钢丝绳牵引卡轨车“二合一”改造应用

王育峰

(潞安环能股份有限公司 漳村煤矿，山西 长治 046032)

卡轨车主要用于煤矿井下大巷、工作面巷道、采区上下山及集中轨道巷的物料、设备和人员的运输，运输过程中需要多次转载，运输效率较低。漳村煤矿较早引进卡轨车系统，现主斜井安装一部KSD-90J卡轨车系统、二水平材料巷安装一部卡轨车系统，随着运输距离的延伸，拟在西下山材料巷再安装一部卡轨车系统，以提高运输效率(如图1)。

图1 原卡轨车运输路线布置

1 工程背景

漳村煤矿西下山卡轨车安装后，在二水平卡轨车与西下山卡轨车之间，需频繁转载、随之卡轨车信号工、卡轨车司机、电气维护工等用工增加，物料运输效率将大大降低。为此，经过多次井下调研、实践，拟利用两部卡轨车之间的45°斜巷，安装两套135°轮组，使卡轨车通过，实现卡轨车运输的90°转弯(如图2)，如果能实现，将大大提升运输效率、节约大量用工，经济效益和社会效益异常显著。

2 解决方案

将两套卡轨车合并为一套，合并后，如图2所示，有效地提高了运输效率。

图2 改造后卡轨车运输线路布置

2.1 系统配套组成

异形轨卡轨车系统主要由绞车、涨紧装置、轨道系统、车辆部分、回绳站以及电控系统等组成，其工作示意如图3所示，卡轨车系统动力由绞车提供，钢丝绳的两端分别固定在牵引储绳车上，绞车将牵引力传递给牵引车，牵引车再带动各种载重车运行。

图3 绳牵引卡轨车工作原理示意

2.2 方案计算

已知条件：两套卡轨车合并成一套后，材料大巷总运距2 800 m，其中二水平材料巷巷道长1 000 m，坡度3°；西下山材料巷巷道长1 800 m，坡度7°。运输最大件重量20.3 t，系统运输车辆重量G=20.3+3.8+1.7+3=28.8 t；牵引车重3.8 t、制动车重1.7 t；载重车重3 t；系统运输总重G=20.3+3.8+1.7+3=28.8 t。

绞车的最大牵引力为车辆运行在最大坡度(7°)上，钢丝绳运行阻力、重物运行阻力以及重物下滑力的总和，计算钢丝绳运行阻力。

根据公式：f=2×L×q×g×ω1×cosβ÷1 000 kN

式中：f为钢丝绳运行阻力，kN；L为运距，取2 800 m；q为每米钢丝绳重量，q=2.49 kg/m(初选钢丝绳直径26 mm)；g为重力加速度，9.8 m/s2；ω1为钢丝绳运行阻力系数，取0.25；β为巷道平均坡度，取5°。

将各数值带入公式，计算钢丝绳的运行阻力为：

f=2×2 800×2.49×9.8×0.25×cos5°÷1 000

=34 kN

1) 重物的运行阻力。车辆在最大坡度7°运行时，需要的牵引力最大，此时车辆及负载的运行阻力为：Ff=G×g×cos7°×ω2。

式中：Ff为运输总物件的运行阻力，kN；G为运输物件总重量，取28.8 t；ω2为运行阻力系数，依据GB50533-2009《煤矿井下辅助运输设计规范》，取0.03。

将各数值带入公式，计算运输总物件的运行阻力为：

Ff=28.8×9.8×cos7°×0.03=8.4 kN

2) 重物的下滑力。车辆在最大坡度7°运行时，需要的牵引力最大，此时车辆及负载的下滑力为：

F1=G×g×sin7°

式中：F1为运输总物件的下滑力，kN；G为运输物件总重量，取28.8 t。

将各数值带入公式，计算运输总物件的运行阻力为：

F1=28.8×9.8×sin7°=34 kN

则系统所需要最大牵引力F=f+Ff+F1=76.4 kN，预留一定的富余系数，选定卡轨车系统牵引绞车额定牵引力为90 kN，满足使用要求。

2.3 确定改造方案

经过计算、分析，将两套卡轨车合并成一套卡轨车的方案可行，绞车牵引力为90 kN即可满足运输要求，转弯处设置两套135°水平轮组、弯轨，将两条材料大巷水平轨道连接，从而实现弯道运输，从运输效率和安全性上都有革命性的提高。

3 结 语

材料大巷卡轨车改造成功后，经过3年多的实际应用、数据统计和工况分析得出如下结论：①运输效率得到较大提高，运输一趟可节约40 min；②减人效果明显，每班能减少维护人员4人，一天减少12人次；③节能效果突出，运输每趟节约264度电，每年大约可节约475 200度电能；④经济效益可观，两套卡轨车合并成一套，可减少一套机头和机尾设备的投入，可节约200万元；减少人员的工资每年可节约72万元；每年节约的电能费用约19万元，一共可节约300万元左右。

从上述应用情况和统计数据可知，利用卡轨车驱动“二合一”，对漳村矿材料大巷运输系统进行改造，不仅在安全性方面有了明显提高，而且达到了节能减排，减人增效的预期效果。