王維磊

（鐵法煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司曉南礦，遼寧 鐵嶺 112700）

1 概述

隨著煤炭資源的不斷開采，礦井的煤炭?jī)?chǔ)量越來(lái)越少。為提高回收效率，避免煤柱的留設(shè)，減少資源浪費(fèi)，曉南礦在二水平N1-1502 工作面應(yīng)用了“110 工法”、沿空留巷技術(shù)及架后擋矸等技術(shù)。即“1 個(gè)回采工作面，1 條巷道，0 個(gè)煤柱”，切頂卸壓落下后自動(dòng)形成一條巷道，在開采該工作面的過(guò)程中，保留了工作面的順槽，作為將來(lái)鄰近工作面N1-1506 的順槽，如圖1 所示，留巷后的巷道處于工作面運(yùn)順三角點(diǎn)后方，設(shè)計(jì)留巷長(zhǎng)度830m，傾角3°～7°，斷面為寬5600mm，高3000mm 的矩形巷道，采用錨桿、鋼筋梯、錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，錨桿間距850mm，排距900mm。該區(qū)段頂板為中砂巖，堅(jiān)硬致密，堅(jiān)固性較好，底板為泥質(zhì)砂巖，遇水易膨脹底鼓，無(wú)法得到有效控制。

圖1 二水平N1-1502 留巷區(qū)域示意圖

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，將留巷區(qū)段劃分為三個(gè)區(qū)：超前支護(hù)區(qū)、架后臨時(shí)支護(hù)區(qū)（液壓支架后0～150m）和成巷穩(wěn)定區(qū)（150m 之后），其中架后臨時(shí)支護(hù)區(qū)設(shè)計(jì)為150m，采用單體支柱配合π 鋼進(jìn)行頂板支護(hù)，可伸縮的U 型鋼配合鋼筋網(wǎng)進(jìn)行擋矸支護(hù)。隨著回采工作面的前移，最后端的最接近成巷穩(wěn)定區(qū)的單體支柱、π 鋼、U 型鋼、雙卡拉板等支護(hù)材料要拆除，運(yùn)至最前端，最接近超前支護(hù)區(qū)，進(jìn)行安裝，如此往復(fù)、依次向前推進(jìn)。

2 提出問(wèn)題

留巷區(qū)段的材料、設(shè)備，若采用傳統(tǒng)的軌道運(yùn)輸，不利因素主要有兩點(diǎn)：a.空間受限。留巷段處于工作面采空區(qū)，前端有轉(zhuǎn)載機(jī)、替棚支架、變電列車等阻礙，空間十分有限，加之鐵道延展性較差，需加接軌道及搬運(yùn)絞車，使用過(guò)程中存在一定的危險(xiǎn)性，在運(yùn)輸過(guò)程中需清凈運(yùn)行區(qū)域其他作業(yè)人員，不利于平行作業(yè)；b.后期維護(hù)量大。因底板變化量大，鼓起嚴(yán)重，處理時(shí)投入人力多，工程量大。若采用人工搬運(yùn)，由于運(yùn)輸距離長(zhǎng)而巷道高度低，人員需彎腰扛運(yùn)，姿勢(shì)不佳，難度較高。這種情況會(huì)導(dǎo)致運(yùn)輸效率低，且極易發(fā)生人身傷害，面對(duì)留巷區(qū)域自然條件所帶來(lái)的生產(chǎn)難題，需要一種新的運(yùn)輸方式來(lái)解決。

