曹立悅

（山西壽陽(yáng)潞陽(yáng)麥捷煤業(yè)有限公司，山西 壽陽(yáng) 045400）

引言

隨著智能化開采技術(shù)在煤礦的大力推進(jìn)，原煤、物料和人員運(yùn)輸?shù)臋C(jī)械化取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。但在部分規(guī)模有限、投產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)的礦井中，生產(chǎn)掘進(jìn)工作面仍然采用膠帶機(jī)和氣動(dòng)單軌吊進(jìn)行輔助運(yùn)輸，不僅不利于企業(yè)生產(chǎn)效率的提升，還加大了從業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度[1]。麥捷煤礦根據(jù)礦井巷道采掘工作面的情況，決定對(duì)原有運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行提升，引進(jìn)了防爆特殊型蓄電池的機(jī)車和單軌吊，尤其對(duì)含瓦斯、粉塵爆炸危險(xiǎn)的礦井巷道適應(yīng)性較強(qiáng)[2]。本文就設(shè)備的選型、校驗(yàn)和構(gòu)成原理進(jìn)行論述，并對(duì)經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了概算，對(duì)麥捷煤礦降本增效和安全生產(chǎn)起到了指導(dǎo)意義。

1 防爆電機(jī)車的選型、結(jié)構(gòu)原理及校驗(yàn)

1.1 防爆電機(jī)車的選型及主要參數(shù)

麥捷煤礦15 號(hào)軌道大巷可以分為南北、東西兩段，南北段長(zhǎng)約1 000 m，東西段長(zhǎng)約1 300 m，平均坡度為6‰。由于15 號(hào)軌道大巷主要承擔(dān)矸石、材料和設(shè)備等輔助運(yùn)送任務(wù)，常規(guī)設(shè)備難以做到高效運(yùn)輸，因此將選用礦用防爆特殊型蓄電池電機(jī)車進(jìn)行運(yùn)輸。

根據(jù)實(shí)際資料可知，15 號(hào)軌道大巷運(yùn)輸距離最長(zhǎng)2 400 m，平均坡度6‰，最大件重量為20 t（含承載車）；年出矸量超過(guò)3 萬(wàn)t，運(yùn)輸矸石時(shí)掛6 輛矸石車，采用1.5 t 標(biāo)準(zhǔn)礦車，最大載矸量2.7 t，自重1 t。初步選用4 臺(tái)CTL8/9GP 型防爆特殊型蓄電池電機(jī)車采用變頻調(diào)速的方式進(jìn)行運(yùn)輸，其中兩臺(tái)工作、兩臺(tái)備用，具體參數(shù)見表1。

表1 防爆電機(jī)車的主要參數(shù)

1.2 防爆電機(jī)車的結(jié)構(gòu)及操作原理

所選用的四輛CTL8/9GP 型防爆電機(jī)車由車載防爆特殊型電源裝置提供48 V 直流電源，車體上安裝有緩沖連接器對(duì)礦車的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)牽引。操作人員通過(guò)條件隔爆插銷改變電壓，進(jìn)而控制直流牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)車速度的調(diào)整。

1.3 防爆電機(jī)車的校驗(yàn)

在確定防爆電機(jī)車型號(hào)后，需要對(duì)其主要工作能力進(jìn)行校驗(yàn)，包括運(yùn)輸能力、制動(dòng)距離和牽引力等。

1.3.1 運(yùn)輸能力的校驗(yàn)

CTL8/9GP 型防爆電機(jī)車年運(yùn)輸能力的校驗(yàn)根據(jù)公式（1）進(jìn)行計(jì)算：

式中：A 為年運(yùn)輸量，萬(wàn)t；N 為列車礦車數(shù)，取6 輛/列；G 為每輛礦車載矸石量，2.7 t；K1為不均勻系數(shù)，取1.15；T 為相鄰兩列車間隔時(shí)間，30.0 min。

經(jīng)計(jì)算CTL8/9GP 型防爆電機(jī)車年運(yùn)輸能力A=14.9 萬(wàn)t，滿足礦井300 人/d 和材料下方約30 車/d的運(yùn)輸能力要求。

1.3.2 制動(dòng)距離的校驗(yàn)

CTL8/9GP 型防爆電機(jī)車制動(dòng)距離的校驗(yàn)選用矸石作為負(fù)載參考對(duì)象進(jìn)行計(jì)算，見公式（2）：

式中：VZd為重列車穩(wěn)定速度，2.11 m/s；P 為整個(gè)機(jī)車制動(dòng)時(shí)的黏著質(zhì)量，8 t；Ψ 為制動(dòng)狀態(tài)的黏著系數(shù)，取井下撒沙制動(dòng)0.17；q 為每量礦車載重，2.7 t；q0為礦車自重，1.0 t；ψZh為重列車阻力系數(shù)，0.009；i 為軌道坡度，6.5‰。

經(jīng)計(jì)算CTL8/9GP 型防爆電機(jī)車制動(dòng)距離Lzd=6.0m，小于安全距離40m，制動(dòng)距離滿足安規(guī)要求。

1.3.3 牽引力的校驗(yàn)

對(duì)CTL8/9GP 型防爆電機(jī)車牽引力的校驗(yàn)，見公式（3）：

式中：FL為重列車運(yùn)行時(shí)，單臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)的牽引力，N；nM為電機(jī)車牽引電動(dòng)機(jī)的臺(tái)數(shù)，2 臺(tái)；Wbl為重列車運(yùn)行時(shí)，列車的單位運(yùn)行基本阻力，取120 N/t；Wr為列車的單位坡道阻力，下坡為-58.8 N/t，平坡為0，上坡為+58.8 N/t。

