劉永紅

（山西陽泉煤業(yè)集團(tuán)，山西 陽泉 045000）

隨著我國“機(jī)械化換人、自動化減人”理念的大力倡導(dǎo)，煤礦運(yùn)輸技術(shù)和設(shè)備積極極引用，推廣單軌吊運(yùn)輸方式進(jìn)入輔助運(yùn)輸系統(tǒng)，可有效改善井下運(yùn)輸作業(yè)環(huán)境、提高運(yùn)輸效率、保證運(yùn)輸安全，在其它單位回采工作面單軌吊安裝使用具有參考意義。

1 工作面概況

開元公司9#煤七采區(qū)9711工作面回風(fēng)巷正在掘進(jìn)，巷道設(shè)計運(yùn)輸距離1400 m，最大坡度7°（預(yù)計），回風(fēng)巷斷面為矩形，荒高3.7 m，荒寬5 m；頂板支護(hù)方式為Φ17.8 mm×6200 mm全錨索、鋼帶、網(wǎng)支護(hù)。

2 輔助運(yùn)輸方式選擇

1）承擔(dān)任務(wù)

輔助運(yùn)輸系統(tǒng)主要承擔(dān)掘進(jìn)期間物料的運(yùn)輸以及未來綜采工作面的安裝任務(wù)，主要設(shè)備包括液壓支架，支護(hù)材料等，設(shè)計所運(yùn)輸最重單件為液壓支架，型號為ZY8000，液壓支架長7 m，高2.65 m，寬1.75 m，重33 t。

2）煤礦現(xiàn)使用較多且應(yīng)用成熟的三類運(yùn)輸方式優(yōu)缺點(diǎn)對比：

（1）單軌吊運(yùn)輸方式：

優(yōu)點(diǎn)：①運(yùn)輸所需要的人員較少、操作簡單；②運(yùn)輸過程中所需的運(yùn)輸環(huán)節(jié)少，不會出現(xiàn)掉道情況，運(yùn)輸效率高；③機(jī)車以及軌道的維護(hù)成本低，不用考慮地鼓對運(yùn)輸?shù)挠绊懀虎懿粫霈F(xiàn)掉道的情況、安全性高。

缺點(diǎn)：①初期投入成本高。

（2）無極繩、絞車運(yùn)輸方式：

優(yōu)點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)、操作容易；②價格便宜且初期投入較少。

缺點(diǎn)：①巷道地鼓會影響運(yùn)輸，維護(hù)工程量大；②運(yùn)輸期間需要大量操作和維護(hù)人員；③運(yùn)輸環(huán)節(jié)多、運(yùn)輸效率低；④在運(yùn)輸過程中會出現(xiàn)掉道情況，安全系數(shù)低

（3）無軌膠輪車：

優(yōu)點(diǎn)：①初期投入較少；②運(yùn)輸時使用柴油為動力，續(xù)航能力長；③運(yùn)輸時所用人員較少，操作簡單。

缺點(diǎn)：①對巷道寬度及高度要求較高，不能滿足斜井運(yùn)輸；②對巷道的通風(fēng)條件要求較高；③巷道底板必須硬化，底鼓會影響運(yùn)輸，維護(hù)工程量大。

綜上所述，單軌吊運(yùn)輸方式及可以提高煤礦井下的運(yùn)輸效率，減輕工人的勞動強(qiáng)度，且安全性高，故選用單軌吊運(yùn)輸方式。

3 單軌吊軌道安裝及懸掛方式

3.1 軌道的選用

軌道采用德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（DIN20593）的專用軌道I140 V，采用標(biāo)準(zhǔn)直軌，每節(jié)3 m，寬69 mm，高198 mm，中板厚8 mm；屈服強(qiáng)度≥355 MPa，抗拉強(qiáng)度490～630MPa， 截面慣性矩為：Ia=60.6×10-6m4，巷道彎軌水平曲率半徑不得小于6 m，垂直彎軌曲率半徑不小于10 m；水平彎軌間及軌道與道岔連接處均采用專用法蘭螺栓連接。9711工作面回風(fēng)巷支護(hù)形式為全錨索支護(hù)，考慮到運(yùn)輸?shù)闹Ъ苤亓恐?3 t，選用2.4m/根的I140 V型軌道。軌道總計約1825 m，I140 V型軌道截面（見圖1）。

