柴油機(jī)單軌吊技術(shù)在煤礦的應(yīng)用

趙洪濤

摘 要：為了提高煤礦井下輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的效率，通過對(duì)單軌吊適應(yīng)性、巷道斷面的分析以及機(jī)車選型計(jì)算，構(gòu)建了單軌吊輔助運(yùn)輸系統(tǒng)，并提出了單軌吊輔助運(yùn)輸系統(tǒng)推廣應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié).這對(duì)改善運(yùn)輸環(huán)境、提高運(yùn)輸效率、保證運(yùn)輸安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：煤礦輔助運(yùn)輸 單軌吊

一、概述：以某礦81采區(qū)為例，因巷道輸送距離長(zhǎng)，運(yùn)輸量較大，且有多處轉(zhuǎn)彎，如果采用傳統(tǒng)絞車運(yùn)輸方式，設(shè)備投入量大，占用人工較多，安全隱患相對(duì)較大。且81采區(qū)巷道底鼓量大，采用傳統(tǒng)絞車運(yùn)輸，需進(jìn)行多次巷修工作。本文通過對(duì)傳統(tǒng)運(yùn)輸絞車與柴油機(jī)單軌吊全面論證比較，確定最終運(yùn)輸方式。

二、軌道提升設(shè)備選型計(jì)算

巷道技術(shù)參數(shù)：南翼軌道大巷 斷面B×H=5000×4300mm

81采區(qū)軌道石門 斷面B×H=5000×4300mm

81采區(qū)軌道大巷 斷面B×H=5000×4300mm

81采區(qū)軌道上山 斷面B×H=5000×4300mm，前期兼出煤。

81采區(qū)左翼采用大巷布置方式，右翼采用上山布置方式，軌道上山長(zhǎng)度為1200米，巷道坡度為10o。

工作面機(jī)、風(fēng)巷最小長(zhǎng)度1200m，最大長(zhǎng)度2000m，平均長(zhǎng)度1600m，坡度平均120，最大坡度180。安裝支架期間提升重量最大，72煤若采用一次采全高開采，需要選用ZY6800/17/36型液壓支架，整架重量為21.4t，其中最大件頂梁重量為7.2t。

物料及支架運(yùn)輸路線為：南翼軌道大巷→81軌道石門→81軌道（左翼）為電機(jī)車運(yùn)輸；81軌道右翼、采區(qū)內(nèi)部工作面為提升裝置運(yùn)輸。

該礦對(duì)前期采區(qū)輔助運(yùn)輸方式選擇了兩個(gè)方案（單軌吊和絞車）進(jìn)行了比較，具體比較方案如下。

（一）、柴油式單軌吊方案

1、柴油單軌吊布設(shè)方案

（1）、柴油機(jī)單軌吊可實(shí)現(xiàn)整架吊裝，ZY6800/17/36型支架整體尺寸6304*1430*1700mm。在81采區(qū)軌道上山生根點(diǎn)外施工一換車站，前期采用兩輛牽引機(jī)車，一輛機(jī)車服務(wù)81采區(qū)軌道上山及7105工作面風(fēng)巷，一輛機(jī)車服務(wù)7105工作面機(jī)聯(lián)巷及機(jī)巷。隨掘進(jìn)開拓單軌吊軌道延伸。后期工作面安裝期間，均采用單軌吊運(yùn)輸設(shè)備。

（2）、前期服務(wù)地點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)條件：

7105工作面下部車場(chǎng)→7105風(fēng)巷預(yù)計(jì)巷道長(zhǎng)度2200米，最大坡度12°，平均坡度約10°。

7105工作面下部車場(chǎng)→7105機(jī)巷預(yù)計(jì)巷道長(zhǎng)度1500米，最大坡度18°，平均坡度約13°。

（3）、最大設(shè)備重量及尺寸：

7105工作面將采用ZY6800-17/36型液壓支架，設(shè)備最大重量22噸，尺寸6304*1430*1700mm（長(zhǎng)*寬*高）。

（4）、單軌吊牽引力計(jì)算及機(jī)車選型：

根據(jù)柴油單軌吊設(shè)計(jì)原理，單軌吊整體運(yùn)送21.4t液壓支架，行走最大坡度18°。

①牽引力計(jì)算：

α=18°（線路最大坡度）、W1=21.4 噸（設(shè)備最大重量）、W2=9.6噸（機(jī)車自重）、W3=5.6噸（SLG8.X 系列起吊梁自重）、W4=0.5 噸（拉桿及線管重量）、f=0.03（機(jī)車運(yùn)行阻力系數(shù)）、g=9.8