經(jīng)計(jì)算CTL8/9GP 型防爆電機(jī)車牽引力FL=2 670 N，大于提升物料繩端最大靜拉力2 090 N，滿足實(shí)際要求。

2 防爆單軌吊的選型、結(jié)構(gòu)原理及校驗(yàn)

2.1 防爆單軌吊的選型及主要參數(shù)

麥捷煤礦15 號(hào)煤層采區(qū)輔運(yùn)大巷同樣主要承擔(dān)矸石、材料和設(shè)備的運(yùn)輸任務(wù)，為實(shí)現(xiàn)礦井的安全高效的生產(chǎn)，設(shè)計(jì)采用防爆型蓄電池單軌吊機(jī)車進(jìn)行運(yùn)輸。

根據(jù)實(shí)際資料可知，采區(qū)輔運(yùn)大巷最遠(yuǎn)運(yùn)輸距離3 500 m，最大坡度10.5°；最大件重量為18 t；運(yùn)輸矸石時(shí)掛3 架6 t 起吊梁用集裝箱，最大載矸量6 t，自重0.8 t。

2.2 防爆單軌吊的結(jié)構(gòu)及操作原理

設(shè)計(jì)選用6 臺(tái)DX-80 防爆蓄電池單軌吊機(jī)車（初期4 臺(tái)），兩個(gè)采區(qū)各運(yùn)行3 臺(tái)（初期運(yùn)行2 臺(tái)）。該型號(hào)單軌吊機(jī)車自重10.5 t，長(zhǎng)寬為18×0.75 m，具體運(yùn)行參數(shù)見表2。

表2 DX-80 防爆蓄電池單軌吊機(jī)車主要參數(shù)

防爆特殊型蓄蓄電池單軌吊機(jī)車是一種以蓄電池為動(dòng)力源的特殊機(jī)械裝備，機(jī)車由電力驅(qū)動(dòng)，變頻電機(jī)帶動(dòng)機(jī)車完成運(yùn)輸作業(yè)。DX-80 型單軌吊的運(yùn)行軌道經(jīng)國(guó)外制定的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的工字鋼焊接，再將鏈條固定于巷道頂部，單軌吊機(jī)車運(yùn)行承載輪卡入工字鋼兩側(cè)，從而避免掉道和脫軌意外的發(fā)生[3-4]。

2.3 防爆單軌吊的校驗(yàn)

DX-80 型單軌吊在運(yùn)輸矸石時(shí)，每列單軌吊機(jī)車牽引3 節(jié)6 t 集裝箱，牽引力的校驗(yàn)將根據(jù)公式4進(jìn)行計(jì)算：

式中：F 為機(jī)車牽引力，kN；Qz為機(jī)車自重，10.5 t；Qq為吊梁用集裝箱自重，0.8 t/節(jié)；Qg為起吊梁用集裝箱載重，6 t/節(jié)；a 為列車運(yùn)行阻力系數(shù)，取0.02。

經(jīng)計(jì)算，在運(yùn)輸最大件時(shí)，每列單軌吊機(jī)車牽引1 節(jié)20 t 集裝箱，此時(shí)所需牽引力為61.1 kN，小于單軌吊額定牽引力80 kN，滿足安全使用的要求。

運(yùn)輸效率校驗(yàn)：DX-80 型單軌吊主要以物料的運(yùn)輸為主，巷道長(zhǎng)度3 500 m，滿載狀態(tài)下用時(shí)用時(shí)58 min，空載狀態(tài)下用時(shí)37 min，疊加轉(zhuǎn)載、卸載、匯車時(shí)間為20 min，總計(jì)用時(shí)115 min。井下每班工作6 h，因此在3 列單軌吊同時(shí)作業(yè)的情況下，每班總共可運(yùn)輸28 車，合計(jì)約168 t 物料，可以滿足要求。

3 人員成本的降低經(jīng)濟(jì)效益

在使用全套防爆特殊型蓄電池設(shè)備的情況下，由原先每班需要6 人進(jìn)行工作減少到每班僅需要2人，每人每班按照160 元計(jì)算，每年可節(jié)省費(fèi)用將達(dá)到45.7 萬(wàn)元。另外，在設(shè)備的投入方面，由于蓄電池機(jī)車和單軌吊的投入也減少了絞車設(shè)備的投入，換言之減少了各種配件的更換，按每年平均使用一臺(tái)絞車，僅需投資10 萬(wàn)元，每年開銷成本共計(jì)降低56.7 萬(wàn)元。同時(shí)由于動(dòng)力系統(tǒng)為電力的原因，也對(duì)井下空氣質(zhì)量的提升有一定改善。

4 結(jié)語(yǔ)

由柴油驅(qū)動(dòng)的常規(guī)運(yùn)輸設(shè)備具有效率低下、使用成本高、維護(hù)成本高的缺點(diǎn)。麥捷煤礦針對(duì)本礦距離較長(zhǎng)的工作面、頂板相對(duì)穩(wěn)定的巷道中，引進(jìn)防爆特殊型蓄電池電機(jī)車與單軌吊設(shè)備。該設(shè)備具有技術(shù)成熟，是集機(jī)、電、液于一體的礦用高效輔助運(yùn)輸設(shè)備，不僅可以很好地降低企業(yè)投入成本，還對(duì)井下廢氣的排放有所改善，起到了很好的作用，值得在類似礦井中大力推廣。