單軌吊在煤礦井下輔助運輸中的應(yīng)用

任城城

（山西焦煤汾西礦業(yè)集團(tuán)曙光煤礦， 山西 孝義 032300）

0 引言

近年來，隨著煤礦開采強(qiáng)度以及采深不斷增加，煤礦開采煤層賦存地質(zhì)條件更趨復(fù)雜，煤層傾角大、松軟以及地質(zhì)構(gòu)造影響顯著等問題凸顯，給煤炭高效開采帶來一定制約。煤礦輔助運輸使用的電機(jī)車、調(diào)度絞車等方式存在運輸效率低、輔助人員多、安全隱患大以及事故發(fā)生率高等問題，制約煤礦井下高效運輸[1-2]。單軌吊是一種較為先進(jìn)的輔助運輸方式，能夠適應(yīng)復(fù)雜地質(zhì)條件輔助運輸需要，同時顯著提升輔助運輸效率、安全保障能力，減少輔助運輸人員數(shù)量，在煤礦井下輔助運輸中的應(yīng)用呈不斷增加趨勢[3]。山西煤礦經(jīng)過多次技改，井下已形成完備的機(jī)械化輔助運輸系統(tǒng)，調(diào)度絞車、無極繩絞車、電機(jī)車以及架空乘人裝置等均有應(yīng)用，由于井下采掘范圍較大，輔助運輸需要多種方式搭接，導(dǎo)致運行效率低下且輔助運輸人員較多，因此選用合理的輔助運輸方式對提升該礦設(shè)備、物料等運輸效率，安全保障能力等均有顯著的促進(jìn)作用。該礦經(jīng)過考察、調(diào)研，決定推廣引用單軌吊進(jìn)行輔助運輸，以期提升輔助運輸效率、安全保障能力并降低運輸成本，為煤炭高效回采創(chuàng)造良好條件。

1 單軌吊運輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

單軌吊運輸系統(tǒng)是采用錨桿、錨索等將運行軌道固定到巷道頂板上，通過采油機(jī)、井下壓風(fēng)以及蓄電池機(jī)車等牽引輔助運輸設(shè)備移動，從而實現(xiàn)運輸[4-5]。單軌吊機(jī)車結(jié)構(gòu)組成如圖1 所示，主要包括軌道部分、起吊梁部分以及機(jī)車部分等。

圖1 單軌吊結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)單軌吊機(jī)車牽引方式，可細(xì)分為柴油機(jī)單軌吊、風(fēng)動單軌吊、蓄電池單軌吊以及鋼絲繩牽引單軌吊等。柴油機(jī)單軌吊具備牽引力大、爬坡能力強(qiáng)，可滿足大型設(shè)備（如支架、采煤機(jī)大型配件等）運輸需要，但是也面臨投入大、維護(hù)成本高、尾氣排放污染等問題；蓄電池單軌吊雖然在續(xù)航能力、牽引力以及爬坡能力等方面不及柴油機(jī)單軌吊，但是運行過程中不產(chǎn)生尾氣、投入及維護(hù)較小，在井下應(yīng)用也較為廣泛。

2 礦井現(xiàn)有單軌吊設(shè)備分析

2.1 工程現(xiàn)狀

現(xiàn)階段6302 綜采工作面回采巷道、切眼等均已掘進(jìn)完畢，準(zhǔn)備采面綜采設(shè)備安裝工作。6302 綜采工作面回采3 號煤層，煤層厚度均值3.3 m、傾角0～9°，頂?shù)装鍘r性以粉砂巖、石灰?guī)r為主，較為穩(wěn)定，采面開采范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育。6302 綜采工作面設(shè)計采用170 組型號ZF8000 中間支架、7 組型號均為ZFG9600 排頭（排尾）支架，支架有效支撐高度介于2.0～3.8 m，采用的液壓支架外形長寬高分別為7.6 m、1.43 m、2.0 m，質(zhì)量約為25.5 t。

2.2 單軌吊類型選擇

6302 綜采工作面井下輔助運輸路線長度為3 690 m，巷道底板起伏一般在7°以內(nèi)，最大坡度為12°，輔助運輸中運輸?shù)淖畲笤O(shè)備為綜采支架，液壓支架質(zhì)量為25.5 t，因此要求采用的單軌道機(jī)車牽引裝置牽引力應(yīng)超過80 kN、系統(tǒng)制動力應(yīng)超過130 kN；為實現(xiàn)高效運輸需要，在材料運輸時要求每8 h 效率達(dá)到30 車、支架運輸時要求每8 h 完成5 架。單軌吊運輸時綜合考慮無軌膠輪車、無極繩絞車等設(shè)備運行、井下巷道布置等情況，單軌吊鋪設(shè)路線拐彎較多。綜合考慮，選用的單軌吊設(shè)備類型包括DX100 蓄電池單軌吊、DZ2200 柴油機(jī)單軌吊，具體選用的單軌吊技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 單軌吊技術(shù)參數(shù)

在單軌吊運輸時采用的輔助設(shè)備包括有：

1）液壓起吊梁。該設(shè)備隨車配備，使用的起吊梁規(guī)格覆蓋4～32 t，可滿足井下重型設(shè)備起吊、運輸需要。

2）配備的材料集裝箱型號為JZX-4，與起吊梁相互配合可實現(xiàn)側(cè)翻卸載，同時可在平板車上運輸使用，用以裝載運輸散件材料、小型機(jī)電設(shè)備等。

