閻立哲，李 雲(yún)

(1.西山煤電集團(tuán)公司機(jī)電處, 太原 030053；2.山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)金達(dá)煤業(yè)公司，山西 孝義 032302)

隨著我國新建大型礦井的不斷發(fā)展,煤機(jī)設(shè)備的科技水平也在不斷提高,煤礦井下作業(yè)朝著機(jī)械化、自動(dòng)化和智能化深入推進(jìn),煤礦機(jī)械化開采水平邁向新的臺(tái)階。為了有效發(fā)揮大型機(jī)械設(shè)備的使用率和技術(shù)性能,選用的輔助運(yùn)輸方式要科學(xué)合理,能否減少輔助運(yùn)輸時(shí)間是當(dāng)前高產(chǎn)高效礦井面臨的主要問題。礦用井下防爆無軌膠輪車與傳統(tǒng)的礦用井下有軌輔助運(yùn)輸相比,存在諸多優(yōu)勢(shì),如:車身機(jī)動(dòng)靈活、爬坡能力強(qiáng)、安全性能較好、對(duì)巷道適應(yīng)性較強(qiáng)、運(yùn)輸速度較快以及成本較低等。近年來，越來越多的高產(chǎn)高效礦井投產(chǎn),使無軌膠輪車運(yùn)輸?shù)膽?yīng)用變得更加廣泛,但礦用井下防爆柴油機(jī)無軌膠輪車由于在井下實(shí)際運(yùn)行中存在“四高一低”等普遍缺陷,礦用井下防爆爆鋰離子蓄電池?zé)o軌膠輪車將會(huì)成為未來煤礦行業(yè)輔助運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展趨勢(shì)。

1 綜采工作面快速搬家裝備應(yīng)用

當(dāng)前,礦用井下防爆無軌膠輪車煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。它不僅加快了綜采工作面地撤退及安裝進(jìn)度,還強(qiáng)化了礦井輔助運(yùn)輸安全管理,確保了煤礦安全生產(chǎn)。在綜采工作面穩(wěn)裝或搬家時(shí),使用液壓支架搬運(yùn)車,可以將液壓支架直接運(yùn)輸,這樣既簡(jiǎn)單又縮短了工作面搬家工期?，F(xiàn)以西山煤電斜溝礦為例:大采高和綜放工作面的回撤,采用無軌膠輪車單通道單頭快速回撤工藝;有關(guān)安裝采用無軌膠輪車單通道單頭快速安裝工藝。其快速搬家使用的裝備為:三輛FBL-10型叉車(或三輛FBL-10&CHT-50支架搬運(yùn)車)、兩輛FBL-55鏟板式搬運(yùn)車、兩輛WC60Y支架搬運(yùn)車、兩輛WC55Y支架搬運(yùn)車和四輛WC8懸掛式膠輪車。

由于礦用井下防爆無軌膠輪車在井下使用條件較為惡劣并且環(huán)境具有復(fù)雜和多樣性,故在礦用井下防爆無軌膠輪車的總體設(shè)計(jì)中,必須充分分析各種可能出現(xiàn)的不良環(huán)境因素,并確保在如下惡劣環(huán)境中,可以安全正常運(yùn)行[1]。具體情況如下:

1)存在瓦斯及煤塵爆炸的危險(xiǎn)環(huán)境;2)柴油機(jī)排氣成分對(duì)人體有不良影響;3)巷道部分較狹窄,有急轉(zhuǎn)彎;4)巷道路面部分存在濕滑、涉水及顛簸等情況;5)巷道部分存在有幾百米以上的長(zhǎng)距離連續(xù)坡道(不宜超過14°)。

2 礦用井下防爆無軌膠輪車運(yùn)輸安全性能要求

2.1 基本要求

1)礦用井下防爆無軌膠輪車內(nèi)載配置的全部電氣設(shè)備必須做到滿足防爆,并符合GB3836《爆炸性環(huán)境》系列標(biāo)準(zhǔn)要求。 一定要由本安設(shè)備連接構(gòu)成的本安系統(tǒng)(如車上照明控制裝置和倒車影像裝置),要通過有關(guān)機(jī)構(gòu)進(jìn)行關(guān)聯(lián)檢驗(yàn),并取得檢驗(yàn)證書;2)無軌膠輪車所有部分熱表面最高溫度,應(yīng)在150℃以內(nèi);3)無軌膠輪車存在受撞擊可能性較大的零部件,不宜應(yīng)用輕金屬材料。整車裝配后周圍被車體鋼板包裹且不易更改的部件,可以使用輕金屬制造,但需經(jīng)過有關(guān)機(jī)構(gòu)進(jìn)行由GB/T13813-2008《煤礦用金屬材料摩擦火花安全性試驗(yàn)方法和判定規(guī)則》規(guī)定的沖擊摩擦火花試驗(yàn),并取得檢驗(yàn)證書;4)無軌膠輪車電氣設(shè)備的線纜應(yīng)符合MT8181《煤礦用阻燃電纜》系列標(biāo)準(zhǔn)要求,除去由機(jī)械保護(hù)或進(jìn)行鎧裝的線纜,其它電源線與液壓、燃油或潤(rùn)滑油管路需要至少隔離159 mm。

