單軌吊機(jī)車輔助運(yùn)輸系統(tǒng)應(yīng)用分析

顧世凱　汪宗勇　李彥均

摘要：煤礦現(xiàn)代化發(fā)展的方向是采掘機(jī)械化，采掘設(shè)備愈發(fā)向著大型化、超重化方向發(fā)展。當(dāng)前，綜掘面和綜采面的生產(chǎn)設(shè)備都具備較高的機(jī)械化水平，然而，煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的發(fā)展缺乏先進(jìn)性，亟需系統(tǒng)地梳理單軌吊機(jī)車輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的應(yīng)用問題，從而促進(jìn)該領(lǐng)域的發(fā)展?；诖?，本文首先分析煤礦輔助運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)狀，然后探討單軌吊機(jī)車輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的組成部分及作用，再次指出具體應(yīng)用的情況，最后提出優(yōu)化措施，以供參考。

關(guān)鍵詞：單軌吊機(jī)車；輔助運(yùn)輸；應(yīng)用

近年來，煤礦采掘技術(shù)不斷進(jìn)步，基于采掘效率的持續(xù)提升，液壓支架和采掘設(shè)施的重量增大，提高了巷道環(huán)境條件的復(fù)雜程度。掘進(jìn)巷道坡度變較大，礦井施工條件愈加復(fù)雜，怎樣在有效保障運(yùn)輸和施工安全的基礎(chǔ)上提升采掘效率，是當(dāng)今煤礦采掘應(yīng)密切重視的問題。當(dāng)前，礦井運(yùn)輸中較多應(yīng)用的運(yùn)輸系統(tǒng)是軌道大絞地軌，基于復(fù)雜巷道底板因素的制約，難以提升運(yùn)輸效率。而應(yīng)用單軌吊機(jī)車輔助運(yùn)輸系統(tǒng)，可以替代絞車運(yùn)輸系統(tǒng)，提升運(yùn)輸?shù)陌踩院托省?/p>

一、煤礦輔助運(yùn)輸現(xiàn)狀概述

煤礦輔助運(yùn)輸?shù)闹攸c(diǎn)包括無軌和有軌。從煤礦工傷事故的占比看，輔助運(yùn)輸方式形成的事故占比為30%，屬于煤礦生產(chǎn)中存在的第二類大事故，會(huì)影響煤礦的生產(chǎn)安全和生產(chǎn)效率。近年來，煤礦輔助運(yùn)輸管理不斷強(qiáng)化，基于持續(xù)拓展煤礦生產(chǎn)規(guī)模的影響，采掘設(shè)施的機(jī)械化水平不斷提高，實(shí)現(xiàn)了煤礦采掘的實(shí)際需求。因此，為了推動(dòng)煤礦領(lǐng)域的更好發(fā)展，需要應(yīng)用高效和安全的煤礦采掘輔助運(yùn)輸系統(tǒng)。

二、單軌吊機(jī)車輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的組成部分及作用

單軌吊機(jī)車輔助運(yùn)輸系統(tǒng)是在巷道頂部軌道運(yùn)輸材料、設(shè)備和人員等各種功能吊車的系統(tǒng)。系統(tǒng)自帶驅(qū)動(dòng)的數(shù)量決定了單軌吊機(jī)車爬坡性能，當(dāng)然，坡道坡度和吊運(yùn)件的重量也是影響因素。單軌吊機(jī)車以液壓缸或換向閥驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)的方式裝載和運(yùn)輸重物，與以往的人推肩抗、撬棍、手動(dòng)葫蘆等方式相比，可以減少該系統(tǒng)的工作負(fù)荷，提升運(yùn)行效率。單軌吊機(jī)車輔助運(yùn)輸系統(tǒng)主要由機(jī)車、提升梁和軌道三部分組成，具體如下：

