單軌吊機車輔助運輸系統應用分析

顧世凱　汪宗勇　李彥均

摘要：煤礦現代化發展的方向是采掘機械化，采掘設備愈發向著大型化、超重化方向發展。當前，綜掘面和綜采面的生產設備都具備較高的機械化水平，然而，煤礦輔助運輸系統的發展缺乏先進性，亟需系統地梳理單軌吊機車輔助運輸系統的應用問題，從而促進該領域的發展?；诖?，本文首先分析煤礦輔助運輸的現狀，然后探討單軌吊機車輔助運輸系統的組成部分及作用，再次指出具體應用的情況，最后提出優化措施，以供參考。

關鍵詞：單軌吊機車；輔助運輸；應用

近年來，煤礦采掘技術不斷進步，基于采掘效率的持續提升，液壓支架和采掘設施的重量增大，提高了巷道環境條件的復雜程度。掘進巷道坡度變較大，礦井施工條件愈加復雜，怎樣在有效保障運輸和施工安全的基礎上提升采掘效率，是當今煤礦采掘應密切重視的問題。當前，礦井運輸中較多應用的運輸系統是軌道大絞地軌，基于復雜巷道底板因素的制約，難以提升運輸效率。而應用單軌吊機車輔助運輸系統，可以替代絞車運輸系統，提升運輸的安全性和效率。

一、煤礦輔助運輸現狀概述

煤礦輔助運輸的重點包括無軌和有軌。從煤礦工傷事故的占比看，輔助運輸方式形成的事故占比為30%，屬于煤礦生產中存在的第二類大事故，會影響煤礦的生產安全和生產效率。近年來，煤礦輔助運輸管理不斷強化，基于持續拓展煤礦生產規模的影響，采掘設施的機械化水平不斷提高，實現了煤礦采掘的實際需求。因此，為了推動煤礦領域的更好發展，需要應用高效和安全的煤礦采掘輔助運輸系統。

二、單軌吊機車輔助運輸系統的組成部分及作用

單軌吊機車輔助運輸系統是在巷道頂部軌道運輸材料、設備和人員等各種功能吊車的系統。系統自帶驅動的數量決定了單軌吊機車爬坡性能，當然，坡道坡度和吊運件的重量也是影響因素。單軌吊機車以液壓缸或換向閥驅動液壓馬達的方式裝載和運輸重物，與以往的人推肩抗、撬棍、手動葫蘆等方式相比，可以減少該系統的工作負荷，提升運行效率。單軌吊機車輔助運輸系統主要由機車、提升梁和軌道三部分組成，具體如下：

（一）機車及其作用

機車部分即柴油發動機，單軌吊機車輔助運輸系統經常應用的發動機有直噴的四缸四沖程系列，具有堅固的構造、較低的能耗、較低的噪音，便于維護。

對于機車液壓系統而言，重點包括傳動以及啟動系統。其中，啟動系統的動力源是蓄電池，借助液壓表有效監控蓄能壓力，并控制啟動閥門。傳動系統重點借助變量軸進行傳動，基于電磁比例閥的影響可以有效控制油量和壓力，從而驅動機車。機車的主要組成部分是較簡單的電控構造，借助顯示屏呈現信息，實時處理故障，便于維護與檢查。

機車液壓系統包括液壓啟動和傳動系統兩種。其中，液壓啟動系統包括雙蓄能器、控制閥門、馬達和液壓表等，而蓄能器是動力源，以液壓表監控蓄能器壓力，控制閥門的啟動意味著機車被啟動，而馬達的作用是驅動采油機飛輪。液壓傳動系統由軸向變量栓塞泵、液壓閥組、徑向柱塞馬達、電磁比例閥組成，基于電磁液壓閥和比例閥組對壓力油壓力以及流量的控制，變量栓塞泵轉動，進而推動徑向柱塞馬達的運行，從而驅動機車。

電控系統由發電機、操縱箱、顯示屏、溫度傳感器、控制箱、電磁閥以及速度編碼器組成，電源由發電機提供，控制箱中的控制板處理輸出和輸入信號，由操縱箱中的手柄操縱機車前后方向。電磁閥門可以監控液壓系統，能結合顯示屏呈現系統的故障和參數。速度編碼器可以檢測機車運行轉數或速度，而壓力傳感器與溫度傳感器分別監測相應的壓力和溫度值，系統的維護和檢查非常便捷。