圖1 軌道截面

3.2 懸掛方式的選擇

根據(jù)巷道現(xiàn)場條件采用雙錨索懸掛板方式懸掛，軌道的每個懸掛點(diǎn)均由雙錨索懸吊，單根錨索錨固力不小于160 kN，懸掛板由兩錨鎖固接后，通過鏈條與搖擺鏈接，搖擺下方通過搭接板（8字板）與軌道鏈接，軌道上方分別焊有舌根板和舌尖板，通過舌簧使2根軌道鏈接在一起（見圖2）。

圖2 軌道懸掛方式

3.3 軌道位置的選擇

由于巷道中心為錨索排布路線，為了避免因近距離打錨桿造成頂板破裂現(xiàn)象，以及考慮到巷道左幫有皮帶 （寬1200 mm+安全距離500 mm），所以單軌吊軌道鋪設(shè)在巷道中心靠右?guī)?；巷道寬度?000mm，考慮到有皮帶機(jī)，有效寬度為3300mm。

機(jī)車在掘進(jìn)期間運(yùn)輸時，運(yùn)輸?shù)V車 （2000mm×960 mm×870 mm）及小料（寬度考慮為1800 mm支架寬度），故掘進(jìn)時運(yùn)輸寬度如下：

W=1800（運(yùn)輸時物料寬）+1000（機(jī)車距右?guī)偷陌踩嚯x）+500（機(jī)車距皮帶安全距離）

巷道掘成以后，運(yùn)輸支架時回風(fēng)巷沒有其它運(yùn)輸設(shè)備，所以寬度方面滿足運(yùn)輸支架的要求。懸掛單軌吊軌道路線距右側(cè)幫1900 mm（見圖3）。

圖3 回風(fēng)巷單軌吊軌道布置

3.4 輔助運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)轉(zhuǎn)載區(qū)一處，用于支架及物料轉(zhuǎn)載；設(shè)充電檢修區(qū)一處，用于機(jī)車充電和檢修；設(shè)臨時停車區(qū)一處，在轉(zhuǎn)載物料前機(jī)車臨時停靠，物料進(jìn)入轉(zhuǎn)載區(qū)后機(jī)車開出。

（1）轉(zhuǎn)載區(qū)巷道高度情況：單軌吊軌道中心線與地軌中心線重合，為使設(shè)備的轉(zhuǎn)載正常運(yùn)行，機(jī)車轉(zhuǎn)載區(qū)對巷道的長度要求為≥45 m（保證機(jī)車可以完全停放），高度要求如下：

H（頂板點(diǎn)距地高度）＞750（巷道頂?shù)杰壍赖祝?700（軌道底到起吊梁底）+2650（支架高）+450（平板車高）+110（地軌軌道）+200（安全高度）=4.86 m。

圖4 轉(zhuǎn)載區(qū)斷面

（2）回風(fēng)巷巷道延伸段高度情況：長50 m，位于9711回風(fēng)巷和猴車巷橫貫處，此處作為機(jī)車轉(zhuǎn)載前單軌吊機(jī)車的停車處，單軌吊機(jī)車在此處停車，等待電機(jī)車將液壓支架運(yùn)輸?shù)睫D(zhuǎn)載區(qū)段，單軌吊開出進(jìn)行轉(zhuǎn)載。

（3）當(dāng)機(jī)車運(yùn)輸支架在回風(fēng)巷行走時，巷道的高度應(yīng)滿足：

H （巷道高度）＞750（巷道頂?shù)杰壍赖祝?700（軌道底到起吊梁底）+2650（支架高）+200（安全距離）=4.3 m。

圖5 運(yùn)輸時回風(fēng)巷斷面

（4）充電檢修區(qū)：設(shè)4個充電位，在巷道兩側(cè)布置，機(jī)車更換電池時，先將沒電的電池置于空位，然后掛接充好的電池。電池更換時，由電池更換小車完成，小車可以水平行走。電池更換小車用軌道為礦用24～30 kg/m軌道，對此巷道的要求為，長度≥50 m （懸掛6T梁和14T梁時機(jī)車長39.4m），高度≥2.8m，寬度≥4.9m（見圖6）。

高度H=750（巷道頂?shù)杰壍赖祝?1400（軌道底到機(jī)車底）+800（機(jī)車底到地面）=2.95 m，在此高度時機(jī)車底到地面的距離為0.8 m，當(dāng)機(jī)車故障時此高度方便對機(jī)車進(jìn)行檢修。