（一）機(jī)車及其作用

機(jī)車部分即柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，單軌吊機(jī)車輔助運(yùn)輸系統(tǒng)經(jīng)常應(yīng)用的發(fā)動(dòng)機(jī)有直噴的四缸四沖程系列，具有堅(jiān)固的構(gòu)造、較低的能耗、較低的噪音，便于維護(hù)。

對(duì)于機(jī)車液壓系統(tǒng)而言，重點(diǎn)包括傳動(dòng)以及啟動(dòng)系統(tǒng)。其中，啟動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力源是蓄電池，借助液壓表有效監(jiān)控蓄能壓力，并控制啟動(dòng)閥門。傳動(dòng)系統(tǒng)重點(diǎn)借助變量軸進(jìn)行傳動(dòng)，基于電磁比例閥的影響可以有效控制油量和壓力，從而驅(qū)動(dòng)機(jī)車。機(jī)車的主要組成部分是較簡單的電控構(gòu)造，借助顯示屏呈現(xiàn)信息，實(shí)時(shí)處理故障，便于維護(hù)與檢查。

機(jī)車液壓系統(tǒng)包括液壓啟動(dòng)和傳動(dòng)系統(tǒng)兩種。其中，液壓啟動(dòng)系統(tǒng)包括雙蓄能器、控制閥門、馬達(dá)和液壓表等，而蓄能器是動(dòng)力源，以液壓表監(jiān)控蓄能器壓力，控制閥門的啟動(dòng)意味著機(jī)車被啟動(dòng)，而馬達(dá)的作用是驅(qū)動(dòng)采油機(jī)飛輪。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由軸向變量栓塞泵、液壓閥組、徑向柱塞馬達(dá)、電磁比例閥組成，基于電磁液壓閥和比例閥組對(duì)壓力油壓力以及流量的控制，變量栓塞泵轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)徑向柱塞馬達(dá)的運(yùn)行，從而驅(qū)動(dòng)機(jī)車。

電控系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)、操縱箱、顯示屏、溫度傳感器、控制箱、電磁閥以及速度編碼器組成，電源由發(fā)電機(jī)提供，控制箱中的控制板處理輸出和輸入信號(hào)，由操縱箱中的手柄操縱機(jī)車前后方向。電磁閥門可以監(jiān)控液壓系統(tǒng)，能結(jié)合顯示屏呈現(xiàn)系統(tǒng)的故障和參數(shù)。速度編碼器可以檢測(cè)機(jī)車運(yùn)行轉(zhuǎn)數(shù)或速度，而壓力傳感器與溫度傳感器分別監(jiān)測(cè)相應(yīng)的壓力和溫度值，系統(tǒng)的維護(hù)和檢查非常便捷。

為了防范瓦斯?jié)舛容^高導(dǎo)致礦井發(fā)生安全事故，機(jī)車上設(shè)計(jì)了瓦斯探測(cè)儀器，主要由獨(dú)立電源、控制板和顯示屏組成。結(jié)合瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，可以檢測(cè)礦井瓦斯含量，如果含量超標(biāo)，瓦斯檢測(cè)設(shè)施會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以此停止機(jī)車，直到瓦斯含量達(dá)標(biāo)才能重新啟動(dòng)機(jī)車。機(jī)車驅(qū)動(dòng)設(shè)施的重點(diǎn)包括摩擦輪、增壓缸、徑向栓塞馬達(dá)等，機(jī)車可以與軌道緊密聯(lián)系，提供機(jī)車輸送的安全系數(shù)。作為機(jī)車行走系統(tǒng)，行走論和導(dǎo)向輪是其的關(guān)鍵組成部分，被設(shè)計(jì)于輸送系統(tǒng)的起吊梁、主機(jī)以及司機(jī)室頂端。行走輪能確保軌道上的機(jī)車有序運(yùn)行，導(dǎo)向輪的功能是卡規(guī)或?qū)?，防止彎道存在翻車情況。機(jī)車具有兩套制動(dòng)系統(tǒng)，重點(diǎn)包括制動(dòng)閘、彈簧以及油缸等，在液壓油缸中注入液壓油后，基于彈簧的影響，可以啟動(dòng)抱閘，以此有效控制機(jī)車的運(yùn)行。而在液壓油被卸掉之后，會(huì)恢復(fù)彈簧彈力，很好地制動(dòng)機(jī)車。機(jī)車設(shè)計(jì)了兩個(gè)相同的駕駛艙，各自位于輸送系統(tǒng)兩邊。照明系統(tǒng)、操縱箱和顯示屏等設(shè)計(jì)于各個(gè)駕駛艙，可以更好地控制機(jī)車。

