煤矿井下柔性辅助运输系统设计与应用

周耀光，陈清华，常聚才

（1.淮北矿业股份公司朱仙庄煤矿，安徽宿州 234111;2.安徽理工大学能源与安全学院，安徽淮南 232001）

煤矿井下柔性辅助运输系统设计与应用

周耀光1，陈清华2，常聚才2

（1.淮北矿业股份公司朱仙庄煤矿，安徽宿州 234111;2.安徽理工大学能源与安全学院，安徽淮南 232001）

针对矿井目前已有运输方式 （系统）存在的问题，设计了一种煤矿井下新型的辅助运输系统，该系统能够实现在起伏的多坡度巷道中，只利用一部绞车就可以实现矿车的往返运输。并根据煤矿安全生产要求，设计了不需防跑车装置的无轮矿车及有轮矿车的安全闭锁装置。同时，利用有限元分析软件对有轮矿车安全闭锁装置中制动爪强度进行了校核分析，分析结果表明制动爪完全能够承受矿车发生跑车时的冲击载荷。设计的成果应用于煤矿现场，降低了运输成本，减少了安全事故的发生，取得了较好的效果。

辅助运输;柔性系统;设计

钢丝绳轨道运输设备简单、操作方便，在煤矿得到广泛应用，一般可分为有极绳和无极绳运输两大类。在地势比较单一的斜巷中，利用有极绳运输，一般采用单绞车沿倾斜巷道牵引矿车上行，矿车自溜向下运行的方式。但在地势起伏段比较多的矿井巷道中，则必须采用多对绞车配合来回牵引，增加了运输环节，造成运输安全隐患多，加大了生产单位安全管理难度，也容易出安全事故。针对这些问题，一些煤矿尝试采用架空索道运输方式，取得了一定成效，但由于需要架设承载或牵引钢丝绳，对于顶板条件较差和地形较为复杂的矿井，显然经济性较差和不太适用。因此，设计能够在多坡度、地形比较复杂的井下巷道中安全、高效和低成本运行的物料运输系统十分重要。

1 辅助运输方案设计

1.1 运输系统的设计概述

整个系统主要由绞车、导向轮、钢丝绳导向架、矿车和牵引钢丝绳等组成，在巷道的一端固定设置可正、反转的绞车，在机头端和机尾端的巷道底板上，分别锚固机头端导向轮和机尾端导向轮，牵引钢丝绳以机头端导向轮和机尾端导向轮为导向支撑，以绞车为牵引设备构成可循环的牵引机构，矿车定位设置在牵引钢丝绳上，牵引矿车往返运行，在起伏的巷道中，只利用一部绞车就可以实现矿车的往返运输。系统结构如图1所示。

图1 系统结构

针对牵引钢丝绳容易咬绳的情况，改进绞车衬垫并在其后端设置钢丝绳导向架。钢丝绳导向架主要作用是对钢丝绳进行导引作用，防止咬绳现象的发生。钢丝绳导向架结构如图2所示。

图2 钢丝绳导向架结构

1.2 牵引矿车的改造

（1）无轮矿车的改造 煤矿安全规程规定有轮矿车的斜巷运输系统中每个斜坡都必须设置3个以上的防跑车装置。因此，牵引矿车可设计为无轮矿车，直接在巷道底板上运输，通过与地面摩擦来实现防止矿车的跑车，不需要设置专门的防跑车装置，从而简化了系统结构，降低了辅助运输成本。

（2）有轮矿车的改造 有轮矿车必须设防跑车装置，在综合分析现有的防跑车装置基础上，设计一种新型防跑车安全闭锁装置。矿车防跑装置如图3所示。防跑装置由制动爪、固定销轴等组成，矿车正常工作时制动爪通过钢绳悬挂于牵引钢丝绳上，如果出现钢丝绳脱钩或断裂，制动爪下落抵住轨道枕木，起到及时制止矿车跑车的目的。

图3 矿车防跑装置

制动爪能否起到及时防止矿车跑车事故发生的关键是:制动爪是否能够承受得住矿车重量冲击，从而有必要对制动爪强度进行校核分析。利用Cosmos/Works软件对制动爪进行静力分析，并基于应力、应变分析结论对制动爪尺寸和结构设计进行校核，由于制动爪分析属于中小型问题，此处优先使用FFE算法进行问题求解。制动爪材料为45号钢。对矿车防跑车装置的制动爪进行实体网格的划分，网格划分数7778个，节点数13746个。

