柴油機單軌吊的研究與應用

摘 要：基于安裝、拆除綜采工作面過程中設備運輸現狀，為簡化運輸環節，本文對柴油機單軌吊運輸能力進行了理論驗算和模擬運輸實驗，且該設備具有適應性強、構造簡單、維護方便、可操作性增強而且不受巷道底板變形影響，能夠有效利用巷道空間等優點，驗證了柴油機單軌吊運輸液壓支架的有效性。

關鍵詞：柴油機單軌吊;巷道尺寸;軌道懸掛;整體液壓支架;

1選用柴油單軌吊的可行性分析 [以DZ 2200型柴油機單軌吊（沙爾夫、八驅動）為例]

①適用于煤礦作業環境，瓦斯最大允許濃度1.0%，發動機運轉溫度范圍-10℃---40℃，相對空氣濕度90%以下，適用于淮北礦業集團井下環境。②適用于復雜的系統巷道，對巷道斷面要求不高，水平方向轉彎半徑≥4m，垂直方向轉彎半徑≥8m;吊掛運輸，與巷道底板狀況無關，巷道空間能夠充分利用。③滿足整體支架運輸使用需求，牽引力為174KN，爬坡能力為30°，最大載荷48T，遠大于無極繩絞車SQ-120/132B的運輸能力。④滿足機械運送人員要求，《煤礦安全規程》規定：運輸長度超過1500m平巷、垂深超過50m斜巷必須采用機械運送人員。一次可運送36人，滿足單班作業人員乘坐。

2工程實例運用（楊柳1074安裝）

2.1地質條件

1074工作面是107采區第五個綜采工作面，工作面底板標高-571～-673m。煤層傾角3～11°，平均7°。煤層頂板根據頂板類型劃分方案可劃分為直接頂、基本頂兩種。

基本頂：細砂巖，厚度為5.1m;灰色，細粒，主要礦物成份為石英，硅質膠結，斜層理，分選中等。

直接頂：泥巖，厚度為2.6m;深灰色，塊狀，局部含少量粉砂質及植物化石碎片。

2.2工作面安裝設備

2.3設備運輸方案

風巷：利用柴油機單軌吊運送支架散件（一架三車）至107采區組裝硐室，支架組裝好后，用柴油機單軌吊經1074風巷將整架運至切眼就位。

機巷：煤機、運輸機、轉載破碎機等經1074機巷用柴油單軌吊運至工作面進行組裝。

2.4技術方案

2.4.1施工要求

2.4.1.1單軌吊吊軌選型：I140V（2.4m）。

有效載荷：坡度0-10o為401.8KN、坡度10-20o為333.2KN、坡度20-30o為294.0KN。

2.4.1.2單軌吊吊軌吊掛方式

（1）錨桿錨固力要求不小于150KN，錨桿直徑不小于Φ22，細牙螺紋不小于M22，長度不小于2000mm。

（2）吊掛偏角α為鉛垂線與吊鏈的夾角，角度范圍在10°-30°之間，兩條吊鏈的夾角盡量一樣大小，相差不超過2°，但在斜坡上吊掛時，α的角度值必須大于巷道的坡度2°以上。

（3）吊掛鏈條選用Φ18×90，吊掛鏈的強度不低于250KN.

（4）專用U型環和錨桿之間的螺紋付的拉拔強度不小于150KN。

（5）專用U型環上的銷子或高強螺栓破斷拉力不小于250KN。

（6）吊軌縱向加強拉鏈吊掛方式

平巷直軌吊掛時，每隔15m-20m在軌道中間焊接吊板一件，給軌道加一組X斜拉，如圖示;10°以上的斜巷吊掛時，每隔5m-10m軌道加一組X斜拉。

（7）吊軌斜拉鏈安裝

① 10°（含10°）以下的斜巷15-20米加一組斜拉鏈。

②10°～15°（含15°）的斜巷10-15米加一組斜拉鏈。

③15°以上的斜巷斜巷5-10米加一組斜拉鏈。

④所有斜拉鏈角度必須滿足60°±10°要求。

2.4.1.3技術要求

（1）直線段吊軌，吊掛錨桿沿巷道方向在一條直線上，間距一致。吊軌無明顯變形，接頭擺角：水平不超過3°，垂直不超過6°，下軌面接頭軌逢不大于5㎜。

（2）彎曲段吊軌水平曲率半徑不得小于6米，每節弧長不得大于2米，弧長大于1.6米時，設置一個吊耳;垂直彎軌曲率半徑不得小于10m，每節弧長不大于3m，弧長大于1.6m時，增設一處吊耳。水平彎軌及軌道與連接處用法蘭連接。彎軌應平滑過渡，吊軌無明顯變形，接頭處偏差：水平和垂直方向均不大于2㎜，下軌面接頭軌逢不大于3㎜。

（3）在敷設軌道的弓、底彎道時，采用多段短軌進行過度，短軌的布置采用1m-2m-1m-2m交替布置的方式，兩節軌道間的夾角最大不超過4°。

（4）道岔安裝在角度不大于5°的單軌線路段，道岔活動擺角不得大于11°，高低和左右允許偏差分別為2mm和1mm，活動軌無明顯變形，動作靈敏，準確到位，閉鎖可靠。

（5）吊軌端頭處必須安設阻車器，并使用雙鏈吊掛。運輸線路中每隔100m安設一塊里程表，拐彎處、道岔（前、后20m）、車場、維修硐室和換裝站兩端有警示牌，有可靠的泄露通訊系統。

（6）吊軌懸吊高度，根據所運輸架型最小支撐高度（2.0m）、控制室通過高度（1.0m）及距底板距離不得小于200㎜確定為3.2m。

（7）1074風巷為機軌合一巷道，吊梁中心線距巷幫的距離不低于1.2m，距皮帶外沿的距離不低于0.9m。

2.4.2柴油機單軌吊的選型及校驗

2.4.2.1根據設備安裝要求，柴油機選型及技術參數如下：

設備名稱：DZ 2200型柴油機單軌吊（沙爾夫）;類型，DZ 2200;

額定牽引力，174KN;額定制動力，256KN;抱閘數量，16;轉彎半徑，≥4m（水平方向）;≥8m（垂直方向）;最大爬坡能力，30°;最大速度，2.15m/s;最大起吊重量，38T;發動機功率，130KW;總排量，6640 cm3發動機冷卻系統，水冷.

