張麗莉，寧創(chuàng)平

（太原礦機(jī)電氣股份有限公司，山西太原 030032）

0 引言

煤礦輔助運(yùn)輸是指除運(yùn)輸煤炭以外的所有運(yùn)輸，主要運(yùn)輸對(duì)象有人員、矸石、設(shè)備、材料及填充物等，主要用于地面到工作面、工作面到地面、工作面或采區(qū)之間的周轉(zhuǎn)等輸送作業(yè)。煤礦井下輔助運(yùn)輸可按有無(wú)軌道、開(kāi)拓形式、動(dòng)力源不同進(jìn)行分類，按有無(wú)軌道可分為有軌輔助運(yùn)輸和無(wú)軌輔助運(yùn)輸，有軌輔助運(yùn)輸以鋪設(shè)雙軌或懸吊單軌為主要特征。

1 煤礦輔助運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)狀

“十三五”期間，我國(guó)煤炭裝備的創(chuàng)新能力不斷增強(qiáng)，主要裝備已基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，近25 年來(lái)煤礦輔助運(yùn)輸設(shè)備種類增加很多，但我國(guó)煤炭裝備“產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)仍然薄弱，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)有待改善”。具體而言，“新基建”處于起步階段，部分大型關(guān)鍵與智能化裝備、元器件和工業(yè)軟件等國(guó)產(chǎn)化不足，產(chǎn)品質(zhì)量保證體系、管理規(guī)范與關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不完善，設(shè)備可靠性、穩(wěn)定性不足及生命周期短，缺乏具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的企業(yè)和產(chǎn)品。

無(wú)軌輔助運(yùn)輸設(shè)備在各自運(yùn)行工作面內(nèi)形式單一，各工作面之間運(yùn)行環(huán)節(jié)不配套，從井下材料、設(shè)備供應(yīng)點(diǎn)到井下工作面使用地點(diǎn)要經(jīng)過(guò)多次轉(zhuǎn)載，造成整個(gè)系統(tǒng)輸送能力低、占用設(shè)備和用工數(shù)量多、事故發(fā)生率高。同時(shí)，傳統(tǒng)的有軌輔助運(yùn)輸設(shè)備，例如調(diào)度絞車和無(wú)極繩絞車等，對(duì)礦井整體實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化和智能化有極大阻礙。

懸掛軌道輔助運(yùn)輸設(shè)備，例如單軌吊機(jī)車等設(shè)備，不受巷道底板變形影響、設(shè)備體積小、機(jī)動(dòng)靈活、機(jī)車運(yùn)行方向可控、占用巷道空間小、通過(guò)巷道斷面小、連續(xù)運(yùn)輸距離長(zhǎng)，如果開(kāi)拓系統(tǒng)和運(yùn)輸系統(tǒng)條件允許，可以實(shí)現(xiàn)從地面到井下任何工作面的不轉(zhuǎn)載直達(dá)運(yùn)輸，是實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)輸?shù)谋匾h(huán)節(jié)。

2 保證懸掛軌道安全的必要性

基于懸掛軌道輔助運(yùn)輸設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，該種設(shè)備的使用頻率將會(huì)進(jìn)一步提高。但結(jié)合煤礦實(shí)際運(yùn)輸情況，為使設(shè)備承重質(zhì)量提高，在保證巷道頂板穩(wěn)定的前提下，懸掛軌道的安全性是關(guān)鍵。

軌道懸掛初期階段，在使用過(guò)程中，常出現(xiàn)因軌道懸掛錨桿、U 形環(huán)和鏈條斷裂而發(fā)生的事故，不僅給人員和設(shè)備帶來(lái)重大安全隱患，影響煤礦高效生產(chǎn)，也帶來(lái)了重大的經(jīng)濟(jì)損失。事故發(fā)生的主要原因有：

