單軌吊車在煤礦輔助運(yùn)輸中的應(yīng)用

霍 磊 王 輝 王 巖 王 勇

(1.山東能源集團(tuán)有限公司，山東省濟(jì)南市，250014；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，江蘇省徐州市，221008；3.山東能源棗礦集團(tuán)，山東省棗莊市，277000)

Huo Lei 1，2，Wang Hui 1，Wang Yan1，Wang Yong3

(1.Shandong Energy Group Co.，Ltd.，Jinan，Shandong 250014，China；2.China University of Mining and Technology，Xuzhou，Jiangsu 221008，China；3.Shandong Energy Zaozhuang Mining Group Co.，Ltd.，Zaozhuang，Shandong 277000，China)

目前，煤礦井下煤炭運(yùn)輸已形成了以帶式輸送機(jī)為主的連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)，與煤炭運(yùn)輸相比，井下輔助運(yùn)輸還未形成一種相對(duì)固定的模式，傳統(tǒng)以絞車為主的輔助運(yùn)輸方式已不能實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸?shù)倪B續(xù)化，從而導(dǎo)致效率低下且存在安全隱患，嚴(yán)重制約了礦井的生產(chǎn)效率和安全生產(chǎn)。為了適應(yīng)現(xiàn)代化礦井的快速發(fā)展，尋求和探索一種安全高效的新型輔助運(yùn)輸設(shè)備和方式顯得尤為重要。

1 傳統(tǒng)輔助運(yùn)輸方式存在的問(wèn)題

煤礦傳統(tǒng)井下輔助運(yùn)輸主要以架線電機(jī)車和絞車運(yùn)輸為主，而這兩種方式在實(shí)際運(yùn)行中均存在一定的安全問(wèn)題。

1.1 架線電機(jī)車運(yùn)輸存在的問(wèn)題

(1)架線電機(jī)車運(yùn)行時(shí)，其集電器與架線經(jīng)常摩擦產(chǎn)生出較大的火花，因此架線電機(jī)車不能進(jìn)入有煤與瓦斯突出的礦井和瓦斯噴出區(qū)域，同時(shí)它的實(shí)際運(yùn)行坡度一般不能大于5‰，使用范圍受到很大限制。

(2)電機(jī)車架線高度由于受到巷道高度的限制，會(huì)出現(xiàn)作業(yè)人員或所攜帶的工具觸碰到架線導(dǎo)致觸電事故的發(fā)生。

(3)架線電機(jī)車會(huì)產(chǎn)生雜散電流，當(dāng)雜散電流過(guò)大時(shí)可能會(huì)引爆雷管或?qū)е峦咚购兔簤m爆炸。

1.2 絞車運(yùn)輸存在的問(wèn)題

(1)絞車在提升過(guò)程中存在斷繩跑車的危險(xiǎn)，操作人員在頻繁摘掛鉤和倒換滑頭時(shí)，人身安全常常受到威脅。

(2)在井下條件復(fù)雜、坡度起伏較大或較長(zhǎng)的巷道中，采用絞車運(yùn)輸時(shí)常常需要多部小絞車接力提升，從而導(dǎo)致運(yùn)輸設(shè)備多和運(yùn)輸環(huán)節(jié)多，每個(gè)環(huán)節(jié)都需要多名絞車司機(jī)和把鉤工，最終導(dǎo)致輔助運(yùn)輸人員多且工作效率低。

(3)絞車提升要執(zhí)行 “行車不行人”或封閉管理制度，行人和絞車提升相互影響造成運(yùn)輸效率低下。

(4)采用絞車提升需要建設(shè)提升硐室和相關(guān)設(shè)施，巷道工程量大，占用生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)。

2 煤礦井下輔助運(yùn)輸?shù)闹饕绞郊疤攸c(diǎn)

目前礦井井下輔助運(yùn)輸方式多種多樣，主要分為軌道運(yùn)輸、無(wú)軌運(yùn)輸、帶式輸送機(jī)運(yùn)輸和單軌吊車運(yùn)輸四大類。

