柴油機單軌吊在煤礦井下的應用及技術參數(shù)

李敬保

摘 要：對我國礦井輔助運輸?shù)膸追N常用系統(tǒng)，從技術性能，安全性，效能等方面進行了分析，重點講述了單軌吊機車同其他設備的對比;在系統(tǒng)設備選型時可供借鑒。

關鍵詞：煤礦;輔助運輸;單軌吊;應用

中圖分類號：TD529 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）20-0158-03

0 引言

我國是一個能源消費大國，煤炭生產保障著國家的能源安全。在煤炭生產企業(yè)中，輔助運輸環(huán)節(jié)越來越突出的成為井下生產的一個瓶頸。隨著各種先進輔助運輸設備性能的提高，煤礦企業(yè)在決定引進輔助運輸設備時，需要對各種輔助運輸設備的最新參數(shù)有全面的了解，以便選出適合井下運輸?shù)淖罴逊桨福瑢崿F(xiàn)安全和效率的最大化。

1 目前國內常用的井下輔助運輸系統(tǒng)

單軌吊機車是井下輔助運輸交通工具的一種。目前國內常用的井下輔助運輸系統(tǒng)大致有以下幾類：（1）絞車牽引系統(tǒng)。（2）電機車牽引系統(tǒng)。（3）無軌膠輪車。（4）單軌吊。（5）卡軌車。表1是幾種常用的輔助運輸系統(tǒng)的一些參數(shù)。

2 單軌吊機車結構

單軌吊機車，是用于煤礦井下，在巷道頂板上固定的一列特制的，工字型鋼軌上運行的機車;它適用于甲烷濃度高達1%，有爆炸危險的采礦區(qū)域進行使用。由于柴油機單軌吊機車使用模塊化結構，使其能夠恰如其分地適應多種不同的井下應用條件。

單軌吊機車由以下各部分組成：兩個司機室、一個主機部分（含冷卻單元）、兩組數(shù)量可變的機車驅動部、多個起吊梁和機械連接元件。圖1是捷克某公司的DLZ110F柴油機單軌吊機車運輸輔料時的機車結構圖。

主機中的柴油機帶動液壓泵旋轉，液壓泵產生高壓液壓油，輸往機車驅動步的液壓馬達，液壓馬達旋轉帶動機車前行。柴油機是由國際知名柴油機公司制造，四缸直噴式防爆柴油機，在設計時對柴油機尾氣污染物的排放進行了優(yōu)化，有利于井下的特殊工作環(huán)境。低轉速（1800轉/分）保證了較長的柴油機使用壽命及較低的油耗;功率為80KW或120KW。該款發(fā)動機經歷多年市場的檢驗，零備件通用性好。液壓系統(tǒng)采用國際知名液壓公司生產的軸向柱塞泵及其它液壓元件，液壓壓力有三級安全自動控制。電氣系統(tǒng)是適用于井下特殊工況的本安冗余型控制系統(tǒng)，即使有一個控制板有故障，另一個冗余控制板在瞬間自動切換至控制狀態(tài)，保證機車正常使用;所有故障均有自動報警提示功能，可以更快排除故障。

3 單軌吊機車的優(yōu)勢

單軌吊機車的核心優(yōu)勢是安全和高效。還具有不受底板狀況的影響，適應井下多種工況;爬坡能力強;可連續(xù)長距離運輸，從井底車場甚至從地面（斜井或平巷開拓時）至采區(qū)工作面的直達運輸，不需要轉載，即使在陡坡和多方向路網(wǎng)上亦可實現(xiàn)連續(xù)運輸;在巷道內，行車不影響行人;對巷道斷面的要求較小，轉彎半徑小;中小型礦井亦可使用。

3.1 高安全性

繩牽引運輸系統(tǒng)（例如絞車牽引系統(tǒng)或無主動液壓剎車器的繩牽引卡軌車等）會有斜坡斷繩跑車事故。根據(jù)國家煤安局官方網(wǎng)站公布的數(shù)據(jù)，2008年一年，因斜巷斷繩跑車引起的死亡人數(shù)，占當年煤礦總死亡人數(shù)的0.5%。而這0.5%的死亡事故，若用單軌吊機車做井下輔助運輸工具則完全可以避免。單軌吊機車的鉗形導向裝置，可以保證單軌吊機車不會從軌道上掉下;每個驅動步旁都有失效控制的彈簧抱閘系統(tǒng)，當速度超過規(guī)定值時，彈簧抱閘系統(tǒng)自動抱閘，保護巷道的人員和機車安全。在一些煤礦的事故統(tǒng)計中，輔助運輸系統(tǒng)出現(xiàn)的安全事故，占到煤礦井下總事故的比例高達48%。而目前，在世界上還沒有資料可以證明單軌吊機車曾出現(xiàn)過安全問題。

3.2 高效率

3.2.1 運輸輔料

在山東新汶集團潘西礦的實際運行測算結果顯示，以中檔車型DLZ110為例，單程運輸距離為2000米，每班可運行三趟，每趟20噸，每車每天理論可運180噸，實際運輸150噸。每車每天分三班，共需要6人。該礦6196工作面巷道坡度在10°以下，巷道走向多次起伏;由于巷道坡度低，機車可以承載更多的貨物。礦方在單軌吊機車原有三個起吊梁的基礎上，又增加了兩個起吊梁，使該機車運輸能力大幅提升40%。表2以運輸150噸輔料（含裝卸貨物時間）為例進行比較。

3.2.2 運輸支架

工作面撤換時，搬遷一個數(shù)量為100個液壓支架的工作面，用煤礦傳統(tǒng)方式運輸支架，約需要25天，用工5000個左右。而采用柴油機單軌吊機車運輸，只需要10天左右，用工60個。其他輔助運輸工具工效對比見表3。

