單軌吊機(jī)車在盤江礦井中的應(yīng)用

易國晶

(貴州盤江精煤股份有限公司，貴州 盤縣 553534)

盤江礦區(qū)是我國“十二五”規(guī)劃建設(shè)的全國14個(gè)大型煤炭生產(chǎn)基地之一，煤炭資源豐富。盤江精煤股份有限公司是盤江礦區(qū)開發(fā)的主體，其礦井多采用調(diào)度絞車牽引礦車和電機(jī)車的輔助運(yùn)輸方式，用于運(yùn)輸?shù)V井生產(chǎn)所需的各種類型設(shè)備與材料，是礦井主要的輔助運(yùn)輸方式。

近年來，隨著礦井生產(chǎn)開拓的不斷延伸，其礦井地質(zhì)條件變得更加復(fù)雜，煤層松軟程度、煤層傾角變化增大增多，礦壓大、巷道頂?shù)装遄冃斡訃?yán)重，所使用調(diào)度絞車牽引礦車和電機(jī)車的輔助運(yùn)輸方式，存在占用人多、隱患大、運(yùn)輸效率低、事故多[1]等缺點(diǎn)，影響了企業(yè)生產(chǎn)效率與經(jīng)濟(jì)效益。

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，單軌吊機(jī)車的使用大大緩解煤礦輔助運(yùn)輸?shù)碾[患多、占用人員多、環(huán)節(jié)多、效率低、載量小等實(shí)際難題，深受采煤業(yè)的歡迎，正在被國內(nèi)外煤礦企業(yè)廣泛接受。

為此，盤江精煤股份有限公司經(jīng)過考察、調(diào)研，引進(jìn)了單軌吊機(jī)車，以代替調(diào)度絞車牽引礦車和電機(jī)車的輔助運(yùn)輸方式，在提升運(yùn)輸安全、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、提高企業(yè)效益上取得巨大進(jìn)步。

1 單軌吊機(jī)車基本構(gòu)造與工作原理

單軌吊機(jī)車，顧名思義，就是“在吊掛的單根軌道上行進(jìn)的機(jī)車”[2]，它是以通過錨桿與錨索吊掛在巷道頂板上的單根工字鋼為運(yùn)行軌道，通過相關(guān)動力系統(tǒng)驅(qū)動吊裝在工字鋼軌道上的運(yùn)行的一列機(jī)車。近幾年來，單軌吊機(jī)車在國內(nèi)許多礦井得到了應(yīng)用，取得了良好的效果。單軌吊機(jī)車常用的類型有四種：柴油機(jī)單軌吊機(jī)車、蓄電池單軌吊機(jī)車、風(fēng)動單軌吊機(jī)車和鋼絲繩牽引單軌吊機(jī)車[3]。在此以井下使用最廣泛的柴油機(jī)單軌吊機(jī)車為例說明其基本構(gòu)造與工作原理。

1.1 基本構(gòu)造

單軌吊機(jī)車基本構(gòu)造分為三大部分：軌道部分、機(jī)車部分、起吊梁部分，如圖1所示。

圖1 圖解單軌吊機(jī)車

1.1.1 軌道部分

1)根據(jù)不同要求可采用兩種不同的軌道，輕型軌道用于承載普通物料運(yùn)輸；重型軌道則用于承載載重量較大的設(shè)備運(yùn)輸[4]。

2)軌道的懸掛方式可根據(jù)巷道頂板的環(huán)境而定，巷道頂板為巖石時(shí)多采用錨桿吊掛，在煤層或者地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較軟的工況條件下多采用的是錨索吊掛[5]；輕型梁與重型梁的懸掛方式也不同，重型梁多為雙鏈吊掛，輕型梁多為單鏈吊掛；在特殊的巷道地段，還會有一些輔助吊掛，在如轉(zhuǎn)彎處用花欄螺栓從側(cè)面斜拉張緊軌道等[6]。