2.1 軌道運(yùn)輸

軌道運(yùn)輸主要包括架線電機(jī)車、防爆蓄電池機(jī)車、防爆柴油機(jī)車、膠套輪車、卡軌車、齒軌車、調(diào)度絞車、提升絞車、主尾繩牽引絞車、無(wú)極繩絞車和無(wú)極繩連續(xù)牽引車等。軌道運(yùn)輸是目前在用種類最多和最廣泛的輔助運(yùn)輸形式，電機(jī)車運(yùn)輸具有系統(tǒng)靈活、運(yùn)輸能力大和運(yùn)輸效率高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可以在運(yùn)輸距離較長(zhǎng)、平直、有彎道以及分岔的巷道中運(yùn)行，但電機(jī)車只能在坡度為3‰～5‰的巷道里運(yùn)行，運(yùn)行區(qū)段受到限制；防爆蓄電池機(jī)車和防爆柴油機(jī)車雖然可在有煤、巖塵與瓦斯突出危險(xiǎn)的煤礦井下使用，同樣也受到巷道坡度的限制；齒軌車和卡軌車分別改變了機(jī)車與軌面接觸的形式和軌道本身，爬坡和運(yùn)輸能力有所增強(qiáng)，但齒軌車對(duì)軌道的要求較高，卡軌車要求巷道底板比較平整，因此這兩種運(yùn)輸方式在使用上受到很大限制；調(diào)度絞車、提升絞車和主尾繩牽引絞車等繩牽引絞車系統(tǒng)簡(jiǎn)單，但存在效率低、占用人員多以及安全性差的問(wèn)題。

2.2 無(wú)軌運(yùn)輸

無(wú)軌運(yùn)輸主要包括防爆蓄電池膠輪車和防爆柴油機(jī)膠輪車，無(wú)軌運(yùn)輸車具有運(yùn)行靈活、運(yùn)載能力較大以及可將貨物等直接運(yùn)送到各工作地點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)，能夠用于重型支架整體搬運(yùn)，但要求巷道底板路面平整和硬化，并有足夠的寬度，巷道坡度不得大于14°。

2.3 帶式輸送機(jī)運(yùn)輸

帶式輸送機(jī)主要用于輔助運(yùn)輸巷的矸石運(yùn)輸和掘進(jìn)工作面的雙載運(yùn)輸，使用范圍較小。

2.4 單軌吊車運(yùn)輸

近幾年，單軌吊車運(yùn)輸這種新型輔助運(yùn)輸方式在國(guó)內(nèi)的煤礦中逐步發(fā)展起來(lái)，并以其優(yōu)良的性能在許多礦井得到推廣和應(yīng)用。

3 單軌吊車運(yùn)輸?shù)姆诸惡褪褂锰攸c(diǎn)

單軌吊車是由鋼絲繩或機(jī)車牽引，沿固定巷道頂板的軌道運(yùn)行，軌道吊掛在U型鋼棚或巷道頂板的錨桿上。單軌吊車按照動(dòng)力可分為繩牽引單軌吊車、防爆蓄電池機(jī)車單軌吊車和防爆柴油機(jī)車單軌吊車3種?？傮w來(lái)說(shuō)，單軌吊車具有適應(yīng)能力強(qiáng)、使用范圍廣、占用巷道空間小、不受巷道底板影響以及能在起伏坡度較大和彎道道岔較多的情況下運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)。由于單軌吊車保護(hù)裝置齊全，制動(dòng)系統(tǒng)完善，不存在因斷繩引起的跑車和掉道事故，因而安全可靠性高。單軌吊車牽引力大，能實(shí)現(xiàn)重型液壓支架等重型物料的整體搬運(yùn)，機(jī)車單軌吊車還可實(shí)現(xiàn)從井底車場(chǎng)裝載點(diǎn)到工作點(diǎn)的長(zhǎng)距離連續(xù)運(yùn)輸，無(wú)需轉(zhuǎn)載或換裝，運(yùn)輸效率高，占用人員少。

3.1 繩牽引單軌吊車

繩牽引單軌吊車以絞車為動(dòng)力牽引單軌吊車裝置，鋼絲繩通過(guò)導(dǎo)向輪和滑輪導(dǎo)向牽引單軌吊車在巷道頂部敷設(shè)的軌道系統(tǒng)上行走，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備和材料的運(yùn)輸。鋼絲繩牽引單軌吊車具有造價(jià)低、無(wú)污染和低能耗的優(yōu)點(diǎn)，但因?yàn)樾枰g車牽引，存在牽引力相對(duì)較小、運(yùn)輸效率低和不安全因素多等缺點(diǎn)，因此主要應(yīng)用于運(yùn)行線路長(zhǎng)度固定、運(yùn)輸距離不大于2000m和無(wú)分岔的巷道。

3.2 防爆蓄電池機(jī)車單軌吊車

防爆蓄電池機(jī)車單軌吊車是一種行駛于懸吊在巷道頂部軌道的電牽引單軌吊車，蓄電池裝置是單軌吊車的動(dòng)力源，直流電源通過(guò)逆變器將直流電逆變?yōu)槿嘟涣麟姽┙o行走電機(jī)和液壓站電機(jī)。防爆蓄電池機(jī)車單軌吊車具有無(wú)煙氣排放、節(jié)能環(huán)保、體積相對(duì)較小、驅(qū)動(dòng)力規(guī)格較多、價(jià)格相對(duì)較低、運(yùn)行靈活以及運(yùn)行費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)，但也存在機(jī)車蓄電池質(zhì)量大、續(xù)航能力受限和運(yùn)行坡度受限的不足。

