氣動單軌吊車在綜采工作面回風平巷的應用探討

任 杰

（潞安化工集團余吾煤業(yè)有限公司，山西 長治 046103）

傳統(tǒng)的輔助運輸以無極繩、絞車、蓄電池機車等不連續(xù)、局部范圍內(nèi)使用的短途運輸設備為主，這類設備存在運輸效率低下、周轉(zhuǎn)次數(shù)多、占用井下空間大等缺陷，大大降低輔助運輸?shù)男?。單軌吊車作為一種輔助運輸技術設備，具有運輸效率高、周轉(zhuǎn)次數(shù)少、運行連續(xù)性強、占用井下空間小等諸多優(yōu)點，因此在一些設計生產(chǎn)能力較大的礦井中應用越來越廣泛[1-4]。根據(jù)單軌吊輔助運輸技術設備的動力源不同，可將其分為柴油機、蓄電池、繩牽引等多種不同動力源類型[5]。

常規(guī)動力源的單軌吊輔助運輸技術設備存在機身體積較大、機動性不夠靈活等缺陷，因此往往無法應用于回采工作面超前段范圍內(nèi)。基于上述分析可知，針對于回采工作面超前段范圍的輔助運輸作業(yè)，可以從單軌吊輔助運輸技術設備的動力源角度入手，對于常規(guī)動力源進行改良和優(yōu)化，進而使其能夠滿足回采工作面超前段范圍內(nèi)的輔助運輸作業(yè)要求。

1 氣動單軌吊車概況

單軌吊輔助運輸技術設備采用以壓縮空氣為動力源時被稱為氣動單軌吊車。被壓縮的空氣通過推動氣動馬達高速旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)供給動能的作用，且通過變速裝置實現(xiàn)在扭矩增大的同時降低轉(zhuǎn)速。扭矩增大的同時將會帶動驅(qū)動夾緊輪旋轉(zhuǎn)并沿著吊軌立面滾動，進而依托吊軌軌道實現(xiàn)行進的動態(tài)過程。關于氣動單軌吊車的具體實物圖如圖1。

圖1 氣動單軌吊車實物圖

針對圖1 所示的氣動單軌吊車實物圖的對應結構簡圖如圖2。

圖2 所示氣動單軌吊車結構簡圖中由輔助剎車裝置部件、聯(lián)接體、牽引裝置部件、氣路控制系統(tǒng)、滑動小車和氣動葫蘆等部分組成。其中氣路控制系統(tǒng)為核心部分，能夠起到調(diào)控動力源大小的目的，即通過控制被壓縮控制量的多少來實現(xiàn)不同大小動力源的供給效果；牽引裝置部件通過動力源提供的動力大小來對其他部件進行牽引運轉(zhuǎn)，而聯(lián)接體在其中起到將不同部件聯(lián)接成一個整體結構的目的；氣動葫蘆起到對于所需施工材料、作業(yè)人員和廢棄矸石等的起重吊裝作業(yè)的目的，并根據(jù)滑動小車在吊軌立面上滾動實現(xiàn)隨著軌道水平運行、轉(zhuǎn)彎和上下俯仰行進的效果。

圖2 氣動單軌吊車結構簡圖

2 氣動單軌吊車選型

余吾煤礦位于山西省長治市屯留區(qū)余吾鎮(zhèn)。S5203 工作面采用綜采工藝開采期間，其兩側(cè)區(qū)段平巷的斷面尺寸均設計為寬×高=5.4 m×3.8 m。煤層直接頂以炭質(zhì)泥巖為主，平均厚度3.2 m；基本頂以粉砂巖、K2 石灰?guī)r和炭質(zhì)泥巖混合層為主，平均厚度7.6 m；煤層底板老底主要以粗砂巖為主，平均厚度11.4 m。根據(jù)S5203 綜采工作面現(xiàn)場工程地質(zhì)情況，確定S5203 綜采工作面回風平巷超前段范圍內(nèi)選用QDDC 型氣動單軌吊車。該型號氣動單軌吊車具體參數(shù)情況見表1。