1.1.2 機(jī)車部分

機(jī)車部分由駕駛室、驅(qū)動部、機(jī)車部等構(gòu)成[7]。

1)駕駛室：機(jī)車采用兩個(gè)相同的駕駛室分別布置在系統(tǒng)兩端，吊掛在軌道上的承重輪上，采用帶或不帶制動系統(tǒng)；駕駛室配有顯示屏、控制面板、操縱桿及操作按鈕，以及通用喇叭、前部照明頭燈等部件，在駕駛室內(nèi)可以操縱機(jī)車前、后行走。

2)驅(qū)動部：機(jī)車的移動取決于驅(qū)動部，每個(gè)驅(qū)動部有兩套或以上的驅(qū)動單元+制動單元。每個(gè)驅(qū)動單元由兩個(gè)徑向柱塞馬達(dá)、兩個(gè)增壓缸、一個(gè)驅(qū)動部支架、兩個(gè)摩擦輪等部件組成。每個(gè)制動單元由制動油缸、彈簧總成、制動閘塊等部件組成[8]。

1.1.3 機(jī)車部

機(jī)車部由承載架、發(fā)動機(jī)艙、連桿組成。

1)承載架：用于承載發(fā)動機(jī)艙，同時(shí)包含驅(qū)動單元和制動單元。

2)發(fā)動機(jī)艙：通過緩沖構(gòu)件懸掛于承載架上，內(nèi)裝有柴油發(fā)動機(jī)、液壓油箱、燃料箱、尾氣濕排室、冷卻水箱等(如圖2所示)。

圖2發(fā)動機(jī)艙示意圖

燃料箱和液壓油箱裝在機(jī)車液壓回路承載架的前部，在此有一個(gè)液壓蓄能器、主液力發(fā)生器和輔助液力發(fā)生器的液壓油過濾器及其液壓瓣閥、還包括液壓回路的泄放支路。

柴油發(fā)動機(jī)位于機(jī)艙中部，采用兩回路工作。第一回路：泵，發(fā)動機(jī)，冷卻尾氣集氣管，冷卻渦輪增壓器，確保工作溫度恒定的恒溫器，該回路的冷卻器和膨脹箱。第二回路：泵，中冷器，渦輪增壓器外殼，發(fā)動機(jī)油冷卻器和該回路獨(dú)立的冷卻器和膨脹箱。

發(fā)動機(jī)艙的后部裝有尾氣濕排室和冷卻水箱，包括液壓馬達(dá)的雙工冷卻器和風(fēng)機(jī)；經(jīng)優(yōu)化可達(dá)到最高冷卻性能，同時(shí)對尾氣排濕室進(jìn)行冷卻，而冷卻器由液壓馬達(dá)所驅(qū)動的防靜電螺旋扇葉冷卻。

3)連桿：用于將機(jī)車與其主要構(gòu)件相互連接組裝成一個(gè)整體的鋼制構(gòu)件。

1.1.4 起吊梁部分

起吊梁分重型梁和輕型梁，由機(jī)車單元提供液壓動力。起吊梁由馬達(dá)齒輪箱、控制閥門、起吊鏈條

和梁體等部分組成[9]。重型梁主要用于吊運(yùn)重型設(shè)備，提升能力可高達(dá)20～47.5t；輕型梁用于運(yùn)輸相對較輕的物料，提升能力設(shè)計(jì)為5～8t，兩種提升梁具有操作簡單、提升物料快等顯著特點(diǎn)。

1.2 工作原理

單軌吊機(jī)車由液壓啟動器啟動。打開發(fā)動機(jī)艙內(nèi)的球閥，通過液壓分配器將壓力釋放到啟動液壓回路中，如此激活液壓啟動器，發(fā)動柴油發(fā)動機(jī)，使其開始工作；同時(shí)對駕駛室，機(jī)車中央系統(tǒng)和各電路加電接通。

在駕駛室中，將非接觸式電子鑰匙插入控制面板，把手放到控制桿上，按下并保持在“緊急安全制動”按鈕上不動，然后扳動控制桿偏向一個(gè)或其它機(jī)車行進(jìn)方向。

