易國晶

(貴州盤江精煤股份有限公司，貴州 盤縣 553534)

盤江礦區(qū)是我國“十二五”規(guī)劃建設(shè)的全國14個大型煤炭生產(chǎn)基地之一，煤炭資源豐富。盤江精煤股份有限公司是盤江礦區(qū)開發(fā)的主體，其礦井多采用調(diào)度絞車牽引礦車和電機車的輔助運輸方式，用于運輸?shù)V井生產(chǎn)所需的各種類型設(shè)備與材料，是礦井主要的輔助運輸方式。

近年來，隨著礦井生產(chǎn)開拓的不斷延伸，其礦井地質(zhì)條件變得更加復(fù)雜，煤層松軟程度、煤層傾角變化增大增多，礦壓大、巷道頂?shù)装遄冃斡訃?yán)重，所使用調(diào)度絞車牽引礦車和電機車的輔助運輸方式，存在占用人多、隱患大、運輸效率低、事故多[1]等缺點，影響了企業(yè)生產(chǎn)效率與經(jīng)濟效益。

單軌吊機車運輸作為一種比較先進的煤礦輔助運輸模式，單軌吊機車的使用大大緩解煤礦輔助運輸?shù)碾[患多、占用人員多、環(huán)節(jié)多、效率低、載量小等實際難題，深受采煤業(yè)的歡迎，正在被國內(nèi)外煤礦企業(yè)廣泛接受。

為此，盤江精煤股份有限公司經(jīng)過考察、調(diào)研，引進了單軌吊機車，以代替調(diào)度絞車牽引礦車和電機車的輔助運輸方式，在提升運輸安全、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、提高企業(yè)效益上取得巨大進步。

1 單軌吊機車基本構(gòu)造與工作原理

單軌吊機車，顧名思義，就是“在吊掛的單根軌道上行進的機車”[2]，它是以通過錨桿與錨索吊掛在巷道頂板上的單根工字鋼為運行軌道，通過相關(guān)動力系統(tǒng)驅(qū)動吊裝在工字鋼軌道上的運行的一列機車。近幾年來，單軌吊機車在國內(nèi)許多礦井得到了應(yīng)用，取得了良好的效果。單軌吊機車常用的類型有四種：柴油機單軌吊機車、蓄電池單軌吊機車、風(fēng)動單軌吊機車和鋼絲繩牽引單軌吊機車[3]。在此以井下使用最廣泛的柴油機單軌吊機車為例說明其基本構(gòu)造與工作原理。

1.1 基本構(gòu)造

單軌吊機車基本構(gòu)造分為三大部分：軌道部分、機車部分、起吊梁部分，如圖1所示。

圖1 圖解單軌吊機車

1.1.1 軌道部分

1)根據(jù)不同要求可采用兩種不同的軌道，輕型軌道用于承載普通物料運輸；重型軌道則用于承載載重量較大的設(shè)備運輸[4]。

2)軌道的懸掛方式可根據(jù)巷道頂板的環(huán)境而定，巷道頂板為巖石時多采用錨桿吊掛，在煤層或者地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較軟的工況條件下多采用的是錨索吊掛[5]；輕型梁與重型梁的懸掛方式也不同，重型梁多為雙鏈吊掛，輕型梁多為單鏈吊掛；在特殊的巷道地段，還會有一些輔助吊掛，在如轉(zhuǎn)彎處用花欄螺栓從側(cè)面斜拉張緊軌道等[6]。

1.1.2 機車部分

機車部分由駕駛室、驅(qū)動部、機車部等構(gòu)成[7]。

1)駕駛室：機車采用兩個相同的駕駛室分別布置在系統(tǒng)兩端，吊掛在軌道上的承重輪上，采用帶或不帶制動系統(tǒng)；駕駛室配有顯示屏、控制面板、操縱桿及操作按鈕，以及通用喇叭、前部照明頭燈等部件，在駕駛室內(nèi)可以操縱機車前、后行走。

2)驅(qū)動部：機車的移動取決于驅(qū)動部，每個驅(qū)動部有兩套或以上的驅(qū)動單元+制動單元。每個驅(qū)動單元由兩個徑向柱塞馬達、兩個增壓缸、一個驅(qū)動部支架、兩個摩擦輪等部件組成。每個制動單元由制動油缸、彈簧總成、制動閘塊等部件組成[8]。

