霍 磊 王 輝 王 巖 王 勇

(1.山東能源集團有限公司，山東省濟南市，250014；2.中國礦業(yè)大學(xué)，江蘇省徐州市，221008；3.山東能源棗礦集團，山東省棗莊市，277000)

Huo Lei 1，2，Wang Hui 1，Wang Yan1，Wang Yong3

(1.Shandong Energy Group Co.，Ltd.，Jinan，Shandong 250014，China；2.China University of Mining and Technology，Xuzhou，Jiangsu 221008，China；3.Shandong Energy Zaozhuang Mining Group Co.，Ltd.，Zaozhuang，Shandong 277000，China)

目前，煤礦井下煤炭運輸已形成了以帶式輸送機為主的連續(xù)運輸系統(tǒng)，與煤炭運輸相比，井下輔助運輸還未形成一種相對固定的模式，傳統(tǒng)以絞車為主的輔助運輸方式已不能實現(xiàn)運輸?shù)倪B續(xù)化，從而導(dǎo)致效率低下且存在安全隱患，嚴(yán)重制約了礦井的生產(chǎn)效率和安全生產(chǎn)。為了適應(yīng)現(xiàn)代化礦井的快速發(fā)展，尋求和探索一種安全高效的新型輔助運輸設(shè)備和方式顯得尤為重要。

1 傳統(tǒng)輔助運輸方式存在的問題

煤礦傳統(tǒng)井下輔助運輸主要以架線電機車和絞車運輸為主，而這兩種方式在實際運行中均存在一定的安全問題。

1.1 架線電機車運輸存在的問題

(1)架線電機車運行時，其集電器與架線經(jīng)常摩擦產(chǎn)生出較大的火花，因此架線電機車不能進入有煤與瓦斯突出的礦井和瓦斯噴出區(qū)域，同時它的實際運行坡度一般不能大于5‰，使用范圍受到很大限制。

(2)電機車架線高度由于受到巷道高度的限制，會出現(xiàn)作業(yè)人員或所攜帶的工具觸碰到架線導(dǎo)致觸電事故的發(fā)生。

(3)架線電機車會產(chǎn)生雜散電流，當(dāng)雜散電流過大時可能會引爆雷管或?qū)е峦咚购兔簤m爆炸。

1.2 絞車運輸存在的問題

(1)絞車在提升過程中存在斷繩跑車的危險，操作人員在頻繁摘掛鉤和倒換滑頭時，人身安全常常受到威脅。

(2)在井下條件復(fù)雜、坡度起伏較大或較長的巷道中，采用絞車運輸時常常需要多部小絞車接力提升，從而導(dǎo)致運輸設(shè)備多和運輸環(huán)節(jié)多，每個環(huán)節(jié)都需要多名絞車司機和把鉤工，最終導(dǎo)致輔助運輸人員多且工作效率低。

(3)絞車提升要執(zhí)行 “行車不行人”或封閉管理制度，行人和絞車提升相互影響造成運輸效率低下。

(4)采用絞車提升需要建設(shè)提升硐室和相關(guān)設(shè)施，巷道工程量大，占用生產(chǎn)準(zhǔn)備時間長。

2 煤礦井下輔助運輸?shù)闹饕绞郊疤攸c

目前礦井井下輔助運輸方式多種多樣，主要分為軌道運輸、無軌運輸、帶式輸送機運輸和單軌吊車運輸四大類。

2.1 軌道運輸

軌道運輸主要包括架線電機車、防爆蓄電池機車、防爆柴油機車、膠套輪車、卡軌車、齒軌車、調(diào)度絞車、提升絞車、主尾繩牽引絞車、無極繩絞車和無極繩連續(xù)牽引車等。軌道運輸是目前在用種類最多和最廣泛的輔助運輸形式，電機車運輸具有系統(tǒng)靈活、運輸能力大和運輸效率高等優(yōu)點，同時可以在運輸距離較長、平直、有彎道以及分岔的巷道中運行，但電機車只能在坡度為3‰～5‰的巷道里運行，運行區(qū)段受到限制；防爆蓄電池機車和防爆柴油機車雖然可在有煤、巖塵與瓦斯突出危險的煤礦井下使用，同樣也受到巷道坡度的限制；齒軌車和卡軌車分別改變了機車與軌面接觸的形式和軌道本身，爬坡和運輸能力有所增強，但齒軌車對軌道的要求較高，卡軌車要求巷道底板比較平整，因此這兩種運輸方式在使用上受到很大限制；調(diào)度絞車、提升絞車和主尾繩牽引絞車等繩牽引絞車系統(tǒng)簡單，但存在效率低、占用人員多以及安全性差的問題。

2.2 無軌運輸

無軌運輸主要包括防爆蓄電池膠輪車和防爆柴油機膠輪車，無軌運輸車具有運行靈活、運載能力較大以及可將貨物等直接運送到各工作地點的優(yōu)點，能夠用于重型支架整體搬運，但要求巷道底板路面平整和硬化，并有足夠的寬度，巷道坡度不得大于14°。