此時(shí)，液壓傳動系統(tǒng)通過變量柱塞泵轉(zhuǎn)動，由電磁比例閥及液控閥組控制系統(tǒng)壓力油的流量及壓力，從而驅(qū)動徑向柱塞馬達(dá)旋轉(zhuǎn)。同時(shí)往液壓油缸注入液壓油時(shí)，油缸推開制動單元的制動彈簧總成開啟抱閘。

當(dāng)液壓傳動系統(tǒng)驅(qū)動單元的徑向柱塞馬達(dá)旋轉(zhuǎn)時(shí)，與馬達(dá)同軸的摩擦輪也一起轉(zhuǎn)動，從而使摩擦輪與軌道產(chǎn)生摩擦力驅(qū)動設(shè)備向前或向后行走。而增壓缸的作用是同過給缸體加壓使摩擦輪緊緊的壓在軌道上，從而得到更大的摩擦驅(qū)動力。

當(dāng)機(jī)車在前、后行走需要停下時(shí)，驅(qū)動部上的制動單元上液壓油缸的液壓油被泄掉時(shí)，制動彈簧總成會靠自身的彈力復(fù)位，閘在導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)設(shè)備的制動。

單軌吊機(jī)車設(shè)有輔助控制系統(tǒng)。輔助控制系統(tǒng)主要由發(fā)電機(jī)、控制箱、操縱箱、電磁閥、顯示屏、速度編碼器、壓力及溫度傳感器等組成。通過發(fā)電機(jī)提供電源，由控制箱內(nèi)的控制板處理輸入輸出信號，由操縱箱的操縱手柄控制機(jī)車的前后方向，由電磁閥門對液壓系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，顯示屏顯示系統(tǒng)參數(shù)及故障，速度編碼器監(jiān)測機(jī)車的運(yùn)行速度及轉(zhuǎn)數(shù)，溫度和壓力傳感器檢測系統(tǒng)不同點(diǎn)的溫度和壓力值，系統(tǒng)便于檢查和維護(hù)。

為了防止機(jī)車在高瓦斯?jié)舛鹊V井發(fā)生安全事故，機(jī)車上安裝了瓦斯探測儀。瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)可以測量井下瓦斯?jié)舛取．?dāng)瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)時(shí)，通過瓦斯測量裝置給出的信號可以使機(jī)車急停，而且不能重啟，直至瓦斯?jié)舛确弦髸r(shí)才可以重新啟動機(jī)車。瓦斯探測儀由獨(dú)立電源，控制板，顯示屏等部件組成[4]。

對于起重梁的使用，同樣從液壓傳動系統(tǒng)中獲得動力，通過操縱控制閥門，驅(qū)動液壓伸縮油缸，從而帶動提升鏈條上下運(yùn)動，提升物料。

2 應(yīng)用情況與效果

針對單軌吊機(jī)車在盤江礦井中的應(yīng)用情況與效果，在這里以盤江精煤股份有限公司山腳樹礦(以下簡稱山腳樹礦)為例進(jìn)行說明。

2.1 應(yīng)用情況

2.1.1 設(shè)備選型

根據(jù)周昆鵬[10]、樊利明[11]、韓文娟[12]、吳國雄[13]關(guān)于單軌吊運(yùn)輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用的論述和馬文慧[14]防爆柴油機(jī)單軌吊機(jī)車安裝設(shè)計(jì)與分析中的論述，結(jié)合盤江礦井中山腳樹礦的實(shí)際情況，進(jìn)行了單軌吊機(jī)車、軌道及吊具、起吊梁的選型計(jì)算，確定了如下規(guī)格型號的單軌吊機(jī)車(見表1)、軌道及吊具和起重梁。