2.2 防爆柴油機(jī)有關(guān)技術(shù)要求

礦用井下防爆膠輪車的特殊使用環(huán)境,要求防爆柴油機(jī)具有低污染、防爆性能,并且在環(huán)境條件或柴油機(jī)自身性能指標(biāo)超過規(guī)定要求時(shí)具有自動(dòng)保護(hù)功能。它的基本組成如圖1所示。

圖1 防爆柴油機(jī)基本組成Fig.1 Basic composition of explosion-proof diesel engine

依據(jù)《MT990-2006礦用防爆柴油機(jī)通用技術(shù)條件》,對(duì)防爆柴油機(jī)安全性能方面作出以下要求:

2.2.1啟動(dòng)方式

防爆柴油機(jī)能使用的啟動(dòng)器有:彈簧啟動(dòng)器、液壓?jiǎn)?dòng)器、壓縮空氣啟動(dòng)器和防爆電啟動(dòng)機(jī)等,通常使用的是啟動(dòng)氣馬達(dá)和防爆電啟動(dòng)器。在啟動(dòng)過程中元部件可能會(huì)產(chǎn)生火花,要采用隔爆結(jié)構(gòu)。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》要求,使用壓縮空氣啟動(dòng)器時(shí),選用的空氣壓縮機(jī)的內(nèi)部溫度和壓力不能成為點(diǎn)燃源;在使用防爆電啟動(dòng)機(jī)時(shí),與它相配套的蓄電池應(yīng)使用低氫蓄電池并置于隔爆型電池箱內(nèi),蓄電池在整個(gè)工作(充電和放電)過程中,隔爆型電池箱內(nèi)的氫氣含量不能大于0.3%。隔爆型電池箱頂部要裝有隔爆透氣柵欄,連續(xù)五次啟動(dòng)后,表面溫度不能超過150 ℃。

2.2.2呼吸器、機(jī)油加油口

防爆柴油機(jī)的曲軸箱通氣孔應(yīng)裝設(shè)濾網(wǎng)裝置,濾網(wǎng)密度不小于144目,且應(yīng)至少五層,使之既能防止塵埃污染曲軸箱,又具有一定的阻火能力。若曲軸箱采用閉式強(qiáng)制通風(fēng),可以不設(shè)濾網(wǎng)。

機(jī)油注油孔和油位標(biāo)記孔應(yīng)使用螺紋密封結(jié)構(gòu),注油孔蓋應(yīng)有系緊裝置。

2.2.3安全保護(hù)系統(tǒng)

按照煤安規(guī)程要求,當(dāng)?shù)V用井下防爆無軌膠輪車所用防爆柴油機(jī),發(fā)生以下任何一種情況時(shí),自動(dòng)保護(hù)裝置會(huì)及時(shí)發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)。礦用井下防爆無軌膠輪車駕駛員必須能清晰辨別其聲光信號(hào),而且要在報(bào)警后1 min內(nèi)無軌膠輪車動(dòng)力系統(tǒng)要自動(dòng)停止運(yùn)行。

1)當(dāng)防爆柴油機(jī)排氣的溫度超過70 ℃ 時(shí);2)當(dāng)防爆柴油機(jī)表面溫度超出150 ℃ 時(shí);3)當(dāng)冷卻水位(蒸發(fā)冷卻)低于設(shè)定最低水位或冷卻水溫度(強(qiáng)制冷卻)超過95 ℃或超出它的設(shè)計(jì)值時(shí);4)當(dāng)冷卻凈化箱水位降低于它的設(shè)定最低水位時(shí);5)當(dāng)機(jī)油壓力降低于它的設(shè)定最低壓力時(shí);6)當(dāng)在的環(huán)境下瓦斯?jié)舛壬咧?.5%時(shí)(依據(jù)2016版煤安規(guī)程要求)[2]。

2.3 制動(dòng)性能

對(duì)于礦用井下防爆無軌膠輪車制動(dòng)器選擇的有關(guān)要素,首先要確保其運(yùn)行的安全性及可靠性,必須符合《煤礦安全規(guī)程》(2016版)和AQ 1064-2008《煤礦用防爆柴油機(jī)膠輪車技術(shù)檢驗(yàn)規(guī)范》有關(guān)規(guī)定?，F(xiàn)以西山煤電晉興斜溝礦為例,無軌膠輪車輛不能通過日檢和月檢的原因多數(shù)是由于制動(dòng)器阻滯、各輪制動(dòng)力不一致、停車制動(dòng)作用軟弱無力等問題。

