东瑞煤业矿用防爆蓄电池单轨吊辅助运输系统设计及应用

王 钢

（煤炭工业太原设计研究院集团有限公司，山西 太原 030001）

引言

目前，我国煤矿辅助运输技术发展很不平衡。随着综采、综掘等现代化煤机装备的快速发展，辅助运输的滞后已经严重制约部分煤矿的生产，成为煤矿生产的薄弱环节。

单轨吊机车运输作为一种比较先进的煤矿辅助运输模式，能够有效缓解煤矿辅助运输的隐患多、占用人员多、环节多、效率低等实际难题[1-2]。

1 工程概况

山西古县东瑞煤业有限公司原设计井下辅助运输采用无极绳连续牵引车完成，由于无极绳运输换装环节多、连续性差等缺陷的存在,该矿要求对辅助运输方式进行重新设计。

为了提高矿井辅助运输连续性及设备安全性，减轻工作人员体力消耗，提高工作效率[3]，并结合矿井自身的实际条件情况，设计认为该矿采用单轨吊机车作为辅助运输方式较为合理。

2 单轨吊辅助运输系统特点

2.1 安装方面

单轨吊轨道安装简单，只需在顶板上，每3 m 打两根锚杆，直接将单轨道挂上就行，而且轨道的重复使用率高。轨道系统安装完成后只需将机车挂轨即可投入使用且无需设置防跑车装置等系统。

2.2 性能方面

1）装卸货物方便，物料自动卸料。单轨吊助运输避免了人员在井下长距离行走、物料的多次倒钩、散料的扛运、大型设备的周转困难等难题，在降低劳动强度的同时，提高了安全性，避免轨道运输的掉道、跑车等事故。单轨吊单台行驶，制动效果良好，出现特殊情况时可紧急制动，不会出现轨道运输出现的掉道、跑车、断绳等事故。

2）运输灵活，不受底板限制，可以直接运输到工作面。

3）具有起吊功能，在井下可随时随地进行起吊作业，这是单轨吊利用其在顶板上运行的条件所独有的优势。

4）单轨吊具有放皮带、放电缆等功能，

5）单轨吊具有运送人员和物料相互作业的功能，可一机多用，运输人员和物料互换方便。

6）在人员配备方面，单轨吊一台配备人员2～3人即可，为矿井减员增效提供有力保障。

7）在维护保养方面，轨道方面基本不用维护。单轨吊机车维护方面，每天进行一次检修和充电即可，充电全部是智能化，无需人员值守。

综上所述：结合东瑞煤业实际情况，为了提高矿井辅助运输设备安全性、运输连续性，同时能够减轻工作人员体力消耗，提高工作效率，设计认为该矿采用单轨吊作为辅助运输方式是可行的，设计对单轨吊机车进行设计选型。

3 单轨吊辅助运输系统设计

巷道顶板较好，巷道的宽度和高度都符合安装单轨吊要求，而且在不拆除现有的地轨情况下就能进行安装，不影响现有地轨的正常运输，等单轨吊轨道全部安装调试完成后方可拆除，或者作为后期大巷辅助运输继续保留都可以。

3.1 设计依据

井底车场、轨道大巷、首采工作面采用单轨吊机车连续运输，担负物料、设备、人员及大件运输，以及将来的其他采掘工作面所需物料、设备及人员运输任务。

1）矿井工作制度：年工作日330 d，每天四班作业，三班生产，一班准备。

2）最大班提升量：最大班下井工人为56 人；运送材料为7 箱；其他为5 箱；运输最重件重量为20 t。

3）起吊设备：运矸时，由6 t 起吊梁吊挂运输，自重800 kg，每根起吊梁可吊挂一辆集装箱（矿车），每列车牵引数为3 台6 t 起吊梁组列，一列最多吊挂运输3 箱集装箱。运人由15 人人车组列，自重1 000 kg，每列车牵引数为3 部15 人人车组列，一列最多运送45 人。运大件时，由25 t 起吊梁吊挂运输，自重1 700 kg，每列车牵引数为1 台25 t 起吊梁组列，一列最多吊挂运输一台液压支架。单轨吊车运人组列和运料组列方式如图1 所示。