（1）軌道使用年限長(zhǎng)，錨桿、U 形環(huán)和鏈條等懸吊件疲勞斷裂。

（2）頂板高低不同，錨桿受力不均，造成錨桿折彎斷裂。

（3）受沖擊載荷較大，造成強(qiáng)力斷裂。

在近年來(lái)，國(guó)家對(duì)煤礦安全高度重視，煤礦對(duì)使用設(shè)備和器材的檢驗(yàn)頻率和質(zhì)量有了進(jìn)一步提高，因此軌道懸掛錨桿、U 形環(huán)和鏈條斷裂而發(fā)生的事故降至很低，但只要該事故發(fā)生，將會(huì)造成不可估量的損失。

3 單軌軌道懸掛方式及存在問(wèn)題

根據(jù)工況環(huán)境不同和輔助運(yùn)輸設(shè)備及載物重量的不同，軌道懸掛方式也不同，主要有以下3 種：

（1）單錨桿單鏈條懸掛（圖1）。這種懸掛方式主要由單錨桿、單鏈條、單U 形環(huán)懸掛構(gòu)成，受力較小，一般在100 kN 左右，抗沖擊載荷能力較弱。如果發(fā)生斷裂，將直接造成軌道掉落，對(duì)設(shè)備和人員安全造成嚴(yán)重威脅。

圖1 單錨桿單鏈條懸掛

（2）雙錨桿雙鏈條懸掛（圖2）。這種懸掛方式主要由雙錨桿、雙鏈條、單U 形環(huán)懸掛構(gòu)成，受力可達(dá)200 kN 以上，由于受頂板高低不同，容易造成鏈條和錨桿受力不同，一根鏈條或錨桿斷裂后，軌道擺動(dòng)角度較大，導(dǎo)致設(shè)備脫軌掉道，而且另一根錨桿和鏈條受到瞬間沖擊力更大，極易發(fā)生二次斷裂，起不到保險(xiǎn)作用。

圖2 雙錨桿雙鏈條懸掛

（3）雙錨桿單鏈條懸掛（圖3）。這種懸掛方式主要由雙錨桿、懸掛板、單鏈條、單U 形環(huán)懸掛構(gòu)成。雖然中間有懸掛板過(guò)渡，錨桿受力較小，但仍是單根鏈條受力。如果發(fā)生斷裂，將直接造成軌道掉落，沒(méi)有起到保護(hù)作用，存在一定安全風(fēng)險(xiǎn)。

圖3 雙錨桿單鏈條懸掛

4 單軌軌道懸吊機(jī)構(gòu)改進(jìn)

為提高懸掛單軌軌道承重載荷，保證運(yùn)輸過(guò)程的安全性，對(duì)懸掛軌道機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析研究，結(jié)合實(shí)際工況環(huán)境及發(fā)生的軌道脫落事故原因，對(duì)單軌軌道懸吊機(jī)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，從本質(zhì)上提高運(yùn)輸軌道的安全性。

改進(jìn)后的單軌軌道懸吊機(jī)構(gòu)由雙錨桿、雙鏈條和橋式懸吊板組成（圖4、圖5）。橋式懸吊板由正板和副板背對(duì)背裝配組合，橋式懸吊板兩端孔分別與鏈條用螺栓進(jìn)行緊固。懸吊機(jī)構(gòu)可以根據(jù)頂板高低不同和軌道運(yùn)行設(shè)備啟停過(guò)程造成軌道擺動(dòng)而自動(dòng)調(diào)節(jié)，減少雙錨桿和雙鏈條受到的沖擊，使其受力均勻。橋式懸吊板A、B兩處為突出設(shè)計(jì)，如果a 側(cè)鏈條或錨桿疲勞斷裂，由于向下拉力的作用，橋式懸吊板A 處將與軌道上表面接觸，起到支撐作用，避免擺角過(guò)大，造成沖擊載荷，引起b 側(cè)鏈條或錨桿的沖擊斷裂。

圖4 單軌軌道懸吊機(jī)構(gòu)

