芻議柴油機單軌吊機車在廣西煤礦首次應用

龐中元　王翔　李建升

【摘 要】煤礦井下運輸輔助設備在礦井作業(yè)中的應用越來越廣泛，從傳統的礦用絞車、電機車、膠輪車、無極繩發(fā)展到先進的柴油機單軌吊機車，其運輸技術越來越成熟，極大地提高了礦井運輸效率，切實保障礦井運輸安全，提升了礦井的經濟效益。文章概述了柴油機單軌吊機車的特點、構成及功能，分析其使用的安全性和效益優(yōu)勢，闡述其環(huán)境的適應性和使用經驗，以供同行參考。

【關鍵詞】柴油機單軌吊機車；運輸技術；安全性；經驗

【中圖分類號】TD524 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）02-0067-03

0 前言

煤礦井下運輸輔助設備在礦井作業(yè)中的應用越來越廣泛，從傳統的礦用絞車、電機車、膠輪車、無極繩發(fā)展到先進的柴油機單軌吊機車，其運輸技術越來越成熟。每種運輸輔助設備的使用各有特點和環(huán)境條件要求，比如礦用絞車運輸適應巷道環(huán)境多，但使用安全性差；電機車、膠輪車、無極繩運輸大多數使用在水平大巷，但也有其局限性；而柴油機單軌吊機車運輸既適應巷道環(huán)境多，又具備安全性和高效率的優(yōu)點。2016年10月，百色百礦集團有限公司東懷煤礦在3I12～3I15綜采工作面搬家運輸綜采“三機”設備成功應用了柴油機單軌吊機車，在廣西煤礦屬首次應用。下面概述柴油機單軌吊機車的特點、構成及功能，分析其使用的安全性和效益優(yōu)勢，并闡述其環(huán)境的適應性和使用經驗，以供同行參考。

1 柴油機單軌吊機車概述

1.1 特點

柴油機單軌吊機車是一種多功能、高效率、多用途的煤礦井下運輸輔助設備，機車行駛于懸吊在巷道頂板I型專用軌道上，用防爆柴油機為牽引動力，能夠完成井下設備的吊裝和運輸工作。主要特點如下：①適用平巷和斜巷的連續(xù)不轉載運輸，其運送載荷不受巷道底板變化限制，可在各種豎曲線、平曲線、多彎道、多起伏運行[1]；②可完成從采區(qū)車場至工作面不轉載、運輸大巷和采區(qū)巷道連在一起的輔助運輸作業(yè)；③運行靈活，保護齊全，制動可靠，爬坡力強，效率高，一臺可多岔道多支線直達運輸，能直接進入工作面；④整機重量輕，占用空間小，起吊操作簡單，裝卸方便，用人少，工作強度低。

1.2 構成

柴油機單軌吊機車主要由駕駛室1（前、后各1個）、驅動部2（含液壓馬達、彈簧制動閘）、冷卻單元3、主機部4（含柴油發(fā)動機、液壓泵站）、連接件5（含鏈接桿、“I”形軌道）、起吊部6（含液壓葫蘆、起吊橫梁）等組件構成（如圖1所示）。

1.3 功能

1.3.1 動力系統

（1）工作原理：采用D924T-EX型四缸四沖程直噴式防爆柴油發(fā)動機[2]，依靠液壓蓄能器存儲壓力啟動，配置有水冷渦輪增壓器和機械噴射泵設備，進氣通過二級空氣干濾器吸收異物，再經增壓器進入壓縮缸，采用水循環(huán)冷卻方式工作。

（2）燃油控制：燃油箱使用快速釋放耦合器以自由落體式進行燃油加注，與蓄能器之間的油氣混合物可以通過連接二級管路進行補償，配置有油位指示器。

（3）排氣裝置：柴油發(fā)動機排出的廢氣經過廢氣渦輪水冷增壓器后，進入水冷排氣雙層管，由廢氣冷卻箱冷卻后排出，配置有排氣溫度傳感器保護功能。

1.3.2 液壓系統

（1）作用原理：柴油機單軌吊機車的驅動裝置包括液壓泵和液壓馬達，并形成一個封閉的液壓回路。具有綜合性供給泵的軸向活塞泵作為液壓傳動系統的驅動泵，最大泵壓為20 MPa。

（2）驅動作業(yè)：定量閥啟動后通過改變水泵排量來增加柴油機轉速，配置有速度控制模塊的軸向活塞泵具有防止柴油機過載的保護功能。配置的功率閥具有限制其位移角度和液壓泵吸入量的功能，能減少操作桿位移，機車相應減速運行。

（3）起吊裝置：只有柴油機單軌吊機車處于制動停車、發(fā)動機處于啟動工作狀態(tài)并把點火鑰匙拔出的情況下，才能使用起吊裝置作業(yè)。配置的限壓閥控制起吊橫梁回路壓力為12 MPa。

1.3.3 電氣系統

（1）工作原理：電氣設備主要包括耐壓發(fā)電機、供用電安全裝置和電源箱。三相耐壓發(fā)電機采用自勵式，配置有校準器并有可控負載獨立輸出電壓24 V。

（2）安全控制：能夠安全傳輸并顯示機車的運行情況及信號警報，監(jiān)測運行與維修操作相關的參數，并通過七段顯示裝置中的LED燈顯示。配置有甲烷（瓦斯）傳感器檢測。

