單軌吊機車在王莊煤礦輔助運輸中的應用

田 培，李恩來

(潞安化工集團 王莊煤礦，山西 長治 046031)

單軌吊機車運輸系統是目前較為先進的礦井輔助運輸設備，能夠適應地質環境較為復雜、運輸巷道坡度變化較大、運輸效率和運輸量要求較高等特殊運輸環境，且能夠極大降低礦井輔助運輸事故發生率、輔助運輸人員數量、輔助運輸環節等，在國內外礦井輔助運輸中得到廣泛使用[1-3]。隨著礦井機械化水平的不斷提升，王莊煤礦已經形成了較為完整的礦井輔助運輸系統，但由于礦井采掘范圍涵蓋多個采區，且礦井發展年限較長，礦井輔助運輸系統呈現出變頻調速電機車、極繩絞車、膠輪車、卡軌車、單軌吊、架空人車等多種類輔助運輸設備并存、采區礦井生產材料運輸和人員運輸需要多種運輸設備配合搭載的現象。所以，王莊煤礦礦井輔助運輸系統較為復雜，礦井運輸系統的責任劃分管理、運輸系統的事故發生率控制等相對難度較大，選擇合理的輔助運輸設備對礦井物料、設備運輸效率的提升至關重要。

1 單軌吊的概述及應用現狀

單軌吊機車運輸系統是基于懸掛在巷道頂板上特制軌道，通過鋼絲繩、柴油機、蓄電池和風動裝置等動力進行牽引，從而實現輔助運輸的機車設備。單軌吊系統主要由單軌吊機車、軌道及輔助設備、運載設備及附件等三部分組成，軌道及輔助設備包括不同型號軌道、道岔、懸掛板、鎖件、專用卡具及吊掛鏈條等，運載設備及附件包括不同型號的起吊運輸梁、人車以及專用集裝箱等，見圖1[1-3]。

按照單軌吊機車動力來源，可以將單軌吊機車分為柴油機單軌吊機車、蓄電池單軌吊機車、風動單軌吊機車和鋼絲繩牽引單軌吊機車，其中蓄電池和柴油機類單軌吊機車因不需要外置動力、設備安置簡便等優點在礦井輔助運輸中最為廣泛。根據現有單軌吊應用情況來看，主要單軌吊廠家和型號包括：芬瑞特/DLZ130F-8柴油發動機單軌吊、德國貝克KPCS95-6柴油發動機單軌吊、德國沙爾DZ系列柴油機單軌吊、太礦電氣DX系列蓄電池單軌吊等。而柴油機單軌吊和蓄電池單軌吊。相比較而言，柴油機單軌吊機車馬力大，爬坡能力強(最大30°)、續航能力強，適合吊運大型設備，例如支架等，但尾氣排放污染，初期投入較大，后期維護費用高；而蓄電池單軌吊雖然馬力、爬坡能力和續航都不及柴油機單軌吊，但其沒有尾氣污染，初期投入相對較小，且后期使用維護費用低，可操控性更強。

傳統小絞車、無極繩絞車等輔助運輸方式對巷道條件要求較高、安全性較差、運輸系統的生產成本和系統維護費用等較大、受運輸距離限制等缺點，嚴重制約了礦井輔助運輸效率，提高了輔助運輸風險，進而限制了礦井的安全高效生產[3-4]。而單軌吊機車系統對運輸環境的要求較低，爬坡能力強，可以在較窄巷道斷面通過、穿行，有效優化現場工作環境，系統操作簡便，可以實現運輸環節的全過程控制、安全可靠，極大降低了運輸事故的發生，除此之外，單軌吊機車動力牽引穩定，可以完成人員、物料和設備的多種類型運輸任務[4]。近年來，單軌吊機車運輸系統在國內外多個礦井輔助運輸中得到廣泛應用，且對礦井輔助運輸的改善和效率提升具有明顯的作用。

2 王莊煤礦現有單軌吊運輸設備

王莊煤礦井下輔助運輸最長運輸距離為5 600 m，運輸線路起伏坡度為3～7°，最大運輸坡度12°，機車的牽引力≥80 kN，系統制動力≥130 kN，輔助運輸設備中最大載重液壓支架為25.5 t，為了滿足生產需求，運輸效率要求物料運輸30車/8 h，支架運輸5架/8 h，且在應用單軌吊輔助運輸過程中，要綜合考慮無極繩絞車、無軌膠輪車等運輸設備的運行，所以單軌吊運行線路中轉彎較多。綜合考慮，王莊煤礦選用德國沙爾DZ2200型柴油機單軌吊和太礦電氣DX100型蓄電池單軌吊作為主要的單軌吊機車運輸系統，見表1。