1.1.3 機車部

機車部由承載架、發(fā)動機艙、連桿組成。

1)承載架：用于承載發(fā)動機艙，同時包含驅(qū)動單元和制動單元。

2)發(fā)動機艙：通過緩沖構(gòu)件懸掛于承載架上，內(nèi)裝有柴油發(fā)動機、液壓油箱、燃料箱、尾氣濕排室、冷卻水箱等(如圖2所示)。

圖2發(fā)動機艙示意圖

燃料箱和液壓油箱裝在機車液壓回路承載架的前部，在此有一個液壓蓄能器、主液力發(fā)生器和輔助液力發(fā)生器的液壓油過濾器及其液壓瓣閥、還包括液壓回路的泄放支路。

柴油發(fā)動機位于機艙中部，采用兩回路工作。第一回路：泵，發(fā)動機，冷卻尾氣集氣管，冷卻渦輪增壓器，確保工作溫度恒定的恒溫器，該回路的冷卻器和膨脹箱。第二回路：泵，中冷器，渦輪增壓器外殼，發(fā)動機油冷卻器和該回路獨立的冷卻器和膨脹箱。

發(fā)動機艙的后部裝有尾氣濕排室和冷卻水箱，包括液壓馬達的雙工冷卻器和風(fēng)機；經(jīng)優(yōu)化可達到最高冷卻性能，同時對尾氣排濕室進行冷卻，而冷卻器由液壓馬達所驅(qū)動的防靜電螺旋扇葉冷卻。

3)連桿：用于將機車與其主要構(gòu)件相互連接組裝成一個整體的鋼制構(gòu)件。

1.1.4 起吊梁部分

起吊梁分重型梁和輕型梁，由機車單元提供液壓動力。起吊梁由馬達齒輪箱、控制閥門、起吊鏈條

和梁體等部分組成[9]。重型梁主要用于吊運重型設(shè)備，提升能力可高達20～47.5t；輕型梁用于運輸相對較輕的物料，提升能力設(shè)計為5～8t，兩種提升梁具有操作簡單、提升物料快等顯著特點。

1.2 工作原理

單軌吊機車由液壓啟動器啟動。打開發(fā)動機艙內(nèi)的球閥，通過液壓分配器將壓力釋放到啟動液壓回路中，如此激活液壓啟動器，發(fā)動柴油發(fā)動機，使其開始工作；同時對駕駛室，機車中央系統(tǒng)和各電路加電接通。

在駕駛室中，將非接觸式電子鑰匙插入控制面板，把手放到控制桿上，按下并保持在“緊急安全制動”按鈕上不動，然后扳動控制桿偏向一個或其它機車行進方向。

此時，液壓傳動系統(tǒng)通過變量柱塞泵轉(zhuǎn)動，由電磁比例閥及液控閥組控制系統(tǒng)壓力油的流量及壓力，從而驅(qū)動徑向柱塞馬達旋轉(zhuǎn)。同時往液壓油缸注入液壓油時，油缸推開制動單元的制動彈簧總成開啟抱閘。

當(dāng)液壓傳動系統(tǒng)驅(qū)動單元的徑向柱塞馬達旋轉(zhuǎn)時，與馬達同軸的摩擦輪也一起轉(zhuǎn)動，從而使摩擦輪與軌道產(chǎn)生摩擦力驅(qū)動設(shè)備向前或向后行走。而增壓缸的作用是同過給缸體加壓使摩擦輪緊緊的壓在軌道上，從而得到更大的摩擦驅(qū)動力。

當(dāng)機車在前、后行走需要停下時，驅(qū)動部上的制動單元上液壓油缸的液壓油被泄掉時，制動彈簧總成會靠自身的彈力復(fù)位，閘在導(dǎo)軌實現(xiàn)設(shè)備的制動。

單軌吊機車設(shè)有輔助控制系統(tǒng)。輔助控制系統(tǒng)主要由發(fā)電機、控制箱、操縱箱、電磁閥、顯示屏、速度編碼器、壓力及溫度傳感器等組成。通過發(fā)電機提供電源，由控制箱內(nèi)的控制板處理輸入輸出信號，由操縱箱的操縱手柄控制機車的前后方向，由電磁閥門對液壓系統(tǒng)進行監(jiān)控，顯示屏顯示系統(tǒng)參數(shù)及故障，速度編碼器監(jiān)測機車的運行速度及轉(zhuǎn)數(shù)，溫度和壓力傳感器檢測系統(tǒng)不同點的溫度和壓力值，系統(tǒng)便于檢查和維護。

