柴油机单轨吊机车在东怀煤矿的应用及意义

颜国勇　梁江

【摘 要】DZ1800 3+3柴油机单轨吊机车是东怀煤矿引进应用的井下运输设备，文章叙述了引进使用单轨吊机车取得的成果及意义。经投入使用可实现巷道无人化操作，减少运输事故的发生，完全符“机械化换人、自动减人”的要求。不仅提升矿井机械化水平，带来巨大的经济效益，还打破软岩地质条件下进行综采工作面搬家使用落后运输方式的瓶颈，为中小型煤矿使用先进运输设备推广奠定基础、指明方向。

【关键词】软岩地质;井下运输;单轨吊机车;应用;意义

【中图分类号】TD527 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）09-0129-03

多年来，我国煤矿辅助运输作业变化不大，基本上还是小绞车、回柱绞车、小蓄电池机车在普通轨道上牵引卡车、运料或平板车，装载则是利用手动葫芦或撬棍，甚至人推肩扛，占用大量人力物力，严重阻碍着矿井产量和劳动效率的提高。据统计，我国煤矿井下辅助运输人员约占井下职工总数的1/3，与国外采煤技术先进国家相比差距很大，我国矿井辅助运输事故约占井下事故总数的30%，仅次于顶板事故，而且呈上升趋势。

煤矿辅助运输的落后，已成为制约建设现代化矿井和提高矿井全员效率的障碍之一。发展单轨吊机车辅助运输机械化，不仅可以大量节省人员，减员增效，增加工作面产量，大量减少设备搬家停运时间而提高设备利用率，从而节约设备折旧或租赁费用，还能改善采掘工人和辅助作业的劳动安全条件，所以煤矿辅助运输机械化是当前我国煤矿技术发展的关键和当务之急。

1 总体设计

1.1 东怀矿辅助运输系统现状

东怀煤矿井下辅助运输系统由无极绳绞车、调度绞车、回柱绞车和24 kg铁轨组成，运输路线由多台小绞车接力、人工接车挂钩完成。由于使用小绞车数量较多，操作工序繁杂，一方面安全管理难度大，易发生运输事故，另一方面由于小绞车运输速度慢，中转环节多，造成运输效率很低。

1.2 单轨吊机车与現有辅助运输方式对比的优势

（1）因单轨吊机车在巷道顶板或支架上运送荷载，故不受底板变形及巷道物料堆集的影响，能有效地利用巷道断面空间。

（2）能在大坡度巷道使用，单轨吊机车的爬坡能力可达16°～35°，最小曲率半径水平4 m、垂直8 m。

（3）装载材料实现机械化，装载是人工操纵换向阀驱动液压马达或液压缸把重物起吊，而不再用手动葫芦或撬棍，甚至人推肩扛，减轻了起吊作业的劳动强度。

1.3 单轨道机车车的产品特点及主要组成

柴油机单轨吊机车是一种挂在巷道顶板的单轨铁轨上运行、通过柴油机液压驱动的机车，它专为在甲烷浓度高达1.5%、有爆炸危险的采矿区域使用而设计。

由于柴油机单轨吊机车与柔性连接的结构单元相分离，因此达到了最适宜的空间灵活性。模块化结构使其能够适应多种不同的应用条件。

柴油机单轨吊机车由以下部分组成：一个主机部分、一个独立的冷却单元、一个数量可变的机车驱动部、两个司机室、机械连接元件、用于电力和信号传输的线路和电缆等。单轨吊机车系统示意图如图1所示。

1.4 设备选型及安装技术方案

1.4.1 运输线路情况

从13I12回风巷停采线开始，经总回风巷，转至13I15回风巷，再到工作面，运输线路总长约1 600 m。其中，13I12回风巷及13I15回风巷为平巷，总回风巷为斜巷，坡度为15°～20°。

