東瑞煤業(yè)礦用防爆蓄電池單軌吊輔助運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

王 鋼

（煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)有限公司，山西 太原 030001）

引言

目前，我國(guó)煤礦輔助運(yùn)輸技術(shù)發(fā)展很不平衡。隨著綜采、綜掘等現(xiàn)代化煤機(jī)裝備的快速發(fā)展，輔助運(yùn)輸?shù)臏笠呀?jīng)嚴(yán)重制約部分煤礦的生產(chǎn)，成為煤礦生產(chǎn)的薄弱環(huán)節(jié)。

單軌吊機(jī)車運(yùn)輸作為一種比較先進(jìn)的煤礦輔助運(yùn)輸模式，能夠有效緩解煤礦輔助運(yùn)輸?shù)碾[患多、占用人員多、環(huán)節(jié)多、效率低等實(shí)際難題[1-2]。

1 工程概況

山西古縣東瑞煤業(yè)有限公司原設(shè)計(jì)井下輔助運(yùn)輸采用無(wú)極繩連續(xù)牽引車完成，由于無(wú)極繩運(yùn)輸換裝環(huán)節(jié)多、連續(xù)性差等缺陷的存在,該礦要求對(duì)輔助運(yùn)輸方式進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

為了提高礦井輔助運(yùn)輸連續(xù)性及設(shè)備安全性，減輕工作人員體力消耗，提高工作效率[3]，并結(jié)合礦井自身的實(shí)際條件情況，設(shè)計(jì)認(rèn)為該礦采用單軌吊機(jī)車作為輔助運(yùn)輸方式較為合理。

2 單軌吊輔助運(yùn)輸系統(tǒng)特點(diǎn)

2.1 安裝方面

單軌吊軌道安裝簡(jiǎn)單，只需在頂板上，每3 m 打兩根錨桿，直接將單軌道掛上就行，而且軌道的重復(fù)使用率高。軌道系統(tǒng)安裝完成后只需將機(jī)車掛軌即可投入使用且無(wú)需設(shè)置防跑車裝置等系統(tǒng)。

2.2 性能方面

1）裝卸貨物方便，物料自動(dòng)卸料。單軌吊助運(yùn)輸避免了人員在井下長(zhǎng)距離行走、物料的多次倒鉤、散料的扛運(yùn)、大型設(shè)備的周轉(zhuǎn)困難等難題，在降低勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，提高了安全性，避免軌道運(yùn)輸?shù)牡舻馈⑴苘嚨仁鹿?。單軌吊單臺(tái)行駛，制動(dòng)效果良好，出現(xiàn)特殊情況時(shí)可緊急制動(dòng)，不會(huì)出現(xiàn)軌道運(yùn)輸出現(xiàn)的掉道、跑車、斷繩等事故。

2）運(yùn)輸靈活，不受底板限制，可以直接運(yùn)輸?shù)焦ぷ髅妗?/p>

3）具有起吊功能，在井下可隨時(shí)隨地進(jìn)行起吊作業(yè)，這是單軌吊利用其在頂板上運(yùn)行的條件所獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)。

4）單軌吊具有放皮帶、放電纜等功能，

5）單軌吊具有運(yùn)送人員和物料相互作業(yè)的功能，可一機(jī)多用，運(yùn)輸人員和物料互換方便。

6）在人員配備方面，單軌吊一臺(tái)配備人員2～3人即可，為礦井減員增效提供有力保障。

7）在維護(hù)保養(yǎng)方面，軌道方面基本不用維護(hù)。單軌吊機(jī)車維護(hù)方面，每天進(jìn)行一次檢修和充電即可，充電全部是智能化，無(wú)需人員值守。

綜上所述：結(jié)合東瑞煤業(yè)實(shí)際情況，為了提高礦井輔助運(yùn)輸設(shè)備安全性、運(yùn)輸連續(xù)性，同時(shí)能夠減輕工作人員體力消耗，提高工作效率，設(shè)計(jì)認(rèn)為該礦采用單軌吊作為輔助運(yùn)輸方式是可行的，設(shè)計(jì)對(duì)單軌吊機(jī)車進(jìn)行設(shè)計(jì)選型。