F （支架需要牽引力）= （W1+W2+W3+W4） × （sin α+ f ×cos α） × g

F = （21.4+9.6+5.6+0.5） × （sin 18° + 0.03 ×cos 18° ）×9.8

=37.1×0.338×9.8

= 125KN

綜上：選用DZ22003+3型柴油機(jī)單軌吊最大牽引力140KN，滿足7105工作面的使用要求。

（5）、對(duì)巷道高度的要求：

①巷道高度要求

頂板至軌道底高度為650mm，軌道加液壓支架高度為2500mm，預(yù)留200mm的起吊距離，綜上要求巷道高度3350mm。

②起吊間及檢修間的高度要求：

起吊間的高度不低于3950mm，維修間單軌吊軌道底至底板高度為2000mm。

③物料運(yùn)輸時(shí)的總高度等于以下各項(xiàng)之和：

巷道頂板到軌道底端的高度為 650 mm

軌道底端到礦車頂部的高度為 2000 mm

底板安全運(yùn)輸距離為 200 mm

總高度=650+2000+200=2850 mm，此高度為單軌吊運(yùn)輸物料時(shí)所需巷道高度。

④人員運(yùn)輸時(shí)的總高度等于以下各項(xiàng)之和：

巷道頂板到軌道底端的高度 750mm

軌道底端到起吊梁底部的高度 750mm

人車艙高度加起吊梁 2300 mm

底板安全運(yùn)輸距離為 200mm

即總高度=750+2300+200=3250m，此高度為單軌吊運(yùn)輸人員時(shí)所需巷道高度，（以人車倉(cāng)1.620m高為例）。

（6）、運(yùn)輸效率

①、DZ2200 3+3在運(yùn)送22噸液壓支架（支架重量+設(shè)備自重=38t），行走在18度坡上時(shí)的速度為0.5m/s，由于下部車場(chǎng)以及工作面風(fēng)巷平均坡度僅為13°，從下部車場(chǎng)至工作面的平均速度設(shè)為0.8m/s?？哲嚪祷貢r(shí)速度1.5m/s。

以運(yùn)送巷道全長(zhǎng)2200米計(jì)算，運(yùn)送一臺(tái)支架往返需要80分鐘。起吊支架以及在工作面放置支架的時(shí)間和為1小時(shí)。

綜上：完成一臺(tái)支架的運(yùn)輸需要的時(shí)間大約為2.5小時(shí)，一個(gè)圓班按運(yùn)輸16小時(shí)計(jì)算，運(yùn)送支架6架。

②、DZ2200 3+3一次可以運(yùn)送礦車6輛，設(shè)總重為18噸物料時(shí)（物料重量+設(shè)備自重=33.7T），行走在平均坡度13°的坡度時(shí)，機(jī)車的平均速度設(shè)為0.8m/s. 空車返回時(shí)速度1.5m/s。endprint

以運(yùn)送巷道全長(zhǎng)2200米計(jì)算，運(yùn)送18t物料往返需要70分鐘。

③DZ2200 3+3運(yùn)輸總重量60人員+人車艙=7500kg，起吊梁重量=3500kg，總重量為21噸，行走在平均坡度13°的坡度時(shí)，機(jī)車的速度可以達(dá)到1.3m/s。

以運(yùn)送巷道全長(zhǎng)2200米計(jì)算，運(yùn)送人員時(shí)往返大約需要60分鐘。

2、柴油單軌吊的優(yōu)點(diǎn)

（1）柴油機(jī)單軌吊機(jī)車對(duì)井下條件適應(yīng)性較高，主要體現(xiàn)在體積小，機(jī)動(dòng)靈活，通過巷道斷面小，轉(zhuǎn)彎半徑小。一臺(tái)機(jī)車可以在數(shù)個(gè)工作面進(jìn)行作業(yè)。其懸吊軌道延伸比較簡(jiǎn)單，可在多岔道長(zhǎng)距離范圍內(nèi)運(yùn)輸。由于是吊掛式運(yùn)輸，與巷道底板狀況無關(guān)，除日常的運(yùn)人、運(yùn)料和運(yùn)設(shè)備以外，還可實(shí)現(xiàn)重型液壓支架的整體搬運(yùn)。

