邢曉力,寧振兵

(太原礦機(jī)電氣股份有限公司，山西 太原 030032)

0 引言

目前大型煤礦企業(yè)已采用了綜合機(jī)械化采煤工藝，并且機(jī)電設(shè)備實現(xiàn)了大型化、高速連續(xù)化和自動化。其中煤礦井下的輔助運(yùn)輸效率成為整個煤礦企業(yè)運(yùn)行效率的最關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

煤礦的輔助運(yùn)輸系統(tǒng)，包括設(shè)備運(yùn)輸、材料運(yùn)輸與人員運(yùn)輸。隨著煤礦井下路線越來越長，同時人文關(guān)懷和人權(quán)意識的提高，國家在《煤礦安全規(guī)程》第三百八十二條中規(guī)定:長度超過1.5 km的主要運(yùn)輸平巷或者高差超過50 m的人員上下的主要傾斜井巷,應(yīng)當(dāng)采用機(jī)械方式運(yùn)送人員。目前國內(nèi)煤礦的人員運(yùn)輸形式主要分為以下三種：①結(jié)合現(xiàn)有輔助運(yùn)輸系統(tǒng)而配套的專用人員運(yùn)輸人車裝置，比如專用運(yùn)人膠輪車、單軌吊專用人車、水平巷人車、鋼絲繩牽引人車以及專用異型軌人車等；②基于主運(yùn)皮帶而衍生的皮帶運(yùn)人系統(tǒng)；③為解決人員勞動強(qiáng)度，在局部環(huán)境惡劣處設(shè)置的專用乘人裝置，比如架空乘人裝置(猴車)和斜井專用人車裝置。

1 現(xiàn)狀分析

目前在國內(nèi)的煤礦，人員運(yùn)輸問題已經(jīng)成為制約煤礦輔助運(yùn)輸發(fā)展的最關(guān)鍵因素。不論是現(xiàn)有的哪種運(yùn)輸方式，核心都是集中運(yùn)輸模式，都是在固定的時間段進(jìn)行固定路線的運(yùn)輸。當(dāng)出現(xiàn)比如配送飯、配送零件等零散運(yùn)輸以及非主要區(qū)域運(yùn)輸時，還是需要依靠人員的雙腿步行前進(jìn)，工作效率低，勞動強(qiáng)度大。

在基于現(xiàn)有輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的人員運(yùn)輸方式中，需要采用膠輪人車、水平巷人車、單軌吊人車等專用人車進(jìn)行運(yùn)輸，而且在人員運(yùn)輸時都需要占用一個主機(jī)設(shè)備進(jìn)行工作，運(yùn)輸中主機(jī)能耗大，運(yùn)輸效率低，同時設(shè)備采購成本也非常高昂，給煤礦企業(yè)造成了非常大的負(fù)擔(dān)。而基于無極繩牽引系統(tǒng)的人員運(yùn)輸，由于占用梭車資源，影響設(shè)備及材料的輔助運(yùn)輸量，同時安全性差；基于主運(yùn)皮帶機(jī)衍生的皮帶運(yùn)人方式，由于運(yùn)輸安全性差，占用主運(yùn)皮帶影響出煤量，目前在國內(nèi)的大型煤礦企業(yè)已經(jīng)逐步淘汰；為降低人員勞動強(qiáng)度而布置的架空乘人裝置和斜井專用人車裝置，雖然能夠解決問題，但該種設(shè)備的使用一般會占用整個巷道資源，有些煤礦為架設(shè)該設(shè)備需要開通一條獨(dú)立巷道，造成極大的資源浪費(fèi)。

2 新型運(yùn)人模式

2.1 單人自主運(yùn)輸模式

目前煤礦企業(yè)中的人員運(yùn)輸形式都是采用集中運(yùn)輸方式，我們可以稱之為集體被動運(yùn)輸模式，該運(yùn)輸方式不隨每個人的狀態(tài)和要求而改變，雖然集中運(yùn)量大，但對于錯位時間段及非固定路線的運(yùn)輸基本為零。

結(jié)合當(dāng)前市場中各大煤礦企業(yè)的輔助運(yùn)輸方式，解決目前人員運(yùn)輸所存在的運(yùn)輸效率低、占用資源多的問題，設(shè)計了一種新型的人員運(yùn)輸模式，即單人自主運(yùn)輸模式。

單人自主運(yùn)輸模式以個人的狀態(tài)和要求為導(dǎo)向，通過駕駛單人運(yùn)輸工具，同時結(jié)合現(xiàn)成的輔助運(yùn)輸系統(tǒng)，弱化運(yùn)輸過程中對時間及區(qū)域的要求，實現(xiàn)運(yùn)輸效率的提高和成本的降低。

2.2 運(yùn)輸設(shè)備選擇及要求

考慮單人運(yùn)輸?shù)姆绞脚c特點(diǎn)，結(jié)合之前存在的問題，在井下最好的運(yùn)輸方式還是軌道運(yùn)輸，即基于煤礦井下的軌道運(yùn)輸系統(tǒng)，開發(fā)一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便的單人運(yùn)輸裝置。