為了防止機車在高瓦斯?jié)舛鹊V井發(fā)生安全事故，機車上安裝了瓦斯探測儀。瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)可以測量井下瓦斯?jié)舛?。?dāng)瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)時，通過瓦斯測量裝置給出的信號可以使機車急停，而且不能重啟，直至瓦斯?jié)舛确弦髸r才可以重新啟動機車。瓦斯探測儀由獨立電源，控制板，顯示屏等部件組成[4]。

對于起重梁的使用，同樣從液壓傳動系統(tǒng)中獲得動力，通過操縱控制閥門，驅(qū)動液壓伸縮油缸，從而帶動提升鏈條上下運動，提升物料。

2 應(yīng)用情況與效果

針對單軌吊機車在盤江礦井中的應(yīng)用情況與效果，在這里以盤江精煤股份有限公司山腳樹礦(以下簡稱山腳樹礦)為例進行說明。

2.1 應(yīng)用情況

2.1.1 設(shè)備選型

根據(jù)周昆鵬[10]、樊利明[11]、韓文娟[12]、吳國雄[13]關(guān)于單軌吊運輸系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用的論述和馬文慧[14]防爆柴油機單軌吊機車安裝設(shè)計與分析中的論述，結(jié)合盤江礦井中山腳樹礦的實際情況，進行了單軌吊機車、軌道及吊具、起吊梁的選型計算，確定了如下規(guī)格型號的單軌吊機車(見表1)、軌道及吊具和起重梁。

軌道選用了1140V和1140E兩種型號，長度分別為2.4m和1.5m，允許負載為294kN和215.6kN。

表1 山腳樹礦單軌吊機車統(tǒng)計表

吊具包括錨桿、吊掛板、高強度螺栓、圓環(huán)鏈、U型索具(大吊環(huán))等，其中錨桿不小于M22×2200mm，錨固力不小于80kN/根；高強度螺栓為10.9級以上；圓環(huán)鏈規(guī)格為18mm×64mm或18mm×90mm；U型索具(大吊環(huán))額定載荷在8.5t以上。

根據(jù)計算選用了三種規(guī)格型號的起吊梁與單軌吊機車配套使用：8T的有3套，16T的有1套，20T的有2套。

2.1.2 現(xiàn)場情況

山腳樹礦的柴油單軌吊機車于2019年初開始使用，在接近一年的使用時間里，主要在6個回采工作面的安裝回收中發(fā)揮了重要作用，2019年單軌吊機車使用情況統(tǒng)計見表2。

山腳樹礦在2019年中，共計進行了6個回采工作的安裝回收工作，單軌吊機車的單趟運輸距離達到了6706m，運輸大型設(shè)備數(shù)量682臺，最大坡度達到23°，最大重量為18.9t。這些工作的順利完成，充分體現(xiàn)了單軌吊機車的續(xù)航能力強、運載載荷大、安全性能高的優(yōu)良特性。

山腳樹礦的單軌吊機車不僅僅應(yīng)用于回采工作面的安裝與回收，還廣泛應(yīng)用于復(fù)雜巷道內(nèi)的設(shè)備、材料的運輸，例如各類型號的單體液壓支柱、電機、減速機等，各類U型棚、錨桿、剎桿、砂石等材料。

2.2 應(yīng)用效果

山腳樹礦一次性資金投入約1260萬元(3臺柴油機單軌吊機車+6800m軌道)，產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益約490.45萬元：在6個回采工作面的安裝回收過程中，共減少各類絞車18臺，節(jié)省144萬元；減少礦車軌道13412m，節(jié)省181萬元；各類枕木6700余根，節(jié)省49萬元；減少各類電氣設(shè)備、電纜等約80萬元，減少各類用工約2430個，節(jié)省36.45萬元等等。

在應(yīng)用過程中，單軌吊機車取得了良好的應(yīng)用效果，充分體現(xiàn)了其優(yōu)異的特性：①續(xù)航能力強，加一次油可連續(xù)運行8h；②運載載荷大、綜采工作面搬家倒面方便快捷；③安全性能高；④減少煤礦輔助運輸系統(tǒng)中的換裝環(huán)節(jié)；⑤大量減少輔助運輸系統(tǒng)的工作人員數(shù)量，降低絞車輔助運輸環(huán)節(jié)中存在的安全風(fēng)險；⑥大幅度提高煤礦輔助運輸系統(tǒng)的工作效率，將工作面搬家的時間縮短普通輔助運輸系統(tǒng)的一半以上；⑦與同功能窄軌地軌式運輸設(shè)備相比運行維護費用低、安全系數(shù)高。