3 分析問(wèn)題

經(jīng)過(guò)研究與分析，選擇氣動(dòng)單軌吊車作為沿空留巷區(qū)段的運(yùn)輸設(shè)備。它的優(yōu)勢(shì)在于如下四點(diǎn)：a.車身窄小、狹長(zhǎng)，運(yùn)行靈活，能夠在單體支柱與π 鋼形成的狹長(zhǎng)空間內(nèi)運(yùn)行；b.起重負(fù)荷大，可一次性吊起較大噸位的支護(hù)材料、施工機(jī)具等物料，不必因起重量小，而多頻次的往返運(yùn)料；c.安全高效，維護(hù)方便，單軌吊車的行進(jìn)速度適中，載重物料距底板較近，對(duì)操作人和其他人是較安全的，相比于電氣設(shè)備的嚴(yán)格防爆要求，氣動(dòng)設(shè)備無(wú)需顧及該方面的問(wèn)題，相比于人工扛運(yùn)的頻次與勞動(dòng)強(qiáng)度，鐵道運(yùn)輸拉底維護(hù)的工程量，它的運(yùn)輸效率是很高的；d.較好的適應(yīng)巷道環(huán)境，氣動(dòng)單軌吊車的導(dǎo)軌固定于頂板上，可隨巷道起伏彎曲的變化。

3.1 設(shè)備選型

根據(jù)沿空留巷區(qū)域的空間實(shí)際，起吊物體的重量，搬運(yùn)效率等參數(shù)進(jìn)行綜合分析：軌道采用I140E 型工字鋼軌道；設(shè)備的工作壓力介于0.4-0.6MPa 之間，井下的壓風(fēng)能夠產(chǎn)生此區(qū)間的壓力；牽引力17.5-24kN，能夠滿足運(yùn)輸?shù)膭?dòng)力；最大運(yùn)行速度0.4 m/s，滿足運(yùn)輸作業(yè)中，對(duì)速度和效率的要求；最大爬坡能力20°，并且坡度越大，載重量越低，0°時(shí)可以載重6 噸，4°時(shí)可以載重3.5 噸，8°時(shí)可以載重2.5噸，12°時(shí)可以載重1.9 噸，20°時(shí)僅可以載重1.3 噸，對(duì)于順槽的實(shí)際最大坡度來(lái)說(shuō)，可以載重3 噸左右，滿足單體、π鋼等材料的運(yùn)輸要求；控制方式點(diǎn)動(dòng)操作，符合作業(yè)人員的操作習(xí)慣；整備質(zhì)量650kg，外形尺寸長(zhǎng)、寬、高分別為5000×860×790 mm，滿足了留巷空間對(duì)設(shè)備的限制；單個(gè)行走馬達(dá)耗氣量為4500 L/min，單個(gè)起吊馬達(dá)耗氣量3400L/min，井下的壓風(fēng)可以提供該耗氣量的消耗，使其正常工作。遂決定采用DQD20 型氣動(dòng)單軌吊車，用于N1-1502留巷段的運(yùn)輸。

3.2 結(jié)構(gòu)組成

DQD20 型氣動(dòng)單軌吊車是利用懸空軌道，以氣動(dòng)馬達(dá)經(jīng)減速箱減速后帶動(dòng)滾輪沿軌道立板摩擦驅(qū)動(dòng)的設(shè)備。由主機(jī)裝置、起吊梁、拉桿、氣動(dòng)控制系統(tǒng)、軌道、物料箱等主要部件組成。

其中細(xì)分各部結(jié)構(gòu)如圖2 所示，1 為驅(qū)動(dòng)部，2 為制動(dòng)部，3 為吊重部，4 為氣動(dòng)葫蘆，5 為連接桿。其中，主機(jī)裝置是由承載小車、制動(dòng)裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、摩擦盤、消音器、防護(hù)外殼等組成；驅(qū)動(dòng)裝置由氣動(dòng)馬達(dá)、減速箱、軸承座組成；制動(dòng)裝置由制動(dòng)塊、制動(dòng)氣缸、壓力彈簧、制動(dòng)臂等組成；起吊梁由行走小車、氣動(dòng)葫蘆、拉桿等組成。每節(jié)軌道由I140E 型工字鋼及拖鏈托板組成，用銷軸聯(lián)接。減速箱的輸出端與驅(qū)動(dòng)輪連接，行走輪與軌道立板貼合，靠摩擦來(lái)傳遞動(dòng)力。整機(jī)用高度可調(diào)節(jié)的單軌吊裝置吊掛于巷道頂板的錨桿上[1]。