（二）起吊梁及作用

一般根據(jù)礦井輸送標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)配置起吊梁，實(shí)現(xiàn)理想的輸送效果。起吊梁包括輕型和重型兩種，是結(jié)合機(jī)車系統(tǒng)傳輸液壓動(dòng)力。通常而言，提升梁由梁體、控制閥門、馬達(dá)齒輪箱和提升鏈條等組成。在操作控制閥的基礎(chǔ)上，雙向轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)提升鏈條運(yùn)送物料。其中，重型梁適宜輸送重型物料和設(shè)備，提升噸位一般是20t以上，而輕型梁的提升噸位一般不超過8t。總之，起吊梁的提升效率較高、操作便捷。

（三）軌道及作用

根據(jù)煤礦輸送標(biāo)準(zhǔn)，各自設(shè)計(jì)重型以及輕型軌道，重型軌道重點(diǎn)進(jìn)行大承載量輸送，而輕型軌道重點(diǎn)輸送物料，需要根據(jù)圍巖狀況、頂板條件科學(xué)設(shè)計(jì)軌道懸掛形式。如果巷道為巖石構(gòu)造的頂板，適宜選用錨桿懸掛；如果巷道為松軟的地質(zhì)構(gòu)造，適宜選用錨索懸掛。大部分輕型梁的懸掛都是單鏈?zhǔn)降?，而大部分重型梁的懸掛都是雙鏈?zhǔn)降?。能以搭扣或法蘭連接軌道，而搭扣連接適宜連接直道軌道、法蘭連接適宜彎道軌道。軌道道岔有左右之分，重點(diǎn)包括車場(chǎng)和岔路的設(shè)計(jì)。以機(jī)械道岔或氣動(dòng)道岔控制岔道，而人工方式是控制機(jī)械道岔的方式，且以汽缸推動(dòng)控制氣動(dòng)道岔，可以促使軌道跟道岔充分嚙合。

三、單軌吊機(jī)車輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

第一，單軌輸送系統(tǒng)安全方便，不會(huì)耗費(fèi)很多工作量，應(yīng)用效率較高。軌道的固定大都借助錨桿進(jìn)行，通常而言，每節(jié)軌道都會(huì)應(yīng)用兩根錨桿、一根鏈條、一幅懸吊板，設(shè)備整體安裝便捷，且安裝完成后要求實(shí)施的維護(hù)工作量少。

第二，單軌吊機(jī)車輔助運(yùn)輸較靈活，煤礦井下應(yīng)用該系統(tǒng)具有理想的效果，煤礦的不少區(qū)域都能應(yīng)用該系統(tǒng)。縱觀很多應(yīng)用實(shí)踐表明，單軌吊機(jī)車運(yùn)輸系統(tǒng)很少受到巷道環(huán)境狀況的制約，盡管巷道會(huì)發(fā)生片幫或底鼓現(xiàn)象，但單軌吊機(jī)車仍會(huì)運(yùn)行正常，具有較強(qiáng)的適用性。

第三，單軌吊機(jī)車運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)理想的效果，在巷道安裝單軌吊機(jī)車軌道，可以有效連接彎道和道岔，建構(gòu)完善的系統(tǒng)。

