立井提升條件下煤礦用運管車的研發(fā)與應(yīng)用

【摘要】立井管道運輸是我國礦井管道運輸所遇到新問題，在鄂爾多斯及神東地區(qū)，隨著埋藏煤層的深度加深，逐漸建造了多對井深400m以下的大型礦井，由于副井提升由平硐或斜井改為立井，這就造成了管道運輸成了制約罐籠系統(tǒng)運輸?shù)碾y題。內(nèi)蒙古鄂爾多斯永煤礦業(yè)投資有限公司與江陰市卡利格機(jī)械有限公司共同研發(fā)一種煤礦用運管車，能整體裝運6m長標(biāo)準(zhǔn)管道，且能直接進(jìn)入罐籠，不經(jīng)轉(zhuǎn)載直達(dá)工作面的長管道及其他不規(guī)則材料的運輸解決方案，來解決立井管道運輸?shù)托实钠款i問題。

【關(guān)鍵詞】立井提升；罐籠；管道；運輸；瓶頸

一、研發(fā)背景

立井管道運輸是我國礦井管道運輸所遇到新問題，鄂爾多斯永煤礦業(yè)投資有限公司馬泰壕煤礦是一對已進(jìn)入基建三期的礦井，周圍沒有在罐籠條件下實現(xiàn)不經(jīng)轉(zhuǎn)載到工作面的管道運輸?shù)慕?jīng)驗可以借鑒，管道運輸成了制約馬泰壕煤礦罐籠系統(tǒng)運輸?shù)碾y題?；趪鴥?nèi)目前沒有成熟的車種，研發(fā)小組對進(jìn)口山特維克ED7多功能車進(jìn)行了調(diào)研，并通過ED7多功能車牽引平板車能實現(xiàn)礦井管道運輸，但是，設(shè)備采購成本高，配件供應(yīng)周期長，運輸效率不高，維護(hù)復(fù)雜，運營成本太高。在這種情況下，研發(fā)小組匯集國內(nèi)防爆膠輪車專業(yè)廠家，經(jīng)過反復(fù)對黃玉川煤礦、察哈素煤礦和馬泰壕煤礦三對立井運輸環(huán)境的論證，急需研發(fā)適用于立井提升運輸管道的車輛。

二、研究內(nèi)容

1.防爆發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計、試驗；

2.安全監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計、試驗；

3.整體式運管車在煤礦的使用環(huán)境適應(yīng)，尤其是符合副立井大罐籠的運輸尺寸；

4.整體式運管車在井下大巷、工作面順槽使用的轉(zhuǎn)彎半徑、對巷道內(nèi)電纜、管路、設(shè)備的碰撞、裝卸車方便性；

5.整體式運管車運輸時，是否省工省人。

三、設(shè)計方案

設(shè)計車型是根據(jù)礦用常見的壓風(fēng)管、消防灑水管及排水管的尺寸以及井下巷道的實際情況設(shè)計的，通過安裝防爆柴油機(jī)、防爆離合器、防爆濕式制動器、防爆電氣等系統(tǒng)，適用于有瓦斯和煤塵爆炸危險的煤礦井下使用。

設(shè)計車輛結(jié)構(gòu)為整體車身、防爆柴油機(jī)、氣馬達(dá)啟動、氣壓式安全保護(hù)、防爆機(jī)械傳動、后雙輪驅(qū)動、液壓助力式偏轉(zhuǎn)前輪轉(zhuǎn)向、鋼板彈簧懸掛、帶差速器驅(qū)動橋、邊梁式車架、前后輪濕式制動、可拆卸式駕駛室、平板三開式車廂。整車在發(fā)動機(jī)、離合器、制動器、電氣系統(tǒng)等方面采取了防爆措施，符合規(guī)程中有關(guān)防爆的規(guī)定。

根據(jù)馬泰壕煤礦現(xiàn)場管路型號和重量，計算出車輛牽引力，選擇合適的防爆發(fā)動機(jī)，結(jié)合目前礦山無軌運輸車輛發(fā)動機(jī)應(yīng)用情況，本項目的發(fā)動機(jī)選擇了卡利格-一拖發(fā)動機(jī)，發(fā)動機(jī)排量為5.9L，最大功率75kW，最大扭矩，390N.m，發(fā)動機(jī)的汽缸數(shù)是6個，空氣濾清器采用帶空氣預(yù)慮的二層過濾。

