柴油機(jī)單軌吊的研究與應(yīng)用

摘 要：基于安裝、拆除綜采工作面過(guò)程中設(shè)備運(yùn)輸現(xiàn)狀，為簡(jiǎn)化運(yùn)輸環(huán)節(jié)，本文對(duì)柴油機(jī)單軌吊運(yùn)輸能力進(jìn)行了理論驗(yàn)算和模擬運(yùn)輸實(shí)驗(yàn)，且該設(shè)備具有適應(yīng)性強(qiáng)、構(gòu)造簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、可操作性增強(qiáng)而且不受巷道底板變形影響，能夠有效利用巷道空間等優(yōu)點(diǎn)，驗(yàn)證了柴油機(jī)單軌吊運(yùn)輸液壓支架的有效性。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī)單軌吊;巷道尺寸;軌道懸掛;整體液壓支架;

1選用柴油單軌吊的可行性分析 [以DZ 2200型柴油機(jī)單軌吊（沙爾夫、八驅(qū)動(dòng)）為例]

①適用于煤礦作業(yè)環(huán)境，瓦斯最大允許濃度1.0%，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)溫度范圍-10℃---40℃，相對(duì)空氣濕度90%以下，適用于淮北礦業(yè)集團(tuán)井下環(huán)境。②適用于復(fù)雜的系統(tǒng)巷道，對(duì)巷道斷面要求不高，水平方向轉(zhuǎn)彎半徑≥4m，垂直方向轉(zhuǎn)彎半徑≥8m;吊掛運(yùn)輸，與巷道底板狀況無(wú)關(guān)，巷道空間能夠充分利用。③滿足整體支架運(yùn)輸使用需求，牽引力為174KN，爬坡能力為30°，最大載荷48T，遠(yuǎn)大于無(wú)極繩絞車SQ-120/132B的運(yùn)輸能力。④滿足機(jī)械運(yùn)送人員要求，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：運(yùn)輸長(zhǎng)度超過(guò)1500m平巷、垂深超過(guò)50m斜巷必須采用機(jī)械運(yùn)送人員。一次可運(yùn)送36人，滿足單班作業(yè)人員乘坐。

2工程實(shí)例運(yùn)用（楊柳1074安裝）

2.1地質(zhì)條件

1074工作面是107采區(qū)第五個(gè)綜采工作面，工作面底板標(biāo)高-571～-673m。煤層傾角3～11°，平均7°。煤層頂板根據(jù)頂板類型劃分方案可劃分為直接頂、基本頂兩種。

基本頂：細(xì)砂巖，厚度為5.1m;灰色，細(xì)粒，主要礦物成份為石英，硅質(zhì)膠結(jié)，斜層理，分選中等。

直接頂：泥巖，厚度為2.6m;深灰色，塊狀，局部含少量粉砂質(zhì)及植物化石碎片。

2.2工作面安裝設(shè)備

2.3設(shè)備運(yùn)輸方案

風(fēng)巷：利用柴油機(jī)單軌吊運(yùn)送支架散件（一架三車）至107采區(qū)組裝硐室，支架組裝好后，用柴油機(jī)單軌吊經(jīng)1074風(fēng)巷將整架運(yùn)至切眼就位。

機(jī)巷：煤機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載破碎機(jī)等經(jīng)1074機(jī)巷用柴油單軌吊運(yùn)至工作面進(jìn)行組裝。

2.4技術(shù)方案

2.4.1施工要求

2.4.1.1單軌吊吊軌選型：I140V（2.4m）。

有效載荷：坡度0-10o為401.8KN、坡度10-20o為333.2KN、坡度20-30o為294.0KN。

2.4.1.2單軌吊吊軌吊掛方式

（1）錨桿錨固力要求不小于150KN，錨桿直徑不小于Φ22，細(xì)牙螺紋不小于M22，長(zhǎng)度不小于2000mm。

（2）吊掛偏角α為鉛垂線與吊鏈的夾角，角度范圍在10°-30°之間，兩條吊鏈的夾角盡量一樣大小，相差不超過(guò)2°，但在斜坡上吊掛時(shí)，α的角度值必須大于巷道的坡度2°以上。

（3）吊掛鏈條選用Φ18×90，吊掛鏈的強(qiáng)度不低于250KN.