圖2 氣動(dòng)單軌吊組成圖

單軌吊的軌道每節(jié)長(zhǎng)度為3m，共65 節(jié)，軌道全長(zhǎng)195m，滿足了工作面架后臨時(shí)支護(hù)區(qū)150m 的使用要求。軌道由工字鋼、連接耳板、中心吊掛板、防錯(cuò)位固定塊4 部分組成，都是由12mm 厚鋼板加工而成。兩端連接耳板將軌道首尾相連，耳板孔徑Φ22mm，用于配合M20 螺栓，在配合4 噸卸扣使用時(shí)也可用做起吊點(diǎn)。中心吊掛板孔徑Φ22mm，用于配合4 噸卸扣起吊軌道。底端防錯(cuò)位固定塊首尾鑲嵌，卡緊后可保證在使用過(guò)程中，單軌吊不會(huì)因軌道接頭錯(cuò)位卡死或掉道。

單軌吊的行走部分采用被彈簧夾緊在軌道上的驅(qū)動(dòng)輪，驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生牽引力，采用二輪驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，制動(dòng)裝置，彈簧氣缸被壓縮，離開軌道面，可以行車。停止時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪和彈簧氣缸斷氣，彈簧缸動(dòng)作抱緊軌道，機(jī)車制動(dòng)。

起吊部分采用氣動(dòng)葫蘆，氣動(dòng)葫蘆提升裝置由葉片式氣動(dòng)馬達(dá)和氣動(dòng)釋放彈簧復(fù)位制動(dòng)器組成。馬達(dá)的軸扭矩通過(guò)行星齒輪傳遞到鏈輪的起重中心，來(lái)實(shí)現(xiàn)重物的提升和下放，重物定位則是通過(guò)內(nèi)置于氣馬達(dá)中的常閉式制動(dòng)器實(shí)現(xiàn)?？梢栽趬嚎s空氣中斷供應(yīng)的情況下穩(wěn)住重物，保證了作業(yè)過(guò)程中的安全，提升是通過(guò)高強(qiáng)度起重鏈來(lái)實(shí)現(xiàn)重物的起吊。

驅(qū)動(dòng)部是與制動(dòng)裝置是同時(shí)動(dòng)作的。制動(dòng)裝置采用彈簧加氣缸的方式，實(shí)現(xiàn)失效制動(dòng)。這種方式兼?zhèn)涔ぷ髦苿?dòng)和緊急制動(dòng)，有效保證機(jī)車的運(yùn)行安全。

氣動(dòng)葫蘆是單軌吊的起吊動(dòng)力裝置，由V6 葉片式氣動(dòng)馬達(dá)、導(dǎo)輪、起重鏈、鏈輪、吊鉤、行星減速機(jī)構(gòu)，安全離合器及氣動(dòng)釋放彈簧復(fù)位制動(dòng)器等組成，通過(guò)高強(qiáng)度起重鏈來(lái)實(shí)現(xiàn)提升。HQ10-(3～16)型氣動(dòng)葫蘆的工作壓力0.5MPa，額定載荷10 噸，滿足留巷區(qū)域物料運(yùn)輸?shù)闹亓啃枨?；提升速度可達(dá)到1.2m/min, 滿足作業(yè)時(shí)對(duì)提升效率的需求；下放速度3.3m/min，滿足作業(yè)時(shí)對(duì)落下重物的安全需求，提升高度介于0 至16 米之間，符合留巷空間的高度限制。

