矿用井下防爆无轨胶轮车运输安全技术分析及发展趋势

阎立哲，李 雲

(1.西山煤电集团公司机电处, 太原 030053；2.山西煤炭运销集团金达煤业公司，山西 孝义 032302)

随着我国新建大型矿井的不断发展,煤机设备的科技水平也在不断提高,煤矿井下作业朝着机械化、自动化和智能化深入推进,煤矿机械化开采水平迈向新的台阶。为了有效发挥大型机械设备的使用率和技术性能,选用的辅助运输方式要科学合理,能否减少辅助运输时间是当前高产高效矿井面临的主要问题。矿用井下防爆无轨胶轮车与传统的矿用井下有轨辅助运输相比,存在诸多优势,如:车身机动灵活、爬坡能力强、安全性能较好、对巷道适应性较强、运输速度较快以及成本较低等。近年来，越来越多的高产高效矿井投产,使无轨胶轮车运输的应用变得更加广泛,但矿用井下防爆柴油机无轨胶轮车由于在井下实际运行中存在“四高一低”等普遍缺陷,矿用井下防爆爆锂离子蓄电池无轨胶轮车将会成为未来煤矿行业辅助运输的发展趋势。

1 综采工作面快速搬家装备应用

当前,矿用井下防爆无轨胶轮车煤矿辅助运输系统中发挥着重要作用。它不仅加快了综采工作面地撤退及安装进度,还强化了矿井辅助运输安全管理,确保了煤矿安全生产。在综采工作面稳装或搬家时,使用液压支架搬运车,可以将液压支架直接运输,这样既简单又缩短了工作面搬家工期。现以西山煤电斜沟矿为例:大采高和综放工作面的回撤,采用无轨胶轮车单通道单头快速回撤工艺;有关安装采用无轨胶轮车单通道单头快速安装工艺。其快速搬家使用的装备为:三辆FBL-10型叉车(或三辆FBL-10&CHT-50支架搬运车)、两辆FBL-55铲板式搬运车、两辆WC60Y支架搬运车、两辆WC55Y支架搬运车和四辆WC8悬挂式胶轮车。

由于矿用井下防爆无轨胶轮车在井下使用条件较为恶劣并且环境具有复杂和多样性,故在矿用井下防爆无轨胶轮车的总体设计中,必须充分分析各种可能出现的不良环境因素,并确保在如下恶劣环境中,可以安全正常运行[1]。具体情况如下:

1)存在瓦斯及煤尘爆炸的危险环境;2)柴油机排气成分对人体有不良影响;3)巷道部分较狭窄,有急转弯;4)巷道路面部分存在湿滑、涉水及颠簸等情况;5)巷道部分存在有几百米以上的长距离连续坡道(不宜超过14°)。

2 矿用井下防爆无轨胶轮车运输安全性能要求

2.1 基本要求

1)矿用井下防爆无轨胶轮车内载配置的全部电气设备必须做到满足防爆,并符合GB3836《爆炸性环境》系列标准要求。 一定要由本安设备连接构成的本安系统(如车上照明控制装置和倒车影像装置),要通过有关机构进行关联检验,并取得检验证书;2)无轨胶轮车所有部分热表面最高温度,应在150℃以内;3)无轨胶轮车存在受撞击可能性较大的零部件,不宜应用轻金属材料。整车装配后周围被车体钢板包裹且不易更改的部件,可以使用轻金属制造,但需经过有关机构进行由GB/T13813-2008《煤矿用金属材料摩擦火花安全性试验方法和判定规则》规定的冲击摩擦火花试验,并取得检验证书;4)无轨胶轮车电气设备的线缆应符合MT8181《煤矿用阻燃电缆》系列标准要求,除去由机械保护或进行铠装的线缆,其它电源线与液压、燃油或润滑油管路需要至少隔离159 mm。

2.2 防爆柴油机有关技术要求

矿用井下防爆胶轮车的特殊使用环境,要求防爆柴油机具有低污染、防爆性能,并且在环境条件或柴油机自身性能指标超过规定要求时具有自动保护功能。它的基本组成如图1所示。

图1 防爆柴油机基本组成Fig.1 Basic composition of explosion-proof diesel engine

依据《MT990-2006矿用防爆柴油机通用技术条件》,对防爆柴油机安全性能方面作出以下要求:

2.2.1启动方式

防爆柴油机能使用的启动器有:弹簧启动器、液压启动器、压缩空气启动器和防爆电启动机等,通常使用的是启动气马达和防爆电启动器。在启动过程中元部件可能会产生火花,要采用隔爆结构。根据《煤矿安全规程》要求,使用压缩空气启动器时,选用的空气压缩机的内部温度和压力不能成为点燃源;在使用防爆电启动机时,与它相配套的蓄电池应使用低氢蓄电池并置于隔爆型电池箱内,蓄电池在整个工作(充电和放电)过程中,隔爆型电池箱内的氢气含量不能大于0.3%。隔爆型电池箱顶部要装有隔爆透气栅栏,连续五次启动后,表面温度不能超过150 ℃。

