防爆電動(dòng)無軌膠輪車在井下的應(yīng)用

王發(fā)桐

（山西晉神沙坪煤業(yè)有限公司，山西 河曲 036500）

常村煤礦自2004年資源整合以來，以打造安全型、節(jié)約型、環(huán)保型、自動(dòng)化礦井為發(fā)展理念，陸續(xù)應(yīng)用柴油無軌膠輪車，實(shí)現(xiàn)了全礦井輔助運(yùn)輸膠輪化［1-2］。但隨著煤炭行業(yè)倡導(dǎo)綠色發(fā)展及環(huán)保監(jiān)管越來越嚴(yán)格，企業(yè)發(fā)展的核心思想已經(jīng)向節(jié)能減排和降本增效方向發(fā)展［3-5］。面對(duì)當(dāng)前柴油無軌膠輪車存在燃油消耗量大，尾氣排放污染嚴(yán)重、維修保養(yǎng)成本高等弊端，常村煤礦通過積極摸索，引進(jìn)新型電動(dòng)無軌膠輪車，打造節(jié)能減排、降本增效的井下綠色運(yùn)輸新模式。電動(dòng)無軌膠輪車具有低排放、無污染、扭矩大、噪聲低、電池更換方便等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際使用中能夠取代柴油無軌膠輪車進(jìn)行井下輔助運(yùn)輸。

1 防爆電動(dòng)無軌膠輪車車輛結(jié)構(gòu)

防爆電動(dòng)無軌膠輪車主要由鉸接式車架、封閉式整體貨廂、司機(jī)駕駛室、前獨(dú)立懸掛、后剛性懸掛、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)組成。車輛采用大容量防爆鋰電池作為動(dòng)力源，具備適時(shí)四驅(qū)能力；減速機(jī)集成有濕式制動(dòng)器，可以做到行車制動(dòng)、駐車制動(dòng)獨(dú)立操作。同時(shí)防爆電動(dòng)無軌膠輪車與柴油無軌膠輪車相比在車身強(qiáng)度、車身承載能力、輕量化、爬坡能力、車輛維護(hù)等方面都具有較大優(yōu)勢。車輛技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 車輛技術(shù)參數(shù)

1）鉸接式車架。該結(jié)構(gòu)車架通過中央鉸接機(jī)構(gòu)連接前車架及后車架。車架縱梁采用高強(qiáng)度鋼板沖壓后，整體激光焊接成型，達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平。車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)通過操縱液壓轉(zhuǎn)向油缸的伸縮實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。前車架為車輛主要元部件的安裝位置，同時(shí)兼顧正向駕駛室的封閉性。后車架為支撐整體式車廂及承載結(jié)構(gòu)，采用自卸油缸托舉車輛實(shí)現(xiàn)翻舉自卸。

2）前獨(dú)立懸掛＋后剛性懸掛。車輛整體采用輕量化設(shè)計(jì)，使用單縱臂獨(dú)立懸掛提高整車的平穩(wěn)及防側(cè)傾性。采用結(jié)構(gòu)簡單的后剛性懸掛，不僅使車身承載能力更強(qiáng)，而且能夠有效降低車廂高度和整車重心。

3）驅(qū)動(dòng)部。防爆電動(dòng)無軌膠輪車采用獨(dú)立驅(qū)動(dòng)方式，搭載了磁阻電動(dòng)機(jī)及輪邊減速器，傳動(dòng)效率達(dá)到90%。該套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具備電動(dòng)機(jī)扭矩大，調(diào)速范圍廣，傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)的軸式機(jī)械傳動(dòng)方式相比，速度控制更細(xì)膩、更便于維護(hù)保養(yǎng)。

4）制動(dòng)系統(tǒng)。防爆電動(dòng)無軌膠輪車采用了電制動(dòng)+濕式制動(dòng)的組合制動(dòng)方式，具有陡坡緩降、自動(dòng)控制車速和防失速保護(hù)，并且具有動(dòng)能回收功能，利用制動(dòng)回收電能增加車輛續(xù)航，大大提高了車輛運(yùn)行時(shí)的可靠性和安全性。

2 防爆電動(dòng)無軌膠輪車運(yùn)行情況

2021年9月12日常村煤礦首臺(tái)防爆電動(dòng)無軌膠輪車入井試運(yùn)行，在進(jìn)行2次空載往返后，分別拉運(yùn)建工材料及支護(hù)材料進(jìn)行運(yùn)行試驗(yàn)，單趟可運(yùn)送4.5 m3噴漿料。截至2021年10月5日，防爆電動(dòng)無軌膠輪車已在常村煤礦完成安全運(yùn)送物料180 t、行駛里程556 km的試驗(yàn)任務(wù)，防爆電動(dòng)無軌膠輪車的各項(xiàng)性能穩(wěn)定。

2.1 輔助運(yùn)輸巷道技術(shù)參數(shù)

常村煤礦入井副斜井長862 m，巷道最大坡度-10°，井下輔助運(yùn)輸線路最遠(yuǎn)距離為12 km。井下主要運(yùn)輸大巷為直墻半圓拱形斷面，采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，巷道凈寬×凈高=6 m×5 m，凈斷面26.14 m2。

采掘工作面內(nèi)運(yùn)輸巷道為矩形斷面，采用錨網(wǎng)支護(hù)，巷道凈寬×凈高=6 m×4 m，巷道底板采用混凝土硬化，混硬土標(biāo)號(hào)C20，底板硬化厚度150～200 mm；巷道轉(zhuǎn)彎半徑7 m，每500 m設(shè)置一個(gè)檢修及調(diào)頭硐室，能完全滿足車輛轉(zhuǎn)彎及調(diào)頭需求。