2.4.2.2柴油機單軌吊選型校驗

（1）運送物料需用牽引力：

F1=（P1+P2+P3+P4）×（sinα+ω×cosα）×g/1000×K

式中：

F1—運送物料所需牽引力，kN;

P1—牽引車自重，11100kg;

P2—起吊梁質量，900kg;

P3—司機及管線體重，150kg;

P4—物料質量，26430kg;

α—斜巷最大傾角，20°（滿足設備技術要求）;

ω—運行阻力系數，取0.02;

K—牽引力富裕系數，取≥1.1。

F1=（11100+900+150+26430）×（sin20°+0.02×cos20°）×9.8/1000×1.1=149.7KN

根據以上計算，八驅單軌吊起吊梁運輸支架時需要最大牽引力為149.7KN，而八驅單軌吊額定牽引力為174KN，牽引力滿足要求。

（2）單軌吊車防滑計算

機車保險制動和停車制動裝置為安全失效型，當機車出現故障時，制動裝置自動施閘。

運送物料時下滑力為：

F2=（P1+P2+P3+P4）×（sinα-ωcosα）g

=（11100+900+150+26430）×（sin20°-0.02×cos20°）

= 124.6KN

防滑系數K，按下式計算：

K=FZ/F2= 256/124.6=1.97≥1.5合格（如果K<1.5，可增加驅動或減少載荷，重新校核。）

式中：

K—防滑系數;

FZ—機車制動力256KN。

（3）單軌吊車重載下坡時的制定減速度和制動距離的核算

單軌吊車向下運行時為制動最困難條件，因此只需計算向下運行制動距離，按照規程要求不超過運行速度6s行程。

礦井單軌吊車重載運輸所需牽引力為機車運輸物料時最大，因此最大載荷為運輸物料的重量，巷道最大傾角為α°，其中速度和制動距離計算如下：

FZ+FO-FG=ma

FO =（P+Q）g.ω=（P+Q）×9.8×0.02

FG=（P+Q）g.sina=（P+Q）×9.8×sinα

s=V2/2a<9m，合格 （按照運行速度1.5m/s計算）

式中：

FZ—制動力，N;

FO —列車運行阻力，N;

FG—慣性力，N;

P—機車總質量，kg;

Q—物料總質量，kg;

m—機車與物料總質量，kg;

V—速度，m/s;

a—制動減速度，m/s2。

FO =（P+Q）g.ω

=38580×9.8×0.02=7561.7N

FG =（P+Q）g.sina

=38580×9.8×sin20°=129304.7N

FZ+FO-FG=ma

a =（FZ+FO-FG）/m

=（256000+7561.7-129304.7）/38580=3.48m/s2

s=V2/2a=1.52/2×3.48=0.32<9m

符合規程要求不超過運行速度6s行程

2.4.2.3柴油機單軌吊機車技術要求

（1）新投用機車測定制動距離，之后每年測定一次，有完整的制動距離測試報告。

（2）單軌吊車按照《煤礦安全規程》和相關規范要求進行檢查、檢驗、試驗，有完整的檢測、檢驗、試驗報告。

（3） 單軌吊機車安裝完成后，對機車進行性能測試。系統各部件油管接頭完好，油管卡子齊全緊固。無滲油現象。各壓力表完好，數值顯示正常。各承載輪、導向輪上膠套完好。

（4）控制室按鈕、操縱手把靈活，儀表顯示正常，照明信號完好，懸梯、滅火器、工具箱配備齊全。開動機車，對機車控制系統程序進行檢查試驗。

（5） 控制車按鈕靈活，狀態顯示屏顯示正常。

（6）單軌吊機車驅動裝置齊全完好，制動閘動作可靠，連接部位固定牢固，保護動作可靠，機車前后照明充足，并設有信號燈。配備滅火器不少于兩只。

3效果及評價

（1）高效。單軌吊可實現整架無間斷無轉換運輸，直接送至工作面，中間不需要交換車場，僅1074風巷就減少了三部絞車、2個轉換車場的設置，每班減少作業人員6人;一架安裝時間平均為1小時40分鐘，每班可以保證安裝3架，最大達到4架。對比同采區1075工作面（已施工）安裝，安裝速度提高近一倍;既減人又提效，極大地提高了工作面安裝效率。

（2）安全。避免巷道底鼓、片幫等礦壓顯現活動帶來的不利影響，杜絕了傳統運輸方式中的斷繩、放大滑、掉道、翻車等安全風險。

（3）簡便。該系統自動化程度高，對操作人員的技術水平要求不高，降低操作失誤率。

（4）廣泛。柴油機單軌吊適用于長距離、多起伏、大傾角巷道的人員、材料及設備運輸。

作者簡介：

張培，1985-，男，漢族，安徽宿州人，副總工程師，本科，從事綜采安拆管理研究。

（淮北礦業（集團）有限責任公司 綜采安拆分公司? ?安徽? 淮北235000）