車橋部分采用徐州亮羽生產(chǎn)的CJS 1250型車橋，傳動比為14.36，負(fù)荷達(dá)12000kg，另外，前橋和后橋的懸掛采用了常見的鋼板彈簧懸掛；

研制車輛的傳動變速方式采用了良宇公司3D系列的檔位無級變速，輸入功率75kW，輸入扭矩2800N.m；

制動方式采用了兩種方式，一種是工作制動，采用的是多盤濕式制動器，制動型式為彈簧制動；另一種是緊急制動，制動器也采用了多盤濕式制動器。

四、研究內(nèi)容的方案認(rèn)證

1.防爆發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計、試驗

該車設(shè)計主要由防爆柴油機(jī)及進(jìn)排氣裝置、傳動裝置、制動系統(tǒng)、氣動及安全保護(hù)系統(tǒng)、防爆電氣系統(tǒng)、駕駛室、車廂等部分組成。

設(shè)計車輛選用的柴油機(jī)，采用閉式水冷卻循環(huán)系統(tǒng)和氣壓啟動方式，安裝有空氣壓縮機(jī)、風(fēng)冷型散熱器、氣控熄火裝置及附屬裝置。

進(jìn)氣由防爆柵欄和氣控阻風(fēng)門裝置組成。排氣系統(tǒng)由排氣防爆柵欄、水冷卻排氣管及廢氣處理箱組成，排氣管采用水冷卻方式，對排氣管、廢氣處理箱及其防爆柵欄進(jìn)行了特殊設(shè)計制造，使尾氣凈化，尾氣排放溫度下降到70℃以下，滿足防爆要求。

傳動系由防爆離合器、機(jī)械變速箱、傳動軸及差速驅(qū)動橋組成。按防爆要求對飛輪殼和離合器中的外殼防爆面、撥叉軸孔及透氣散熱孔均按防爆要求進(jìn)行了設(shè)計。

制動系統(tǒng)采用雙管路氣頂液制動系統(tǒng)，主要由氣罐、雙管路制動閥、加力器、濕式多盤制動器及制動管路組成。系統(tǒng)保證一個回路失效后，另一個回路仍能正常制動，制動器為全封閉防爆型濕式多盤制動器，整個系統(tǒng)符合《煤礦用防爆柴油機(jī)無軌膠輪車技術(shù)檢驗規(guī)范》中的防爆要求，制動靈敏、安全可靠。

氣動及安全保護(hù)系統(tǒng)由空壓機(jī)、氣馬達(dá)、氣罐、安全閥、單向閥、撥動閥、機(jī)油先導(dǎo)閥、傳感器、氣缸及儀表等組成。氣動元件采用氣介質(zhì)停車保護(hù)裝置，當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時，車輛自行熄火停車，實現(xiàn)安全保護(hù)功能。（1）排氣溫度超過70℃；（2）發(fā)動機(jī)油壓低于0.15MPa；（3）發(fā)動機(jī)水溫超過98℃；（4）系統(tǒng)氣壓低于0.2MPa；（5）空壓機(jī)溫度超過160℃；（6）防爆水箱缺水保護(hù)。

2.安全監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計、試驗

設(shè)計運管車的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計主要裝有監(jiān)控儀主機(jī)、水溫傳感器、表溫傳感器、排氣溫度傳感、水位傳感器、機(jī)油壓力傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器及車載式瓦斯報警儀等，這些儀器儀表對柴油機(jī)的表溫、水溫、排溫、機(jī)油壓力、補水水位、轉(zhuǎn)速及瓦斯?jié)舛鹊冗M(jìn)行實時監(jiān)控，超標(biāo)聲光報警并自動關(guān)機(jī)；符合礦用無軌膠輪車監(jiān)控系統(tǒng)要求，同時也適合在礦井井下使用。