4 解決問(wèn)題

4.1 單軌吊的安裝

首先是吊掛附件的安裝，如圖3 左圖所示，單軌吊的吊掛主要有三類，曉南礦根據(jù)留巷區(qū)域?qū)嶋H，選擇了頂板——錨桿吊掛形式，吊掛附件主要由專用礦用開口式連接環(huán)、連接調(diào)節(jié)鐵鏈、卸扣等組成。通過(guò)吊掛調(diào)節(jié)裝置盡量將導(dǎo)軌調(diào)整為平直狀態(tài)。之后是導(dǎo)軌的安裝，如圖3 右圖所示，導(dǎo)軌采用了弧形快接頭的連接方式。安裝時(shí)首先將上部連接單耳插入雙耳中，退緊后落下，再穿入錐銷，即可完成[2]。

圖3 吊掛附件安裝及導(dǎo)軌安裝示意圖

接下來(lái)是主機(jī)的安裝，作業(yè)人員將制動(dòng)車和驅(qū)動(dòng)部依次裝入軌道，再裝入承載小車。制動(dòng)車裝入軌道前必須提前打開制動(dòng)閘塊，通過(guò)氣壓的方式將制動(dòng)彈簧氣缸壓縮，制動(dòng)塊脫離軌道，再推入制動(dòng)車。驅(qū)動(dòng)部裝入過(guò)道前，要將驅(qū)動(dòng)輪分離，推入軌道后，再用螺栓張緊。最后，使用連桿連接各個(gè)部件，連接各部件管路，全部完成后方可進(jìn)行空載運(yùn)行試驗(yàn)。

4.2 單軌吊的調(diào)試

在調(diào)試之前，作業(yè)人員對(duì)各部進(jìn)行了檢查，包括各操作手柄及檔位等處在停車位置；各小車車輪轉(zhuǎn)動(dòng)靈活、小車相對(duì)導(dǎo)軌沒(méi)有出現(xiàn)跑偏；各導(dǎo)軌的接頭連接部位鏈接牢靠、沒(méi)有出現(xiàn)明顯的變形或錯(cuò)位、各滑輪能夠輕松滑過(guò)接頭部位；氣管在來(lái)回折返時(shí)沒(méi)有出現(xiàn)交錯(cuò)打扭等現(xiàn)象；氣動(dòng)系統(tǒng)的各接頭連接牢靠、無(wú)破皮及硬性劃傷、各元件與軌道等無(wú)干涉。

接下來(lái)進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)各個(gè)部位車輪的位置，使所有車輪都能很好接觸導(dǎo)軌，盡可能讓小車左右受力相當(dāng)，前后拉動(dòng)小車在3m 范圍內(nèi)沒(méi)有跑偏，可以投入使用。在出現(xiàn)跑偏情況時(shí)，作業(yè)人員調(diào)節(jié)了偏車輪，向哪邊偏就將那邊車輪向軌道端調(diào)節(jié)直至不再跑偏為止。車輪調(diào)好后，調(diào)節(jié)氣動(dòng)總成內(nèi)的油霧流量，雖然廠家在出廠時(shí)已經(jīng)對(duì)油霧器做了調(diào)節(jié)，但如果在地面及運(yùn)輸、安裝過(guò)程中可能被動(dòng)了位置，通氣后將調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)鈕用一字頭螺絲刀調(diào)整到每分鐘40 滴左右的通用量。同時(shí)油霧器內(nèi)注入的潤(rùn)滑油，注入的量在容器內(nèi)MIN 與MAX 之間位置接近MAX 標(biāo)識(shí)的位置。送氣后首先測(cè)試單軌吊的停車是否可靠、葫蘆各動(dòng)作是否靈敏，并加載重物懸停3 分鐘左右，無(wú)異常后再卸載；然后，空載運(yùn)行主機(jī)前后10 米左右，來(lái)回3 次無(wú)異常后加載來(lái)回動(dòng)10m，無(wú)異常后在留巷區(qū)域投入使用。

