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柴油机单轨吊的研究与应用

2021-03-08张培

科学与财富 2021年3期

摘 要:基于安装、拆除综采工作面过程中设备运输现状,为简化运输环节,本文对柴油机单轨吊运输能力进行了理论验算和模拟运输实验,且该设备具有适应性强、构造简单、维护方便、可操作性增强而且不受巷道底板变形影响,能够有效利用巷道空间等优点,验证了柴油机单轨吊运输液压支架的有效性。

关键词:柴油机单轨吊;巷道尺寸;轨道悬挂;整体液压支架;

1选用柴油单轨吊的可行性分析 [以DZ 2200型柴油机单轨吊(沙尔夫、八驱动)为例]

①适用于煤矿作业环境,瓦斯最大允许浓度1.0%,发动机运转温度范围-10℃---40℃,相对空气湿度90%以下,适用于淮北矿业集团井下环境。②适用于复杂的系统巷道,对巷道断面要求不高,水平方向转弯半径≥4m,垂直方向转弯半径≥8m;吊挂运输,与巷道底板状况无关,巷道空间能够充分利用。③满足整体支架运输使用需求,牵引力为174KN,爬坡能力为30°,最大载荷48T,远大于无极绳绞车SQ-120/132B的运输能力。④满足机械运送人员要求,《煤矿安全规程》规定:运输长度超过1500m平巷、垂深超过50m斜巷必须采用机械运送人员。一次可运送36人,满足单班作业人员乘坐。

2工程实例运用(杨柳1074安装)

2.1地质条件

1074工作面是107采區第五个综采工作面,工作面底板标高-571~-673m。煤层倾角3~11°,平均7°。煤层顶板根据顶板类型划分方案可划分为直接顶、基本顶两种。

基本顶:细砂岩,厚度为5.1m;灰色,细粒,主要矿物成份为石英,硅质胶结,斜层理,分选中等。

直接顶:泥岩,厚度为2.6m;深灰色,块状,局部含少量粉砂质及植物化石碎片。

2.2工作面安装设备

2.3设备运输方案

风巷:利用柴油机单轨吊运送支架散件(一架三车)至107采区组装硐室,支架组装好后,用柴油机单轨吊经1074风巷将整架运至切眼就位。

机巷:煤机、运输机、转载破碎机等经1074机巷用柴油单轨吊运至工作面进行组装。

2.4技术方案

2.4.1施工要求

2.4.1.1单轨吊吊轨选型:I140V(2.4m)。

有效载荷:坡度0-10o为401.8KN、坡度10-20o为333.2KN、坡度20-30o为294.0KN。

2.4.1.2单轨吊吊轨吊挂方式

(1)锚杆锚固力要求不小于150KN,锚杆直径不小于Φ22,细牙螺纹不小于M22,长度不小于2000mm。

(2)吊挂偏角α为铅垂线与吊链的夹角,角度范围在10°-30°之间,两条吊链的夹角尽量一样大小,相差不超过2°,但在斜坡上吊挂时,α的角度值必须大于巷道的坡度2°以上。

(3)吊挂链条选用Φ18×90,吊挂链的强度不低于250KN.

(4)专用U型环和锚杆之间的螺纹付的拉拔强度不小于150KN。

(5)专用U型环上的销子或高强螺栓破断拉力不小于250KN。

(6)吊轨纵向加强拉链吊挂方式

平巷直轨吊挂时,每隔15m-20m在轨道中间焊接吊板一件,给轨道加一组X斜拉,如图示;10°以上的斜巷吊挂时,每隔5m-10m轨道加一组X斜拉。

(7)吊轨斜拉链安装

① 10°(含10°)以下的斜巷15-20米加一组斜拉链。

②10°~15°(含15°)的斜巷10-15米加一组斜拉链。

③15°以上的斜巷斜巷5-10米加一组斜拉链。

④所有斜拉链角度必须满足60°±10°要求。

2.4.1.3技术要求

(1)直线段吊轨,吊挂锚杆沿巷道方向在一条直线上,间距一致。吊轨无明显变形,接头摆角:水平不超过3°,垂直不超过6°,下轨面接头轨逢不大于5㎜。

(2)弯曲段吊轨水平曲率半径不得小于6米,每节弧长不得大于2米,弧长大于1.6米时,设置一个吊耳;垂直弯轨曲率半径不得小于10m,每节弧长不大于3m,弧长大于1.6m时,增设一处吊耳。水平弯轨及轨道与连接处用法兰连接。弯轨应平滑过渡,吊轨无明显变形,接头处偏差:水平和垂直方向均不大于2㎜,下轨面接头轨逢不大于3㎜。

(3)在敷设轨道的弓、底弯道时,采用多段短轨进行过度,短轨的布置采用1m-2m-1m-2m交替布置的方式,两节轨道间的夹角最大不超过4°。

(4)道岔安装在角度不大于5°的单轨线路段,道岔活动摆角不得大于11°,高低和左右允许偏差分别为2mm和1mm,活动轨无明显变形,动作灵敏,准确到位,闭锁可靠。

(5)吊轨端头处必须安设阻车器,并使用双链吊挂。运输线路中每隔100m安设一块里程表,拐弯处、道岔(前、后20m)、车场、维修硐室和换装站两端有警示牌,有可靠的泄露通讯系统。

(6)吊轨悬吊高度,根据所运输架型最小支撑高度(2.0m)、控制室通过高度(1.0m)及距底板距离不得小于200㎜确定为3.2m。

(7)1074风巷为机轨合一巷道,吊梁中心线距巷帮的距离不低于1.2m,距皮带外沿的距离不低于0.9m。

2.4.2柴油机单轨吊的选型及校验

2.4.2.1根据设备安装要求,柴油机选型及技术参数如下:

设备名称:DZ 2200型柴油机单轨吊(沙尔夫);类型,DZ 2200;

额定牵引力,174KN;额定制动力,256KN;抱闸数量,16;转弯半径,≥4m(水平方向);≥8m(垂直方向);最大爬坡能力,30°;最大速度,2.15m/s;最大起吊重量,38T;发动机功率,130KW;总排量,6640 cm3发动机冷却系统,水冷.