3 單軌吊輔助運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

巷道頂板較好，巷道的寬度和高度都符合安裝單軌吊要求，而且在不拆除現(xiàn)有的地軌情況下就能進(jìn)行安裝，不影響現(xiàn)有地軌的正常運(yùn)輸，等單軌吊軌道全部安裝調(diào)試完成后方可拆除，或者作為后期大巷輔助運(yùn)輸繼續(xù)保留都可以。

3.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

井底車場(chǎng)、軌道大巷、首采工作面采用單軌吊機(jī)車連續(xù)運(yùn)輸，擔(dān)負(fù)物料、設(shè)備、人員及大件運(yùn)輸，以及將來(lái)的其他采掘工作面所需物料、設(shè)備及人員運(yùn)輸任務(wù)。

1）礦井工作制度：年工作日330 d，每天四班作業(yè)，三班生產(chǎn)，一班準(zhǔn)備。

2）最大班提升量：最大班下井工人為56 人；運(yùn)送材料為7 箱；其他為5 箱；運(yùn)輸最重件重量為20 t。

3）起吊設(shè)備：運(yùn)矸時(shí)，由6 t 起吊梁吊掛運(yùn)輸，自重800 kg，每根起吊梁可吊掛一輛集裝箱（礦車），每列車牽引數(shù)為3 臺(tái)6 t 起吊梁組列，一列最多吊掛運(yùn)輸3 箱集裝箱。運(yùn)人由15 人人車組列，自重1 000 kg，每列車牽引數(shù)為3 部15 人人車組列，一列最多運(yùn)送45 人。運(yùn)大件時(shí)，由25 t 起吊梁吊掛運(yùn)輸，自重1 700 kg，每列車牽引數(shù)為1 臺(tái)25 t 起吊梁組列，一列最多吊掛運(yùn)輸一臺(tái)液壓支架。單軌吊車運(yùn)人組列和運(yùn)料組列方式如圖1 所示。

圖1 單軌吊運(yùn)人和運(yùn)料吊裝示意圖

4）運(yùn)輸線路：從井底車場(chǎng)（0.42 km，其中最大坡度5°）→軌道大巷（1.26 km，其中最大坡度12°）→2101 首采工作面輔助運(yùn)輸聯(lián)巷→2101 首采工作面回風(fēng)順槽和運(yùn)輸順槽（1.39 km，其中最大坡度5°），最遠(yuǎn)工作距離為3.07 km。運(yùn)輸路徑如圖2 所示。

3.2 設(shè)備選型

首先對(duì)設(shè)備能力進(jìn)行計(jì)算。

初步選擇DX100 型防爆蓄電池單軌吊車，最大牽引力100 kN；制動(dòng)力Fz=150 kN；最大速度為2.0 m/s；運(yùn)行最大坡度12°

3.2.1 機(jī)車牽引力F 的校驗(yàn)

式中：T1為機(jī)車質(zhì)量，11.3 t；T2為起吊梁或人車質(zhì)量；T3為吊運(yùn)質(zhì)量；α 為運(yùn)輸線路最大坡度，12°；ω為機(jī)車運(yùn)行阻力系數(shù)，0.03；k 為富裕系數(shù)，1.15。則：運(yùn)送液壓支架需用牽引力F大=88.3 kN＜100 kN，機(jī)車牽引力滿足要求。

