李立明

（潞安化工集團(tuán)常村煤礦， 山西 長治 046102）

引言

單軌吊運(yùn)輸系統(tǒng)是一種礦井輔助運(yùn)輸系統(tǒng)，其具有操作簡單、維護(hù)方便、單機(jī)作業(yè)、靈活使用、安全可靠、節(jié)省人員和有效利用巷道空間等優(yōu)點(diǎn)，在我國現(xiàn)代化礦井中得到推廣應(yīng)用，并取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

單軌吊作為井下主要的設(shè)備運(yùn)輸系統(tǒng)，承擔(dān)著井下繁重的設(shè)備運(yùn)輸工作，隨著我國煤炭開采技術(shù)不斷進(jìn)步，井下重裝設(shè)備的大型化成為發(fā)展趨勢，對井下單軌吊運(yùn)輸系統(tǒng)帶來了新的挑戰(zhàn)和壓力，為了安全、可靠、及時地完成設(shè)備運(yùn)輸任務(wù)，對單軌吊系統(tǒng)自身的安全性、可靠性、先進(jìn)性提出了更高的要求。近幾年國內(nèi)很多學(xué)者也對單軌吊的安全運(yùn)輸問題進(jìn)行了研究，如吳亞雷[1]研究了氣動式風(fēng)門聯(lián)動阻車器在單軌吊系統(tǒng)中的應(yīng)用；邢遠(yuǎn)提[2]研究了斜巷新型擋車裝置在單軌吊機(jī)車運(yùn)輸中的應(yīng)用；蘇彥斌[3]研究了礦井單軌吊以及架空人車交叉系統(tǒng)的應(yīng)用，這些研究在某種程度上提高了單軌吊的運(yùn)輸安全性，但單軌吊運(yùn)輸系統(tǒng)的掉道問題始終沒有得到徹底解決，因此，重點(diǎn)針對單軌吊機(jī)車的掉道問題進(jìn)行了研究，結(jié)合自身礦井單軌吊機(jī)車應(yīng)用現(xiàn)狀，設(shè)計了一種新型單軌吊防掉道裝置，徹底解決了單軌吊機(jī)車的掉道問題，達(dá)到了有效保障單軌吊機(jī)車安全穩(wěn)定運(yùn)行的目的。

1 單軌吊的主要結(jié)構(gòu)、分類及主要應(yīng)用優(yōu)勢

單軌吊機(jī)車運(yùn)輸系統(tǒng)通過巷道頂板軌道進(jìn)行運(yùn)輸，運(yùn)輸過程中主要依靠鋼絲繩、柴油機(jī)、蓄電池以及風(fēng)動裝置提供提供機(jī)車所需的驅(qū)動力，保證機(jī)車的平穩(wěn)運(yùn)行。系統(tǒng)的主要組成部分包括單軌吊機(jī)車、軌道及輔助設(shè)備、運(yùn)載設(shè)備及附件，其中軌道及輔助設(shè)備設(shè)計過程中需要根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行軌道、掛板等零部件的選取，運(yùn)載設(shè)備及附件設(shè)計過程中需要根據(jù)實(shí)際需求起吊運(yùn)輸梁以及集裝箱型號的選取，單軌吊機(jī)車運(yùn)輸系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 單軌吊機(jī)車運(yùn)輸系統(tǒng)

根據(jù)運(yùn)輸過程中的動力來源不同，能夠?qū)⑵浞殖刹裼蜋C(jī)、蓄電池、風(fēng)動以及鋼絲繩牽引四種單軌吊機(jī)車，前兩種動力源內(nèi)置于單軌吊機(jī)車內(nèi)部，設(shè)備整體性較好且結(jié)構(gòu)簡單，維修過程較為方便，因此深受煤礦企業(yè)歡迎。當(dāng)前該領(lǐng)域較為常見的單軌吊包括芬瑞特/DLZ130F-8 柴油發(fā)動機(jī)單軌吊、德國沙爾DZ系列柴油機(jī)單軌吊、太礦電氣DX 系列蓄電池單軌吊等。

相較于蓄電池單軌吊，柴油機(jī)單軌吊具有工作功率大、工作過程穩(wěn)定以及使用壽命較長等優(yōu)勢，因此適用于大型設(shè)備作業(yè)場合，但是存在環(huán)境污染較為嚴(yán)重、使用成本較高等缺點(diǎn)；蓄電池單軌吊工作功率遠(yuǎn)低于柴油機(jī)單軌吊并且使用壽命較短，但是電能屬于清潔能源、因此設(shè)備整體污染性較小，經(jīng)濟(jì)成本較低且維修較為方便，適用于小型作業(yè)場合。

