龍慧波

（山西新安工程設(shè)計咨詢有限公司，山西 太原 030000）

引言

當(dāng)前，隨著我國煤炭開采技術(shù)的不斷發(fā)展，煤礦井日趨大型化，采掘、運(yùn)輸和三機(jī)配套等設(shè)備整機(jī)重量及可拆卸件的重量在不斷增加，長距離大功率輔助運(yùn)輸也在不斷增多，給煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)提出了新的要求。為了響應(yīng)煤礦企業(yè)安全高效的發(fā)展趨勢，逐步淘汰小絞車接力運(yùn)輸，國內(nèi)諸多煤礦設(shè)備生產(chǎn)廠家開始研制新型的煤礦井下輔助運(yùn)輸設(shè)備，自行式和牽引式輔助運(yùn)輸方式應(yīng)運(yùn)而生。隨著我國自主研制的首臺SQ 型無極繩連續(xù)牽引車在煤礦井下的應(yīng)用，有效地解決了在多處變坡的巷道內(nèi)，連續(xù)運(yùn)輸大型整機(jī)設(shè)備的問題，大大提升了煤礦井下輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)輸能力，同時也驗證了無極繩連續(xù)牽引車優(yōu)越的爬坡性能。無極繩連續(xù)牽引車憑借其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征、優(yōu)越的性能及安全高效的運(yùn)行效果，在國內(nèi)各大煤礦得到了廣泛應(yīng)用。為保證無極繩連續(xù)牽引車在大坡度、多拐彎點(diǎn)和變坡點(diǎn)、急轉(zhuǎn)彎等復(fù)雜巷道條件下安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須展開針對性的設(shè)計分析。

1 無極繩連續(xù)牽引車系統(tǒng)設(shè)計原則

某煤礦二采區(qū)軌道巷長1500m，垂直高差198m，巷道最大坡度15°，平均坡度7.5°，巷道平面轉(zhuǎn)彎較多，巷道240 m、400 m、504 m 及1065 m 處分別有120°左拐彎、120°右拐彎、165°左拐彎和174°右轉(zhuǎn)彎。結(jié)合該礦二采區(qū)軌道巷坡度較大，變坡點(diǎn)和平面拐彎點(diǎn)較多，運(yùn)輸條件復(fù)雜的實際情況，以及要運(yùn)輸大噸位的綜采設(shè)備的要求，二采區(qū)軌道巷將設(shè)計一部無極繩連續(xù)牽引車來擔(dān)負(fù)設(shè)備、材料等輔助運(yùn)輸任務(wù)。

進(jìn)行無極繩連續(xù)牽引車系統(tǒng)設(shè)計時必須遵循以下原則：

1）為保證井下大型綜采設(shè)備的運(yùn)輸（最重件液壓支架14 t），按照600 mm 軌距鋪設(shè)30 kg/m 規(guī)格的軌道；

2）為確保無極繩連續(xù)牽引車系統(tǒng)在大坡度、長距離、多轉(zhuǎn)彎巷道內(nèi)安全運(yùn)行，其水平轉(zhuǎn)彎半徑和垂直半徑應(yīng)分別控制在9 m 和15 m 以上；

3）根據(jù)巷道及運(yùn)輸?shù)膶嶋H情況，進(jìn)行不同輪組的靈活配置，并根據(jù)運(yùn)輸距離長短保證尾輪靈活移動；

4）鋼絲繩張緊裝置的受力主要與運(yùn)行工況有關(guān)，為提升鋼絲繩性能，應(yīng)進(jìn)行分繩設(shè)置，并將儲繩裝置安裝在梭車上，增強(qiáng)機(jī)構(gòu)的可靠性。

根據(jù)以上設(shè)計原則，復(fù)雜巷道條件下無極繩連續(xù)牽引車主機(jī)應(yīng)包括絞車、梭車、鋼絲繩張緊裝置、運(yùn)輸車、輪組等（如圖1 所示），輔助配套部分則包括控制裝置、鋼絲繩及保護(hù)裝置等。

圖1 復(fù)雜巷道條件下無極繩連續(xù)牽引車系統(tǒng)

2 無極繩連續(xù)牽引車系統(tǒng)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)

為確保在大坡度、多拐彎點(diǎn)和變坡點(diǎn)、急轉(zhuǎn)彎等復(fù)雜巷道條件下運(yùn)行中的無極繩連續(xù)牽引車的梭車不發(fā)生翻車、掉道等問題，必須進(jìn)行梭車改造，需將防脫軌裝置安裝在梭車兩側(cè)，保證其車輪始終在軌面上沿指定路線行駛。

此外，還需定制拐彎點(diǎn)和變坡點(diǎn)處圓滑過渡的軌道和轉(zhuǎn)彎裝置，并在鋪設(shè)軌道過程中使內(nèi)側(cè)軌道高出外側(cè)軌道至少30 mm，以增大運(yùn)輸時的材料和設(shè)備對軌道的壓力，并采用混凝土澆筑或打地錨等方式加強(qiáng)固定軌道和轉(zhuǎn)彎裝置，確保大件設(shè)備和材料的安全運(yùn)輸。

