煤矿铲板式支架搬运车超载使用的危害及对策

姚志功

(中国煤炭科工集团太原研究院有限公司,山西省太原市,030006)

煤矿铲板式支架搬运车超载使用的危害及对策

姚志功

(中国煤炭科工集团太原研究院有限公司,山西省太原市,030006)

随着煤矿井下铲板式支架搬运车超载使用现象越来越普遍,严重影响了煤矿安全生产。本文推导了铲板式支架搬运车稳定行驶条件,定义了铲板式支架搬运车超载状态,从车辆整车性能、寿命及外界环境出发,详细说明了铲板式支架搬运车超载使用的危害,并从主观和客观两方面分析了车辆超载使用的原因,提出了避免车辆超载使用的措施及建议。

煤矿安全 铲板式支架搬运车 辅助运输 超载

煤矿大采高工作面的不断涌现,使得液压支架和采煤机等综采设备的重量不断加大,设备搬运任务的紧张使得铲板式支架搬运车往往会被超载使用,这种不恰当的使用方法最终将导致一系列的危害,严重影响煤矿安全生产。为了避免超载使用铲板式支架搬运车带来的安全隐患,有必要对铲板式支架搬运车超载使用的危害进行分析总结,并提出有效的对策。

1 铲板式支架搬运车稳定行驶条件

铲板式支架搬运车主要用来完成支架的铲装、溜槽的运输以及煤机的抬运等作业。铲板式支架搬运车属于中央铰接式车辆,防爆柴油机动力经变矩器变速箱后分配给前桥和后桥,最后传递至轮边。铲板式支架搬运车一般为4轮驱动和4轮制动式车辆,铲板平台是支架搬运车实现设备铲装与运输的机构。铲板式支架搬运车示意图如图1所示。

图1 铲板式支架搬运车示意图

铲板式支架搬运车的主要技术参数是整车性能的标志,对整车的作业生产率、通过性、稳定性、机动性、安全性、可靠性和先进性有很大影响。额定载重量Q是支架搬运车最重要的技术参数,它是在设计时根据车辆稳定行驶条件确定的参数。铲板式支架搬运车的额定载重量Q的标定方法为:Q＠X,即距离支架搬运车铲板根部X处的承载载荷为Q。铲板式支架搬运车呈直线运输状态时,其稳定、安全和可靠作业必须满足的条件见式(1):

式中:Q——额定载重量,kg;

R——后桥载荷(设计值),kg;

B——轴距,mm;

A——载荷重心至前桥距离,mm。

2 铲板式支架搬运车超载使用危害分析

铲板式支架搬运车超载使用后整车重心前移,车辆前后桥载荷失去理论平衡,其前桥载荷增大,后桥载荷减小。超载严重时,铲板式支架搬运车后轮将与地面“虚接触”,甚至脱离地面。这时支架搬运车的动力性、稳定性、制动性及通过性等整车性能均会出现许多问题,其寿命也将受到严重影响。此外,车辆超载后,其危险隐患增加,对外界作业环境也将产生影响。铲板式支架搬运车严重超载状态示意图如图2所示。

图2 铲板式支架搬运车严重超载状态示意图

2.1 车辆自身危害

2.1.1 对整车性能的影响

超载时,铲板式支架搬运车后轮处附着力减小,车辆驱动力得不到充分发挥,整车的动力性受到影响,车辆的起步和爬坡都将遇到困难。铲板式支架搬运车为中央铰接式车辆,通过铰接处油缸实现转向,车辆后轮处附着力减小时,不能提供足够的转向作用力,导致车辆转向困难;另外,超载后车辆转弯时的离心力增加,往往出现“打飘”现象,甚至导致车辆发生翻车事故,削弱了车辆行驶的稳定性。