2.3 帶式輸送機運輸

帶式輸送機主要用于輔助運輸巷的矸石運輸和掘進工作面的雙載運輸，使用范圍較小。

2.4 單軌吊車運輸

近幾年，單軌吊車運輸這種新型輔助運輸方式在國內(nèi)的煤礦中逐步發(fā)展起來，并以其優(yōu)良的性能在許多礦井得到推廣和應(yīng)用。

3 單軌吊車運輸?shù)姆诸惡褪褂锰攸c

單軌吊車是由鋼絲繩或機車牽引，沿固定巷道頂板的軌道運行，軌道吊掛在U型鋼棚或巷道頂板的錨桿上。單軌吊車按照動力可分為繩牽引單軌吊車、防爆蓄電池機車單軌吊車和防爆柴油機車單軌吊車3種?？傮w來說，單軌吊車具有適應(yīng)能力強、使用范圍廣、占用巷道空間小、不受巷道底板影響以及能在起伏坡度較大和彎道道岔較多的情況下運行等優(yōu)點。由于單軌吊車保護裝置齊全，制動系統(tǒng)完善，不存在因斷繩引起的跑車和掉道事故，因而安全可靠性高。單軌吊車牽引力大，能實現(xiàn)重型液壓支架等重型物料的整體搬運，機車單軌吊車還可實現(xiàn)從井底車場裝載點到工作點的長距離連續(xù)運輸，無需轉(zhuǎn)載或換裝，運輸效率高，占用人員少。

3.1 繩牽引單軌吊車

繩牽引單軌吊車以絞車為動力牽引單軌吊車裝置，鋼絲繩通過導(dǎo)向輪和滑輪導(dǎo)向牽引單軌吊車在巷道頂部敷設(shè)的軌道系統(tǒng)上行走，從而實現(xiàn)設(shè)備和材料的運輸。鋼絲繩牽引單軌吊車具有造價低、無污染和低能耗的優(yōu)點，但因為需要絞車牽引，存在牽引力相對較小、運輸效率低和不安全因素多等缺點，因此主要應(yīng)用于運行線路長度固定、運輸距離不大于2000m和無分岔的巷道。

3.2 防爆蓄電池機車單軌吊車

防爆蓄電池機車單軌吊車是一種行駛于懸吊在巷道頂部軌道的電牽引單軌吊車，蓄電池裝置是單軌吊車的動力源，直流電源通過逆變器將直流電逆變?yōu)槿嘟涣麟姽┙o行走電機和液壓站電機。防爆蓄電池機車單軌吊車具有無煙氣排放、節(jié)能環(huán)保、體積相對較小、驅(qū)動力規(guī)格較多、價格相對較低、運行靈活以及運行費用低的優(yōu)點，但也存在機車蓄電池質(zhì)量大、續(xù)航能力受限和運行坡度受限的不足。

3.3 防爆柴油機車單軌吊車

防爆柴油機車單軌吊車是以柴油發(fā)動機為動力的單軌吊車，防爆柴油機車單軌吊車較防爆蓄電池機車單軌吊車具有續(xù)航能力更強、牽引力更大、爬坡能力更強、運行速度更快和機車自重更輕等優(yōu)點，但是防爆柴油機車單軌吊車價格高且有尾氣排放，對環(huán)境有一定影響。

4 單軌吊車的使用條件和要求

4.1 單軌吊車的運行速度

在實際運行中，單軌吊車最大運行速度可達2.5m／s，重載運行速度在1.2～1.8m／s左右，重載爬坡能力一般可在15°以上，如在軌道上增加齒軌，爬坡能力可以達到30°。運行繩牽引單軌吊車的巷道最大坡度一般不大于25°；運行防爆蓄電池機車單軌吊車巷道最大坡度一般不大于15°；運行防爆柴油機車單軌吊車采用摩擦輪式時，巷道最大坡度一般不大于25°；采用齒軌時，巷道最大坡度不大于30°。

4.2 單軌吊車的巷道運行條件

單軌吊車運行的巷道斷面應(yīng)滿足以下條件:

(1)吊運物件最突出部位距一側(cè)巷幫的間隙不小于0.8m，另一側(cè)間隙不小于0.3m。

(2)巷道高度要使運送物件距離底板間隙不小于0.2m。

(3)驅(qū)動輪距巷道突出部分距離不小于0.1m。

在實際布置時，單軌巷道的最小寬度不小于2.8m，雙軌巷道最小寬度不小于3.5m，機軌合一的巷道最小寬度不小于3.8m，凈高不得低于2m。機軌合一巷道布置圖如圖1所示。

4.3 單軌吊車的軌道要求

(1)單軌吊車軌道安裝采用錨桿和錨索吊掛方式時，錨固力、吊掛鏈以及連接件的破斷力應(yīng)不低于吊掛點允許承載力的3倍，單軌吊車軌道吊掛在棚梁上時，要有可靠的防倒棚措施。