為了防范瓦斯濃度較高導致礦井發生安全事故，機車上設計了瓦斯探測儀器，主要由獨立電源、控制板和顯示屏組成。結合瓦斯監控系統，可以檢測礦井瓦斯含量，如果含量超標，瓦斯檢測設施會發出報警信號，以此停止機車，直到瓦斯含量達標才能重新啟動機車。機車驅動設施的重點包括摩擦輪、增壓缸、徑向栓塞馬達等，機車可以與軌道緊密聯系，提供機車輸送的安全系數。作為機車行走系統，行走論和導向輪是其的關鍵組成部分，被設計于輸送系統的起吊梁、主機以及司機室頂端。行走輪能確保軌道上的機車有序運行，導向輪的功能是卡規或導向，防止彎道存在翻車情況。機車具有兩套制動系統，重點包括制動閘、彈簧以及油缸等，在液壓油缸中注入液壓油后，基于彈簧的影響，可以啟動抱閘，以此有效控制機車的運行。而在液壓油被卸掉之后，會恢復彈簧彈力，很好地制動機車。機車設計了兩個相同的駕駛艙，各自位于輸送系統兩邊。照明系統、操縱箱和顯示屏等設計于各個駕駛艙，可以更好地控制機車。

（二）起吊梁及作用

一般根據礦井輸送標準科學配置起吊梁，實現理想的輸送效果。起吊梁包括輕型和重型兩種，是結合機車系統傳輸液壓動力。通常而言，提升梁由梁體、控制閥門、馬達齒輪箱和提升鏈條等組成。在操作控制閥的基礎上，雙向轉動馬達帶動提升鏈條運送物料。其中，重型梁適宜輸送重型物料和設備，提升噸位一般是20t以上，而輕型梁的提升噸位一般不超過8t。總之，起吊梁的提升效率較高、操作便捷。

（三）軌道及作用

根據煤礦輸送標準，各自設計重型以及輕型軌道，重型軌道重點進行大承載量輸送，而輕型軌道重點輸送物料，需要根據圍巖狀況、頂板條件科學設計軌道懸掛形式。如果巷道為巖石構造的頂板，適宜選用錨桿懸掛；如果巷道為松軟的地質構造，適宜選用錨索懸掛。大部分輕型梁的懸掛都是單鏈式的，而大部分重型梁的懸掛都是雙鏈式的。能以搭扣或法蘭連接軌道，而搭扣連接適宜連接直道軌道、法蘭連接適宜彎道軌道。軌道道岔有左右之分，重點包括車場和岔路的設計。以機械道岔或氣動道岔控制岔道，而人工方式是控制機械道岔的方式，且以汽缸推動控制氣動道岔，可以促使軌道跟道岔充分嚙合。

三、單軌吊機車輔助運輸系統的優勢

第一，單軌輸送系統安全方便，不會耗費很多工作量，應用效率較高。軌道的固定大都借助錨桿進行，通常而言，每節軌道都會應用兩根錨桿、一根鏈條、一幅懸吊板，設備整體安裝便捷，且安裝完成后要求實施的維護工作量少。

第二，單軌吊機車輔助運輸較靈活，煤礦井下應用該系統具有理想的效果，煤礦的不少區域都能應用該系統?？v觀很多應用實踐表明，單軌吊機車運輸系統很少受到巷道環境狀況的制約，盡管巷道會發生片幫或底鼓現象，但單軌吊機車仍會運行正常，具有較強的適用性。

第三，單軌吊機車運輸系統實現理想的效果，在巷道安裝單軌吊機車軌道，可以有效連接彎道和道岔，建構完善的系統。

通常而言，異步單軌吊車機可以一起服務于很多個巷道，實現各種工作需求，也能在相同時間通過若干機車服務相同的向導，實現輸送的統一化。為此，對于輸送工作量大的巷道而言，應用單軌吊機車輸送系統可以提升輸送的效率和安全性。

四、單軌吊機車輔助運輸系統的具體應用

（一）綜掘工作面掘進中單軌吊機車輔助運輸系統的應用

在綜掘工作面到達相應的長度后，安裝與應用單軌吊軌道和吊機車。一般而言，單軌吊軌道的設置應綜合兼顧道壁、膠帶運輸機，在綜掘工作面掘進過程中，通常應用的單軌吊機車是兩驅和三驅形式，結合礦井的具體現狀，配置能實現作業要求的起吊梁。配比完成后，再輸送綜掘生產工作要求使用的掘進機械零件、皮帶和支護材料等，結合具體狀況輸送工作人員，直到完成綜掘工作面的所有工作。