2.2.2呼吸器、机油加油口

防爆柴油机的曲轴箱通气孔应装设滤网装置,滤网密度不小于144目,且应至少五层,使之既能防止尘埃污染曲轴箱,又具有一定的阻火能力。若曲轴箱采用闭式强制通风,可以不设滤网。

机油注油孔和油位标记孔应使用螺纹密封结构,注油孔盖应有系紧装置。

2.2.3安全保护系统

按照煤安规程要求,当矿用井下防爆无轨胶轮车所用防爆柴油机,发生以下任何一种情况时,自动保护装置会及时发出声、光报警信号。矿用井下防爆无轨胶轮车驾驶员必须能清晰辨别其声光信号,而且要在报警后1 min内无轨胶轮车动力系统要自动停止运行。

1)当防爆柴油机排气的温度超过70 ℃ 时;2)当防爆柴油机表面温度超出150 ℃ 时;3)当冷却水位(蒸发冷却)低于设定最低水位或冷却水温度(强制冷却)超过95 ℃或超出它的设计值时;4)当冷却净化箱水位降低于它的设定最低水位时;5)当机油压力降低于它的设定最低压力时;6)当在的环境下瓦斯浓度升高至0.5%时(依据2016版煤安规程要求)[2]。

2.3 制动性能

对于矿用井下防爆无轨胶轮车制动器选择的有关要素,首先要确保其运行的安全性及可靠性,必须符合《煤矿安全规程》(2016版)和AQ 1064-2008《煤矿用防爆柴油机胶轮车技术检验规范》有关规定。现以西山煤电晋兴斜沟矿为例,无轨胶轮车辆不能通过日检和月检的原因多数是由于制动器阻滞、各轮制动力不一致、停车制动作用软弱无力等问题。

从井下工作的安全性和可靠性的实际情况考虑,应尽量采用湿式制动器形式。多片湿式制动器有很多优点:可防止泥土的侵入,制动稳定;具有防爆性能,满足煤安要求;采用油冷和多盘结构,性能良好,简化维护保养,延长了制动器的使用寿命。

3 防爆无轨胶轮车的发展的趋势

西山煤电斜沟矿斜沟煤矿矿井大范围使用矿用井下防爆柴油机无轨胶轮车,不仅燃油消耗严重,还导致巷道内有害气体浓度加剧,直接威胁着矿工的身体健康,尤其是在掘进和综采工作面长时间频繁使用柴油机车有害气体浓度严重超标,视线变差,噪声高,10 m内几乎听不到对方讲话。

在国家煤矿安监局发布的禁止井工煤矿使用的设备及工艺目录(第四批)中明确要求,排放性能需满足GB20891-2014中规定的国Ⅲ标准,表1为柴油机排气成分及对人体的影响。

表1 柴油机排气成分及对人体的影响

因为矿用井下防爆柴油机无轨胶轮车在煤矿井下运输中存在以下“四高一低”的缺陷:尾气排放高、噪声高、故障率高、运行费用高以及使用效率低等缺点,造成工作环境污染严重,危害工人健康[3]。而矿用井下防爆无轨胶轮车的电动化将成为目前井下辅助运输装备的发展趋势[4]。在2019年5月18日,安标国家中心在北京组织召开专家研讨会,认为只要采取切实可行的安全措施,无轨车辆用于金属非金属地下矿山是可行的。 其中以锂电池为动力的人车、巡检车、指挥车、小吨位料车(载质量不超过5t)等新型矿用井下防爆无轨胶轮车已成为煤矿机械研发与应用重点[5]。

4 矿用防爆锂离子蓄电池无轨胶轮车的应用

目前,西山煤电斜沟矿作为国家大型现代化矿井,率先对WLR-19防爆锂离子蓄电池无轨胶轮车进行新产品工业性试验,根据一段时间的试用,制定出井下运行试验有关技术要求,主要内容如下:

1)胶轮车井下运行试验分为三个阶段,第一阶段为空载运行,周期为5 d;第二阶段为满载运行(额定配重),周期为10 d;第三阶段为满载乘员运行,周期直到运行3 000 km;2)胶轮车运行试验中,每天记录运行里程,电池电量的减少情况,是否有报警故障等;3)根据实验场地的具体情况,每天尽量保证50 km～70 km的车辆运行路程;4)胶轮车当天的运行试验结束后,要停放在规定的存车位置(环境温度在0～40 ℃的场合,不能在雨、雪和露天环境中存放),便于充电;5)打开钥匙后,观察车辆周围和前后,确认无人无障碍物,再观察显示屏和复位开关、急停开关是否在正常显示和正常位置后才能打开手刹挂挡起步;6)随时关注无轨胶轮车仪表盘的显示屏中的剩余电量数值,及时充电。当电量低于30%时需及时充电,低于20%时则必须充电,当电量低于10%时,车辆会进行自动断电保护。

5 结束语

目前,西山煤电斜沟矿经过对WLR-19防爆锂离子蓄电池无轨胶轮车开展的新产品工业性试验情况分析,认为矿用井下防爆锂离子蓄电池无轨胶轮车具有效率高、无污染、可靠性高、温升低、重量轻、操控简单和维护使用成本低等优点;同时,随着科技的进步和社会的发展,矿用井下防爆无轨胶轮车的电动化已成为近年来煤矿井下辅助运输装备发展的新趋势。