矿山工矿电机车研究与发展

杨锦涛

（长沙矿山研究院有限责任公司，湖南 湘潭 411101）

井下工矿电机车是重要的运输设备，广泛应用于煤矿、金属非金属矿山及桥梁、隧道等工程施工现场，在煤矿、金属非金属矿山应用尤其广泛。近年来，随着大型露天矿山开采数量增多，规模不断增大，井下矿山也逐渐向超深井超大规模方向发展，对电机车提出了新的发展要求，未来的井下工矿电机车将向大型化、智能化、高效可靠、节能环保的方向发展。

1 电机车发展方向

（1）电机车向大型化方向发展。目前矿山使用的大吨位架线式牵引机车有100t、150t、200t等不同吨位等级的准轨工矿电机车，最大吨位电机车已达到224t。国外已有粘重为350吨的重联车组用于深部开采运输。由于受井下巷道的限制，目前地下矿山使用的电机车基本为窄轨机车，且已小吨位机车为主，常用机型集中在20t以下。但随着井下矿山逐渐向超深井超大规模方向发展，对电机车运输能力要求也随之增强，井下电机车也逐渐向大型化方向发展。

（2）电机车向智能化方向发展。随着采矿业技术的不断发展和矿产资源需求的扩大，采矿规模越来越大，年开采量上千万吨级特大矿山不断出现。一些特殊矿山处于高海拔、超深度，存在大量涌水或其他危险，矿山对矿石运输能力、效率和安全性提出了越来越高的要求[1]。

无人驾驶的电机车不仅能使矿山的矿石运输自动化程度大大提高，运输能力得到更大发挥，与此同时也减少了矿山运输的事故的发生。在无人驾驶状态下，电机车按集中控制室的指令启动后，可一直按照预先设定的程序周而复始地运行，运行中如出现故障，机车可自我诊断，诊断信息将集中反馈到控制室显示屏上，提示工作人员进行必要的人工干预。

目前世界上欧洲发达国家少数几家大型矿山使用了此技术，我国近几年自主研发了地下矿山无人驾驶电机车运输技术，中国恩菲工程技术有限公司在国内冬瓜山铜矿和中非赞比亚希主西矿都签订了无人驾驶电机车项目，目前运行效果良好。智能化的电机车具有如下优点：①无人驾驶机车按照设定好的程序运行，可以在弯道、道岔、或者装载、卸载时设定不同的速度模式，同时可以在设定的位置自动升降集电弓、自动鸣笛、自动停车等待等，极大提高了运输效率；②无人驾驶电机车在运行过程中，可以自动识别前方运行车辆，当前方运行车辆距离小于设定值时，可以自动减速停车；③无人驾驶电机车具有遥控方式、自动方式、人工方式、检修方式等不同工作模式。

（3）电机车向高效可靠方向发展。采用变频调速后机械寿命的提高表现在：①由于平均转速下降而使设备寿命延长。机械设备全速运行时，由于阻转矩较大，各部分的磨损以及主要部件所受的应力都很大，采用变频调速，由于平均转速的降低，将减小应力和磨损，使机器的寿命得到延长；②由于起动和停机过程得到改善而使设备寿命延长。机械设备在直接起动和停机时，将因收到较大冲击而影响其使用寿命，设备中的液压元件在直接起动和停机时因内部压力变化过大而影响使用寿命[2]。使用变频调速可平滑缓慢的进行启停控制，使整机受到的冲击小。因此，交流变频控制系统的应用使装运设备具有故障率低、寿命长、可靠性强、效率高和维护费用低等优点。

（4）电机车向节能环保的方向发展。伴随社会技术的发展，节能环保是影响未来电机车的重要因素。变频调速可实现启停过程的软起软停功能，整个运行过程与传统的电阻调速和斩波调速比节能效果明显。目前蓄电池电机车多采用铅酸蓄电池作为供电电源，鉴于铅酸蓄电池存在析氢和电解液泄漏等问题，并且在使用过程中需要添加硫酸和蒸馏水，硫酸和铅严重污染环境，且铅酸电池使用寿命短，未来大容量锂电池将可能逐步使用于蓄电池电机车。

2 未来需研究的内容

（1）需制定满足大型化发展的电机车产品标准。目前我国现行与电机车有关的行业标准主要有JB/T 10772-2007《窄轨架线式工矿电机车通用技术条件》、JB/T 10100-1999《直流架线式准轨工矿电机车基本技术条件》、JB/T 4091-2014《煤矿防爆特殊型蓄电池式电机车基本技术条件》、MT 491-1995《煤矿防爆蓄电池电机车通用技术条件》和MT/T 1064-2008《矿用窄轨架线式工矿电机车技术条件》。上述标准只规定了常规机型电机车的性能指标参数，缺少大型化电机车的性能指标要求。大型化电机车在设计、研发和生产过程中主要参数性能指标无标准可依，缺少产品质量水平的保证和行业的健康发展的依据，因此急需制定大型化电机车的行业标准。

（2）需建立可满足大型化电机车检测的试验系统。目前对于电机车的性能检验主要使用的是常规检测手段，使用测速、测力等便携式试验设备利用电机车的生产现场或使用现场进行牵引特性、最大牵引力、制动特性等性能进行测试分析。目前所使用的常规检测手段已不能满足大型化电机车检测的需要。因此急需建立科学、先进、有效的可满足大型化电机车检测的试验系统，为满足大吨位机车的研发和整机定型试验提供科学、有效的测试手段。占比重很大，电机车经过卸载站时处于悬空状态，上述因素都将造成电机车在运行时整体振动非常大，无人驾驶电机车上监测和控制设备需能满足在此工况下连续可靠运行的要求；

（2）巷道对无线通讯的影响。巷道的不同尺寸和结构形式给无人驾驶电机车监测和控制信号的无线通讯带来了非常大的影响。除了对通讯距离有很大影响外，地下巷道内，在无线电波还没有衰减时就会没有规律地不断被反射，从而给无线通讯带来不良影响。因此不同的矿山条件，具体技术需求和相应的技术方案也会有差异；

（3）控制的精准度。井下实现智能化运输系统，为实现井下安全、高效的开采，对于无人驾驶电机车控制运行的精度将有相应的要求。随着无人驾驶电机车技术的发展和产品的推广，需建立无人驾驶电机车性能检验验收依据，明确其关键安全技术指标，为产品性能验收技术依据，为矿山井下安全运行提供技术支撑。

4 结语

随着我国智能化矿山的不断发展，智能化的运输将是未来矿山必然的发展趋势，本文从大型化、智能化、高效可靠、节能环保等方面阐叙了未来智能化机车的发展方向，提出了目前工矿电机车的发展中所要解决的问题，为以后工矿电机车智能化运输指明了方向。

3 工矿电机车需解决的技术问题

无人驾驶电机车在使用和推广中面临如下问题：

（1）机车运输过程中的振动问题。电机车本身减震性能差，井下矿轨敷设平整度不高，弯道、岔道在整个运输线路中