單軌吊輔助運輸系統的設計及應用

周昆鵬

（陽城陽泰集團西溝煤業有限公司，山西 陽城 048100）

1 西溝煤業井下輔助運輸的現狀分析

陽城陽泰集團西溝煤業礦井提升運輸方式為立井與斜井混合提升，有3個斜井，分別是二號主井、150m暗斜井和-740m檢修井，1個立井是副立井。礦井生產水平在-740m水平，上下井的設備及工作人員主要通過副立井提升運輸，3條斜井只擔負超長超重大件的少量運輸和少部分上下井人員的運輸。-150m水平車場和-350m水平車場通過CDXT-2.5（5）型電瓶車運輸，-740m水平大巷內主要通過CTL12/6P電機車運輸。

目前西溝煤業主采區是后六采區，采區布置有2個軌道上山、1個運輸上山。2個軌道上山，即后六軌道上山和后六二段軌道上山。采區內的材料設備均采用YB60×1.25型內齒輪絞車提升運輸，人員運輸采用架空乘人裝置來實現機械運人。采區有4個采煤工作面，受地質條件的影響巷道起伏較大，若采用軌道絞車運輸，需要安裝各類絞車多部，運輸環節多，一方面不安全因素多，安全可靠性差，另一方面占用的設備和人員多，經濟效益差。技術人員基于安全性和運輸效率的角度考慮，對后六采區設計采用單軌吊輔助運輸系統，從而實現后六采區單軌吊的聯網運輸。

2 單軌吊輔助運輸系統的設計

2.1 系統實施目標

實現后六采區內多巷道貫通聯網運輸，1部單軌吊機車能服務于整個采區的材料、設備運輸，提高輔助運輸的安全性和效率。

2.2 系統實施方案

后六采區內設計共布置了4個綜采工作面，按開采順序依次是6195面、6194面、6193面、6192面。

前期在6195工作面安裝期間采用單軌吊輔助運輸，先在后六軌道上山6195片口車場設置單軌吊機車換裝站，沿6195上巷繞道、6195上巷、6195切眼敷設單軌吊吊軌，安裝單軌吊吊軌2300m，工作面需要的綜采支架、采煤機組等設備材料通過后六軌道上山YB0×1.25車提升到6195片口車場，由單軌吊機車沿6195上巷繞道、6195上巷直接運輸到6195切眼。

6195工作面安裝工作結束后，在6195斜上巷、6195運輸巷敷設單軌吊吊軌，用于6195（外面）運輸巷掘進期間的材料、設備運輸；在6195聯絡巷、6194運輸巷敷設單軌吊吊軌，用于6194運輸巷掘進期間的材料、設備運輸；在6194上巷、6193上巷及6192上巷敷設單軌吊吊軌用于掘進期間的材料、設備運輸。最終形成后六采區內多巷道貫通單軌吊的聯網輔助運輸網，覆蓋整個后六采區，1部單軌吊可同時服務于采區內所有采掘工作面的材料、設備運輸。

2.3 單軌吊軌道系統的敷設

（1）單軌吊軌道選用的是1551特型工字鋼。

（2）單軌吊軌道的固定方式為單吊鏈吊掛方式，分以下兩種情況。

①單吊鏈吊掛方式。由2根錨桿固定1個專用吊板，用1根吊鏈（Φ18mm×64mm圓環鏈破斷拉力Sb=410kN）將吊板和軌道連接起來，錨桿直徑不小于Φ20mm，全螺紋錨桿長度不小于2m，錨深不小于1.6m，錨固長度不小于0.7m，錨固力不小于130kN/根。吊掛點間距，正常線路不大于3m，水平彎道及豎曲線段不大于1.5m。

②條件困難時，采用以下兩種吊掛方式：

采用雙吊鏈吊掛方式：由兩根錨桿固定兩根吊鏈，吊鏈再吊掛軌道；

采用礦用工字鋼、吊鏈固定方式：在礦用工字鋼支護巷道中，將礦用工字鋼（不小于1.2m）制作的短梁沿巷道方向固定在兩頭之間，采用U型卡子固定在棚頭上，吊鏈固定在短梁上，再用吊鏈吊掛軌道。

（3）錨桿及圓環鏈起吊能力的驗算。單軌吊機車液壓起吊梁最大載荷情況下，將重力分解到至少2個錨桿吊鏈上，最大載荷M=m1+m2=12536kg（合123kN的重力），m1=500kg，m2=12036kg。經計算：