（4）專用U型環(huán)和錨桿之間的螺紋付的拉拔強(qiáng)度不小于150KN。

（5）專用U型環(huán)上的銷子或高強(qiáng)螺栓破斷拉力不小于250KN。

（6）吊軌縱向加強(qiáng)拉鏈吊掛方式

平巷直軌吊掛時(shí)，每隔15m-20m在軌道中間焊接吊板一件，給軌道加一組X斜拉，如圖示;10°以上的斜巷吊掛時(shí)，每隔5m-10m軌道加一組X斜拉。

（7）吊軌斜拉鏈安裝

① 10°（含10°）以下的斜巷15-20米加一組斜拉鏈。

②10°～15°（含15°）的斜巷10-15米加一組斜拉鏈。

③15°以上的斜巷斜巷5-10米加一組斜拉鏈。

④所有斜拉鏈角度必須滿足60°±10°要求。

2.4.1.3技術(shù)要求

（1）直線段吊軌，吊掛錨桿沿巷道方向在一條直線上，間距一致。吊軌無(wú)明顯變形，接頭擺角：水平不超過(guò)3°，垂直不超過(guò)6°，下軌面接頭軌逢不大于5㎜。

（2）彎曲段吊軌水平曲率半徑不得小于6米，每節(jié)弧長(zhǎng)不得大于2米，弧長(zhǎng)大于1.6米時(shí)，設(shè)置一個(gè)吊耳;垂直彎軌曲率半徑不得小于10m，每節(jié)弧長(zhǎng)不大于3m，弧長(zhǎng)大于1.6m時(shí)，增設(shè)一處吊耳。水平彎軌及軌道與連接處用法蘭連接。彎軌應(yīng)平滑過(guò)渡，吊軌無(wú)明顯變形，接頭處偏差：水平和垂直方向均不大于2㎜，下軌面接頭軌逢不大于3㎜。

（3）在敷設(shè)軌道的弓、底彎道時(shí)，采用多段短軌進(jìn)行過(guò)度，短軌的布置采用1m-2m-1m-2m交替布置的方式，兩節(jié)軌道間的夾角最大不超過(guò)4°。

（4）道岔安裝在角度不大于5°的單軌線路段，道岔活動(dòng)擺角不得大于11°，高低和左右允許偏差分別為2mm和1mm，活動(dòng)軌無(wú)明顯變形，動(dòng)作靈敏，準(zhǔn)確到位，閉鎖可靠。

（5）吊軌端頭處必須安設(shè)阻車器，并使用雙鏈吊掛。運(yùn)輸線路中每隔100m安設(shè)一塊里程表，拐彎處、道岔（前、后20m）、車場(chǎng)、維修硐室和換裝站兩端有警示牌，有可靠的泄露通訊系統(tǒng)。

（6）吊軌懸吊高度，根據(jù)所運(yùn)輸架型最小支撐高度（2.0m）、控制室通過(guò)高度（1.0m）及距底板距離不得小于200㎜確定為3.2m。

（7）1074風(fēng)巷為機(jī)軌合一巷道，吊梁中心線距巷幫的距離不低于1.2m，距皮帶外沿的距離不低于0.9m。

2.4.2柴油機(jī)單軌吊的選型及校驗(yàn)

2.4.2.1根據(jù)設(shè)備安裝要求，柴油機(jī)選型及技術(shù)參數(shù)如下：

設(shè)備名稱：DZ 2200型柴油機(jī)單軌吊（沙爾夫）;類型，DZ 2200;

額定牽引力，174KN;額定制動(dòng)力，256KN;抱閘數(shù)量，16;轉(zhuǎn)彎半徑，≥4m（水平方向）;≥8m（垂直方向）;最大爬坡能力，30°;最大速度，2.15m/s;最大起吊重量，38T;發(fā)動(dòng)機(jī)功率，130KW;總排量，6640 cm3發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)，水冷.

2.4.2.2柴油機(jī)單軌吊選型校驗(yàn)

（1）運(yùn)送物料需用牽引力：

F1=（P1+P2+P3+P4）×（sinα+ω×cosα）×g/1000×K

式中：

F1—運(yùn)送物料所需牽引力，kN;

P1—牽引車自重，11100kg;

P2—起吊梁質(zhì)量，900kg;

P3—司機(jī)及管線體重，150kg;

P4—物料質(zhì)量，26430kg;

α—斜巷最大傾角，20°（滿足設(shè)備技術(shù)要求）;

ω—運(yùn)行阻力系數(shù)，取0.02;

K—牽引力富裕系數(shù)，取≥1.1。

F1=（11100+900+150+26430）×（sin20°+0.02×cos20°）×9.8/1000×1.1=149.7KN

根據(jù)以上計(jì)算，八驅(qū)單軌吊起吊梁運(yùn)輸支架時(shí)需要最大牽引力為149.7KN，而八驅(qū)單軌吊額定牽引力為174KN，牽引力滿足要求。

（2）單軌吊車防滑計(jì)算

機(jī)車保險(xiǎn)制動(dòng)和停車制動(dòng)裝置為安全失效型，當(dāng)機(jī)車出現(xiàn)故障時(shí)，制動(dòng)裝置自動(dòng)施閘。

運(yùn)送物料時(shí)下滑力為：

F2=（P1+P2+P3+P4）×（sinα-ωcosα）g

=（11100+900+150+26430）×（sin20°-0.02×cos20°）

= 124.6KN

防滑系數(shù)K，按下式計(jì)算：

K=FZ/F2= 256/124.6=1.97≥1.5合格（如果K<1.5，可增加驅(qū)動(dòng)或減少載荷，重新校核。）

式中：

K—防滑系數(shù);