3）軌道選用I140E 型，軌道單位長度質(zhì)量23 kg/m，直線軌單節(jié)長度為3 m，曲線軌曲率半徑為4 m。軌道鋪設(shè)采用錨桿懸吊方式，單個懸吊點包括2 根規(guī)格Φ22 mm×260 mm 螺紋鋼錨桿、小橫梁（11 號工字鋼），單節(jié)軌道兩端用單鏈或雙鏈（根據(jù)現(xiàn)場情況選擇）吊掛到巷道頂部，從而使得單軌吊列車重量可均勻分散至各懸吊點上，具體軌道懸吊情況如圖2 所示。按照單軌吊機(jī)車運輸最大載荷計算，單根錨桿承受的最大載荷為2.13 t，使用的懸吊錨桿錨固力超過10 t，因此可滿足軌道懸吊需要。

圖2 軌道懸吊示意圖

4）單軌道運行時需要一定的供風(fēng)。當(dāng)選用柴油機(jī)單軌吊時，柴油機(jī)排放出的尾氣中含有NO、CO 等氣體，不僅污染井下環(huán)境而且容易導(dǎo)致有害氣體超限。因此，柴油機(jī)單軌吊運行路線中，巷道應(yīng)有足夠的風(fēng)流，以便稀釋有害氣體濃度。選用柴油機(jī)單軌吊時，運行一臺機(jī)車供風(fēng)量最少為7.26 m3/min，同時運行3 臺單軌吊機(jī)車時則供風(fēng)量至少為21.78 m3/min。礦井采面供風(fēng)量設(shè)計為26 m3/min、掘進(jìn)工作面初期供風(fēng)量為35 m3/min，輔運大巷供風(fēng)量為36 m3/min，巷道供風(fēng)量可滿足單軌吊機(jī)車通風(fēng)需要。

2.3 單軌吊應(yīng)用實踐

將單軌吊應(yīng)用到6302 綜采工作面輔助運輸中，布置的單軌吊不僅負(fù)責(zé)液壓支架運輸，而且需要運輸刮板輸送機(jī)、開關(guān)、電纜、乳化泵、破碎機(jī)以及轉(zhuǎn)載機(jī)等設(shè)備。

根據(jù)6302 綜采工作面現(xiàn)場條件，構(gòu)建的輔助運輸路線如圖3 所示，具體運輸線路為進(jìn)風(fēng)立井→井底車場→東井區(qū)南輔助運輸大巷→6302 措施巷→63021 巷→采面切眼，巷道運輸路線總長3 690 m。在6302 綜采工作面輔助運輸中，采用2 臺型號EDZ2200 柴油機(jī)單軌吊、1 臺型號DX100 蓄電池單軌吊進(jìn)行輔助運輸，具體單軌吊輔助運輸設(shè)備配備情況見表2。

表2 單軌吊輔助運輸設(shè)備配備情況

圖3 6302 綜采工作面輔助路線

在單軌吊運輸過程中，應(yīng)遵循下述要求：

1）單軌吊機(jī)車運行速度。在單軌吊運輸液壓支架、采煤機(jī)零部件、破碎機(jī)等負(fù)載較大的設(shè)備時，運行速度應(yīng)控制在1 m/s 以內(nèi)；當(dāng)單軌吊通過道岔、彎道、風(fēng)門、巷道交叉口等位置時，車速控制在0.5 m/s 以內(nèi)。

2）起吊梁。DX100 蓄電池單軌吊配合輕型梁運輸質(zhì)量6 t 以下設(shè)備、零部件；當(dāng)運輸設(shè)備及零部件質(zhì)量介于6～14 t 時，采用DX100 蓄電池單軌吊配合重型梁運輸；當(dāng)運輸?shù)脑O(shè)備及零部件質(zhì)量超過14 t 時，必須選用EDZ2200 柴油機(jī)單軌吊并配合起吊梁運輸。

2.4 現(xiàn)場應(yīng)用效果

相對于礦井以往采用的液壓絞車接力運輸而言，采用單軌吊對采面大型設(shè)備進(jìn)行運輸、安裝，可顯著提升設(shè)備運輸效率、安全保障能力，明顯減少輔助運輸人員數(shù)量以及運輸時間。現(xiàn)場統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，運輸效率可提升30%以上，可滿足6302 綜采工作面設(shè)備高效運輸需求。

在單軌吊輔助運輸過程中，未出現(xiàn)軌道固定不牢固、機(jī)車運行故障、懸吊鏈斷裂、機(jī)車運行超速等問題，單軌吊輔助運輸系統(tǒng)始終保持平穩(wěn)運行。單軌吊在6302 綜采工作面輔助運輸實踐表明，單軌吊具備的操作靈活、安全性好、運輸效率高等優(yōu)勢，可顯著提升礦井輔助運輸效率，為采面煤炭安全高效回采創(chuàng)造良好條件。

3 結(jié)語

在礦井生產(chǎn)過程中，采用單軌吊進(jìn)行輔助運輸，可顯著提升井下所需材料、設(shè)備等運行效率，同時避免傳統(tǒng)液壓絞車搭接運輸存在的效率低、輔助人員數(shù)量多、安全風(fēng)險高等問題。對單軌吊結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并結(jié)合礦井現(xiàn)場條件選擇單軌吊類型及布置方案。在6302 綜采工作面設(shè)備運輸應(yīng)用表明，單軌吊系統(tǒng)應(yīng)用平穩(wěn)、輔助運輸成本低、效率高，可為采面在早日投產(chǎn)爭取時間。

在單軌吊未鋪設(shè)巷道內(nèi)，為充分發(fā)揮單軌道輔助運輸優(yōu)勢，應(yīng)強(qiáng)化其他輔助運輸與單軌吊間的配合，強(qiáng)化礦井輔助運輸管理以及自動化控制水平，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升輔助運輸效率。