傳統(tǒng)的輔助運(yùn)輸方式如小絞車、無極繩絞車等，對巷道中布置的運(yùn)輸軌道要求較高、運(yùn)輸過程容易受到外界干擾、設(shè)備整體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜且經(jīng)濟(jì)成本難以得到有效控制，不僅限制了礦井運(yùn)輸效率的提升，也難以保障施工人員的作業(yè)安全。相對而言，單軌吊機(jī)車系統(tǒng)能夠適應(yīng)復(fù)雜的運(yùn)輸環(huán)境、對于巷道頂板的軌道質(zhì)量要求較低、設(shè)備整體結(jié)構(gòu)簡單、使用過程不易受外界環(huán)境干擾，降低了系統(tǒng)的故障率，確保了施工人員的作業(yè)安全。此外，單軌吊機(jī)車適應(yīng)性較好，能夠適應(yīng)人員、物料以及設(shè)備等類型的運(yùn)輸任務(wù)。隨著礦井自動化程度的不斷提升，單軌吊機(jī)車運(yùn)輸系統(tǒng)在礦井中逐漸普及，顯著提升了礦井的運(yùn)輸效率和運(yùn)輸質(zhì)量。

2 常村煤礦單軌吊運(yùn)輸現(xiàn)狀

常村煤礦的單軌吊運(yùn)輸系統(tǒng)是采用材料巷（材料上、下山）使用英國產(chǎn)700 型卡軌車和德國產(chǎn)DZ1800型柴油單軌吊車輔助運(yùn)輸，工作面采用DX60 型蓄電池單軌吊運(yùn)送物料，對礦井的安全運(yùn)輸和各個生產(chǎn)系統(tǒng)的銜接，起到至關(guān)重要的作用，是一種適用性很強(qiáng)的運(yùn)輸系統(tǒng)。

1）懸吊方式：采區(qū)軌道上下山、工作面軌道和皮帶順槽等主要運(yùn)輸線路采用雙懸吊錨桿懸吊方式；礦井回風(fēng)巷、工作面瓦排巷和高抽巷等采用單懸吊錨桿懸吊方式。

2）軌道選型：采區(qū)軌道上、下山采用3 m I140V型專用軌道；工作面軌道和皮帶順槽采用2 m I140E型專用軌道；礦井回風(fēng)巷、工作面瓦排巷和高抽巷采用3 m I140E 型專用軌道。

3）吊掛方式：巷道施工過程中，錨網(wǎng)巷道正常掘進(jìn)或有斷層等特殊地質(zhì)構(gòu)造段，單軌吊軌道采用懸吊錨桿吊掛；巷道施工過程中，頂板是泥巖、空頂時，巷道采用工字鋼支護(hù)，單軌吊軌道采用工字鋼小梁吊掛方式進(jìn)行吊掛[4]。

4）懸吊錨桿規(guī)定：沿非煤頂掘進(jìn)時巷道打設(shè)懸吊錨桿采用Φ22 mm×2 400 mm（沿煤頂掘進(jìn)時采用Φ22 mm×3 200 mm）的懸吊錨桿，用3 支MSZ2350樹脂錨固劑錨固，錨固力必須達(dá)到160 kN，外露長度80~120 mm；懸吊錨桿安裝的懸吊接頭開口方向與單軌吊軌道方向保持一致；禁止使用強(qiáng)力錨桿等其他錨桿代替懸吊錨桿；軌道懸吊鏈的鉛垂偏角不得大于30°；采用8.8 級高強(qiáng)螺栓作為連接螺栓。

5）道岔規(guī)定：單軌吊道岔軌型與線路軌型相同，采用專用道岔；道岔及彎軌處安設(shè)斜拉張緊裝置。

3 單軌吊軌道雙錨桿吊掛方式存在問題

不能使雙鏈同時受力，當(dāng)有一根錨桿受到破壞時，另一根錨桿瞬間受到的沖擊力很大，也會受到破壞，不能起到雙保險的作用；

雙錨桿吊掛方式最后承載力全部作用在一個U型環(huán)上，由于U 型環(huán)長時間使用，磨損嚴(yán)重，強(qiáng)度達(dá)到極限時，雙錨桿吊掛方式同時也失去了應(yīng)有的功能，從而導(dǎo)致單軌吊機(jī)車掉道事故，圖2 為單軌吊雙吊點(diǎn)示意圖。