圖5 橋式懸吊板

如果懸吊機(jī)構(gòu)發(fā)生a 側(cè)鏈條或錨桿斷裂，而沒(méi)有支撐腳，F(xiàn)的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，不僅b 側(cè)鏈條或錨桿會(huì)受到大于F 的力，而且還有很大的向右的沖擊速度，極易造成錯(cuò)軌、脫軌和軌道折彎，甚至?xí)斐蒪 側(cè)錨桿或鏈條斷裂而引起二次事故發(fā)生。如果有支撐腳A，受向下的拉力F 后，移動(dòng)距離明顯小于L（1-sinα），減小了F 產(chǎn)生的勢(shì)能，不會(huì)有很大向下的沖擊力和向右運(yùn)動(dòng)慣性，極大地保護(hù)了軌道，減少b 側(cè)錨桿和鏈條斷裂的可能性。

此結(jié)構(gòu)有效解決了常規(guī)懸掛方式存在的安全隱患，保障了煤礦的運(yùn)輸安全，提高運(yùn)輸效率。

5 單軌軌道懸吊機(jī)構(gòu)的安裝

改進(jìn)后的單軌軌道橋式懸吊機(jī)構(gòu)由正板和副板組成，安裝時(shí)只需要背靠背對(duì)齊，上部分通過(guò)螺栓將橋式懸掛板的正板、副板和鏈條緊固，下部分通過(guò)螺栓將橋式懸掛板的正板、副板和軌道吊耳緊固，兩側(cè)鏈條可以根據(jù)不同頂板高度進(jìn)行調(diào)節(jié)。安裝便捷，操作簡(jiǎn)單，不需要更多的人力和物力，更加適用于煤礦井下的實(shí)際工作環(huán)境，減少了因人為因素造成的安裝問(wèn)題和人力成本的投入。

6 應(yīng)用與展望

改進(jìn)后的單軌軌道橋式懸吊機(jī)構(gòu)可至少承受200 kN 的拉力，承重載荷較大、發(fā)生二次事故率低，且安裝方便快捷、安全性高，應(yīng)用于煤礦井下，將大大提升煤礦井下懸掛軌道輔助運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)行效率和安全性。

運(yùn)輸方面應(yīng)考慮采用先進(jìn)的智能輔助運(yùn)輸系統(tǒng)，如單軌軌道輔助運(yùn)輸系統(tǒng)，利用信息、通信、控制技術(shù)將車輛、路況、人員、物資緊密結(jié)合，通過(guò)無(wú)線遙控、自動(dòng)駕駛、智能監(jiān)控和物料識(shí)別等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)從井底車場(chǎng)到工作面，或從井下材料、設(shè)備供應(yīng)點(diǎn)到井下工作面使用地點(diǎn)的直達(dá)。在單軌軌道懸掛方式上，采用單軌軌道橋式懸吊機(jī)構(gòu)。

7 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，智慧礦山的建設(shè)成為每個(gè)礦山安全高效發(fā)展的新思路，實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)定位、智能監(jiān)測(cè)、快速反饋、自由通信、實(shí)時(shí)共享、遠(yuǎn)程控制和應(yīng)急響應(yīng)是煤礦井下智慧礦山的標(biāo)志。無(wú)軌輔助運(yùn)輸系統(tǒng)與礦井具體地質(zhì)條件密切相關(guān)，同時(shí)投入和維護(hù)成本高，應(yīng)因地制宜地進(jìn)行選用。而懸掛軌道輔助運(yùn)輸系統(tǒng)不受巷道底板變形和積水影響，可以在多支線、多坡度、多彎道巷道中，無(wú)需經(jīng)過(guò)多次轉(zhuǎn)載，實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)輸，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)一軌多用的效果。單軌吊設(shè)備大多裝有智能控制及智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為智慧礦山的構(gòu)建打下良好基礎(chǔ)。合理選擇礦井輔助運(yùn)輸方式，將直接影響煤礦的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。懸掛軌道輔助運(yùn)輸系統(tǒng)具有機(jī)動(dòng)靈活性、智能安全性和方便高效性等優(yōu)勢(shì)，成為未來(lái)煤礦井下從少人化到無(wú)人化、機(jī)械化到智能化發(fā)展的有效助力。