從井下工作的安全性和可靠性的實(shí)際情況考慮,應(yīng)盡量采用濕式制動(dòng)器形式。多片濕式制動(dòng)器有很多優(yōu)點(diǎn):可防止泥土的侵入,制動(dòng)穩(wěn)定;具有防爆性能,滿足煤安要求;采用油冷和多盤結(jié)構(gòu),性能良好,簡(jiǎn)化維護(hù)保養(yǎng),延長(zhǎng)了制動(dòng)器的使用壽命。

3 防爆無軌膠輪車的發(fā)展的趨勢(shì)

西山煤電斜溝礦斜溝煤礦礦井大范圍使用礦用井下防爆柴油機(jī)無軌膠輪車,不僅燃油消耗嚴(yán)重,還導(dǎo)致巷道內(nèi)有害氣體濃度加劇,直接威脅著礦工的身體健康,尤其是在掘進(jìn)和綜采工作面長(zhǎng)時(shí)間頻繁使用柴油機(jī)車有害氣體濃度嚴(yán)重超標(biāo),視線變差,噪聲高,10 m內(nèi)幾乎聽不到對(duì)方講話。

在國家煤礦安監(jiān)局發(fā)布的禁止井工煤礦使用的設(shè)備及工藝目錄(第四批)中明確要求,排放性能需滿足GB20891-2014中規(guī)定的國Ⅲ標(biāo)準(zhǔn),表1為柴油機(jī)排氣成分及對(duì)人體的影響。

表1 柴油機(jī)排氣成分及對(duì)人體的影響

因?yàn)榈V用井下防爆柴油機(jī)無軌膠輪車在煤礦井下運(yùn)輸中存在以下“四高一低”的缺陷:尾氣排放高、噪聲高、故障率高、運(yùn)行費(fèi)用高以及使用效率低等缺點(diǎn),造成工作環(huán)境污染嚴(yán)重,危害工人健康[3]。而礦用井下防爆無軌膠輪車的電動(dòng)化將成為目前井下輔助運(yùn)輸裝備的發(fā)展趨勢(shì)[4]。在2019年5月18日,安標(biāo)國家中心在北京組織召開專家研討會(huì),認(rèn)為只要采取切實(shí)可行的安全措施,無軌車輛用于金屬非金屬地下礦山是可行的。 其中以鋰電池為動(dòng)力的人車、巡檢車、指揮車、小噸位料車(載質(zhì)量不超過5t)等新型礦用井下防爆無軌膠輪車已成為煤礦機(jī)械研發(fā)與應(yīng)用重點(diǎn)[5]。

4 礦用防爆鋰離子蓄電池?zé)o軌膠輪車的應(yīng)用

目前,西山煤電斜溝礦作為國家大型現(xiàn)代化礦井,率先對(duì)WLR-19防爆鋰離子蓄電池?zé)o軌膠輪車進(jìn)行新產(chǎn)品工業(yè)性試驗(yàn),根據(jù)一段時(shí)間的試用,制定出井下運(yùn)行試驗(yàn)有關(guān)技術(shù)要求,主要內(nèi)容如下:

1)膠輪車井下運(yùn)行試驗(yàn)分為三個(gè)階段,第一階段為空載運(yùn)行,周期為5 d;第二階段為滿載運(yùn)行(額定配重),周期為10 d;第三階段為滿載乘員運(yùn)行,周期直到運(yùn)行3 000 km;2)膠輪車運(yùn)行試驗(yàn)中,每天記錄運(yùn)行里程,電池電量的減少情況,是否有報(bào)警故障等;3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的具體情況,每天盡量保證50 km～70 km的車輛運(yùn)行路程;4)膠輪車當(dāng)天的運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)束后,要停放在規(guī)定的存車位置(環(huán)境溫度在0～40 ℃的場(chǎng)合,不能在雨、雪和露天環(huán)境中存放),便于充電;5)打開鑰匙后,觀察車輛周圍和前后,確認(rèn)無人無障礙物,再觀察顯示屏和復(fù)位開關(guān)、急停開關(guān)是否在正常顯示和正常位置后才能打開手剎掛擋起步;6)隨時(shí)關(guān)注無軌膠輪車儀表盤的顯示屏中的剩余電量數(shù)值,及時(shí)充電。當(dāng)電量低于30%時(shí)需及時(shí)充電,低于20%時(shí)則必須充電,當(dāng)電量低于10%時(shí),車輛會(huì)進(jìn)行自動(dòng)斷電保護(hù)。

5 結(jié)束語

目前,西山煤電斜溝礦經(jīng)過對(duì)WLR-19防爆鋰離子蓄電池?zé)o軌膠輪車開展的新產(chǎn)品工業(yè)性試驗(yàn)情況分析,認(rèn)為礦用井下防爆鋰離子蓄電池?zé)o軌膠輪車具有效率高、無污染、可靠性高、溫升低、重量輕、操控簡(jiǎn)單和維護(hù)使用成本低等優(yōu)點(diǎn);同時(shí),隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展,礦用井下防爆無軌膠輪車的電動(dòng)化已成為近年來煤礦井下輔助運(yùn)輸裝備發(fā)展的新趨勢(shì)。