圖2 單軌吊雙吊點(diǎn)示意圖

4 單軌吊改進(jìn)背景和設(shè)計思路

單軌吊機(jī)車掉道事故是長期以來困惑輔助運(yùn)輸安全運(yùn)行的最大難題，已經(jīng)影響到礦井安全生產(chǎn)，對單軌吊軌道防掉道裝置進(jìn)行改進(jìn)已經(jīng)勢在必行，為了徹底杜絕長期以來困惑的單軌吊機(jī)車掉道事故，真正做到安全、高效、快速運(yùn)輸，根據(jù)現(xiàn)有I140E 型單軌吊軌道現(xiàn)場使用情況，以及對運(yùn)輸8000 型支架和大型設(shè)備的設(shè)計要求，結(jié)合國外輔助運(yùn)輸專業(yè)最先進(jìn)的I140V 型單軌吊軌道結(jié)構(gòu)，研制了符合礦井井下需要的新型單軌吊防掉道裝置[5]。

5 新型單軌吊防掉道裝置設(shè)計

1）在懸吊鏈下方安裝新設(shè)計的調(diào)解板，調(diào)解板兩端的懸吊孔在懸吊鏈正下方不會對錨桿產(chǎn)生橫切力，并且使兩條懸吊鏈同時均勻受力，設(shè)備中間打設(shè)圓孔用以連接軌道吊耳，使之受力均衡、拉力增大、調(diào)距方便、安全性能高、起到雙保險，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 單軌吊防掉道裝置結(jié)構(gòu)圖

2）一個調(diào)解板上打設(shè)兩根懸吊錨桿，利用調(diào)解板均勻受力，以此作為一個單元進(jìn)行安裝。先打一根錨桿，安裝新型防掉道裝置，然后再打設(shè)另一根錨桿，保證新型防掉道裝置的組裝精度。

3）每30 m 為一個安裝循環(huán)，以第一組調(diào)解板為安裝基準(zhǔn)，保證軌道安裝在一個水平線上，以減小軌道累積誤差。

4）巷道出現(xiàn)高冒、頂板淋水大、圍巖松軟等變化環(huán)節(jié)時，單軌吊軌道采用雙懸吊錨桿和新型防掉道裝置懸吊方式安設(shè)軌道。

5）單軌吊道岔和彎道前后6 m 范圍內(nèi)單軌吊軌道采用雙懸吊錨桿和新型防掉道裝置懸吊方式安設(shè)軌道。

6）該裝置安設(shè)使用后復(fù)用率達(dá)到100%，大大節(jié)約了成本的投入，為常村煤礦的安全高效生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

7）該裝置采用高強(qiáng)度材料，適合加工和熱處理，并進(jìn)行了拉力試驗(yàn)，新型單軌吊防掉道裝置拉力試驗(yàn)為39.6 t，完全能保證現(xiàn)在最大件的需要，保證該裝置的安全性[6]。

6 應(yīng)用效果

新型單軌吊防掉道裝置具有安裝方便、調(diào)距方便、受力均衡、拉力增大、節(jié)約成本、安全性能高、能起到雙保險作用等特點(diǎn)，抗拉能力強(qiáng)，機(jī)車承載力加大，使單軌吊軌道每個受力點(diǎn)都受力均勻，保證機(jī)車勻速運(yùn)行，提高單軌吊機(jī)車運(yùn)行效率，從根本上杜絕長期以來困惑常村煤礦的單軌吊機(jī)車掉道事故，從而消除因錨桿拔出和剪切斷裂帶來的機(jī)車掉道事故。自從常村煤礦應(yīng)用單軌吊防掉道裝置后，單軌吊不再出現(xiàn)掉道問題，真正做到安全、高效、快速運(yùn)輸，從而保證礦井安全生產(chǎn)。該裝置在全公司內(nèi)推廣使用，為公司輔助運(yùn)輸安全高效運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。

7 結(jié)語

安裝新型單軌吊防掉道裝置，實(shí)現(xiàn)了煤礦安全生產(chǎn)運(yùn)輸，促進(jìn)了礦井的安全和諧發(fā)展，其社會效益不僅在于本礦，對其他礦井乃至其他行業(yè)也有一定的借鑒作用和指導(dǎo)意義，無論是從生產(chǎn)效率還是從安全文化建設(shè)角度來看，新型單軌吊防掉道裝置設(shè)計理念都是值得被推廣。