单轨吊在煤矿井下辅助运输中的应用

任城城

（山西焦煤汾西矿业集团曙光煤矿， 山西 孝义 032300）

0 引言

近年来，随着煤矿开采强度以及采深不断增加，煤矿开采煤层赋存地质条件更趋复杂，煤层倾角大、松软以及地质构造影响显著等问题凸显，给煤炭高效开采带来一定制约。煤矿辅助运输使用的电机车、调度绞车等方式存在运输效率低、辅助人员多、安全隐患大以及事故发生率高等问题，制约煤矿井下高效运输[1-2]。单轨吊是一种较为先进的辅助运输方式，能够适应复杂地质条件辅助运输需要，同时显著提升辅助运输效率、安全保障能力，减少辅助运输人员数量，在煤矿井下辅助运输中的应用呈不断增加趋势[3]。山西煤矿经过多次技改，井下已形成完备的机械化辅助运输系统，调度绞车、无极绳绞车、电机车以及架空乘人装置等均有应用，由于井下采掘范围较大，辅助运输需要多种方式搭接，导致运行效率低下且辅助运输人员较多，因此选用合理的辅助运输方式对提升该矿设备、物料等运输效率，安全保障能力等均有显著的促进作用。该矿经过考察、调研，决定推广引用单轨吊进行辅助运输，以期提升辅助运输效率、安全保障能力并降低运输成本，为煤炭高效回采创造良好条件。

1 单轨吊运输系统结构

单轨吊运输系统是采用锚杆、锚索等将运行轨道固定到巷道顶板上，通过采油机、井下压风以及蓄电池机车等牵引辅助运输设备移动，从而实现运输[4-5]。单轨吊机车结构组成如图1 所示，主要包括轨道部分、起吊梁部分以及机车部分等。

图1 单轨吊结构示意图

根据单轨吊机车牵引方式，可细分为柴油机单轨吊、风动单轨吊、蓄电池单轨吊以及钢丝绳牵引单轨吊等。柴油机单轨吊具备牵引力大、爬坡能力强，可满足大型设备（如支架、采煤机大型配件等）运输需要，但是也面临投入大、维护成本高、尾气排放污染等问题；蓄电池单轨吊虽然在续航能力、牵引力以及爬坡能力等方面不及柴油机单轨吊，但是运行过程中不产生尾气、投入及维护较小，在井下应用也较为广泛。

2 矿井现有单轨吊设备分析

2.1 工程现状

现阶段6302 综采工作面回采巷道、切眼等均已掘进完毕，准备采面综采设备安装工作。6302 综采工作面回采3 号煤层，煤层厚度均值3.3 m、倾角0～9°，顶底板岩性以粉砂岩、石灰岩为主，较为稳定，采面开采范围内地质构造发育。6302 综采工作面设计采用170 组型号ZF8000 中间支架、7 组型号均为ZFG9600 排头（排尾）支架，支架有效支撑高度介于2.0～3.8 m，采用的液压支架外形长宽高分别为7.6 m、1.43 m、2.0 m，质量约为25.5 t。

2.2 单轨吊类型选择

6302 综采工作面井下辅助运输路线长度为3 690 m，巷道底板起伏一般在7°以内，最大坡度为12°，辅助运输中运输的最大设备为综采支架，液压支架质量为25.5 t，因此要求采用的单轨道机车牵引装置牵引力应超过80 kN、系统制动力应超过130 kN；为实现高效运输需要，在材料运输时要求每8 h 效率达到30 车、支架运输时要求每8 h 完成5 架。单轨吊运输时综合考虑无轨胶轮车、无极绳绞车等设备运行、井下巷道布置等情况，单轨吊铺设路线拐弯较多。综合考虑，选用的单轨吊设备类型包括DX100 蓄电池单轨吊、DZ2200 柴油机单轨吊，具体选用的单轨吊技术参数见表1。