2.1 彎道護(hù)軌及轉(zhuǎn)彎裝置

考慮到該礦二采區(qū)軌道巷坡度較大，變坡點(diǎn)和平面拐彎點(diǎn)較多，運(yùn)輸條件比較復(fù)雜，為保證井下輔助運(yùn)輸?shù)陌踩院透咝?，必須將護(hù)軌裝置增設(shè)在轉(zhuǎn)彎處，并根據(jù)實際轉(zhuǎn)彎角度進(jìn)行護(hù)軌裝置數(shù)量的確定[1]。

由于軌距與彎道輪組間可能存在偏差，當(dāng)梭車經(jīng)過彎道時在牽引力的影響下會使鋼絲繩與輪組偏離，等其順利經(jīng)過后，鋼絲繩又在張力的作用下自動復(fù)位。運(yùn)輸軌道曲率半徑以及巷道實際轉(zhuǎn)向角度是影響轉(zhuǎn)彎裝置的主要因素，鋼絲繩將無極繩連續(xù)牽引車系統(tǒng)的牽引力分配至各輪組。彎道實際長度主要受轉(zhuǎn)彎裝置曲率半徑平均值及轉(zhuǎn)彎角度的影響。當(dāng)彎道實際長度取1.0 m 時，鋼絲繩牽引力最大值可達(dá)120 kN；轉(zhuǎn)彎裝置曲率半徑取2.0 m 時，所對應(yīng)的轉(zhuǎn)彎角度為4.78°。結(jié)合轉(zhuǎn)彎裝置和梭車的受力情況來看，梭車在轉(zhuǎn)彎過程中將承受向心力的作用，為避免梭車及輔助運(yùn)輸系統(tǒng)發(fā)生掉道、脫軌，必須嚴(yán)格按照控制梭車及輔助運(yùn)輸車輛的運(yùn)行速度和主鋼絲繩牽引力之間的關(guān)系[2]。梭車及輔助運(yùn)輸車輛運(yùn)行于彎道裝置上時，為避免發(fā)生運(yùn)輸車輛掉道或脫軌，必須在其轉(zhuǎn)彎時向其施加離心力，該離心力的大小主要跟運(yùn)輸車輛質(zhì)量有關(guān)。調(diào)整并使梭車及輔助運(yùn)輸車輛內(nèi)側(cè)軌道高出外側(cè)軌道，高低軌道沿平面的傾角為適當(dāng)數(shù)值，則通過分析梭車及輔助運(yùn)輸車輛所承受的離心力可以得到梭車及輔助運(yùn)輸車輛通過彎道的允許速度[3]。

通過分析該礦二采區(qū)軌道巷無極繩連續(xù)牽引車在彎道運(yùn)輸時轉(zhuǎn)彎裝置基礎(chǔ)參數(shù)及鋼絲繩牽引力可以看出，轉(zhuǎn)彎裝置確定的情況下，當(dāng)前因車處于正常運(yùn)行狀態(tài)時，鋼絲繩牽引速度與運(yùn)輸車輛質(zhì)量呈反比例關(guān)系。當(dāng)輔助運(yùn)輸車輛質(zhì)量增大后，其運(yùn)行速度比降減小，其在空載及重載兩種截然不同的工況下，彎道行駛過程中運(yùn)行速度和質(zhì)量之間應(yīng)保持一定關(guān)系，具體見表1。結(jié)合該礦二采區(qū)軌道巷實際情況，經(jīng)計算，設(shè)定梭車運(yùn)行速度平均值為0.84 m/s，為保持其轉(zhuǎn)彎過程中運(yùn)行穩(wěn)定，應(yīng)將軌道沿平面的傾角控制在2°～3°，單量梭車質(zhì)量控制在14～26 t。

表1 輔助運(yùn)輸車輛彎道行駛速度和質(zhì)量的關(guān)系 m/s

2.2 梭車防脫軌設(shè)置

梭車在軌道上運(yùn)行過程中其滾筒內(nèi)鋼絲繩持續(xù)減少，自身質(zhì)量也不斷減輕，遇到坡度較大區(qū)域，梭車會在慣性作用下發(fā)生顛簸和起伏，為起到懸空防脫的作用，應(yīng)在梭車后部增設(shè)相應(yīng)配重裝置，并在其底部安裝防脫軌裝置，避免因復(fù)雜巷道條件下梭車自重減輕而引發(fā)脫軌和掉道。在局部凹弧低洼巷道處應(yīng)增設(shè)壓繩組，避免因鋼絲繩抬升高度過高而將梭車挑翻。

3 結(jié)語

在煤礦井下長距離、大噸位、坡度較大，變坡點(diǎn)和平面拐彎點(diǎn)較多等復(fù)雜巷道條件下，使用無極繩連續(xù)牽引車用于運(yùn)輸大件設(shè)備和材料可實現(xiàn)無轉(zhuǎn)載直達(dá)運(yùn)輸?shù)哪康?，能有效替代傳統(tǒng)的小絞車接力運(yùn)輸方式，這種新型的輔助運(yùn)輸裝備借鑒了繩牽引卡軌車的先進(jìn)技術(shù)，并結(jié)合了無極繩絞車的成熟經(jīng)驗，在復(fù)雜巷道條件下適應(yīng)性更強(qiáng)，顯現(xiàn)出了優(yōu)越的輔助運(yùn)輸設(shè)備性能，能進(jìn)一步提升井下輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的效率，為煤礦安全高效的生產(chǎn)提供了保障。