（2）單軌吊機(jī)車本身的運(yùn)載能力可以很大，且有較強(qiáng)的爬坡能力，最大爬坡角度可達(dá)30°，柴油機(jī)單軌吊機(jī)車系統(tǒng)具有較快的運(yùn)行速度，最大速度可達(dá)2.4m/s。

（3）柴油機(jī)單軌吊機(jī)車可根據(jù)不同的運(yùn)輸任務(wù)要求，選擇不同型號(hào)的專用起吊梁設(shè)備，可以靈活的完成對(duì)井下人員、材料、設(shè)備以及重型綜采設(shè)備的運(yùn)輸任務(wù)。

（4）柴油機(jī)單軌吊配備獨(dú)立的鉗型導(dǎo)向裝置，用以防止脫軌事故的發(fā)生。速度保護(hù)裝置減少了一坡三檔等防護(hù)措施。

（5）單軌吊可以實(shí)現(xiàn)支架整體運(yùn)輸至安裝地點(diǎn)。

3、單軌吊運(yùn)輸系統(tǒng)缺點(diǎn)：

（1）、由于單軌吊系統(tǒng)以柴油機(jī)為動(dòng)力，有一定尾氣排放污染。

（2）、單軌吊運(yùn)行噪音大。

（3）、單軌吊系統(tǒng)對(duì)巷道高度有一定要求，同時(shí)單軌吊軌道受巷道頂板影響較大，因頂板變形會(huì)造成單軌吊軌道變形，影響單軌吊使用。

（二）、軌道絞車方案

1、軌道絞車布設(shè)方案

掘進(jìn)開拓期間，81軌道上山需使用絞車提升物料，7105工作面在掘進(jìn)開拓施工期間，需安裝無極繩絞車提升物料。待81軌道上山施工完畢后，安裝一部軌道運(yùn)輸絞車，工作面安裝期間，因受無極繩絞車提升能力影響，需將支架解體運(yùn)輸。

2、軌道絞車的缺點(diǎn)：

由于軌道絞車需安裝在81軌道上口，在前期掘進(jìn)期間，各施工地點(diǎn)需另行安設(shè)礦用調(diào)度絞車，待81軌道施工完畢后，方可安裝。故采用軌道絞車方案存在以下缺點(diǎn)：

（1）、運(yùn)輸能力低。多部絞車運(yùn)輸環(huán)節(jié)多，時(shí)間消耗在人工多次倒車、聯(lián)車和摘掛鉤上，而且絞車本身速度不快，如JD-4型絞車為1.305m/s，因此運(yùn)輸能力相對(duì)較低。

（2）、運(yùn)輸環(huán)節(jié)多。需要多名絞車司機(jī)、車場(chǎng)信號(hào)把鉤工，效率低，人員占用量大，勞動(dòng)強(qiáng)度較大。

（3）、占用設(shè)備多。需占用絞車、開關(guān)、各種小型電器及電纜等，增加了安裝和維護(hù)工作量。

（4）、軌道系統(tǒng)受巷道底板變形影響大。

（5）、需增設(shè)多個(gè)絞車硐室、躲避硐室、打點(diǎn)硐室等。

（6）、由于使用多部絞車，易造成跑車和礦車擠人等事故。這給運(yùn)輸現(xiàn)場(chǎng)安全管理帶來了很大的難度。

（7）、絞車的安全設(shè)施較多，需配備“一坡三檔”、聲光信號(hào)等。

（8）、由于設(shè)備眾多、環(huán)節(jié)復(fù)雜，加大了安全管理的難度。

3、絞車系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：

（1）、相對(duì)單軌吊系統(tǒng)不存在尾氣排放和噪音影響。

（2）、軌道絞車使用、維修成本較單軌吊低。

（3）、軌道絞車對(duì)巷道高度及頂板質(zhì)量要求較單軌吊低。

（三）、軌道絞車及單軌吊成本投入比較

其他投入

三、結(jié)束語：

通過上述分析論證，采用柴油單軌吊系統(tǒng)在總費(fèi)用投入方面較軌道絞車運(yùn)輸方式少投入1719萬元，在運(yùn)輸效率、系統(tǒng)的安全性能方面要優(yōu)于軌道絞車運(yùn)輸方式。

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