2.4.2.2柴油机单轨吊选型校验

(1)运送物料需用牵引力:

F1=(P1+P2+P3+P4)×(sinα+ω×cosα)×g/1000×K

式中:

F1—运送物料所需牵引力,kN;

P1—牵引车自重,11100kg;

P2—起吊梁质量,900kg;

P3—司机及管线体重,150kg;

P4—物料质量,26430kg;

α—斜巷最大倾角,20°(满足设备技术要求);

ω—运行阻力系数,取0.02;

K—牵引力富裕系数,取≥1.1。

F1=(11100+900+150+26430)×(sin20°+0.02×cos20°)×9.8/1000×1.1=149.7KN

根据以上计算,八驱单轨吊起吊梁运输支架时需要最大牵引力为149.7KN,而八驱单轨吊额定牵引力为174KN,牵引力满足要求。

(2)单轨吊车防滑计算

机车保险制动和停车制动装置为安全失效型,当机车出现故障时,制动装置自动施闸。

运送物料时下滑力为:

F2=(P1+P2+P3+P4)×(sinα-ωcosα)g

=(11100+900+150+26430)×(sin20°-0.02×cos20°)

= 124.6KN

防滑系數K,按下式计算:

K=FZ/F2= 256/124.6=1.97≥1.5合格(如果K<1.5,可增加驱动或减少载荷,重新校核。)

式中:

K—防滑系数;

FZ—机车制动力256KN。

(3)单轨吊车重载下坡时的制定减速度和制动距离的核算

单轨吊车向下运行时为制动最困难条件,因此只需计算向下运行制动距离,按照规程要求不超过运行速度6s行程。

矿井单轨吊车重载运输所需牵引力为机车运输物料时最大,因此最大载荷为运输物料的重量,巷道最大倾角为α°,其中速度和制动距离计算如下:

FZ+FO-FG=ma

FO =(P+Q)g.ω=(P+Q)×9.8×0.02

FG=(P+Q)g.sina=(P+Q)×9.8×sinα

s=V2/2a<9m,合格 (按照运行速度1.5m/s计算)

式中:

FZ—制动力,N;

FO —列车运行阻力,N;

FG—惯性力,N;

P—机车总质量,kg;

Q—物料总质量,kg;

m—机车与物料总质量,kg;

V—速度,m/s;

a—制动减速度,m/s2。

FO =(P+Q)g.ω

=38580×9.8×0.02=7561.7N

FG =(P+Q)g.sina

=38580×9.8×sin20°=129304.7N

FZ+FO-FG=ma

a =(FZ+FO-FG)/m

=(256000+7561.7-129304.7)/38580=3.48m/s2

s=V2/2a=1.52/2×3.48=0.32<9m

符合规程要求不超过运行速度6s行程

2.4.2.3柴油机单轨吊机车技术要求

(1)新投用机车测定制动距离,之后每年测定一次,有完整的制动距离测试报告。

(2)单轨吊车按照《煤矿安全规程》和相关规范要求进行检查、检验、试验,有完整的检测、检验、试验报告。

(3) 单轨吊机车安装完成后,对机车进行性能测试。系统各部件油管接头完好,油管卡子齐全紧固。无渗油现象。各压力表完好,数值显示正常。各承载轮、导向轮上胶套完好。

(4)控制室按钮、操纵手把灵活,仪表显示正常,照明信号完好,悬梯、灭火器、工具箱配备齐全。开动机车,对机车控制系统程序进行检查试验。

(5) 控制车按钮灵活,状态显示屏显示正常。

(6)单轨吊机车驱动装置齐全完好,制动闸动作可靠,连接部位固定牢固,保护动作可靠,机车前后照明充足,并设有信号灯。配备灭火器不少于两只。

3效果及评价

(1)高效。单轨吊可实现整架无间断无转换运输,直接送至工作面,中间不需要交换车场,仅1074风巷就减少了三部绞车、2个转换车场的设置,每班减少作业人员6人;一架安装时间平均为1小时40分钟,每班可以保证安装3架,最大达到4架。对比同采区1075工作面(已施工)安装,安装速度提高近一倍;既减人又提效,极大地提高了工作面安装效率。

(2)安全。避免巷道底鼓、片帮等矿压显现活动带来的不利影响,杜绝了传统运输方式中的断绳、放大滑、掉道、翻车等安全风险。

(3)简便。该系统自动化程度高,对操作人员的技术水平要求不高,降低操作失误率。

(4)广泛。柴油机单轨吊适用于长距离、多起伏、大倾角巷道的人员、材料及设备运输。

作者简介:

张培,1985-,男,汉族,安徽宿州人,副总工程师,本科,从事综采安拆管理研究。

(淮北矿业(集团)有限责任公司 综采安拆分公司   安徽  淮北235000)