為檢修充電硐室，寬度L=1200×2（兩個換電池小車寬）+1820（單軌吊懸掛30T梁長度）+500（安全距離）×2=5.4m（見圖7）。

圖6 充電檢修區(qū)布置

圖7 充電檢修區(qū)布置

單軌吊中心位于巷道中心，換電池小車在巷道兩側(cè)對稱放置，保證機(jī)車更換電池的便捷性。

4 設(shè)備選型

根據(jù)巷道坡度及后期采掘過程中運(yùn)輸?shù)淖钪匦拓涊d，故以ZY8000型液壓支架（重33 t）為參考進(jìn)行計算。

［14T（機(jī)車自重）+5T（起吊梁自重）+33T（液壓支架自重）］·g （9.8）×sin7°（最大爬坡角）+［14T（機(jī)車自重）+5T（起吊梁自重）+33T（液壓支架）］·g（9.8）×cos7°（最大爬坡角）×0.03（滾動摩擦系數(shù)）=所需牽引力77 kN×1.15=88.55 kN

DX100機(jī)車所能提供的牽引力100 kN＞88.55 kN，滿足運(yùn)輸要求。

DX100機(jī)車所能提供的制動力150 kN，安全系數(shù)為：150 kN（機(jī)車制動力）/88.55（機(jī)車在坡上所需牽引力）=1.69。

《煤礦安全規(guī)程》第三百九十條規(guī)定，設(shè)備制動力必須為牽引力的1.5～2倍。機(jī)車牽引力滿足《煤礦安全規(guī)程》要求。

根據(jù)巷道坡度及運(yùn)輸設(shè)備，擬選用DX100單軌吊蓄電池機(jī)車。

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

1）運(yùn)輸時間對比

絞車運(yùn)輸時主要運(yùn)輸絞車為無極繩絞車，實(shí)際運(yùn)輸期間無極繩絞車基本為慢速運(yùn)行 （0.75 m/s）；單軌吊除運(yùn)輸≥5 t的物體時采用六驅(qū)模式 （最大1.36 m/s），其余均采用四驅(qū)模式運(yùn)行（最大2 m/s）。

考慮到絞車運(yùn)輸時，運(yùn)輸時間受運(yùn)輸物體重量、巷道坡度及彎度、運(yùn)輸車輛的數(shù)目、多處地點(diǎn)摘掛鉤等綜合因素的影響，而單軌吊運(yùn)輸基本不受以上條件約束。

2）人工費(fèi)用對比

采用單軌吊運(yùn)輸時，只需在西北1#聯(lián)巷起吊點(diǎn)安排3～4人，工作面安排5～6人即能保證工作面正常安裝；采用絞車運(yùn)輸時，每班至少出勤24人（考慮各項(xiàng)因素后低于24人工作效率將大打折扣），可見單軌吊運(yùn)輸需要投入的人工數(shù)目較絞車運(yùn)輸有很大幅度的下降。

3）勞動強(qiáng)度對比

人員通過單軌吊乘人裝置進(jìn)入工作面僅20 min，而人員步行至工作面至少要40min，且采用絞車運(yùn)輸?shù)倪^程中必須派專人進(jìn)行跟車，使職工的勞動強(qiáng)度大大增加。

4）日常保養(yǎng)維護(hù)費(fèi)用對比

單軌吊作為一種新設(shè)備、新技術(shù)被引入我礦后，現(xiàn)階段還不易被接受。機(jī)車需要動態(tài)進(jìn)行觀察、保養(yǎng)和維護(hù)，零部件購買渠道較窄、價格較高，一旦機(jī)車出現(xiàn)故障后將直接影響施工進(jìn)度，故在使用過程中對操作人員和維護(hù)人員的要求較高，而絞車使用范圍較廣，零部件損壞后容易更換，保養(yǎng)和維修成本相對低廉。

6 結(jié)語

單軌吊使運(yùn)輸系統(tǒng)得到簡化，減少了勞動強(qiáng)度，且工作效率得到很大程度提高，不可否認(rèn)較傳統(tǒng)運(yùn)輸方式其自身也存在一些缺點(diǎn)，但單軌吊這種靈活性高、驅(qū)動能力大、適應(yīng)能力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)效益可觀的優(yōu)點(diǎn)值得推廣。