柴油机单轨吊在煤矿井下的应用及技术参数

李敬保

摘 要：对我国矿井辅助运输的几种常用系统，从技术性能，安全性，效能等方面进行了分析，重点讲述了单轨吊机车同其他设备的对比;在系统设备选型时可供借鉴。

关键词：煤矿;辅助运输;单轨吊;应用

中图分类号：TD529 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）20-0158-03

0 引言

我国是一个能源消费大国，煤炭生产保障着国家的能源安全。在煤炭生产企业中，辅助运输环节越来越突出的成为井下生产的一个瓶颈。随着各种先进辅助运输设备性能的提高，煤矿企业在决定引进辅助运输设备时，需要对各种辅助运输设备的最新参数有全面的了解，以便选出适合井下运输的最佳方案，实现安全和效率的最大化。

1 目前国内常用的井下辅助运输系统

单轨吊机车是井下辅助运输交通工具的一种。目前国内常用的井下辅助运输系统大致有以下几类：（1）绞车牵引系统。（2）电机车牵引系统。（3）无轨胶轮车。（4）单轨吊。（5）卡轨车。表1是几种常用的辅助运输系统的一些参数。

2 单轨吊机车结构

单轨吊机车，是用于煤矿井下，在巷道顶板上固定的一列特制的，工字型钢轨上运行的机车;它适用于甲烷浓度高达1%，有爆炸危险的采矿区域进行使用。由于柴油机单轨吊机车使用模块化结构，使其能够恰如其分地适应多种不同的井下应用条件。

单轨吊机车由以下各部分组成：两个司机室、一个主机部分（含冷却单元）、两组数量可变的机车驱动部、多个起吊梁和机械连接元件。图1是捷克某公司的DLZ110F柴油机单轨吊机车运输辅料时的机车结构图。

主机中的柴油机带动液压泵旋转，液压泵产生高压液压油，输往机车驱动步的液压马达，液压马达旋转带动机车前行。柴油机是由国际知名柴油机公司制造，四缸直喷式防爆柴油机，在设计时对柴油机尾气污染物的排放进行了优化，有利于井下的特殊工作环境。低轉速（1800转/分）保证了较长的柴油机使用寿命及较低的油耗;功率为80KW或120KW。该款发动机经历多年市场的检验，零备件通用性好。液压系统采用国际知名液压公司生产的轴向柱塞泵及其它液压元件，液压压力有三级安全自动控制。电气系统是适用于井下特殊工况的本安冗余型控制系统，即使有一个控制板有故障，另一个冗余控制板在瞬间自动切换至控制状态，保证机车正常使用;所有故障均有自动报警提示功能，可以更快排除故障。

3 单轨吊机车的优势

单轨吊机车的核心优势是安全和高效。还具有不受底板状况的影响，适应井下多种工况;爬坡能力强;可连续长距离运输，从井底车场甚至从地面（斜井或平巷开拓时）至采区工作面的直达运输，不需要转载，即使在陡坡和多方向路网上亦可实现连续运输;在巷道内，行车不影响行人;对巷道断面的要求较小，转弯半径小;中小型矿井亦可使用。

3.1 高安全性

绳牵引运输系统（例如绞车牵引系统或无主动液压刹车器的绳牵引卡轨车等）会有斜坡断绳跑车事故。根据国家煤安局官方网站公布的数据，2008年一年，因斜巷断绳跑车引起的死亡人数，占当年煤矿总死亡人数的0.5%。而这0.5%的死亡事故，若用单轨吊机车做井下辅助运输工具则完全可以避免。单轨吊机车的钳形导向装置，可以保证单轨吊机车不会从轨道上掉下;每个驱动步旁都有失效控制的弹簧抱闸系统，当速度超过规定值时，弹簧抱闸系统自动抱闸，保护巷道的人员和机车安全。在一些煤矿的事故统计中，辅助运输系统出现的安全事故，占到煤矿井下总事故的比例高达48%。而目前，在世界上还没有资料可以证明单轨吊机车曾出现过安全问题。

3.2 高效率

3.2.1 运输辅料

在山东新汶集团潘西矿的实际运行测算结果显示，以中档车型DLZ110为例，单程运输距离为2000米，每班可运行三趟，每趟20吨，每车每天理论可运180吨，实际运输150吨。每车每天分三班，共需要6人。该矿6196工作面巷道坡度在10°以下，巷道走向多次起伏;由于巷道坡度低，机车可以承载更多的货物。矿方在单轨吊机车原有三个起吊梁的基础上，又增加了两个起吊梁，使该机车运输能力大幅提升40%。表2以运输150吨辅料（含装卸货物时间）为例进行比较。

3.2.2 运输支架

工作面撤换时，搬迁一个数量为100个液压支架的工作面，用煤矿传统方式运输支架，约需要25天，用工5000个左右。而采用柴油机单轨吊机车运输，只需要10天左右，用工60个。其他辅助运输工具工效对比见表3。