表1 QDDC 型氣動單軌吊車基本參數(shù)表

回風平巷是沿著煤層底板掘進的，由于煤層底板并不是完全水平的，即存在一定的坡度情況，因此不同坡度位置處QDDC 型氣動單軌吊車的最大吊運質(zhì)量也是有所區(qū)別的。具體不同坡度位置處的最大吊運質(zhì)量變化情況見表2。

表2 不同坡度位置處的最大吊運質(zhì)量

3 氣動單軌吊車工業(yè)性應用

該型號氣動單軌吊車總長度不到6.0 m，可以直接使用普通單軌吊車的軌道進行隨軌道的水平、轉(zhuǎn)彎、上下俯仰運移。由于S5203 綜采工作面回采期間所選用的輔助材料單體最大重量為8 t，小于QDDC 型氣動單軌吊車的最大吊運重量10 t，因而能夠?qū)崿F(xiàn)在坡度不大時（≤7°）對于單體設備部件的運輸作業(yè)要求。

以S5203 綜采工作面更換截割電機設備期間為工業(yè)性應用實例，此期間使用了QDDC 型氣動單軌吊車來滿足日常的輔助運輸作業(yè)要求。對比之下發(fā)現(xiàn)，將電機設備從超前維護棚外運輸至切眼口位置處大致需要花費8 min，而以往同樣的路程在使用小轎車或者滑輪人工拖運電機設備時大致需要花費40 min，時間比約為1:5；同時，QDDC 型氣動單軌吊車只需要配備2 名工人就可以滿足要求，而使用小轎車或者滑輪人工拖運電機設備時則需要至少5名工人，用工比約為2:5。

使用QDDC 型氣動單軌吊車能夠使運輸效率提高80%，同時用工人數(shù)降低60%?；谝酝F(xiàn)場工程經(jīng)驗可判定運輸效率權重為0.7，用工人數(shù)權重為0.3，進一步計算可以確定改用QDDC 型氣動單軌吊車的綜合效率提高為74%。

4 氣動單軌吊車的應用優(yōu)勢

（1）安全性好。① S5203 綜采工作面回風平巷超前段范圍內(nèi)采用氣動單軌吊車后，將運輸模式由“線”轉(zhuǎn)變?yōu)椤包c”的形式，提高了控制方面的安全性；② 人員在操作氣動單軌吊車時實現(xiàn)了遠距離輔助操控的目的，降低了因人員誤操作而引起的不安全性因素概率；③ 氣動單軌吊車整體結構性較好，且配備有輔助剎車裝置等安全制動部件，制動性能可靠，比傳統(tǒng)的小絞車等輔助運輸設備的安全系數(shù)要高很多。

（2）效率高。① 氣動單軌吊車能夠直接起吊設備，較傳統(tǒng)使用小絞車或倒鏈人工拖運時需要進行捆綁固定相比，省時且安全系數(shù)較高；② 氣動單軌吊運輸設備適應性強、靈活性強，無需考慮底板平整情況；③ 氣動單軌吊的使用避免了作業(yè)人員的抬、扛、拖等不必要體力消耗，將工作面內(nèi)的設備運輸變?yōu)閱渭兊某Ｒ?guī)動力單軌吊機車與氣動單軌吊機車的接替運輸，運輸效率提高；④ 氣動單軌吊移動方便，可隨工作面一同推進，消除了小絞車需要重復安裝的情況。

（3）成本低。① 氣動單軌吊裝置簡單，設備體積小，維護費用低；② 氣動單軌吊采用壓風驅(qū)動，無需考慮動力成本；③ 氣動單軌吊無需另外安裝專用運輸軌道，使用已經(jīng)安設的單軌吊軌道即可，無需再增加投入。

（4）用人少。① 氣動單軌吊運輸設備只需1人操作、1 人監(jiān)護即可，而使用小絞車運輸時還需要在巷道兩端設置2 名警戒人員；② 氣動單軌吊減少了小絞車或倒鏈拖運時，需要進行捆綁、處理底板等的人力投入。