FZ—機(jī)車制動(dòng)力256KN。

（3）單軌吊車重載下坡時(shí)的制定減速度和制動(dòng)距離的核算

單軌吊車向下運(yùn)行時(shí)為制動(dòng)最困難條件，因此只需計(jì)算向下運(yùn)行制動(dòng)距離，按照規(guī)程要求不超過(guò)運(yùn)行速度6s行程。

礦井單軌吊車重載運(yùn)輸所需牽引力為機(jī)車運(yùn)輸物料時(shí)最大，因此最大載荷為運(yùn)輸物料的重量，巷道最大傾角為α°，其中速度和制動(dòng)距離計(jì)算如下：

FZ+FO-FG=ma

FO =（P+Q）g.ω=（P+Q）×9.8×0.02

FG=（P+Q）g.sina=（P+Q）×9.8×sinα

s=V2/2a<9m，合格 （按照運(yùn)行速度1.5m/s計(jì)算）

式中：

FZ—制動(dòng)力，N;

FO —列車運(yùn)行阻力，N;

FG—慣性力，N;

P—機(jī)車總質(zhì)量，kg;

Q—物料總質(zhì)量，kg;

m—機(jī)車與物料總質(zhì)量，kg;

V—速度，m/s;

a—制動(dòng)減速度，m/s2。

FO =（P+Q）g.ω

=38580×9.8×0.02=7561.7N

FG =（P+Q）g.sina

=38580×9.8×sin20°=129304.7N

FZ+FO-FG=ma

a =（FZ+FO-FG）/m

=（256000+7561.7-129304.7）/38580=3.48m/s2

s=V2/2a=1.52/2×3.48=0.32<9m

符合規(guī)程要求不超過(guò)運(yùn)行速度6s行程

2.4.2.3柴油機(jī)單軌吊機(jī)車技術(shù)要求

（1）新投用機(jī)車測(cè)定制動(dòng)距離，之后每年測(cè)定一次，有完整的制動(dòng)距離測(cè)試報(bào)告。

（2）單軌吊車按照《煤礦安全規(guī)程》和相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行檢查、檢驗(yàn)、試驗(yàn)，有完整的檢測(cè)、檢驗(yàn)、試驗(yàn)報(bào)告。

（3） 單軌吊機(jī)車安裝完成后，對(duì)機(jī)車進(jìn)行性能測(cè)試。系統(tǒng)各部件油管接頭完好，油管卡子齊全緊固。無(wú)滲油現(xiàn)象。各壓力表完好，數(shù)值顯示正常。各承載輪、導(dǎo)向輪上膠套完好。

（4）控制室按鈕、操縱手把靈活，儀表顯示正常，照明信號(hào)完好，懸梯、滅火器、工具箱配備齊全。開(kāi)動(dòng)機(jī)車，對(duì)機(jī)車控制系統(tǒng)程序進(jìn)行檢查試驗(yàn)。

（5） 控制車按鈕靈活，狀態(tài)顯示屏顯示正常。

（6）單軌吊機(jī)車驅(qū)動(dòng)裝置齊全完好，制動(dòng)閘動(dòng)作可靠，連接部位固定牢固，保護(hù)動(dòng)作可靠，機(jī)車前后照明充足，并設(shè)有信號(hào)燈。配備滅火器不少于兩只。

3效果及評(píng)價(jià)

（1）高效。單軌吊可實(shí)現(xiàn)整架無(wú)間斷無(wú)轉(zhuǎn)換運(yùn)輸，直接送至工作面，中間不需要交換車場(chǎng)，僅1074風(fēng)巷就減少了三部絞車、2個(gè)轉(zhuǎn)換車場(chǎng)的設(shè)置，每班減少作業(yè)人員6人;一架安裝時(shí)間平均為1小時(shí)40分鐘，每班可以保證安裝3架，最大達(dá)到4架。對(duì)比同采區(qū)1075工作面（已施工）安裝，安裝速度提高近一倍;既減人又提效，極大地提高了工作面安裝效率。

（2）安全。避免巷道底鼓、片幫等礦壓顯現(xiàn)活動(dòng)帶來(lái)的不利影響，杜絕了傳統(tǒng)運(yùn)輸方式中的斷繩、放大滑、掉道、翻車等安全風(fēng)險(xiǎn)。

（3）簡(jiǎn)便。該系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，對(duì)操作人員的技術(shù)水平要求不高，降低操作失誤率。

（4）廣泛。柴油機(jī)單軌吊適用于長(zhǎng)距離、多起伏、大傾角巷道的人員、材料及設(shè)備運(yùn)輸。

作者簡(jiǎn)介：

張培，1985-，男，漢族，安徽宿州人，副總工程師，本科，從事綜采安拆管理研究。

（淮北礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 綜采安拆分公司? ?安徽? 淮北235000）