通常而言，異步單軌吊車機(jī)可以一起服務(wù)于很多個(gè)巷道，實(shí)現(xiàn)各種工作需求，也能在相同時(shí)間通過若干機(jī)車服務(wù)相同的向?qū)?，?shí)現(xiàn)輸送的統(tǒng)一化。為此，對(duì)于輸送工作量大的巷道而言，應(yīng)用單軌吊機(jī)車輸送系統(tǒng)可以提升輸送的效率和安全性。

四、單軌吊機(jī)車輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的具體應(yīng)用

（一）綜掘工作面掘進(jìn)中單軌吊機(jī)車輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的應(yīng)用

在綜掘工作面到達(dá)相應(yīng)的長度后，安裝與應(yīng)用單軌吊軌道和吊機(jī)車。一般而言，單軌吊軌道的設(shè)置應(yīng)綜合兼顧道壁、膠帶運(yùn)輸機(jī)，在綜掘工作面掘進(jìn)過程中，通常應(yīng)用的單軌吊機(jī)車是兩驅(qū)和三驅(qū)形式，結(jié)合礦井的具體現(xiàn)狀，配置能實(shí)現(xiàn)作業(yè)要求的起吊梁。配比完成后，再輸送綜掘生產(chǎn)工作要求使用的掘進(jìn)機(jī)械零件、皮帶和支護(hù)材料等，結(jié)合具體狀況輸送工作人員，直到完成綜掘工作面的所有工作。

（二）安裝綜采工作面中單軌吊機(jī)車輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的應(yīng)用

第一，以正常方式掘進(jìn)綜采工作面后，應(yīng)結(jié)合具體的荷載需求，通過防爆柴油單軌機(jī)車或防爆蓄電池牽引機(jī)車逐步撤出生產(chǎn)中應(yīng)用的綜掘設(shè)備及其零件，撤出完成后，借助單軌吊機(jī)車輸送生產(chǎn)中的煤機(jī)、綜采設(shè)備、刮板輸送機(jī)等，確保向工作面及時(shí)和安全輸送，要求具有較高專業(yè)水平的人員進(jìn)行安裝操作。一般而言，綜采工作選用的支架重量都不會(huì)超過15t，控制巷道坡度低于15°，在此條件下，直接借助牽引單軌車安裝，需要明確的是，如果支架自重在15t以上、巷道坡度在15°以上，可以應(yīng)用防爆型的六驅(qū)柴油單軌機(jī)。

第二，當(dāng)綜掘工作面有序生產(chǎn)后，礦井單軌吊機(jī)車輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的應(yīng)用需要結(jié)合生產(chǎn)要求和實(shí)際作業(yè)情況，確保有效運(yùn)輸作業(yè)過程中的物料、零件和工作人員等。另外，單軌吊機(jī)車輔助運(yùn)輸系統(tǒng)還能確保綜合工作面小絞車的高效性與安全性，也可以消除小絞車輸送過程中面臨的短繩、掉道、跑車等安全問題，全程由司機(jī)以指令形式控制單軌吊機(jī)車輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)行，在輸送時(shí)結(jié)合實(shí)際需求加以優(yōu)化。

第三，單軌吊機(jī)車輔助運(yùn)輸系統(tǒng)可以很好地解決輸送過程中小絞車存在的設(shè)備多、環(huán)節(jié)繁瑣、工作負(fù)荷重、輸送效率不高的問題，在大重量、高坡度、窄巷道的條件下，設(shè)備也可以順利運(yùn)行。同時(shí)，應(yīng)用單軌吊機(jī)車輔助運(yùn)輸系統(tǒng)勿需對(duì)巷道底板進(jìn)行硬化或拓寬巷道，操作整體較簡單，具備較高的安全性，可以實(shí)現(xiàn)更理想的效益。

第四，應(yīng)用單軌吊機(jī)車輔助運(yùn)輸系統(tǒng)能更加迅速地安裝綜采工作面的一系列設(shè)備。目前，掘進(jìn)完綜掘工作面后，通過地軌運(yùn)輸要求耗費(fèi)較長的時(shí)間鋪設(shè)管道等輔助設(shè)備，而應(yīng)用該系統(tǒng)在綜掘工作面開始后可以安裝單軌吊，在掘進(jìn)完成后可以安裝單軌吊機(jī)車輔助運(yùn)輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)輸送需求。根據(jù)多種應(yīng)用情況而言，礦井采掘時(shí)的長度大概是150m的工作面，綜采設(shè)備的安裝會(huì)花費(fèi)大概一個(gè)月的時(shí)間。