3.整體式運管車在煤礦的使用環(huán)境適應(yīng)，尤其是符合副立井大罐籠的運輸尺寸

無軌膠輪車的外形尺寸較大，機(jī)體重，所以要求巷道斷面寬度較大（一般不小于3.3m），最好采用錨噴、錨桿或砌碹等無支柱支護(hù)形式；巷道最小寬度應(yīng)比無軌膠輪車的寬度加寬600-1000mm，巷道最小高度應(yīng)比無軌膠輪車的高度加高300mm以上；巷道底板硬度一般為f大于等于4，在輔助運輸大巷、綜采工作面搬家通道最好采用混凝土路面，其它巷道應(yīng)嚴(yán)格沿底板開掘，并修排水溝和集水窩；大巷及工作面巷道縱向坡度不大于6度，橫向坡度不大于3-5度，局部縱向最大坡度不大于14度；巷道轉(zhuǎn)彎外半徑為7-8m；巷道通風(fēng)量不小于500m3/min；路面不平度不大于150mm。

另外，黃玉川煤礦、察哈素煤礦和馬泰壕煤礦三對副井大罐籠長度均為7700mm，而本項目設(shè)計的無軌運管車的整車長度為7600mm，同時罐籠的寬度3800mm也遠(yuǎn)大于運管車的寬度1950mm；因此，運管車可以自如的進(jìn)出罐籠，而且罐籠也可以正常的上升與下放。

4.整體式運管車在井下大巷、工作面順槽使用的轉(zhuǎn)彎半徑、對巷道內(nèi)電纜、管路、設(shè)備的碰撞、裝卸車方便性

馬泰壕煤礦井下巷道的寬度6000mm和高度4000mm遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于運管車的寬度與高度，而且大巷的路面已經(jīng)用混凝土硬化，底板強(qiáng)度也符合要求。因此，只要排出認(rèn)得因素即司機(jī)按照運管車的操作規(guī)程進(jìn)行操作，車輛不會擠壓巷道內(nèi)的電纜和管路，也不會碰撞井下設(shè)備，造成損壞。

運管車的裝料車廂的長度與排水壓風(fēng)管路的長度基本相同，而且在車廂的兩側(cè)各有幾根高約500mm的立柱，立柱采用插入式，當(dāng)需要裝卸管路時可將立柱拔出，待管路裝卸完畢后將立柱插上，這樣一來就不需要使用繩索對管路進(jìn)行固定，在裝卸過程中就省略一道工序，省人省時；同時由于立柱的固定作用，在運輸過程中管路也不會因為車輛的震動而落下，安全可靠。

5.整體式運管車運輸時，是否省工省人

目前，國內(nèi)立井運輸管道的車輛一般主要有兩種，一種是運平板車（無驅(qū)動），這種運輸車需要在立井上、下各放置一臺專門的驅(qū)動車輛，且每次都要與平板車進(jìn)行連接和卸載；另一種是無軌膠輪運輸車，這種車輛驅(qū)動部位較長，車廂較短，無法整體下放和運輸6m長管路。

本項目研發(fā)的整體式運管車，實現(xiàn)了6m管道整體下放，以運輸Φ108×6m管路為例，新研制的整體式運管車一次可運輸20-25根，若使用一般防爆車輛運輸則需要4輛車，故運輸一次節(jié)約原有車輛3輛。這樣不僅減少了中間環(huán)節(jié)的人員搬運及安全隱患的不安全因素，同時也為節(jié)能減排解決了不必要消耗，大大地提升了井下管路運輸?shù)墓ぷ餍省?/p>

目前，內(nèi)蒙古鄂爾多斯永煤礦業(yè)投資有限公司共有整體式運管車2輛，截止2014年1月1日，已使用近18個月，且應(yīng)用效果非常好，很好的解決了礦井運輸管路的問題，為公司每年節(jié)省人工和車輛維護(hù)保養(yǎng)費合計約39.6萬元。

整體式運管車的研發(fā)與應(yīng)用，克服了立井提升的瓶頸限制，對立井提升來說，管路不經(jīng)轉(zhuǎn)載，就可以直接下放運輸?shù)骄鹿ぷ髅?，?jié)省了很多的人力、物力和財力，同時極大地降低了礦井無軌運輸?shù)牟话踩蛩?。因此，整體式運管車運輸?shù)陌l(fā)展及普及是勢在必行，日后必將被煤炭行業(yè)所青睞。

作者簡介：鄭海平（1985—），男，河南周口人，助理工程師，現(xiàn)供職于內(nèi)蒙古鄂爾多斯永煤礦業(yè)投資有限公司，主要從事于礦山電氣及機(jī)械專業(yè)的技術(shù)工作。