輸方式要科學合理,能否減少輔助運輸時間是當前高產高效礦井面臨的主要問題。礦用井下防爆無軌膠輪車與傳統的礦用井下有軌輔助運輸相比,存在諸多優勢,如:車身機動靈活、爬坡能力強、安全性能較好、對巷道適應性較強、運輸速度較快以及成本較低等。近年來，越來越多的高產高效礦井投產,使無軌膠輪車運輸的應用變得更加廣泛,但礦用井下防爆柴油機無軌膠輪車由于在井下實際運行中存在“四高一低”等普遍缺陷,礦用井下防爆爆鋰離子蓄電池無軌膠輪車將會成為未來煤礦行業輔助運輸的發展趨勢。

1 綜采工作面快速搬家裝備應用

當前,礦用井下防爆無軌膠輪車煤礦輔助運輸系統中發揮著重要作用。它不僅加快了綜采工作面地撤退及安裝進度,還強化了礦井輔助運輸安全管理,確保了煤礦安全生產。在綜采工作面穩裝或搬家時,使用液壓支架搬運車,可以將液壓支架直接運輸,這樣既簡單又縮短了工作面搬家工期?，F以西山煤電斜溝礦為例:大采高和綜放工作面的回撤,采用無軌膠輪車單通道單頭快速回撤工藝;有關安裝采用無軌膠輪車單通道單頭快速安裝工藝。其快速搬家使用的裝備為:三輛FBL-10型叉車(或三輛FBL-10&CHT-50支架搬運車)、兩輛FBL-55鏟板式搬運車、兩輛WC60Y支架搬運車、兩輛WC55Y支架搬運車和四輛WC8懸掛式膠輪車。

由于礦用井下防爆無軌膠輪車在井下使用條件較為惡劣并且環境具有復雜和多樣性,故在礦用井下防爆無軌膠輪車的總體設計中,必須充分分析各種可能出現的不良環境因素,并確保在如下惡劣環境中,可以安全正常運行[1]。具體情況如下:

1)存在瓦斯及煤塵爆炸的危險環境;2)柴油機排氣成分對人體有不良影響;3)巷道部分較狹窄,有急轉彎;4)巷道路面部分存在濕滑、涉水及顛簸等情況;5)巷道部分存在有幾百米以上的長距離連續坡道(不宜超過14°)。

2 礦用井下防爆無軌膠輪車運輸安全性能要求

2.1 基本要求

1)礦用井下防爆無軌膠輪車內載配置的全部電氣設備必須做到滿足防爆,并符合GB3836《爆炸性環境》系列標準要求。 一定要由本安設備連接構成的本安系統(如車上照明控制裝置和倒車影像裝置),要通過有關機構進行關聯檢驗,并取得檢驗證書;2)無軌膠輪車所有部分熱表面最高溫度,應在150℃以內;3)無軌膠輪車存在受撞擊可能性較大的零部件,不宜應用輕金屬材料。整車裝配后周圍被車體鋼板包裹且不易更改的部件,可以使用輕金屬制造,但需經過有關機構進行由GB/T13813-2008《煤礦用金屬材料摩擦火花安全性試驗方法和判定規則》規定的沖擊摩擦火花試驗,并取得檢驗證書;4)無軌膠輪車電氣設備的線纜應符合MT8181《煤礦用阻燃電纜》系列標準要求,除去由機械保護或進行鎧裝的線纜,其它電源線與液壓、燃油或潤滑油管路需要至少隔離159 mm。

2.2 防爆柴油機有關技術要求

礦用井下防爆膠輪車的特殊使用環境,要求防爆柴油機具有低污染、防爆性能,并且在環境條件或柴油機自身性能指標超過規定要求時具有自動保護功能。它的基本組成如圖1所示。

圖1 防爆柴油機基本組成Fig.1 Basic composition of explosion-proof diesel engine

依據《MT990-2006礦用防爆柴油機通用技術條件》,對防爆柴油機安全性能方面作出以下要求:

2.2.1啟動方式

防爆柴油機能使用的啟動器有:彈簧啟動器、液壓啟動器、壓縮空氣啟動器和防爆電啟動機等,通常使用的是啟動氣馬達和防爆電啟動器。在啟動過程中元部件可能會產生火花,要采用隔爆結構。根據《煤礦安全規程》要求,使用壓縮空氣啟動器時,選用的空氣壓縮機的內部溫度和壓力不能成為點燃源;在使用防爆電啟動機時,與它相配套的蓄電池應使用低氫蓄電池并置于隔爆型電池箱內,蓄電池在整個工作(充電和放電)過程中,隔爆型電池箱內的氫氣含量不能大于0.3%。隔爆型電池箱頂部要裝有隔爆透氣柵欄,連續五次啟動后,表面溫度不能超過150 ℃。

2.2.2呼吸器、機油加油口

防爆柴油機的曲軸箱通氣孔應裝設濾網裝置,濾網密度不小于144目,且應至少五層,使之既能防止塵埃污染曲軸箱,又具有一定的阻火能力。若曲軸箱采用閉式強制通風,可以不設濾網。