表1 王莊煤礦主要單軌吊機車技術特征

王莊煤礦選優單軌吊運輸系統其他輔助系統和設備：

1) 液壓起吊梁隨車配備，起吊梁有4 t、8 t、16 t、20 t、24 t和32 t。

2) 配備JZX-4型材料集裝箱，與起吊梁配合使用，能側翻卸載，并能夠在平板車上運輸，主要裝運小型機電設備或散件材料。

3) 選用I140E軌道，直線軌每節3 m，曲率半徑為4 m的曲線軌，23 kg/m。軌道吊掛采用錨桿懸吊，每個懸吊點采用兩根高強錨桿配合小橫梁(11號工字鋼)懸吊，錨桿規格為：D22 mm×2 600 mm，每節軌道兩端由單鏈或雙鏈吊掛于巷道頂部，使列車全部重量分散到各懸吊點上，按機車運輸最大重量(支架)計算每根錨桿承載為2.13 t，而王莊煤礦采用錨桿錨固力均大于10 t，所以滿足要求。

4) 單軌吊機車需要風量。柴油機單軌吊在工作時，排出一定量的CO·NO·NO2等廢氣，對礦井巷道風流造成污染，所以在運行柴油機單軌吊機車的礦井，必須配備足夠的新鮮風量對廢氣進行稀釋。根據選用柴油機單軌吊進行計算，采掘面巷道同時運行1臺機車所需供風量為7.26 m3/s，運輸大巷內同時運行3臺機車所需供風量為21.77 m3/s，而王莊煤礦已有采煤工作面巷道初期供風量為26 m3/s，掘進工作面初期風量為40 m3/s，輔助運輸大巷道風量為36.01 m3/s，均滿足使用柴油機單軌吊機車要求。

3 單軌吊運輸應用實踐

本文選擇的單軌吊應用實踐以王莊煤礦91采區某工作面為例。工作面現已掘進完畢，由礦調度安排準備安裝工作面，工作面巷道整體坡度0～9°，支架選用ZF8000(170組)、排頭(尾)架ZFG9600(7組)，支架外形尺寸約7.6 m×1.43 m×2.0 m，支架高度2.0～3.8 m，重量達25.5 t，還需要負責運輸前后溜機尾、前后溜機頭、轉載機、破碎機、開關、電纜、乳化泵等其他輔助設備。運輸線路：輔助運輸大巷2—工作面運巷車場—工作面運巷—工作面切眼。在工作面運巷布置了3組錯車道，分別在運巷100 m、1 500 m和2 600 m處，每組錯車道長度100 m。本次運輸設備主要選擇2臺DX100蓄電池單軌吊、3臺DZ2200柴油機單軌吊，在輔助運輸大巷2中選用2部KSD120J繩牽引卡軌車將設備輔助運輸至單軌吊換裝硐室。軌道系統及運輸長度：卡軌車運輸長度2 800 m，軌道型號SMJ160異形軌；單軌吊機車運輸長度包括輔助運輸大巷2(卡軌車尾輪處)至工作面運巷口軌道全長400 m，以及工作面運巷全長2 781 m，合計3 181 m，軌道型號Ⅰ140 V。

1) 機車運行速度。單軌吊運輸支架、采煤機機身、前后溜機頭架、前后溜機尾架、破碎機、負荷中心等大型設備時車速不得超過1 m/s；通過彎道、道岔、巷道交叉口、風門、風橋等地點時車速不得超過0.5 m/s。

2) 起吊梁選用。6 t以下設備使用DX100蓄電池單軌吊機車輕型梁進行起吊；設備重量超過6 t、低于14 t運輸使用DX100蓄電池單軌吊重型梁進行起吊；超過14 t設備及支架時必須使用DZ2200柴油單軌吊支架起吊梁進行起吊。

與傳統的小絞車接力運輸相比，選用單軌吊對工作面安裝設備進行運輸，運輸時間可以提高約30%，尤其是支架等大型設備的運輸時間和運輸效率都得到了極大的提升，充分滿足了工作面安裝需求。在設備輔助運輸過程中，沒有發生因軌道脫軌、軌道固定不牢、單軌吊懸吊鏈斷裂、機車半路故障、機車超速運行、人員站位等造成的運輸事故。綜采工作面設備安裝工作的安全高效完成，充分體現了單軌吊機車操作靈活、安全可靠性高、動力源穩定、續航能力強等獨特優勢。

4 結 語

在回采巷道掘進過程中，隨著巷道掘進單軌吊軌道的不斷安裝使用，不僅用于綜采工作面安裝，還廣泛應用于掘進巷道的設備、材料的運輸，極大減少了工作面輔助運輸所需軌道、枕木、各類絞車、電氣設備的使用，減少了輔助運輸的工作人員數量，降低了傳統輔助運輸的安全風險，并且大幅度提高了輔助運輸效率。但為了更好地發揮單軌吊機車運輸在王莊煤礦輔助運輸中的作用，應當加強各類輔助運輸方式與單軌吊之間的協作和聯合作用，提高礦井輔助運輸的智能化操控水平，加強輔助運輸的精益化管理和標準化建設，在現有基礎上進一步提升運輸安全、提高生產效率、降低生產成本。