東瑞煤業礦用防爆蓄電池單軌吊輔助運輸系統設計及應用

王 鋼

（煤炭工業太原設計研究院集團有限公司，山西 太原 030001）

引言

目前，我國煤礦輔助運輸技術發展很不平衡。隨著綜采、綜掘等現代化煤機裝備的快速發展，輔助運輸的滯后已經嚴重制約部分煤礦的生產，成為煤礦生產的薄弱環節。

單軌吊機車運輸作為一種比較先進的煤礦輔助運輸模式，能夠有效緩解煤礦輔助運輸的隱患多、占用人員多、環節多、效率低等實際難題[1-2]。

1 工程概況

山西古縣東瑞煤業有限公司原設計井下輔助運輸采用無極繩連續牽引車完成，由于無極繩運輸換裝環節多、連續性差等缺陷的存在,該礦要求對輔助運輸方式進行重新設計。

為了提高礦井輔助運輸連續性及設備安全性，減輕工作人員體力消耗，提高工作效率[3]，并結合礦井自身的實際條件情況，設計認為該礦采用單軌吊機車作為輔助運輸方式較為合理。

2 單軌吊輔助運輸系統特點

2.1 安裝方面

單軌吊軌道安裝簡單，只需在頂板上，每3 m 打兩根錨桿，直接將單軌道掛上就行，而且軌道的重復使用率高。軌道系統安裝完成后只需將機車掛軌即可投入使用且無需設置防跑車裝置等系統。

2.2 性能方面

1）裝卸貨物方便，物料自動卸料。單軌吊助運輸避免了人員在井下長距離行走、物料的多次倒鉤、散料的扛運、大型設備的周轉困難等難題，在降低勞動強度的同時，提高了安全性，避免軌道運輸的掉道、跑車等事故。單軌吊單臺行駛，制動效果良好，出現特殊情況時可緊急制動，不會出現軌道運輸出現的掉道、跑車、斷繩等事故。

2）運輸靈活，不受底板限制，可以直接運輸到工作面。

3）具有起吊功能，在井下可隨時隨地進行起吊作業，這是單軌吊利用其在頂板上運行的條件所獨有的優勢。

4）單軌吊具有放皮帶、放電纜等功能，

5）單軌吊具有運送人員和物料相互作業的功能，可一機多用，運輸人員和物料互換方便。

6）在人員配備方面，單軌吊一臺配備人員2～3人即可，為礦井減員增效提供有力保障。

7）在維護保養方面，軌道方面基本不用維護。單軌吊機車維護方面，每天進行一次檢修和充電即可，充電全部是智能化，無需人員值守。

綜上所述：結合東瑞煤業實際情況，為了提高礦井輔助運輸設備安全性、運輸連續性，同時能夠減輕工作人員體力消耗，提高工作效率，設計認為該礦采用單軌吊作為輔助運輸方式是可行的，設計對單軌吊機車進行設計選型。

3 單軌吊輔助運輸系統設計

巷道頂板較好，巷道的寬度和高度都符合安裝單軌吊要求，而且在不拆除現有的地軌情況下就能進行安裝，不影響現有地軌的正常運輸，等單軌吊軌道全部安裝調試完成后方可拆除，或者作為后期大巷輔助運輸繼續保留都可以。

3.1 設計依據

井底車場、軌道大巷、首采工作面采用單軌吊機車連續運輸，擔負物料、設備、人員及大件運輸，以及將來的其他采掘工作面所需物料、設備及人員運輸任務。

1）礦井工作制度：年工作日330 d，每天四班作業，三班生產，一班準備。

2）最大班提升量：最大班下井工人為56 人；運送材料為7 箱；其他為5 箱；運輸最重件重量為20 t。

3）起吊設備：運矸時，由6 t 起吊梁吊掛運輸，自重800 kg，每根起吊梁可吊掛一輛集裝箱（礦車），每列車牽引數為3 臺6 t 起吊梁組列，一列最多吊掛運輸3 箱集裝箱。運人由15 人人車組列，自重1 000 kg，每列車牽引數為3 部15 人人車組列，一列最多運送45 人。運大件時，由25 t 起吊梁吊掛運輸，自重1 700 kg，每列車牽引數為1 臺25 t 起吊梁組列，一列最多吊掛運輸一臺液壓支架。單軌吊車運人組列和運料組列方式如圖1 所示。