軌道選用了1140V和1140E兩種型號，長度分別為2.4m和1.5m，允許負(fù)載為294kN和215.6kN。

表1 山腳樹礦單軌吊機(jī)車統(tǒng)計(jì)表

吊具包括錨桿、吊掛板、高強(qiáng)度螺栓、圓環(huán)鏈、U型索具(大吊環(huán))等，其中錨桿不小于M22×2200mm，錨固力不小于80kN/根；高強(qiáng)度螺栓為10.9級以上；圓環(huán)鏈規(guī)格為18mm×64mm或18mm×90mm；U型索具(大吊環(huán))額定載荷在8.5t以上。

根據(jù)計(jì)算選用了三種規(guī)格型號的起吊梁與單軌吊機(jī)車配套使用：8T的有3套，16T的有1套，20T的有2套。

2.1.2 現(xiàn)場情況

山腳樹礦的柴油單軌吊機(jī)車于2019年初開始使用，在接近一年的使用時(shí)間里，主要在6個(gè)回采工作面的安裝回收中發(fā)揮了重要作用，2019年單軌吊機(jī)車使用情況統(tǒng)計(jì)見表2。

山腳樹礦在2019年中，共計(jì)進(jìn)行了6個(gè)回采工作的安裝回收工作，單軌吊機(jī)車的單趟運(yùn)輸距離達(dá)到了6706m，運(yùn)輸大型設(shè)備數(shù)量682臺，最大坡度達(dá)到23°，最大重量為18.9t。這些工作的順利完成，充分體現(xiàn)了單軌吊機(jī)車的續(xù)航能力強(qiáng)、運(yùn)載載荷大、安全性能高的優(yōu)良特性。

山腳樹礦的單軌吊機(jī)車不僅僅應(yīng)用于回采工作面的安裝與回收，還廣泛應(yīng)用于復(fù)雜巷道內(nèi)的設(shè)備、材料的運(yùn)輸，例如各類型號的單體液壓支柱、電機(jī)、減速機(jī)等，各類U型棚、錨桿、剎桿、砂石等材料。

2.2 應(yīng)用效果

山腳樹礦一次性資金投入約1260萬元(3臺柴油機(jī)單軌吊機(jī)車+6800m軌道)，產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益約490.45萬元：在6個(gè)回采工作面的安裝回收過程中，共減少各類絞車18臺，節(jié)省144萬元；減少礦車軌道13412m，節(jié)省181萬元；各類枕木6700余根，節(jié)省49萬元；減少各類電氣設(shè)備、電纜等約80萬元，減少各類用工約2430個(gè)，節(jié)省36.45萬元等等。

在應(yīng)用過程中，單軌吊機(jī)車取得了良好的應(yīng)用效果，充分體現(xiàn)了其優(yōu)異的特性：①續(xù)航能力強(qiáng)，加一次油可連續(xù)運(yùn)行8h；②運(yùn)載載荷大、綜采工作面搬家倒面方便快捷；③安全性能高；④減少煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)中的換裝環(huán)節(jié)；⑤大量減少輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的工作人員數(shù)量，降低絞車輔助運(yùn)輸環(huán)節(jié)中存在的安全風(fēng)險(xiǎn)；⑥大幅度提高煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的工作效率，將工作面搬家的時(shí)間縮短普通輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的一半以上；⑦與同功能窄軌地軌式運(yùn)輸設(shè)備相比運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低、安全系數(shù)高。

山腳樹礦通過投入單軌吊機(jī)車和對輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的改進(jìn)，提高了礦井輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的工作效率，簡化了輔助運(yùn)輸流程，提高了安全性能，打破了傳統(tǒng)輔助運(yùn)輸受地質(zhì)條件制約的困境，得了較好的預(yù)期效果。預(yù)計(jì)在礦井后期輔助運(yùn)輸距離遠(yuǎn)和采煤工作面搬家過程中，將會取得更好的效果。