每個吊掛點受最大載荷的拉力為123kN/2=66.5kN；

每根Φ18mm×64mm及以上的圓環鏈破斷力是最大載荷的6.1倍（410kN/6.5kN）；

每根固定錨桿受最大載荷的拉力為65kN/2=33.25kN；

每根固定錨桿錨固力是最大載荷的3.9倍（130kN/33.5kN）。

2.4 設備選型

選擇DLZ110F柴油機單軌吊機車1臺（五驅），配套TZH8/16液壓備選型起吊梁和人行車制動車各1臺。

機車牽引能力驗算：

柴油機單軌吊機車總載質量：M=m+m1+m2

式中：

m-柴油機單軌吊機車自重，m=5200kg；

m1-液壓起吊梁質量，m1=500kg；

m2-最大載質量，m2=12036kg。

五驅動柴機單軌吊機車牽引力Q=100kN＞Qmax=75kN，且有25%的牽引力富余系數。我礦綜采工作面使用ZQ3200/15/36掩護式液壓支架，支架質量12036kg，因此柴油機單機車牽引能力符合后六采區所有巷道條件要求。

2.5 單軌吊機車運輸能力

柴油機單軌吊機車四驅動時運行速度0～5.4km/h（1.5m/s），五驅動時運行速度0～4.3km/h（1.2m/s）。系統運輸距離最長2000m，機車四驅動狀態下運行一趟大約需用時25min，機車五驅狀態下運行一趟大約需用時30min。

（1）綜掘運料運輸：正常運行時，每天1個班次為綜掘工作面運送材料2趟，運送人員2趟，機車采用四驅運輸2000m共往返8趟，用3小時20分鐘，加上裝卸料時間1小時20分鐘，每個班次機車運行時間為4小時40分鐘，保證有1h的機車保養時間。

（2）綜采安裝與運料：采煤工作面安裝時，運輸距離2000m，最大坡度5°。每天一個班次為綜采工作面運送人員2趟，運送支架及材料3趟，機車采用四驅運人往返4趟，用1小時40分鐘，機車采用五驅運支架、材料共往返6趟，用3h，加上裝卸料時間2h，每個班次機車運行時間為6小時40分鐘，每天運送支架及其他設備、材料9～11趟，并保證每個班次的正常檢修時間。

3 單軌吊與絞車運輸的對比分析

3.1 小絞車輔助運輸分析

（1）假定后六采區采用軌道絞車輔助運輸方式，要投入JD-55kW調度車6部，多部小絞車運輸會導致運輸效率低下，影響設備、材料、人員的運送速度。

（2）占用絞車司機及信號把鉤工多，增加工作崗位人數，增加工人的勞動強度，降低輔助運輸安全性。

（3）占用較多設備，最多需占用JD-55kW絞車6臺，真空開關8臺，各種小型電器約30臺，并且需敷設電纜4500m，不僅增加設備安裝和維護工作量，也增加設備投入和維修費用。

（4）使用調度絞車運輸必須敷設軌道，需要擴修絞車房、車場、信號室、躲避硐等基礎設施。

（5）調度絞車輔助運輸的安全性和穩定性較差。

（6）調度絞車不具備牽引人行車能力，無法實現人員的運送。

3.2 單軌吊輔助運輸分析

西溝煤業后六采區采用單軌吊輔助運輸后，應用效果理想，并具有以下優點：

（1）單軌吊運輸占用人員少，效率高，減少了礦井輔助人員。

（2）單軌吊作為綜掘機高效掘進巷道的后配套輔助運輸系統，同時作為工作面形成后的安裝運輸系統使用，可以節省工作面安裝前的準備時間。

（3）單軌吊系統安裝、維護相對簡單，軌道每3m一節，每個固定點只需2根錨桿和1條鏈子即可固定，設備安裝十分簡單，吊軌系統維護量很小。

（4）柴油機單軌吊爬坡能力強（最大可達25°），牽引力大（100kN），基本能夠滿足采區槽運輸的需要。柴油機單軌吊適應性較強，適用范圍廣，靈活性強，安裝簡單，并具有可擴展性，一個采區裝備1部單軌吊，即可解決整個采區的綜采支架和設備等輔助運輸問題。

（5）柴油機單軌吊安全性能高，有人駕駛可全程掌握運行狀況，能夠及時采取措施應對異常情況，與傳統運輸方式相比無掉道、斷繩、跑車的危險，無鋼絲繩跳繩傷人的危險。

（6）單軌吊機車可以懸掛人行車運送人員，減輕工人的勞動強度。

4 結論

通過對西溝煤業后六采區兩種輔助運輸方式的對比分析及實際應用效果看，在目前后六采區順槽巷道運輸距離長、使用大型設備和設施多、綜采綜掘設備質量大的情況下，西溝煤業后六采區采用單軌吊輔助運輸方式的設計取代傳統小絞車輔助運輸方式是合理的、成功的，單軌吊輔助運輸方式有效地提高了井下輔助運輸系統的安全性，社會安全效益明顯。