2.2 車輛運(yùn)行情況

截至目前，常村煤礦已投用的5臺(tái)防爆電動(dòng)無軌膠輪車，累計(jì)運(yùn)行約37 500 km，總耗電量約43 000 kW·h。防爆電動(dòng)無軌膠輪車車輛每千米所需費(fèi)用僅為同載重量柴油無軌膠輪車的12%，且車輛出勤率達(dá)到92%，車輛操作便捷、輔助駕駛功能完善、車輛運(yùn)行智能監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定，各項(xiàng)運(yùn)行狀態(tài)良好。

2.3 車輛使用成本對(duì)比分析

柴油無軌膠輪車油耗0.84 L/km，油價(jià)按每升平均值5.1元計(jì)算，則每百千米費(fèi)用為428.4元。防爆電動(dòng)無軌膠輪車每千米平均耗電量1.5 kW·h，電價(jià)按0.56元kW·h計(jì)算，則每百千米費(fèi)用為84元。柴油無軌膠輪車與防爆電動(dòng)無軌膠輪車的經(jīng)濟(jì)對(duì)比結(jié)果如表2所示。

表2 柴油無軌膠輪車與電動(dòng)無軌膠輪車經(jīng)濟(jì)對(duì)比

經(jīng)過上述數(shù)據(jù)比對(duì)發(fā)現(xiàn)，在相同運(yùn)行條件下，單臺(tái)防爆電動(dòng)無軌膠輪車節(jié)省的費(fèi)用和產(chǎn)生的效益比柴油無軌膠輪車有大幅度優(yōu)勢。單臺(tái)防爆電動(dòng)無軌膠輪車在綜合工況下滿載續(xù)航里程≥90 km、充換電時(shí)間≥2 h的表現(xiàn)雖然不及柴油無軌膠輪車單次加油續(xù)航能力≥260 km、加油時(shí)間≤0.2 min，但防爆電動(dòng)無軌膠輪車單臺(tái)車輛每年可節(jié)約營運(yùn)費(fèi)用22.23萬元。雖然防爆電動(dòng)無軌膠輪車單價(jià)比柴油無軌膠輪車高出115萬元，但其使用壽命達(dá)8年，每年節(jié)約22萬元費(fèi)用，即可在6年內(nèi)收回設(shè)備超出的成本且車輛更換周期更長，成本進(jìn)一步降低。

因此，從礦井長遠(yuǎn)發(fā)展角度分析，使用防爆電動(dòng)無軌膠輪車不僅能夠起到降低生產(chǎn)成本、提高運(yùn)輸效率、減少設(shè)備維護(hù)的人員投入等作用，更能進(jìn)一步地減少運(yùn)輸作業(yè)期間存在的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 防爆電動(dòng)無軌膠輪車節(jié)能及降噪效果

（1）根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》（2016年版）第一百三十八條規(guī)定：使用煤礦防爆型柴油動(dòng)力裝置機(jī)車運(yùn)輸?shù)牡V井，行駛車輛的巷道應(yīng)按同時(shí)運(yùn)行的最多車輛數(shù)量增加巷道配風(fēng)，配風(fēng)量應(yīng)不小于4 m3/（min·kW）。經(jīng)過計(jì)算可知，如需滿足10臺(tái)柴油車在井下同時(shí)運(yùn)行需要額外增加風(fēng)量3 000 m3/min。配風(fēng)量的增加將加大礦井主通風(fēng)機(jī)的用電負(fù)荷，增加礦井日常運(yùn)行成本。采用防爆電動(dòng)無軌膠輪車后可實(shí)現(xiàn)尾氣零排放，避免上述情況出現(xiàn)。

（2）柴油無軌膠輪車在井下運(yùn)行時(shí)的噪聲雖然不大于85 dB，符合國家MTT989-2006行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求［6-7］，但在實(shí)際使用過程中車輛在大馬力爬坡等特殊工況下噪聲仍比較刺耳。通過現(xiàn)場實(shí)際測量對(duì)比，電動(dòng)無軌膠輪車產(chǎn)生的噪聲平均比柴油無軌膠輪車減小20%，使用防爆電動(dòng)無軌膠輪車可以有效減少煤礦井下環(huán)境中噪聲的污染。

3 結(jié)論

1）防爆電動(dòng)無軌膠輪車擁有安全性能高、運(yùn)輸效率高、零排放和低能耗、易維護(hù)管理等優(yōu)勢，解決礦井現(xiàn)有柴油無軌膠輪車“高污染、高油耗、高噪聲、高故障、低壽命、難維護(hù)”等長期困擾企業(yè)的難題。其具備的無污染、低噪聲、能耗小、維修維護(hù)簡單、操控性好、續(xù)航里程、智能監(jiān)控和上傳功能的優(yōu)勢在車輛實(shí)際運(yùn)行中得到了充分驗(yàn)證和肯定，深受一線運(yùn)輸職工稱贊。

2）防爆電動(dòng)無軌膠輪車在常村煤礦井下的成功應(yīng)用，不僅改善了井下通風(fēng)環(huán)境、降低了礦井運(yùn)輸成本、保障職工身體健康，還在尾氣排放、能耗費(fèi)用、噪聲等方面較防爆柴油機(jī)車具有非常明顯的優(yōu)勢。