（3）過載保護：具有防短路保護功能，可以在電流為9 A的恒定狀態(tài)下加載，一旦出現短路故障，將限制短路電流到3 A。

1.3.4 滅火系統

車載式自動滅火系統配置有12 kg滅火器罐，不需要提供任何電源，隨時可投入使用。如果發(fā)生火災，該滅火器的內部推進儲氣筒將被觸動，然后對滅火劑實施加壓，使其分散到主機部的噴嘴里面。該自動觸發(fā)器將通過附在主機部分臨界點位置的熱感氣動觸發(fā)單元來完成滅火操作。該熱感氣動觸發(fā)單元還裝配有推進儲器罐。一旦發(fā)生火災，隨著溫度的上升，當溫度上升到140 ℃的時候，將觸發(fā)儲氣罐，此外在主機部分的前端還安裝有一個手動空氣觸動元件，該觸動元件同樣也裝配有推進儲氣罐。液壓截止閥的啟動將停止柴油機的運行，并且通過空氣觸動元件閉合進氣閥。

2 選型計算

2.1 依據

2.1.1 單件重量

東懷煤礦井下3I12綜采工作面的設備主要有液壓支架、采煤機、刮板機、轉載機、液壓泵站、移動變電站等，單件運輸最重的設備是液壓支架，型號為ZY3800/

15/35，約12 t。

2.1.2 巷道坡度

東懷煤礦井下3I12～3I15綜采工作面的運輸巷道上有拐彎、上下坡、平巷，總長度約1.8 km，其中3處是拐彎巷道，拐彎半徑約9 m，2處是上下坡巷道，坡度約14°，3處是水平巷道。

2.2 計算

2.2.1 選型

根據選型依據，選擇山東新沙單軌運輸裝備有限公司（德國沙爾夫集團）生產的DZ1800（3+3）型柴油機單軌吊機車，其主要技術參數[3]見表1，東懷煤礦在井下安裝使用方法如圖2所示。

2.2.2 驗算

根據DZ1800（3+3）型柴油機單軌吊機車技術參數，機車自身重量為9 000 kg，單件運輸最重設備是液壓支架，重12 000 kg；選定I140E型專用軌道，摩擦系數為0.2，重力加速度取9.8；根據力學公式計算載荷拉力約89 kN，小于額定牽引力140 kN；計算防下滑力約9.5 kN，遠小于額定制動力192 kN；安全系數達10倍，符合運力安全要求。

載荷拉力：

F=（m1+m2）×（sina+u×cosa）×g

=（12 000+9 000）×（sin14°+0.2×cos14°）×9.8

≈89 kN<140 kN

防下滑力：

Q=（m1+m2）×（sina-u×cosa）×g

=（12 000+9 000）×（sin14°-0.2×cos14°）×9.8

≈9.5 kN<192 kN

3 使用評價

3.1 提高安全效率

以往的綜采工作面搬家運輸設備大多使用礦用絞車，平巷用JD-11.4（25、40）kW調度絞車，斜巷用JH-14（20、30）T回柱絞車。按照東懷煤礦3I12～3I15綜采工作面搬家運輸線路的情況，需要安裝調度絞車6臺，回柱絞車4臺，這樣僅是絞車司機每班就要安排10人工作。此外，運輸線路轉載地方有4處，每處安排4人接力，每班需要16人。應用柴油機單軌吊機車運輸后，每班司機2人，裝卸地方有2處，每處安排2人，每班需要4人即可，平均每班能來回運輸設備8趟以上，極大地提高了作業(yè)效率。

以往使用礦用絞車搬家運輸設備時，礦用絞車時有交叉作業(yè)，鋼絲繩時有拉斷彈起傷人事故，特別是在斜巷運輸液壓支架時，平板車車輪掉軌造成液壓支架側翻事故時有發(fā)生，安全隱患多。應用柴油機單軌吊機車運輸后，從根本上消除了這些安全隱患。同時，機車操作工序簡便，用工較少，切實保障了作業(yè)安全。不足之處是機車工作時排出的廢氣有少量污染異味，這需要加強運輸巷道的通風管理。

3.2 經濟效益明顯

按照東懷煤礦3I12～3I15綜采工作面搬家運輸線路的情況，整條巷道長度約1.8 km，使用礦用絞車運輸設備在正常情況下，搬完3I12綜采工作面整套設備預計34 d。應用柴油機單軌吊機車運輸后，僅用23 d就搬完了，提前11 d完成任務。據統計，3I15綜采工作面（長度150 m×煤厚2.5 m）平均每天可產煤1 500 t，按市價每噸300元計，可增收495萬元；每班作業(yè)人員減少20人，按每天200元計，可節(jié)支40.8萬元；購置柴油機單軌吊機車僅用230萬元，經濟效益凸顯。

4 應用建議

柴油機單軌吊機車在東懷煤礦3I12～3I15綜采工作面搬家投運，經過1個月的使用證明，運行效果良好，既提高了運輸的安全可靠性和作業(yè)效率，又減少了操作和維護人員，達到了安全生產和增效的目的，具有推廣前景和借鑒意義。應用建議：一是考慮巷道頂板泥沙巖、錨固條件及巷道寬度、高度是否滿足條件，一般要求巷道斷面尺寸為2.5 m×2.8 m以上；二是盡可能地安裝在進風巷使用，減少環(huán)境粉塵、水霧和溫度對機車運行的影響；三是考慮機車選型的通用適應性，在設計布置巷道時考慮同一礦井不同煤層、運輸大巷與采區(qū)之間互通互聯形成網絡化，便于提高機車的使用率。

參 考 文 獻

[1]謝子家，李建升.DC120Y柴油機單軌吊機車的研制與應用[J].山東煤炭科技，2011（5）：51-52.

[2]MT/T 883—2000，柴油機單軌吊機車中國煤炭行業(yè)標準[S].

[3]山東新沙單軌運輸裝備有限公司.柴油機單軌吊機車使用說明書[Z].2012.

[責任編輯：陳澤琦]