3.2.3 運輸人員

柴油機單軌吊機車每次可運輸120人，全速時2m/s。以運輸距離2000米計算。運送人員工效對比見表4。

另外，很多煤礦巷道運輸采取的是有繩運輸方式（絞車、卡軌車等）。國家煤礦安全規(guī)程規(guī)定，行車不行人。采用單軌吊機車可以做到在運輸巷道，車、人同時在一條巷道進行作業(yè)，極大的提高了效率。

3.3 適應性好

在國內眾多煤礦中，均存在有局部地質條件復雜的情況。并且礦井的垂直深度越來越大，礦井巷道均有不同程度的底鼓現(xiàn)象，需要大量的人力，物力維修巷道。從而導致井下各部門不能按原計劃正常生產。更嚴重的，造成輔助運輸系統(tǒng)不能正常使用。單軌吊機車的軌道在巷頂，不受巷道底鼓情況的影響。在國內有一個設計產能為800萬噸的礦井，原計劃使用無軌膠輪車，但因為巷道底鼓，致使無軌膠輪車在行使時，會突然滑向巷道側面，威脅工人安全。礦方改換單軌吊機車作為輔助運輸系統(tǒng)的主運輸工具，從而更好的保障了井下人員的安全和生產計劃的實施。

從巷道掘進開始，安裝單軌吊機車軌道，用于運輸掘進過程中所需要的物料和設備，隨著掘進的進尺，逐漸把軌道鋪設至工作面，進行工作面支架的安裝運輸工作，及后續(xù)工作面所需的物料。

3.4 柴油機單軌吊機車爬坡能力強

在山東新汶集團潘西礦有某型號柴油機單軌吊機車，從該礦井底車場，至工作面的途中，有一個20°的坡度。柴油機單軌吊機車可以載20噸的貨物通過這個坡度運輸物料。在該型號機車的資料中顯示，最大可載25噸貨物爬20°的坡。

圖2是某公司生產的單軌吊機車的載重—坡度—速度圖。在該圖中綠色線顯示，在承載25噸重量爬15°坡時，速度是0.7m/s。同樣在25噸時爬20°坡，速度為0.5m/s。而在5°坡時，可牽引40噸的貨物，以每秒1.25米的速度前行。在牽引40噸貨物時，對巷道頂板要求亦較嚴格。

3.5 無需轉載直達工作面

在山東新汶集團潘西礦，從井底車場到回采工作面有2000米，單軌吊機車可從井底車場吊起貨物，不經轉載，通過道岔選擇路徑，直接送到各個回采工作面。在山西長治一個副斜井煤礦，單軌吊機車可以從井上工業(yè)廣場倉庫經斜井，通過井下單軌吊路網(wǎng)，直接將物資送到各個采掘工作面。大大節(jié)省了運輸時間和人力資源。據(jù)測算，一般情況下，可節(jié)約50%的時間，90%的人力資源。

3.6 對巷道斷面要求低

目前在國內還有眾多的五十年代，六十年代，七十年代設計建造的礦井，這些礦井都有巷道斷面小的情況。使得一些先進的輔助運輸設備，因為巷道斷面小，不能在井下使用;單軌吊機車則因為機身窄，自身高度低，而可以在斷面小的井下巷道內靈活運行。圖3是單軌吊機車DLZ110配套的中型起吊梁尺寸圖。

圖3是機車搬運16噸重的液壓支架所用的起吊梁尺寸圖，其單軌吊機車起吊梁長度為8070mm，高度為軌道高度加上440mm的起吊梁高度，機車主機寬度850mm;所需巷道的尺寸視所需運輸?shù)淖畲髥渭锪系某叽缍ǎ渲邢锏浪睫D彎半徑為4m，垂直轉彎半徑為8m。能滿足早期建設的礦井，巷道斷面小的現(xiàn)狀。

4 單軌吊機車的最新發(fā)展及結論

經過新的研發(fā)和實驗，已實現(xiàn)在巷道大坡度的巷道坡度處，安裝帶齒條的軌道。在單軌吊機車爬大坡度時，不再是靠摩擦輪的摩擦力推動機車前行;而是在大坡度的巷頂，安裝帶齒條的軌道，利用齒輪齒條的嚙合，推動機車前行。

根據(jù)已得到的數(shù)據(jù)，利用帶齒條的軌道，單軌吊機車爬大坡度時，載荷可以達到30噸，順利地通過30°的坡度。

目前，在市場上銷售的單軌吊機車大多是2+2或3+3的驅動形式。在實驗室內，已經在研發(fā)5+5和6+6驅動形式的單軌吊機車。用于在多個工作面間，搬運超過50T的巨型液壓支架。

目前根據(jù)國內多家礦山使用單位的反饋，中國與原東歐國家的煤礦在礦山管理及設備管理方面有較多相同之處，其生產的單軌吊在結構設計、柴油油耗，使用方便性，維修簡易性等方面更適合中國國情。

參考文獻

[1] 陳煥英.采用高新技術加速實現(xiàn)我國煤礦輔助運輸現(xiàn)代化[J].煤炭科學技術，1999（1）：5.

Application and Technical Parameters of ?Diesel Engine Monorail Crane in Coal Mine

LI Jing-bao

（China National Coal Group Corp，beijing ?100011）

Abstract：This paper analyzes several common systems of mine auxiliary transportation in our country from the aspects of technical performance， safety and efficiency， and focuses on the comparison between monorail crane locomotive and other equipment， which can be used for reference in the selection of system equipment.

Key words：coal mine; auxiliary transportation; monorail crane; application