圖1 單軌吊運人和運料吊裝示意圖

4）運輸線路：從井底車場（0.42 km，其中最大坡度5°）→軌道大巷（1.26 km，其中最大坡度12°）→2101 首采工作面輔助運輸聯巷→2101 首采工作面回風順槽和運輸順槽（1.39 km，其中最大坡度5°），最遠工作距離為3.07 km。運輸路徑如圖2 所示。

3.2 設備選型

首先對設備能力進行計算。

初步選擇DX100 型防爆蓄電池單軌吊車，最大牽引力100 kN；制動力Fz=150 kN；最大速度為2.0 m/s；運行最大坡度12°

3.2.1 機車牽引力F 的校驗

式中：T1為機車質量，11.3 t；T2為起吊梁或人車質量；T3為吊運質量；α 為運輸線路最大坡度，12°；ω為機車運行阻力系數，0.03；k 為富裕系數，1.15。則：運送液壓支架需用牽引力F大=88.3 kN＜100 kN，機車牽引力滿足要求。

運送矸石、材料時需用牽引力F矸=58.3 kN＜100 kN，機車牽引力滿足要求。

圖2 運輸路徑

運送人員時需用牽引力F人=47.9 kN＜100 kN，機車牽引力滿足要求。

3.2.2 機車防滑（下滑力F下滑）計算

則：

運送液壓支架時下滑力F大=57.75 kN，防滑系數，滿足要求。

運送矸石時下滑力F矸=38.2 kN，防滑系數K=3.93＞2，滿足要求。

運送人員時下滑力F人=31.3 kN，防滑系數K=4.79＞2，滿足要求。

3.2.3 最大班作業時間的計算

運輸總距離3 070 mDX100 蓄電池單軌吊運輸人員的平均速度約1.2 m/s，空載運行平均速度約1.5 m/s。

每次提升人員循環時間：Tq人員=（3070÷1.2+3070÷1.5）/3 600=1.28 h。

DX100 蓄電池機車運輸人員一趟需1.28 h。

運人車配3 部15 人人車，運輸人員1 臺車1 趟可運輸人員為45 人，56 人用單車運行兩趟。

運輸物料總距離為3 070 m。

DX100 蓄電池單軌吊運輸物料或矸石平均速度約1.2 m/s，空載運行平均速度約1.5 m/s。

每次提升物料循環時間：Tq物料=（3 070÷1.2+3 070÷1.5）/3 600=1.28 h。

DX100 蓄電池機車運輸物料一趟需1.28 h。

運輸物料1 臺車1 趟可運輸運輸物料3 箱。2臺車運輸2 趟可運完12 車物料。

則總運輸時間為（2+2）×1.28 h=5.12 h。

3.2.4 單軌吊車臺數的確定

選用DX100 型防爆型蓄電池單軌吊車2 臺。需運支架時抽1 臺車裝備25T 梁運輸，運料（人）車變為1 臺。

4 設備參數

4.1 礦用防爆蓄電池單軌吊機車參數

型號為DX100/60P，牽引電機功率為10×6 kW，最大牽引力為100 kN，緊急制動力為150 kN，最大運行速度為2.0 m/s，限定速度為2.3 m/s，適應坡度為≤18°，通過最小曲率半徑為4 m/10 m（水平/垂直），總傳動比為27.58。

4.2 其他參數

牽引電機型號為TBVF-6/4YC（180），防爆特殊型電源裝置為DXT240/560，制動方式為機械、電氣，水平軌道偏移角度為±1°，垂直軌道自水平位置偏移角度為±3.5°，運行軌道滿足DIN 20593 標準的I140E、I140V 軌道，工作溫度范圍為-20～40 ℃，蓄電池電源箱為鉛酸電池（單體電池容量560 Ah×240 V，兩組，一組使用，一組備充）。

5 結語

山西古縣東瑞煤業有限公司原設計井下輔助運輸采用無極繩連續牽引車完成，由于無極繩運輸換裝環節多、連續性差等情況,對輔助運輸方式進行重新設計。為了提高礦井井下輔助運輸連續性、設備安全性，減輕工作人員體力消耗，提高工作效率，決定采用單軌吊機車作為井下輔助運輸方式并進行設計選型。目前該礦單軌吊已安裝并投入使用。