五、優(yōu)化應(yīng)用單軌吊機(jī)車輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的有效措施

（一）優(yōu)化設(shè)計(jì)運(yùn)輸系統(tǒng)

單軌吊機(jī)車輔助運(yùn)輸安全的本質(zhì)是運(yùn)行空間充足，為了完善傳統(tǒng)方式存在的不足，確保運(yùn)輸?shù)倪B續(xù)性，需要在巷道設(shè)計(jì)中優(yōu)化運(yùn)輸系統(tǒng)，保障應(yīng)用的單軌吊機(jī)車運(yùn)行空間的充足。通常情況下，巷道兩邊突出點(diǎn)與直線段巷道之間的距離應(yīng)在1.2m以上，而彎道內(nèi)側(cè)巷道幫突出點(diǎn)與彎道軌道之間的距離在2.0m以上。

（二）優(yōu)化生產(chǎn)流程

應(yīng)全面兼顧礦井井田拓展以及輔助運(yùn)輸，保障井田拓展和運(yùn)輸工作同時(shí)設(shè)計(jì)、施工，并在相同時(shí)間內(nèi)應(yīng)用。巷道的拓展還應(yīng)與軌道的鋪設(shè)同步，降低重復(fù)工作的可能性，縮短施工要求的時(shí)間。

（三）完善配套設(shè)備

結(jié)合人員和物流輸送的具體需求，在相應(yīng)的地方設(shè)置加油站、換裝站、維修硐室等，配套制作應(yīng)用的物料箱、平板車、乘人車等，同時(shí)，協(xié)調(diào)建設(shè)配套通訊設(shè)施，以此提升調(diào)度與運(yùn)輸?shù)馁|(zhì)量和效率。

六、單軌吊機(jī)車輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的發(fā)展前景

《中國制造2025》指出，應(yīng)堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、智能轉(zhuǎn)型、強(qiáng)化基礎(chǔ)、綠色發(fā)展，因此，設(shè)備的智能化與自動(dòng)化發(fā)展是主導(dǎo)趨勢(shì)，礦井無人運(yùn)輸和采掘也是未來的發(fā)展方向。與無軌膠輪系統(tǒng)相比，礦井軌道運(yùn)輸系統(tǒng)具備軌道向?qū)В哂忻黠@的無人化、智能化和自動(dòng)化優(yōu)勢(shì)。礦井的運(yùn)行條件較封閉，應(yīng)用大噪音和高污染的防爆柴油機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)，不利于提升礦井運(yùn)行效率，也可能威脅工作人員的安全。為此，礦井輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)和方向是信息化、高度電氣自動(dòng)化軌道運(yùn)輸系統(tǒng)以及電牽引輸送設(shè)備。

七、結(jié)語

綜上所述，單軌吊機(jī)車輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的應(yīng)用可以很好地防范跑車、短繩、掉道等安全問題，實(shí)時(shí)掌握運(yùn)輸系統(tǒng)的異常情況和運(yùn)行狀態(tài)，從而實(shí)施有效的舉措。同時(shí)，取代過去的絞車運(yùn)輸系統(tǒng)，具有理想的應(yīng)用范圍和較高的靈活性，也可以很好地適應(yīng)大坡度巷道，更好地控制前期投入，降低維修成本。因此，該系統(tǒng)具有理想的經(jīng)濟(jì)效益，值得推廣和應(yīng)用。

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作者簡介：顧世凱（1986），男，山東省鄒城市人，本科，助理工程師，技術(shù)員，主要研究方向?yàn)槊旱V輔助運(yùn)輸。