表1 单轨吊技术参数

在单轨吊运输时采用的辅助设备包括有：

1）液压起吊梁。该设备随车配备，使用的起吊梁规格覆盖4～32 t，可满足井下重型设备起吊、运输需要。

2）配备的材料集装箱型号为JZX-4，与起吊梁相互配合可实现侧翻卸载，同时可在平板车上运输使用，用以装载运输散件材料、小型机电设备等。

3）轨道选用I140E 型，轨道单位长度质量23 kg/m，直线轨单节长度为3 m，曲线轨曲率半径为4 m。轨道铺设采用锚杆悬吊方式，单个悬吊点包括2 根规格Φ22 mm×260 mm 螺纹钢锚杆、小横梁（11 号工字钢），单节轨道两端用单链或双链（根据现场情况选择）吊挂到巷道顶部，从而使得单轨吊列车重量可均匀分散至各悬吊点上，具体轨道悬吊情况如图2 所示。按照单轨吊机车运输最大载荷计算，单根锚杆承受的最大载荷为2.13 t，使用的悬吊锚杆锚固力超过10 t，因此可满足轨道悬吊需要。

图2 轨道悬吊示意图

4）单轨道运行时需要一定的供风。当选用柴油机单轨吊时，柴油机排放出的尾气中含有NO、CO 等气体，不仅污染井下环境而且容易导致有害气体超限。因此，柴油机单轨吊运行路线中，巷道应有足够的风流，以便稀释有害气体浓度。选用柴油机单轨吊时，运行一台机车供风量最少为7.26 m3/min，同时运行3 台单轨吊机车时则供风量至少为21.78 m3/min。矿井采面供风量设计为26 m3/min、掘进工作面初期供风量为35 m3/min，辅运大巷供风量为36 m3/min，巷道供风量可满足单轨吊机车通风需要。

2.3 单轨吊应用实践

将单轨吊应用到6302 综采工作面辅助运输中，布置的单轨吊不仅负责液压支架运输，而且需要运输刮板输送机、开关、电缆、乳化泵、破碎机以及转载机等设备。

根据6302 综采工作面现场条件，构建的辅助运输路线如图3 所示，具体运输线路为进风立井→井底车场→东井区南辅助运输大巷→6302 措施巷→63021 巷→采面切眼，巷道运输路线总长3 690 m。在6302 综采工作面辅助运输中，采用2 台型号EDZ2200 柴油机单轨吊、1 台型号DX100 蓄电池单轨吊进行辅助运输，具体单轨吊辅助运输设备配备情况见表2。

表2 单轨吊辅助运输设备配备情况

图3 6302 综采工作面辅助路线

在单轨吊运输过程中，应遵循下述要求：

1）单轨吊机车运行速度。在单轨吊运输液压支架、采煤机零部件、破碎机等负载较大的设备时，运行速度应控制在1 m/s 以内；当单轨吊通过道岔、弯道、风门、巷道交叉口等位置时，车速控制在0.5 m/s 以内。

2）起吊梁。DX100 蓄电池单轨吊配合轻型梁运输质量6 t 以下设备、零部件；当运输设备及零部件质量介于6～14 t 时，采用DX100 蓄电池单轨吊配合重型梁运输；当运输的设备及零部件质量超过14 t 时，必须选用EDZ2200 柴油机单轨吊并配合起吊梁运输。

2.4 现场应用效果

相对于矿井以往采用的液压绞车接力运输而言，采用单轨吊对采面大型设备进行运输、安装，可显著提升设备运输效率、安全保障能力，明显减少辅助运输人员数量以及运输时间。现场统计发现，运输效率可提升30%以上，可满足6302 综采工作面设备高效运输需求。

在单轨吊辅助运输过程中，未出现轨道固定不牢固、机车运行故障、悬吊链断裂、机车运行超速等问题，单轨吊辅助运输系统始终保持平稳运行。单轨吊在6302 综采工作面辅助运输实践表明，单轨吊具备的操作灵活、安全性好、运输效率高等优势，可显著提升矿井辅助运输效率，为采面煤炭安全高效回采创造良好条件。

3 结语

在矿井生产过程中，采用单轨吊进行辅助运输，可显著提升井下所需材料、设备等运行效率，同时避免传统液压绞车搭接运输存在的效率低、辅助人员数量多、安全风险高等问题。对单轨吊结构进行分析，并结合矿井现场条件选择单轨吊类型及布置方案。在6302 综采工作面设备运输应用表明，单轨吊系统应用平稳、辅助运输成本低、效率高，可为采面在早日投产争取时间。

在单轨吊未铺设巷道内，为充分发挥单轨道辅助运输优势，应强化其他辅助运输与单轨吊间的配合，强化矿井辅助运输管理以及自动化控制水平，在现有基础上进一步提升辅助运输效率。