山腳樹礦通過投入單軌吊機車和對輔助運輸系統(tǒng)的改進，提高了礦井輔助運輸系統(tǒng)的工作效率，簡化了輔助運輸流程，提高了安全性能，打破了傳統(tǒng)輔助運輸受地質(zhì)條件制約的困境，得了較好的預(yù)期效果。預(yù)計在礦井后期輔助運輸距離遠和采煤工作面搬家過程中，將會取得更好的效果。

2.3 全公司應(yīng)用情況

貴州盤江精煤股份有限公司現(xiàn)有的五對生產(chǎn)礦井和兩對托管礦井中，共有28臺柴油發(fā)動機單軌吊機車在應(yīng)用，自投入此設(shè)備以來，足跡涉及回采工作面近40個，單程運輸距離近40km，得到了廣泛的認可與好評，主要體現(xiàn)在如下方面：①克服了巷道坡度多變、底鼓嚴(yán)重等地質(zhì)條件影響，能更有效地利用巷道斷面，受底板因素影響小；②爬坡能力強，能適應(yīng)井下巷道起伏、轉(zhuǎn)彎半徑小的環(huán)境，可進入多分支岔道，實現(xiàn)一條龍不轉(zhuǎn)載運輸，機動靈活，使用維護人員少；③減少了輔助工種數(shù)量，節(jié)省了生產(chǎn)成本；④克服了運輸環(huán)節(jié)繁瑣、換裝頻繁等缺點，到礦井輔助運輸距離長的時候有點尤為明顯；⑤投資一步到位，避免了重復(fù)投資；⑥從安全角度出發(fā)，可以很大程度上減少輔助運輸安全事故的風(fēng)險；⑦與同功能窄軌地軌式運輸設(shè)備比，初期投資少運行維護費用低；⑧節(jié)能綠色環(huán)保，投資少運行維護費用低。

3 發(fā)展方向

單軌吊機車能夠有效利用巷道斷面，對各類巷道適應(yīng)性強，適合中性硬度以上頂板，適用于巷道高度有傾角、坡度變化大的井下環(huán)境，可在井下平巷和斜巷，以及各種豎曲線、平曲線和復(fù)合曲線的巷道運行；適用于如底鼓、起伏、積水等底板條件差的礦井。單軌吊機車因其適用性強，將會更多的應(yīng)用于礦井生產(chǎn)中去，預(yù)計將會朝如下方向發(fā)展：

1)單軌吊梁網(wǎng)絡(luò)化。以主運巷為主干線，向兩翼采掘工作面展開，建設(shè)能夠到達礦井各個回采、掘進工作面的單軌吊梁網(wǎng)絡(luò)，軌道能夠路路通，單軌吊機車能夠從任何一條線路到達所有工作地點，提高物料運輸效率，降低職工勞動強度。

2)換裝站網(wǎng)絡(luò)節(jié)點化。選擇合適的地點建設(shè)換裝站，使其處于單軌吊梁網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點位置，保證單軌吊機車到達各工作地點的距離最短。

3)裝載箱體統(tǒng)一化。裝載箱體要針對設(shè)備、材料性質(zhì)的不同，打造成用途多樣、類型多樣的集裝箱，但其外形尺寸要保持一致，吊具要保持一致，以提高切換效率。

4)維修地點標(biāo)準(zhǔn)化。維修點建設(shè)在一側(cè)進風(fēng)、一側(cè)回風(fēng)的巷道中，建設(shè)有檢修設(shè)施齊全、空間寬裕的檢修硐室，建設(shè)有備品備件充足的倉庫，維修點距離換裝站的距離不超過30min。

4 結(jié) 語

貴州盤江精煤股份有限公司在面對礦井所用的礦車輔助運輸方式落后、運輸環(huán)節(jié)多、用人多、巷道維修量大、運輸安全隱患多等缺點，認真研究、大膽探索，大膽引進了單軌吊機車，以代替礦車輔助運輸方式，生產(chǎn)實踐中獲得了成功，取得了良好的效果，在提升運輸安全、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、提高企業(yè)效益上取得較大進步。