铲板式支架搬运车的制动性是影响车辆井下行驶安全的最重要因素,车辆超载时后轮处附着力不足,使得车辆后轮处不能产生足够的地面制动力,延长了车辆的安全制动距离,严重影响了车辆的制动性。这样,整车的制动减速度不足以使车辆在安全距离内停车,给煤矿井下交通带来安全隐患。此外,铲板式支架搬运车在超载严重时,车辆后轮脱离地面,车辆铲板端部几乎与地面相接触,车辆的离地间隙急剧减小,使得车辆在越障和变坡时不具备很好的通过性。

2.1.2 对车辆寿命的影响

超载时,铲板式支架搬运车后轮处附着力不足,后桥轮胎往往会发生滑转现象,轮胎过度运动使胎面产生剧烈磨损;同时车辆前桥载荷增加,前桥轮胎变形加大,加之摩擦剧烈和过度发热很容易使轮胎产生割裂现象,进而挤压破裂,导致轮胎寿命缩短。根据地面重型车辆测定数据,超载20%时,轮胎寿命缩短30%;超载40%时,轮胎寿命缩短50%。铲板式支架搬运车在颠簸不平的井下路面上行驶时,其轮胎的损坏程度将更加严重。

超载严重时,铲板式支架搬运车后轮与地面“虚接触”,在煤矿井下极其恶劣的路面条件下,车辆机身会以前桥轮胎与地面接触处为支点,出现频繁的“翘板”式的前后振荡,这样,车辆机架受到规律性的动态冲击,进而出现机架变形、脱焊和断裂等现象,影响车辆机架的耐久性;同时,超载严重时,车辆前桥载荷将超过其极限承载要求,影响其正常使用。另外,车辆发动机、变速箱及液压泵等部件均会受到不同程度的动态冲击,老化程度加快,这些因素均缩短了车辆的寿命。

2.1.3 其它影响

铲板式支架搬运车正常使用时,其使用年限在5～8 a左右,如果支架搬运车长时间超负荷运转,其实际使用年限则会降为3～5 a,直接增加了煤矿的设备采购与维修费用。

2.2 外界危害

2.2.1 对作业环境的影响

由于煤矿井下空间狭窄且封闭,为了保证井下工作人员的作业环境,井下车辆必须使用低污染低排放型发动机,另需配备尾气净化装置,尽可能地降低车辆尾气排放对外界环境的影响。在铲板式支架搬运车超载使用时,由于车辆动力欠佳,驾驶员操作车辆时会增加油门踏板力度,这样可燃性气体混合不均匀,燃油燃烧不充分必然出现大冒黑烟现象,严重污染了煤矿井下作业环境,影响了井下工作人员的身心健康。

2.2.2 对井下路面的破坏

目前,煤矿井下路面大都铺设水泥路面,有些矿井铺设沥青路面,这些硬化路面距离长、厚度大、成本高,并且这些路面均有最大承载极限,一旦超过了其承载极限,就会发生大面积的路面损坏现象,直接增加路面维护费用。铲板式支架搬运车超载使用时,前桥载荷加大,车辆前轮对路面比压成倍增加,必然会超过井下硬化路面允许的最大承载极限,造成路面破坏。

3 车辆超载使用原因及对策

3.1 超载使用原因

(1)技术落后。目前,煤矿重型和超重型大采高设备不断出现,煤机市场上现有的铲板式支架搬运车发展相对滞后,跟不上综采设备更新的步伐,不能满足这些设备的搬运需求。

(2)盲目追求经济利益。一些煤矿支架搬运车等辅助运输设备采购不齐,井下工作面设备搬家倒面时,设备搬迁任务量较大,为了提高设备搬运效率,铲板式支架搬运车往往被“小马拉大车”式超载超负荷使用,使眼前经济利益最大化。

(3)使用方法不当。井下工人在使用铲板式支架搬运车时,不按车辆操作规程实施作业,铲板平台上设备摆放不规整且捆绑不牢靠,车辆在行驶、转弯以及制动过程中,设备重心有时会偏离铲板根部,导致车辆超载运行。