3.2.3 运输人员

柴油机单轨吊机车每次可运输120人，全速时2m/s。以运输距离2000米计算。运送人员工效对比见表4。

另外，很多煤矿巷道运输采取的是有绳运输方式（绞车、卡轨车等）。国家煤矿安全规程规定，行车不行人。采用单轨吊机车可以做到在运输巷道，车、人同时在一条巷道进行作业，极大的提高了效率。

3.3 适应性好

在国内众多煤矿中，均存在有局部地质条件复杂的情况。并且矿井的垂直深度越来越大，矿井巷道均有不同程度的底鼓现象，需要大量的人力，物力维修巷道。从而导致井下各部门不能按原计划正常生产。更严重的，造成辅助运输系统不能正常使用。单轨吊机车的轨道在巷顶，不受巷道底鼓情况的影响。在国内有一个设计产能为800万吨的矿井，原计划使用无轨胶轮车，但因为巷道底鼓，致使无轨胶轮车在行使时，会突然滑向巷道侧面，威胁工人安全。矿方改换单轨吊机车作为辅助运输系统的主运输工具，从而更好的保障了井下人员的安全和生产计划的实施。

从巷道掘进开始，安装单轨吊机车轨道，用于运输掘进过程中所需要的物料和设备，随着掘进的进尺，逐渐把轨道铺设至工作面，进行工作面支架的安装运输工作，及后续工作面所需的物料。

3.4 柴油机单轨吊机车爬坡能力强

在山東新汶集团潘西矿有某型号柴油机单轨吊机车，从该矿井底车场，至工作面的途中，有一个20°的坡度。柴油机单轨吊机车可以载20吨的货物通过这个坡度运输物料。在该型号机车的资料中显示，最大可载25吨货物爬20°的坡。

图2是某公司生产的单轨吊机车的载重—坡度—速度图。在该图中绿色线显示，在承载25吨重量爬15°坡时，速度是0.7m/s。同样在25吨时爬20°坡，速度为0.5m/s。而在5°坡时，可牵引40吨的货物，以每秒1.25米的速度前行。在牵引40吨货物时，对巷道顶板要求亦较严格。

3.5 无需转载直达工作面

在山东新汶集团潘西矿，从井底车场到回采工作面有2000米，单轨吊机车可从井底车场吊起货物，不经转载，通过道岔选择路径，直接送到各个回采工作面。在山西长治一个副斜井煤矿，单轨吊机车可以从井上工业广场仓库经斜井，通过井下单轨吊路网，直接将物资送到各个采掘工作面。大大节省了运输时间和人力资源。据测算，一般情况下，可节约50%的时间，90%的人力资源。

3.6 对巷道断面要求低

目前在国内还有众多的五十年代，六十年代，七十年代设计建造的矿井，这些矿井都有巷道断面小的情况。使得一些先进的辅助运输设备，因为巷道断面小，不能在井下使用;单轨吊机车则因为机身窄，自身高度低，而可以在断面小的井下巷道内灵活运行。图3是单轨吊机车DLZ110配套的中型起吊梁尺寸图。

图3是机车搬运16吨重的液压支架所用的起吊梁尺寸图，其单轨吊机车起吊梁长度为8070mm，高度为轨道高度加上440mm的起吊梁高度，机车主机宽度850mm;所需巷道的尺寸视所需运输的最大单件物料的尺寸而定，其中巷道水平转弯半径为4m，垂直转弯半径为8m。能满足早期建设的矿井，巷道断面小的现状。

4 单轨吊机车的最新发展及结论

经过新的研发和实验，已实现在巷道大坡度的巷道坡度处，安装带齿条的轨道。在单轨吊机车爬大坡度时，不再是靠摩擦轮的摩擦力推动机车前行;而是在大坡度的巷顶，安装带齿条的轨道，利用齿轮齿条的啮合，推动机车前行。

根据已得到的数据，利用带齿条的轨道，单轨吊机车爬大坡度时，载荷可以达到30吨，顺利地通过30°的坡度。

目前，在市场上销售的单轨吊机车大多是2+2或3+3的驱动形式。在实验室内，已经在研发5+5和6+6驱动形式的单轨吊机车。用于在多个工作面间，搬运超过50T的巨型液压支架。

目前根据国内多家矿山使用单位的反馈，中国与原东欧国家的煤矿在矿山管理及设备管理方面有较多相同之处，其生产的单轨吊在结构设计、柴油油耗，使用方便性，维修简易性等方面更适合中国国情。

参考文献

[1] 陈焕英.采用高新技术加速实现我国煤矿辅助运输现代化[J].煤炭科学技术，1999（1）：5.

Application and Technical Parameters of  Diesel Engine Monorail Crane in Coal Mine

LI Jing-bao

（China National Coal Group Corp，beijing  100011）

Abstract：This paper analyzes several common systems of mine auxiliary transportation in our country from the aspects of technical performance， safety and efficiency， and focuses on the comparison between monorail crane locomotive and other equipment， which can be used for reference in the selection of system equipment.

Key words：coal mine; auxiliary transportation; monorail crane; application