图1 单轨吊运人和运料吊装示意图

4）运输线路：从井底车场（0.42 km，其中最大坡度5°）→轨道大巷（1.26 km，其中最大坡度12°）→2101 首采工作面辅助运输联巷→2101 首采工作面回风顺槽和运输顺槽（1.39 km，其中最大坡度5°），最远工作距离为3.07 km。运输路径如图2 所示。

3.2 设备选型

首先对设备能力进行计算。

初步选择DX100 型防爆蓄电池单轨吊车，最大牵引力100 kN；制动力Fz=150 kN；最大速度为2.0 m/s；运行最大坡度12°

3.2.1 机车牵引力F 的校验

式中：T1为机车质量，11.3 t；T2为起吊梁或人车质量；T3为吊运质量；α 为运输线路最大坡度，12°；ω为机车运行阻力系数，0.03；k 为富裕系数，1.15。则：运送液压支架需用牵引力F大=88.3 kN＜100 kN，机车牵引力满足要求。

运送矸石、材料时需用牵引力F矸=58.3 kN＜100 kN，机车牵引力满足要求。

图2 运输路径

运送人员时需用牵引力F人=47.9 kN＜100 kN，机车牵引力满足要求。

3.2.2 机车防滑（下滑力F下滑）计算

则：

运送液压支架时下滑力F大=57.75 kN，防滑系数，满足要求。

运送矸石时下滑力F矸=38.2 kN，防滑系数K=3.93＞2，满足要求。

运送人员时下滑力F人=31.3 kN，防滑系数K=4.79＞2，满足要求。

3.2.3 最大班作业时间的计算

运输总距离3 070 mDX100 蓄电池单轨吊运输人员的平均速度约1.2 m/s，空载运行平均速度约1.5 m/s。

每次提升人员循环时间：Tq人员=（3070÷1.2+3070÷1.5）/3 600=1.28 h。

DX100 蓄电池机车运输人员一趟需1.28 h。

运人车配3 部15 人人车，运输人员1 台车1 趟可运输人员为45 人，56 人用单车运行两趟。

运输物料总距离为3 070 m。

DX100 蓄电池单轨吊运输物料或矸石平均速度约1.2 m/s，空载运行平均速度约1.5 m/s。

每次提升物料循环时间：Tq物料=（3 070÷1.2+3 070÷1.5）/3 600=1.28 h。

DX100 蓄电池机车运输物料一趟需1.28 h。

运输物料1 台车1 趟可运输运输物料3 箱。2台车运输2 趟可运完12 车物料。

则总运输时间为（2+2）×1.28 h=5.12 h。

3.2.4 单轨吊车台数的确定

选用DX100 型防爆型蓄电池单轨吊车2 台。需运支架时抽1 台车装备25T 梁运输，运料（人）车变为1 台。

4 设备参数

4.1 矿用防爆蓄电池单轨吊机车参数

型号为DX100/60P，牵引电机功率为10×6 kW，最大牵引力为100 kN，紧急制动力为150 kN，最大运行速度为2.0 m/s，限定速度为2.3 m/s，适应坡度为≤18°，通过最小曲率半径为4 m/10 m（水平/垂直），总传动比为27.58。

4.2 其他参数

牵引电机型号为TBVF-6/4YC（180），防爆特殊型电源装置为DXT240/560，制动方式为机械、电气，水平轨道偏移角度为±1°，垂直轨道自水平位置偏移角度为±3.5°，运行轨道满足DIN 20593 标准的I140E、I140V 轨道，工作温度范围为-20～40 ℃，蓄电池电源箱为铅酸电池（单体电池容量560 Ah×240 V，两组，一组使用，一组备充）。

5 结语

山西古县东瑞煤业有限公司原设计井下辅助运输采用无极绳连续牵引车完成，由于无极绳运输换装环节多、连续性差等情况,对辅助运输方式进行重新设计。为了提高矿井井下辅助运输连续性、设备安全性，减轻工作人员体力消耗，提高工作效率，决定采用单轨吊机车作为井下辅助运输方式并进行设计选型。目前该矿单轨吊已安装并投入使用。