矿车防跑车装置静态应力变化如图4所示。假设矿车跑车后制动爪上承受冲击力为20kN，则1个钢板上受力为10kN，即在每个制动爪的爪尖施加1个10kN的力。结果表明矿车的防跑车装置在此载荷的作用下，产生的最小应力为15750Pa，发生在制动爪的中部;最大应力为73.5MPa，发生在制动爪和固定销轴的连接部位的前端。

图4 制动爪的静态应力

模型在载荷的作用下趋向于扭曲变形，制动爪的扭曲位移和变形情况如图5。可以看出，在爪尖施加力为10kN，产生的最大位移为27.44mm，发生在矿车防跑车装置的制动爪尖处，此时矿车防跑车装置的安全系数为5.83414，制动爪完全可以满足矿车制动要求，达到安全闭锁需要。

图5 制动爪扭曲位移

2 现场应用

设计的辅助运输系统在朱仙庄煤矿865－3S工作面回风材料斜巷安装并进行了工业性应用试验。865－3S工作面回风材料斜巷是连接863岩轨巷和865－3S工作面回风巷的一条斜巷，主要用于865－3S工作面回风及进料。总长约80m，巷道最大坡度25°，工作面剖面如图6所示。

图6 865－3S工作面回风材料斜巷剖面

系统安装示意如图7所示，整个系统由绞车、导向轮盘、钢丝绳导向架、地滚、矿车、牵引钢绳等组成，在巷道底板上，可以间隔设置为钢丝绳提供支撑的地滚，用于在巷道坡度较大，钢丝绳与地面接触时起到改向导引作用，导向轮盘安装于机头和机尾实现钢丝绳导向和循环。并进行了矿车牵引试验，效果良好，截止目前，一直用于865－3S工作面所需材料的运输。

图7 运输系统安装结构

3 结论

（1）设计了煤矿井下柔性辅助运输系统。在巷道的一端固定设置可正、反转的绞车，在机头端和机尾端的巷道底板上，分别锚固机头端导向轮和机尾端导向轮，牵引钢丝绳以机头端导向轮和机尾端导向轮为导向支撑，以绞车为牵引设备构成可循环的牵引机构，矿车定位设置在牵引钢丝绳上，牵引矿车往返运行，在起伏的多坡度巷道中，只利用一部绞车就可以实现矿车的往返运输。

（2）进行了无轮矿车的改造。不需要设置专门的防跑车装置，通过与地面摩擦来实现防止矿车的跑车，在能够保证安全性的前提下，不用设置“一坡三挡”，大大简化了运输系统结构。

（3）研制了一种新的有轮矿车安全闭锁防跑车装置。矿车前后各布置一套制动爪，平时通过固定销轴将制动爪吊在矿车的牵引钢丝绳上，一旦出现断绳或脱钩事故，制动爪迅速落下抵住轨道枕木，实现对矿车的制动防止跑车事故的发生。

（4）现场应用表明，该系统能够在多坡度、地形比较复杂的井下巷道中安全、高效和低成本地进行物料运输。

［1］于学谦.矿山运输机械［M］.徐州:中国矿业大学出版社，2009.

［2］金向阳.王坡矿井辅助运输系统改造设计［J］.煤炭工程，2008（3）:7－9.

［3］张秀良，李建忠，王 辉.狭窄井巷架空人料运输系统设计与应用［J］.煤矿机械，2010，31（4）:177－179.

Design for Underground Flexible Auxiliary Transportation System of Mine and Its App lication

ZHOU Yao-guang1，CHEN Qing-hua2，CHANG Ju-cai2

（1.Zhuxianzhuang Colliery，HuaibeiMining Co.，Ltd，Huaibei234111，China; 2.Energy＆Safety School，Anhui University of Science＆Technology，Huainan 232001，China）

In order to solve the problem of transportation system in mine，this paper designed new auxiliary transportation system for underground mine.This system could realize round－trip ofmining car by awinch in rolling roadway.Formeetingmine safety requirement，safety lock device ofno－wheel car and wheel carwithout catcher dragwas designed.Strength ofbrake ratcheton safety lock device in wheel carwas checked by finite element software.Result showed thatbrake ratchet could bear impact load when car sliding occurred.Application of this design in mine could reduce transportation cost and safety accident.

auxiliary transportation;flexible system;design

TD526

A

1006-6225（2011）04-0046-02

2011－03－28

安徽省高等学校省级自然科学研究重点项目 （KJ2010A090）

周耀光 （1967－），男，安徽滁州人，工程师，一直从事煤矿生产技术与管理工作，现任朱仙庄煤矿采煤矿长。

［责任编辑:周景林］