（二）安裝綜采工作面中單軌吊機車輔助運輸系統的應用

第一，以正常方式掘進綜采工作面后，應結合具體的荷載需求，通過防爆柴油單軌機車或防爆蓄電池牽引機車逐步撤出生產中應用的綜掘設備及其零件，撤出完成后，借助單軌吊機車輸送生產中的煤機、綜采設備、刮板輸送機等，確保向工作面及時和安全輸送，要求具有較高專業水平的人員進行安裝操作。一般而言，綜采工作選用的支架重量都不會超過15t，控制巷道坡度低于15°，在此條件下，直接借助牽引單軌車安裝，需要明確的是，如果支架自重在15t以上、巷道坡度在15°以上，可以應用防爆型的六驅柴油單軌機。

第二，當綜掘工作面有序生產后，礦井單軌吊機車輔助運輸系統的應用需要結合生產要求和實際作業情況，確保有效運輸作業過程中的物料、零件和工作人員等。另外，單軌吊機車輔助運輸系統還能確保綜合工作面小絞車的高效性與安全性，也可以消除小絞車輸送過程中面臨的短繩、掉道、跑車等安全問題，全程由司機以指令形式控制單軌吊機車輔助運輸系統的運行，在輸送時結合實際需求加以優化。

第三，單軌吊機車輔助運輸系統可以很好地解決輸送過程中小絞車存在的設備多、環節繁瑣、工作負荷重、輸送效率不高的問題，在大重量、高坡度、窄巷道的條件下，設備也可以順利運行。同時，應用單軌吊機車輔助運輸系統勿需對巷道底板進行硬化或拓寬巷道，操作整體較簡單，具備較高的安全性，可以實現更理想的效益。

第四，應用單軌吊機車輔助運輸系統能更加迅速地安裝綜采工作面的一系列設備。目前，掘進完綜掘工作面后，通過地軌運輸要求耗費較長的時間鋪設管道等輔助設備，而應用該系統在綜掘工作面開始后可以安裝單軌吊，在掘進完成后可以安裝單軌吊機車輔助運輸系統，實現輸送需求。根據多種應用情況而言，礦井采掘時的長度大概是150m的工作面，綜采設備的安裝會花費大概一個月的時間。

五、優化應用單軌吊機車輔助運輸系統的有效措施

（一）優化設計運輸系統

單軌吊機車輔助運輸安全的本質是運行空間充足，為了完善傳統方式存在的不足，確保運輸的連續性，需要在巷道設計中優化運輸系統，保障應用的單軌吊機車運行空間的充足。通常情況下，巷道兩邊突出點與直線段巷道之間的距離應在1.2m以上，而彎道內側巷道幫突出點與彎道軌道之間的距離在2.0m以上。

（二）優化生產流程

應全面兼顧礦井井田拓展以及輔助運輸，保障井田拓展和運輸工作同時設計、施工，并在相同時間內應用。巷道的拓展還應與軌道的鋪設同步，降低重復工作的可能性，縮短施工要求的時間。

（三）完善配套設備

結合人員和物流輸送的具體需求，在相應的地方設置加油站、換裝站、維修硐室等，配套制作應用的物料箱、平板車、乘人車等，同時，協調建設配套通訊設施，以此提升調度與運輸的質量和效率。

六、單軌吊機車輔助運輸系統的發展前景

《中國制造2025》指出，應堅持創新驅動、智能轉型、強化基礎、綠色發展，因此，設備的智能化與自動化發展是主導趨勢，礦井無人運輸和采掘也是未來的發展方向。與無軌膠輪系統相比，礦井軌道運輸系統具備軌道向導，具有明顯的無人化、智能化和自動化優勢。礦井的運行條件較封閉，應用大噪音和高污染的防爆柴油機動力系統，不利于提升礦井運行效率，也可能威脅工作人員的安全。為此，礦井輔助運輸系統的發展趨勢和方向是信息化、高度電氣自動化軌道運輸系統以及電牽引輸送設備。

七、結語

綜上所述，單軌吊機車輔助運輸系統的應用可以很好地防范跑車、短繩、掉道等安全問題，實時掌握運輸系統的異常情況和運行狀態，從而實施有效的舉措。同時，取代過去的絞車運輸系統，具有理想的應用范圍和較高的靈活性，也可以很好地適應大坡度巷道，更好地控制前期投入，降低維修成本。因此，該系統具有理想的經濟效益，值得推廣和應用。

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作者簡介：顧世凱（1986），男，山東省鄒城市人，本科，助理工程師，技術員，主要研究方向為煤礦輔助運輸。