(2)應(yīng)根據(jù)起吊重物的最大載荷選擇起吊梁結(jié)構(gòu)型式、軌道每節(jié)長度、軌道軌型和軌道的吊掛方式。

(3)懸掛單軌吊車吊梁的錨桿應(yīng)錨固在巖性較好的頂板上，根據(jù)單軌吊車歐盟標(biāo)準(zhǔn)，單軌吊車軌道吊掛點使用輕軌I140E軌道最大靜拉力為50kN，最大動載荷為15t，也就是每處要用2根錨桿吊掛，每根錨桿的錨固力要求大于75kN能夠滿足要求；重軌I140V軌道最大靜拉力為100kN，最大動載荷為30t，每處用4根錨桿吊掛，每根錨桿的錨固力要求大于75kN。當(dāng)巷道頂板巖性較差錨固力不足時，可用兩根錨桿固定兩根吊鏈，采用雙吊鏈吊掛方式。

(4)機車牽引單軌吊車軌道線路的豎曲率半徑應(yīng)不小于10m，水平曲率半徑應(yīng)不小于4m。

5 單軌吊車的應(yīng)用實例

單軌吊車是一種適合煤礦特點的本質(zhì)安全型輔助運輸設(shè)備，具有安全性高、運輸效率高和占用人員少的優(yōu)點，近幾年在國內(nèi)煤礦得到了迅速推廣和應(yīng)用，現(xiàn)以在山東能源集團趙官煤礦使用情況為例，說明單軌吊車相比傳統(tǒng)運輸方式的優(yōu)勢。

趙官煤礦生產(chǎn)能力為90t／a，采用立井提升，主采煤層厚度為1.15～1.2m，采用薄煤層綜合機械化采煤方式，巷道頂板多為砂巖。礦井原有輔助運輸方式均為傳統(tǒng)的地軌運輸方式，大巷采用防爆蓄電池電機車將設(shè)備和材料由井底車場運送至各采區(qū)石門。采區(qū)運輸采用卡軌車和絞車，因采區(qū)上下山有多個變坡，一部絞車無法完成運輸任務(wù)，因此采用對拉絞車進行運輸。礦井輔助運輸系統(tǒng)改造前，井下共使用45臺小絞車及回柱絞車、13臺防爆蓄電池電機車、2臺卡軌車和1臺翻車機，共鋪設(shè)地軌13406m，建設(shè)各類安全設(shè)施194套，礦井從事運輸人員共計290人，零星運輸事故時有發(fā)生，安撤一個工作面平均用時38d。該礦井后來引進了6臺防爆柴油機車單軌吊車，并對原有井下輔助運輸系統(tǒng)進行了改造，取消了上下山和采區(qū)內(nèi)的電機車和小絞車運輸模式，共取消45臺小絞車及回柱絞車、10臺防爆蓄電池電機車、2臺卡軌車和1臺翻車機，拆除地軌9406m和各類安全設(shè)施194套，在大大減輕了工人的作業(yè)強度的同時，輔助運輸人員減少到110人，實現(xiàn)了采區(qū)內(nèi)運輸?shù)倪B續(xù)化，提高了運輸效率，安撤一個工作面僅用9d，輔助運輸系統(tǒng)改造至今的3年間，未發(fā)生一起運輸事故，使用單軌吊車運輸?shù)纳鐣б婧徒?jīng)濟效益十分顯著。

6 結(jié)語

單軌吊車作為一種新型輔助運輸設(shè)備，以其安全性高、占用人員少、工人勞動強度低、軌道建設(shè)相對簡單且維護量小、對巷道條件要求低以及適應(yīng)性較強等諸多優(yōu)點，已在德國和波蘭等歐洲產(chǎn)煤國家普及，并成為當(dāng)?shù)孛旱V井下的主要輔助運輸形式。單軌吊車技術(shù)引入國內(nèi)后，得到了長足的發(fā)展和應(yīng)用，并以其安全、連續(xù)和高效逐步成為替代井下小絞車的一種新型輔助運輸設(shè)備。但同時單軌吊車運輸存在著造價相對較為昂貴、運輸速度相對不高、防爆柴油機車尾氣對井下空氣造成污染等方面的不足。因此，在應(yīng)用單軌吊車過程中，應(yīng)揚長避短，并根據(jù)礦井實際情況，在礦井開拓規(guī)劃和井下巷道設(shè)計時為單軌吊車的安裝和使用創(chuàng)造適宜的條件，并力求使運輸軌道網(wǎng)絡(luò)化，以更好地發(fā)揮單軌吊車的最大效能。

[1]陳煥瑛.我國煤礦輔助運輸機械化現(xiàn)狀及展望[J].中國煤炭，1998(6)

[2]中國煤炭建設(shè)協(xié)會.煤礦井下輔助運輸設(shè)計規(guī)范[S].GB50533-2009

[3]國家煤炭工業(yè)局.柴油機單軌吊機車[S].MT／T883-2000

[4]國家煤炭工業(yè)局.防爆特殊型蓄電池單軌吊車[S].MT／T887-2000DX25J

[5]《＜煤礦安全規(guī)程＞專家解讀》編委會.《煤礦安全規(guī)程》專家解讀 (2011年修訂版)[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2011