1.4.2 柴油单轨吊机车选型

（1）基本参数：最大坡度为20°、最大起吊重量为20 t。液压支架尺寸为宽×高（最低）=1.5 m×1.5 m，重约15 t。

（2）机车爬坡能力计算。最大坡度为20°，起吊重量为20 t，实现从13I12工作面起吊支架运至13I14工作面的连续运输。

需要牵引力计算如下：

α=20°（线路最大坡度）

W1=20 t（可拆解件最大单重）

W2=10 t（机车自重）

W3=4 t（起吊梁自重）

W4=0.15 t（2名司机体重）

f=0.03（机车运行阻力系数）

g=9.8（换算因数）

F（运输支架爬坡需要牵引力）=（W1+W2+W3+W4）×（sinα+f×cosα）×g

F=（20+10+4+0.15）×（sin20°+0.03×cos20°）×9.8

F=34.15×（0.342+0.029）×9.8

F=34.15×0.37×9.8

F=123 kN

故选择的机车驱动力需大于123 kN。

1.4.3 机车运行时间计算

（1）机车从13I12工作面起吊支架运至13I15工作面：T 1=1 600 m÷0.8 m/s=2 000 s=27 min。

（2）机车13I14工作面空车返回至13I12工作面换装点：T 2=1 600 m÷1.4 m/s=1 142 s=19 min。

1.4.4 起吊梁的选择

根据综采工作面运输要求，最大运载重量为20 t，故需选择最大起吊重量为20 t的液压起吊梁。

1.4.5 机车运输断面要求

（1）机车吊运支架运输时，要求巷道最低高度为3 m（含安全间距200 mm）;下宽不小于2.8 m。

（2）转载点巷道高度为3.5m。13I12回风巷及13I15回风巷断面设计尺寸为如图2所示。

根据巷道实际情况，巷道下宽4 m，中线处高3 m，符合单轨吊机车运输要求。

1.4.6 单轨吊的安装方式

单轨吊轨道选用：单轨吊轨道使用Ⅰ155型“工”字钢（140E）。直轨—长度分别为2.4码、垂直弯轨—曲率半径不小于8 m、水平弯轨—曲率半径不小于4 m。水平和垂直拐弯处分别采用弯轨，并且在弯轨两端分别连接1.5 m过度直轨。我们可在巷道分岔口处安装单轨吊气动道岔。单轨吊气动道岔主要应用于两个拐弯巷道的轨道切换和巷道岔口处。

单轨吊轨道有以下几种吊挂固定方式。

（1）锚杆吊挂形式。吊挂图如图3所示，由两根锚杆（每根锚杆配双螺帽）通过两根吊挂链，通过“U”形吊环把轨道吊起，吊挂链规格为φ18 mm×64 mm。吊链铅垂偏角α在20°～50°，吊挂链与顶板之间隙为20～40 mm。此种吊挂方式适用于全螺纹等强锚杆，禁止使用普通螺纹高强锚杆。

（2）弯道的吊挂方式。水平弯道采用双链吊挂方式如图4所示。斜链与铅垂线的夹角不得大于15°～30°。下轨道接头轨缝不得超过3 mm。40 t链条与顶板空隙为10～30 mm。

（3）弓弯道吊挂方式。在垂直方向上，兩节相邻轨道的摆角不得超过6°，如图5所示，轨道接头采用双链吊挂如图1吊挂方式一样。

1.4.7 轨道吊挂的技术要求

（1）直轨轨道间垂直方向吊挂夹角在2°～6°，轨道水平方向偏移角度不得大于1°，如图6所示。

（2）对于顶板破碎的巷道，可以采用两根锚杆和一根锚索配合使用的方式进行加固（如图7所示）。

2 经济效益及优缺点分析

经过使用后，单轨吊机车实现巷道内无人操作，安全性能更可靠，同时还缩短搬家时间，减少搬家人员，降低人工成本，大大提高经济效益。现通过对绞车辅助运输系统及单轨吊辅助运输系统进行比较，对单轨吊辅助运输系统的经济效益进行分析（见表1）。

3 取得的成果及意义

随着13I15工作面设备的成功安装，预示着单轨吊机车在东怀煤矿实现成功应用。通过分析对比，综采工作面搬家采用柴油机单轨吊机车比采用小绞车运输多投入约188万元，主要多出的是设备的价格，但在搬家效率方面得到了提升：搬家时间缩短一半、人员减少2/3、节约人工成本约80万元，直接经济效益约450万元。可见单轨吊机车运输系统替代绞车运输系统经济效益非常明显，投入产出比高。

同时，单轨吊机车运输系统的投入可实现巷道无人化操作，不仅减轻工人劳动强度，也减少运输事故的发生，完全符合煤矿提出的“机械化换人、自动减人”的要求;不仅提升矿井机械化水平，带来巨大的经济效益，还打破软岩地质条件煤矿在综采工作面搬家运输方式的瓶颈，为西南地区中小型煤矿引进先进技术和推广使用高效运输设备奠定基础。

参 考 文 献

[1]徐虎.煤矿高效开采的前提是现代化的井下辅助运输[J].同煤科技，2004（1）：19-20.

[2]王成.深井高地压长工作面单轨吊安装技术[J].山东煤炭科技，2016（12）：131-133.

[3]那世平.现代矿井辅助运输[J].当代矿工，2000（5）：12.

[4]司剑.探讨单轨吊提升运输设施及其运输管理[J].科技传播，2013（14）：76-77.