3.3 防爆柴油機(jī)車單軌吊車

防爆柴油機(jī)車單軌吊車是以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的單軌吊車，防爆柴油機(jī)車單軌吊車較防爆蓄電池機(jī)車單軌吊車具有續(xù)航能力更強(qiáng)、牽引力更大、爬坡能力更強(qiáng)、運(yùn)行速度更快和機(jī)車自重更輕等優(yōu)點(diǎn)，但是防爆柴油機(jī)車單軌吊車價(jià)格高且有尾氣排放，對(duì)環(huán)境有一定影響。

4 單軌吊車的使用條件和要求

4.1 單軌吊車的運(yùn)行速度

在實(shí)際運(yùn)行中，單軌吊車最大運(yùn)行速度可達(dá)2.5m／s，重載運(yùn)行速度在1.2～1.8m／s左右，重載爬坡能力一般可在15°以上，如在軌道上增加齒軌，爬坡能力可以達(dá)到30°。運(yùn)行繩牽引單軌吊車的巷道最大坡度一般不大于25°；運(yùn)行防爆蓄電池機(jī)車單軌吊車巷道最大坡度一般不大于15°；運(yùn)行防爆柴油機(jī)車單軌吊車采用摩擦輪式時(shí)，巷道最大坡度一般不大于25°；采用齒軌時(shí)，巷道最大坡度不大于30°。

4.2 單軌吊車的巷道運(yùn)行條件

單軌吊車運(yùn)行的巷道斷面應(yīng)滿足以下條件:

(1)吊運(yùn)物件最突出部位距一側(cè)巷幫的間隙不小于0.8m，另一側(cè)間隙不小于0.3m。

(2)巷道高度要使運(yùn)送物件距離底板間隙不小于0.2m。

(3)驅(qū)動(dòng)輪距巷道突出部分距離不小于0.1m。

在實(shí)際布置時(shí)，單軌巷道的最小寬度不小于2.8m，雙軌巷道最小寬度不小于3.5m，機(jī)軌合一的巷道最小寬度不小于3.8m，凈高不得低于2m。機(jī)軌合一巷道布置圖如圖1所示。

4.3 單軌吊車的軌道要求

(1)單軌吊車軌道安裝采用錨桿和錨索吊掛方式時(shí)，錨固力、吊掛鏈以及連接件的破斷力應(yīng)不低于吊掛點(diǎn)允許承載力的3倍，單軌吊車軌道吊掛在棚梁上時(shí)，要有可靠的防倒棚措施。

(2)應(yīng)根據(jù)起吊重物的最大載荷選擇起吊梁結(jié)構(gòu)型式、軌道每節(jié)長(zhǎng)度、軌道軌型和軌道的吊掛方式。

(3)懸掛單軌吊車吊梁的錨桿應(yīng)錨固在巖性較好的頂板上，根據(jù)單軌吊車歐盟標(biāo)準(zhǔn)，單軌吊車軌道吊掛點(diǎn)使用輕軌I140E軌道最大靜拉力為50kN，最大動(dòng)載荷為15t，也就是每處要用2根錨桿吊掛，每根錨桿的錨固力要求大于75kN能夠滿足要求；重軌I140V軌道最大靜拉力為100kN，最大動(dòng)載荷為30t，每處用4根錨桿吊掛，每根錨桿的錨固力要求大于75kN。當(dāng)巷道頂板巖性較差錨固力不足時(shí)，可用兩根錨桿固定兩根吊鏈，采用雙吊鏈吊掛方式。

(4)機(jī)車牽引單軌吊車軌道線路的豎曲率半徑應(yīng)不小于10m，水平曲率半徑應(yīng)不小于4m。

5 單軌吊車的應(yīng)用實(shí)例

單軌吊車是一種適合煤礦特點(diǎn)的本質(zhì)安全型輔助運(yùn)輸設(shè)備，具有安全性高、運(yùn)輸效率高和占用人員少的優(yōu)點(diǎn)，近幾年在國(guó)內(nèi)煤礦得到了迅速推廣和應(yīng)用，現(xiàn)以在山東能源集團(tuán)趙官煤礦使用情況為例，說(shuō)明單軌吊車相比傳統(tǒng)運(yùn)輸方式的優(yōu)勢(shì)。