(4)工作人员安全意识较弱。操作人员对于铲板式支架搬运车超载使用后的安全隐患意识淡薄,促使井下车辆被频繁超载使用。

3.2 超载使用对策

(1)推进大吨位型铲板式支架搬运车的发展。大型综采工作面的推广应用带动了综采设备的发展,采煤机和液压支架等综采设备的大型化、重型化带动了煤矿井下辅助运输设备的发展。为了适应井下大型综采设备的搬运需求,铲板式支架搬运车近年来也逐渐从小吨位车型向大吨位车型发展。目前,大吨位型铲板式支架搬运车发展较慢,一方面车辆防爆柴油机系统以及传动系统等元部件的技术落后制约了整车的进步,另一方面大吨位型铲板式支架搬运车前端承载铰接式车辆的动态受力更加恶劣和复杂,车辆机架承载结构必须具备更高的可靠性。另外,大吨位型铲板式支架搬运车对煤矿辅助运输矿井条件提出了更高的要求。目前,一些厂家正加大大吨位型铲板式支架搬运车的开发力度,以满足市场需求。

(2)改进现有铲板式支架搬运车控制系统。铲板式支架搬运车处于超载临界状态时,操作员无法主观识别,从而导致车辆被超载使用。通过增加力学传感元件对车辆驱动桥承载加以控制,同时建立一套车辆过载保护系统避免铲板式支架搬运车超负荷运转,是解决支架搬运车超载使用的有效途径之一。

(3)完善铲板式支架搬运车安全使用相关制度。在经济利益的刺激下,人为因素是多数铲板式支架搬运车超载使用的根本原因,因此,完善和健全车辆使用规范及奖惩制度体系并严格执行,从而杜绝车辆超载使用。

[1] 张彦禄.我国综采工作面快速搬家设备与工艺的应用[J].中国煤炭,2009(5)

[2] 高梦熊.地下装载机[M].北京:冶金工业出版社,2011

[3] 余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社, 2004

[4] 蔡凤田,韩国庆,王祝鹏.超载运输对汽车燃料经济性及排放性能的影响[J].公路交通科技,2004 (9)

[5] 贾淑丽,曹俊岭.浅析超载车辆对公路的破坏[J].科技信息,2010(7)

(责任编辑 路 强)

干旱地区煤化工废水处理技术项目启动

日前,由新疆环境工程技术有限责任公司牵头承担的国家科技支撑计划“干旱地区煤化工废水处理与资源化技术及示范”项目启动仪式在新疆大学举行。

“干旱地区煤化工废水处理与资源化技术及示范”项目于2014年8月份经科技部批复立项,计划总投资3779万元,其中国家拨经费1479万元,自筹资金2300万元。该项目主要针对煤化工废水量大,污染严重,酚氨处理能耗高、难度大,处理成本高,废水难以达标排放和回用等问题,开展废水资源化及循环利用技术的系统研究。该项目实施后,将对干旱地区的煤化工发展及资源开发利用起到积极的促进作用。

Hazards and measures on overloaded shovel chock vehicle in coal mine

Yao Zhigong
(Taiyuan Institute Co.,Ltd.of China Coal Technology&Engineering Group,Taiyuan,Shanxi 030006,China)

The shovel chock vehicle overloading becomes increasingly common in the coal mine,which has a serious impact on coal mine safety production.In this paper,the steadily driving condition of the shovel chock vehicle is derived,and the overloading state of the chock vehicle is defined.The hazards on the chock vehicle overloading are specified from the performance and life of the chock vehicle and the external surroundings,finally,the subjective and objective reasons of overloading are analyzed,and the measures and suggestions on avoiding the overload are proposed.

coal mine safety,shovel chock vehicle,auxiliary transportation,overload

TD－52

A

姚志功(1981－),男,山西五台人,研究生,2008年毕业于中国地质大学(武汉)机械工程专业,现任职于中国煤炭科工集团太原研究院有限公司,主要从事特种车辆研发工作。