運(yùn)送矸石、材料時(shí)需用牽引力F矸=58.3 kN＜100 kN，機(jī)車牽引力滿足要求。

圖2 運(yùn)輸路徑

運(yùn)送人員時(shí)需用牽引力F人=47.9 kN＜100 kN，機(jī)車牽引力滿足要求。

3.2.2 機(jī)車防滑（下滑力F下滑）計(jì)算

則：

運(yùn)送液壓支架時(shí)下滑力F大=57.75 kN，防滑系數(shù)，滿足要求。

運(yùn)送矸石時(shí)下滑力F矸=38.2 kN，防滑系數(shù)K=3.93＞2，滿足要求。

運(yùn)送人員時(shí)下滑力F人=31.3 kN，防滑系數(shù)K=4.79＞2，滿足要求。

3.2.3 最大班作業(yè)時(shí)間的計(jì)算

運(yùn)輸總距離3 070 mDX100 蓄電池單軌吊運(yùn)輸人員的平均速度約1.2 m/s，空載運(yùn)行平均速度約1.5 m/s。

每次提升人員循環(huán)時(shí)間：Tq人員=（3070÷1.2+3070÷1.5）/3 600=1.28 h。

DX100 蓄電池機(jī)車運(yùn)輸人員一趟需1.28 h。

運(yùn)人車配3 部15 人人車，運(yùn)輸人員1 臺(tái)車1 趟可運(yùn)輸人員為45 人，56 人用單車運(yùn)行兩趟。

運(yùn)輸物料總距離為3 070 m。

DX100 蓄電池單軌吊運(yùn)輸物料或矸石平均速度約1.2 m/s，空載運(yùn)行平均速度約1.5 m/s。

每次提升物料循環(huán)時(shí)間：Tq物料=（3 070÷1.2+3 070÷1.5）/3 600=1.28 h。

DX100 蓄電池機(jī)車運(yùn)輸物料一趟需1.28 h。

運(yùn)輸物料1 臺(tái)車1 趟可運(yùn)輸運(yùn)輸物料3 箱。2臺(tái)車運(yùn)輸2 趟可運(yùn)完12 車物料。

則總運(yùn)輸時(shí)間為（2+2）×1.28 h=5.12 h。

3.2.4 單軌吊車臺(tái)數(shù)的確定

選用DX100 型防爆型蓄電池單軌吊車2 臺(tái)。需運(yùn)支架時(shí)抽1 臺(tái)車裝備25T 梁運(yùn)輸，運(yùn)料（人）車變?yōu)? 臺(tái)。

4 設(shè)備參數(shù)

4.1 礦用防爆蓄電池單軌吊機(jī)車參數(shù)

型號(hào)為DX100/60P，牽引電機(jī)功率為10×6 kW，最大牽引力為100 kN，緊急制動(dòng)力為150 kN，最大運(yùn)行速度為2.0 m/s，限定速度為2.3 m/s，適應(yīng)坡度為≤18°，通過(guò)最小曲率半徑為4 m/10 m（水平/垂直），總傳動(dòng)比為27.58。

4.2 其他參數(shù)

牽引電機(jī)型號(hào)為TBVF-6/4YC（180），防爆特殊型電源裝置為DXT240/560，制動(dòng)方式為機(jī)械、電氣，水平軌道偏移角度為±1°，垂直軌道自水平位置偏移角度為±3.5°，運(yùn)行軌道滿足DIN 20593 標(biāo)準(zhǔn)的I140E、I140V 軌道，工作溫度范圍為-20～40 ℃，蓄電池電源箱為鉛酸電池（單體電池容量560 Ah×240 V，兩組，一組使用，一組備充）。

5 結(jié)語(yǔ)

山西古縣東瑞煤業(yè)有限公司原設(shè)計(jì)井下輔助運(yùn)輸采用無(wú)極繩連續(xù)牽引車完成，由于無(wú)極繩運(yùn)輸換裝環(huán)節(jié)多、連續(xù)性差等情況,對(duì)輔助運(yùn)輸方式進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。為了提高礦井井下輔助運(yùn)輸連續(xù)性、設(shè)備安全性，減輕工作人員體力消耗，提高工作效率，決定采用單軌吊機(jī)車作為井下輔助運(yùn)輸方式并進(jìn)行設(shè)計(jì)選型。目前該礦單軌吊已安裝并投入使用。