機油注油孔和油位標記孔應使用螺紋密封結構,注油孔蓋應有系緊裝置。

2.2.3安全保護系統

按照煤安規程要求,當礦用井下防爆無軌膠輪車所用防爆柴油機,發生以下任何一種情況時,自動保護裝置會及時發出聲、光報警信號。礦用井下防爆無軌膠輪車駕駛員必須能清晰辨別其聲光信號,而且要在報警后1 min內無軌膠輪車動力系統要自動停止運行。

1)當防爆柴油機排氣的溫度超過70 ℃ 時;2)當防爆柴油機表面溫度超出150 ℃ 時;3)當冷卻水位(蒸發冷卻)低于設定最低水位或冷卻水溫度(強制冷卻)超過95 ℃或超出它的設計值時;4)當冷卻凈化箱水位降低于它的設定最低水位時;5)當機油壓力降低于它的設定最低壓力時;6)當在的環境下瓦斯濃度升高至0.5%時(依據2016版煤安規程要求)[2]。

2.3 制動性能

對于礦用井下防爆無軌膠輪車制動器選擇的有關要素,首先要確保其運行的安全性及可靠性,必須符合《煤礦安全規程》(2016版)和AQ 1064-2008《煤礦用防爆柴油機膠輪車技術檢驗規范》有關規定。現以西山煤電晉興斜溝礦為例,無軌膠輪車輛不能通過日檢和月檢的原因多數是由于制動器阻滯、各輪制動力不一致、停車制動作用軟弱無力等問題。

從井下工作的安全性和可靠性的實際情況考慮,應盡量采用濕式制動器形式。多片濕式制動器有很多優點:可防止泥土的侵入,制動穩定;具有防爆性能,滿足煤安要求;采用油冷和多盤結構,性能良好,簡化維護保養,延長了制動器的使用壽命。

3 防爆無軌膠輪車的發展的趨勢

西山煤電斜溝礦斜溝煤礦礦井大范圍使用礦用井下防爆柴油機無軌膠輪車,不僅燃油消耗嚴重,還導致巷道內有害氣體濃度加劇,直接威脅著礦工的身體健康,尤其是在掘進和綜采工作面長時間頻繁使用柴油機車有害氣體濃度嚴重超標,視線變差,噪聲高,10 m內幾乎聽不到對方講話。

在國家煤礦安監局發布的禁止井工煤礦使用的設備及工藝目錄(第四批)中明確要求,排放性能需滿足GB20891-2014中規定的國Ⅲ標準,表1為柴油機排氣成分及對人體的影響。

表1 柴油機排氣成分及對人體的影響

因為礦用井下防爆柴油機無軌膠輪車在煤礦井下運輸中存在以下“四高一低”的缺陷:尾氣排放高、噪聲高、故障率高、運行費用高以及使用效率低等缺點,造成工作環境污染嚴重,危害工人健康[3]。而礦用井下防爆無軌膠輪車的電動化將成為目前井下輔助運輸裝備的發展趨勢[4]。在2019年5月18日,安標國家中心在北京組織召開專家研討會,認為只要采取切實可行的安全措施,無軌車輛用于金屬非金屬地下礦山是可行的。 其中以鋰電池為動力的人車、巡檢車、指揮車、小噸位料車(載質量不超過5t)等新型礦用井下防爆無軌膠輪車已成為煤礦機械研發與應用重點[5]。

4 礦用防爆鋰離子蓄電池無軌膠輪車的應用

目前,西山煤電斜溝礦作為國家大型現代化礦井,率先對WLR-19防爆鋰離子蓄電池無軌膠輪車進行新產品工業性試驗,根據一段時間的試用,制定出井下運行試驗有關技術要求,主要內容如下:

1)膠輪車井下運行試驗分為三個階段,第一階段為空載運行,周期為5 d;第二階段為滿載運行(額定配重),周期為10 d;第三階段為滿載乘員運行,周期直到運行3 000 km;2)膠輪車運行試驗中,每天記錄運行里程,電池電量的減少情況,是否有報警故障等;3)根據實驗場地的具體情況,每天盡量保證50 km～70 km的車輛運行路程;4)膠輪車當天的運行試驗結束后,要停放在規定的存車位置(環境溫度在0～40 ℃的場合,不能在雨、雪和露天環境中存放),便于充電;5)打開鑰匙后,觀察車輛周圍和前后,確認無人無障礙物,再觀察顯示屏和復位開關、急停開關是否在正常顯示和正常位置后才能打開手剎掛擋起步;6)隨時關注無軌膠輪車儀表盤的顯示屏中的剩余電量數值,及時充電。當電量低于30%時需及時充電,低于20%時則必須充電,當電量低于10%時,車輛會進行自動斷電保護。

5 結束語

目前,西山煤電斜溝礦經過對WLR-19防爆鋰離子蓄電池無軌膠輪車開展的新產品工業性試驗情況分析,認為礦用井下防爆鋰離子蓄電池無軌膠輪車具有效率高、無污染、可靠性高、溫升低、重量輕、操控簡單和維護使用成本低等優點;同時,隨著科技的進步和社會的發展,礦用井下防爆無軌膠輪車的電動化已成為近年來煤礦井下輔助運輸裝備發展的新趨勢。