4.3 出現(xiàn)的故障及解決方法

在氣動(dòng)單軌吊車投入使用之后，亦發(fā)生了幾次故障，現(xiàn)象首先體現(xiàn)為驅(qū)動(dòng)輪打滑，生產(chǎn)、技術(shù)人員憑借觀察、經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析：驅(qū)動(dòng)輪摩擦力不夠時(shí)，需要擰緊碟簧預(yù)緊螺母，增加驅(qū)動(dòng)輪的正壓力從而增大摩擦力；車輪是否有銹蝕、卡死或軌道上落入異物阻擋了車輪的前進(jìn)時(shí)，如為銹蝕則需要更換車輪，卡死或異物阻擋則需要清理軌道；外部供給壓力過(guò)小造成無(wú)法解閘，檢查管路是否有堵塞或氣管有無(wú)破裂及嚴(yán)重折彎，調(diào)節(jié)外部氣源壓力大于0.5MPa。

當(dāng)出現(xiàn)了更換閥不起作用時(shí)，首先排除了換向閥損壞，檢查氣管有折彎或堵塞，檢查折彎處處理平直或緩慢過(guò)渡。檢查氣管內(nèi)、各氣動(dòng)元件是否有異物阻擋則需清理軌道。

4.4 效果

作為曉南礦首個(gè)留巷工作面，N1-1502 運(yùn)順受地質(zhì)條件及巷道支護(hù)限制，不適宜鐵道運(yùn)輸，若采用人工搬運(yùn)，會(huì)增加作業(yè)強(qiáng)度及降低工作效率，亦不利于安全生產(chǎn)，使用氣動(dòng)單軌吊車進(jìn)行留巷區(qū)段材料、設(shè)備等運(yùn)輸工作后。在留巷施工過(guò)程中取得了積極效果，為留巷順利實(shí)施提供了保障，也為該設(shè)備的成功應(yīng)用積累了成熟經(jīng)驗(yàn)。

頂板的穩(wěn)定性和單軌吊與巷道頂板連接固定，決定了其安全運(yùn)行及后期維護(hù)難度，N1-1502 運(yùn)輸?shù)捻敯鍘r性及支護(hù)強(qiáng)度滿足了單軌吊正常運(yùn)載要求。由于其頂板穩(wěn)定，對(duì)底鼓適應(yīng)力較強(qiáng)，只要巷道高度不底于1.3m 就可以保證單軌吊車正常通過(guò)，在留巷期間，底鼓最多達(dá)到1.5m 左右，極個(gè)別地點(diǎn)對(duì)單軌吊底盤發(fā)生過(guò)刮卡，進(jìn)行局部拉底處理，杜絕了鐵道運(yùn)輸大范圍拉底施工。所以，它在不適合鐵道運(yùn)輸及人工搬運(yùn)發(fā)揮了積極作用，留巷施工過(guò)程中運(yùn)輸優(yōu)勢(shì)得以彰顯。

5 結(jié)論

在礦山企業(yè)朝著以人為本、減人提效發(fā)展趨勢(shì)日漸明朗的今天，將先進(jìn)的科技應(yīng)用到井下采掘一線，廣泛使用機(jī)械氣壓一體化裝置，來(lái)解決生產(chǎn)過(guò)程中人力、物力高投入問(wèn)題是我們的當(dāng)務(wù)之急。氣動(dòng)單軌吊車在曉南礦的成功使用，拓展了巷道運(yùn)輸設(shè)備的選擇，可以對(duì)不同的井下環(huán)境采取更合理的運(yùn)輸方式，特別針對(duì)頂板穩(wěn)定，底板巖性松軟易底鼓的巷道及短距離轉(zhuǎn)場(chǎng)適應(yīng)性較強(qiáng)，在N1-1502 運(yùn)順留巷施工中得到了成功應(yīng)用，降低了工人作業(yè)強(qiáng)度，為留巷成功發(fā)揮了積極作用，宜向各礦山企業(yè)推廣。