趙官煤礦生產(chǎn)能力為90t／a，采用立井提升，主采煤層厚度為1.15～1.2m，采用薄煤層綜合機(jī)械化采煤方式，巷道頂板多為砂巖。礦井原有輔助運(yùn)輸方式均為傳統(tǒng)的地軌運(yùn)輸方式，大巷采用防爆蓄電池電機(jī)車將設(shè)備和材料由井底車場(chǎng)運(yùn)送至各采區(qū)石門。采區(qū)運(yùn)輸采用卡軌車和絞車，因采區(qū)上下山有多個(gè)變坡，一部絞車無(wú)法完成運(yùn)輸任務(wù)，因此采用對(duì)拉絞車進(jìn)行運(yùn)輸。礦井輔助運(yùn)輸系統(tǒng)改造前，井下共使用45臺(tái)小絞車及回柱絞車、13臺(tái)防爆蓄電池電機(jī)車、2臺(tái)卡軌車和1臺(tái)翻車機(jī)，共鋪設(shè)地軌13406m，建設(shè)各類安全設(shè)施194套，礦井從事運(yùn)輸人員共計(jì)290人，零星運(yùn)輸事故時(shí)有發(fā)生，安撤一個(gè)工作面平均用時(shí)38d。該礦井后來(lái)引進(jìn)了6臺(tái)防爆柴油機(jī)車單軌吊車，并對(duì)原有井下輔助運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行了改造，取消了上下山和采區(qū)內(nèi)的電機(jī)車和小絞車運(yùn)輸模式，共取消45臺(tái)小絞車及回柱絞車、10臺(tái)防爆蓄電池電機(jī)車、2臺(tái)卡軌車和1臺(tái)翻車機(jī)，拆除地軌9406m和各類安全設(shè)施194套，在大大減輕了工人的作業(yè)強(qiáng)度的同時(shí)，輔助運(yùn)輸人員減少到110人，實(shí)現(xiàn)了采區(qū)內(nèi)運(yùn)輸?shù)倪B續(xù)化，提高了運(yùn)輸效率，安撤一個(gè)工作面僅用9d，輔助運(yùn)輸系統(tǒng)改造至今的3年間，未發(fā)生一起運(yùn)輸事故，使用單軌吊車運(yùn)輸?shù)纳鐣?huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

6 結(jié)語(yǔ)

單軌吊車作為一種新型輔助運(yùn)輸設(shè)備，以其安全性高、占用人員少、工人勞動(dòng)強(qiáng)度低、軌道建設(shè)相對(duì)簡(jiǎn)單且維護(hù)量小、對(duì)巷道條件要求低以及適應(yīng)性較強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，已在德國(guó)和波蘭等歐洲產(chǎn)煤國(guó)家普及，并成為當(dāng)?shù)孛旱V井下的主要輔助運(yùn)輸形式。單軌吊車技術(shù)引入國(guó)內(nèi)后，得到了長(zhǎng)足的發(fā)展和應(yīng)用，并以其安全、連續(xù)和高效逐步成為替代井下小絞車的一種新型輔助運(yùn)輸設(shè)備。但同時(shí)單軌吊車運(yùn)輸存在著造價(jià)相對(duì)較為昂貴、運(yùn)輸速度相對(duì)不高、防爆柴油機(jī)車尾氣對(duì)井下空氣造成污染等方面的不足。因此，在應(yīng)用單軌吊車過(guò)程中，應(yīng)揚(yáng)長(zhǎng)避短，并根據(jù)礦井實(shí)際情況，在礦井開拓規(guī)劃和井下巷道設(shè)計(jì)時(shí)為單軌吊車的安裝和使用創(chuàng)造適宜的條件，并力求使運(yùn)輸軌道網(wǎng)絡(luò)化，以更好地發(fā)揮單軌吊車的最大效能。

[1]陳煥瑛.我國(guó)煤礦輔助運(yùn)輸機(jī)械化現(xiàn)狀及展望[J].中國(guó)煤炭，1998(6)

[2]中國(guó)煤炭建設(shè)協(xié)會(huì).煤礦井下輔助運(yùn)輸設(shè)計(jì)規(guī)范[S].GB50533-2009

[3]國(guó)家煤炭工業(yè)局.柴油機(jī)單軌吊機(jī)車[S].MT／T883-2000

[4]國(guó)家煤炭工業(yè)局.防爆特殊型蓄電池單軌吊車[S].MT／T887-2000DX25J

[5]《＜煤礦安全規(guī)程＞專家解讀》編委會(huì).《煤礦安全規(guī)程》專家解讀 (2011年修訂版)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2011