針對該種運(yùn)輸系統(tǒng)，對單人自主運(yùn)輸裝置提出一些必要要求：

(1) 基于煤礦現(xiàn)有的軌道運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)設(shè)計，使運(yùn)輸系統(tǒng)兼容性強(qiáng)、改造成本低。

(2) 結(jié)構(gòu)簡單輕便，使工作人員能夠?qū)⒃撗b置通過人力與軌道進(jìn)行脫離與結(jié)合。

(3) 安全性強(qiáng)，在裝置與軌道結(jié)合時，能夠?qū)崿F(xiàn)卡軌功能，不存在脫軌現(xiàn)象。

(4) 自帶動力與制動，該裝置最好能夠自帶動力，具有一定爬坡能力，同時在下坡時能夠制動。

3 基于單軌吊軌道系統(tǒng)的單人駕乘裝置

綜合對比國內(nèi)現(xiàn)有軌道運(yùn)輸系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)從2000年以后國內(nèi)開始大范圍使用的單軌吊軌道運(yùn)輸系統(tǒng)能夠使單人自主運(yùn)輸裝置達(dá)到使用要求。其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

(1) 從2000年以后，單軌吊軌道運(yùn)輸系統(tǒng)由于其軌道結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)輸安全、效率高等特點(diǎn)，在國內(nèi)得到了大范圍的推廣與使用。

(2) 單軌吊軌道系統(tǒng)只有一根運(yùn)輸軌道，相比地軌的兩根軌道，能夠使運(yùn)輸設(shè)備結(jié)構(gòu)更簡單、更輕便，使工作人員能夠更好地對其進(jìn)行拆卸與安裝。

(3) 單軌吊軌道為工字鋼結(jié)構(gòu)，運(yùn)輸過程為卡軌方式，不存在脫軌現(xiàn)象，很安全。

(4) 通過引入輪轂電機(jī)及手剎等裝置，能夠很輕易地實現(xiàn)自帶動力及制動功能。

3.1 結(jié)構(gòu)分析

結(jié)合技術(shù)要求，單軌系統(tǒng)單人駕乘裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計需要重點(diǎn)考慮人體工程、載人懸掛及大量存放等問題。

人體工程方面，國內(nèi)煤礦90%的工作人員的體重在50 kg～100 kg，身高在1.65 m～1.9 m范圍內(nèi)，根據(jù)該數(shù)據(jù)及參考國內(nèi)架空乘坐裝置，設(shè)計了單人駕乘裝置，如圖1所示。

圖1 單軌系統(tǒng)單人駕乘裝置

結(jié)合人員運(yùn)輸?shù)陌踩螅d人懸掛的懸掛材料采用輕量化的碳纖維材質(zhì)，其屈服強(qiáng)度達(dá)到620 MPa。該裝置的受力載荷采用10倍(1 000 kg)的安全系數(shù)，利用SolidWorks Simulation仿真軟件對其進(jìn)行仿真分析，分析結(jié)果如圖2所示。由圖2可以看出，其最大應(yīng)力為272 MPa,滿足強(qiáng)度要求。

圖2 單人駕乘裝置結(jié)構(gòu)受力分析

針對人員未運(yùn)輸駕乘裝置的集中存放問題，將該裝置設(shè)計為彎曲結(jié)構(gòu)，在重疊放置時可以占用最少的空間，如圖3所示。

圖3 單人駕乘裝置集中存放示意圖

3.2 優(yōu)勢分析

成本優(yōu)勢：基于煤礦井下現(xiàn)有的單軌吊軌道運(yùn)輸系統(tǒng)，只需要對單人運(yùn)輸裝置進(jìn)行采購，無需對其進(jìn)行另外布置與安裝，在運(yùn)輸系統(tǒng)的安裝與布置上具有非常大的優(yōu)勢；同時由于單人運(yùn)輸效率高、耗能少，在運(yùn)營過程中也有明顯的節(jié)能效果。

使用范圍優(yōu)勢：由于采用單軌吊軌道系統(tǒng)，所以該人員運(yùn)輸裝置可以直達(dá)綜采工作面以及掘進(jìn)面，將人員直接運(yùn)輸?shù)降谝痪€，目前不論是膠輪車還是其他軌道輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的人員運(yùn)輸都無法滿足該要求。

零散運(yùn)輸優(yōu)勢：針對個別人員的運(yùn)輸，比如工作送餐人員以及零配件運(yùn)送人員，單人自主運(yùn)輸能夠快速高效地完成任務(wù)，不需要等待統(tǒng)一的運(yùn)輸機(jī)車及調(diào)度安排。

4 結(jié)語

隨著煤礦井下系統(tǒng)的不斷發(fā)展與完善，綜采自動化水平會不斷提高，需要大量人員工作的綜采工作面和掘進(jìn)工作面等環(huán)境中的工作人員會越來越少，煤礦井下人員會更多地從事檢查、檢測、檢修等輔助性崗位工作，那么在未來煤礦井下的人員運(yùn)輸會更加地零散而不集中，應(yīng)用于單人的自主式運(yùn)輸模式會隨著單人駕乘裝置的開發(fā)與完善得到應(yīng)用與推廣。