2.3 全公司應(yīng)用情況

貴州盤江精煤股份有限公司現(xiàn)有的五對生產(chǎn)礦井和兩對托管礦井中，共有28臺柴油發(fā)動機(jī)單軌吊機(jī)車在應(yīng)用，自投入此設(shè)備以來，足跡涉及回采工作面近40個(gè)，單程運(yùn)輸距離近40km，得到了廣泛的認(rèn)可與好評，主要體現(xiàn)在如下方面：①克服了巷道坡度多變、底鼓嚴(yán)重等地質(zhì)條件影響，能更有效地利用巷道斷面，受底板因素影響?。虎谂榔履芰?qiáng)，能適應(yīng)井下巷道起伏、轉(zhuǎn)彎半徑小的環(huán)境，可進(jìn)入多分支岔道，實(shí)現(xiàn)一條龍不轉(zhuǎn)載運(yùn)輸，機(jī)動靈活，使用維護(hù)人員少；③減少了輔助工種數(shù)量，節(jié)省了生產(chǎn)成本；④克服了運(yùn)輸環(huán)節(jié)繁瑣、換裝頻繁等缺點(diǎn)，到礦井輔助運(yùn)輸距離長的時(shí)候有點(diǎn)尤為明顯；⑤投資一步到位，避免了重復(fù)投資；⑥從安全角度出發(fā)，可以很大程度上減少輔助運(yùn)輸安全事故的風(fēng)險(xiǎn)；⑦與同功能窄軌地軌式運(yùn)輸設(shè)備比，初期投資少運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低；⑧節(jié)能綠色環(huán)保，投資少運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低。

3 發(fā)展方向

單軌吊機(jī)車能夠有效利用巷道斷面，對各類巷道適應(yīng)性強(qiáng)，適合中性硬度以上頂板，適用于巷道高度有傾角、坡度變化大的井下環(huán)境，可在井下平巷和斜巷，以及各種豎曲線、平曲線和復(fù)合曲線的巷道運(yùn)行；適用于如底鼓、起伏、積水等底板條件差的礦井。單軌吊機(jī)車因其適用性強(qiáng)，將會更多的應(yīng)用于礦井生產(chǎn)中去，預(yù)計(jì)將會朝如下方向發(fā)展：

1)單軌吊梁網(wǎng)絡(luò)化。以主運(yùn)巷為主干線，向兩翼采掘工作面展開，建設(shè)能夠到達(dá)礦井各個(gè)回采、掘進(jìn)工作面的單軌吊梁網(wǎng)絡(luò)，軌道能夠路路通，單軌吊機(jī)車能夠從任何一條線路到達(dá)所有工作地點(diǎn)，提高物料運(yùn)輸效率，降低職工勞動強(qiáng)度。

2)換裝站網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)化。選擇合適的地點(diǎn)建設(shè)換裝站，使其處于單軌吊梁網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)位置，保證單軌吊機(jī)車到達(dá)各工作地點(diǎn)的距離最短。

3)裝載箱體統(tǒng)一化。裝載箱體要針對設(shè)備、材料性質(zhì)的不同，打造成用途多樣、類型多樣的集裝箱，但其外形尺寸要保持一致，吊具要保持一致，以提高切換效率。

4)維修地點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化。維修點(diǎn)建設(shè)在一側(cè)進(jìn)風(fēng)、一側(cè)回風(fēng)的巷道中，建設(shè)有檢修設(shè)施齊全、空間寬裕的檢修硐室，建設(shè)有備品備件充足的倉庫，維修點(diǎn)距離換裝站的距離不超過30min。

4 結(jié) 語

貴州盤江精煤股份有限公司在面對礦井所用的礦車輔助運(yùn)輸方式落后、運(yùn)輸環(huán)節(jié)多、用人多、巷道維修量大、運(yùn)輸安全隱患多等缺點(diǎn)，認(rèn)真研究、大膽探索，大膽引進(jìn)了單軌吊機(jī)車，以代替礦車輔助運(yùn)輸方式，生產(chǎn)實(shí)踐中獲得了成功，取得了良好的效果，在提升運(yùn)輸安全、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、提高企業(yè)效益上取得較大進(jìn)步。