刍议柴油机单轨吊机车在广西煤矿首次应用

庞中元　王翔　李建升

【摘 要】煤矿井下运输辅助设备在矿井作业中的应用越来越广泛，从传统的矿用绞车、电机车、胶轮车、无极绳发展到先进的柴油机单轨吊机车，其运输技术越来越成熟，极大地提高了矿井运输效率，切实保障矿井运输安全，提升了矿井的经济效益。文章概述了柴油机单轨吊机车的特点、构成及功能，分析其使用的安全性和效益优势，阐述其环境的适应性和使用经验，以供同行参考。

【关键词】柴油机单轨吊机车；运输技术；安全性；经验

【中图分类号】TD524 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）02-0067-03

0 前言

煤矿井下运输辅助设备在矿井作业中的应用越来越广泛，从传统的矿用绞车、电机车、胶轮车、无极绳发展到先进的柴油机单轨吊机车，其运输技术越来越成熟。每种运输辅助设备的使用各有特点和环境条件要求，比如矿用绞车运输适应巷道环境多，但使用安全性差；电机车、胶轮车、无极绳运输大多数使用在水平大巷，但也有其局限性；而柴油机单轨吊机车运输既适应巷道环境多，又具备安全性和高效率的优点。2016年10月，百色百矿集团有限公司东怀煤矿在3I12～3I15综采工作面搬家运输综采“三机”设备成功应用了柴油机单轨吊机车，在广西煤矿属首次应用。下面概述柴油机单轨吊机车的特点、构成及功能，分析其使用的安全性和效益优势，并阐述其环境的适应性和使用經验，以供同行参考。

1 柴油机单轨吊机车概述

1.1 特点

柴油机单轨吊机车是一种多功能、高效率、多用途的煤矿井下运输辅助设备，机车行驶于悬吊在巷道顶板I型专用轨道上，用防爆柴油机为牵引动力，能够完成井下设备的吊装和运输工作。主要特点如下：①适用平巷和斜巷的连续不转载运输，其运送载荷不受巷道底板变化限制，可在各种竖曲线、平曲线、多弯道、多起伏运行[1]；②可完成从采区车场至工作面不转载、运输大巷和采区巷道连在一起的辅助运输作业；③运行灵活，保护齐全，制动可靠，爬坡力强，效率高，一台可多岔道多支线直达运输，能直接进入工作面；④整机重量轻，占用空间小，起吊操作简单，装卸方便，用人少，工作强度低。

1.2 构成

柴油机单轨吊机车主要由驾驶室1（前、后各1个）、驱动部2（含液压马达、弹簧制动闸）、冷却单元3、主机部4（含柴油发动机、液压泵站）、连接件5（含链接杆、“I”形轨道）、起吊部6（含液压葫芦、起吊横梁）等组件构成（如图1所示）。

1.3 功能

1.3.1 动力系统

（1）工作原理：采用D924T-EX型四缸四冲程直喷式防爆柴油发动机[2]，依靠液压蓄能器存储压力启动，配置有水冷涡轮增压器和机械喷射泵设备，进气通过二级空气干滤器吸收异物，再经增压器进入压缩缸，采用水循环冷却方式工作。

（2）燃油控制：燃油箱使用快速释放耦合器以自由落体式进行燃油加注，与蓄能器之间的油气混合物可以通过连接二级管路进行补偿，配置有油位指示器。

（3）排气装置：柴油发动机排出的废气经过废气涡轮水冷增压器后，进入水冷排气双层管，由废气冷却箱冷却后排出，配置有排气温度传感器保护功能。

1.3.2 液压系统

（1）作用原理：柴油机单轨吊机车的驱动装置包括液压泵和液压马达，并形成一个封闭的液压回路。具有综合性供给泵的轴向活塞泵作为液压传动系统的驱动泵，最大泵压为20 MPa。

（2）驱动作业：定量阀启动后通过改变水泵排量来增加柴油机转速，配置有速度控制模块的轴向活塞泵具有防止柴油机过载的保护功能。配置的功率阀具有限制其位移角度和液压泵吸入量的功能，能减少操作杆位移，机车相应减速运行。

（3）起吊装置：只有柴油机单轨吊机车处于制动停车、发动机处于启动工作状态并把点火钥匙拔出的情况下，才能使用起吊装置作业。配置的限压阀控制起吊横梁回路压力为12 MPa。

1.3.3 电气系统

（1）工作原理：电气设备主要包括耐压发电机、供用电安全装置和电源箱。三相耐压发电机采用自励式，配置有校准器并有可控负载独立输出电压24 V。

（2）安全控制：能够安全传输并显示机车的运行情况及信号警报，监测运行与维修操作相关的参数，并通过七段显示装置中的LED灯显示。配置有甲烷（瓦斯）传感器检测。

（3）过载保护：具有防短路保护功能，可以在电流为9 A的恒定状态下加载，一旦出现短路故障，将限制短路电流到3 A。

1.3.4 灭火系统

车载式自动灭火系统配置有12 kg灭火器罐，不需要提供任何电源，随时可投入使用。如果发生火灾，该灭火器的内部推进储气筒将被触动，然后对灭火剂实施加压，使其分散到主机部的喷嘴里面。该自动触发器将通过附在主机部分临界点位置的热感气动触发单元来完成灭火操作。该热感气动触发单元还装配有推进储器罐。一旦发生火灾，随着温度的上升，当温度上升到140 ℃的时候，将触发储气罐，此外在主机部分的前端还安装有一个手动空气触动元件，该触动元件同样也装配有推进储气罐。液压截止阀的启动将停止柴油机的运行，并且通过空气触动元件闭合进气阀。

2 选型计算

2.1 依据

2.1.1 单件重量

东怀煤矿井下3I12综采工作面的设备主要有液压支架、采煤机、刮板机、转载机、液压泵站、移动变电站等，单件运输最重的设备是液压支架，型号为ZY3800/

15/35，约12 t。

2.1.2 巷道坡度

东怀煤矿井下3I12～3I15综采工作面的运输巷道上有拐弯、上下坡、平巷，总长度约1.8 km，其中3处是拐弯巷道，拐弯半径约9 m，2处是上下坡巷道，坡度约14°，3处是水平巷道。

2.2 计算

2.2.1 选型

根据选型依据，选择山东新沙单轨运输装备有限公司（德国沙尔夫集团）生产的DZ1800（3+3）型柴油机单轨吊机车，其主要技术参数[3]见表1，东怀煤矿在井下安装使用方法如图2所示。

2.2.2 验算

根据DZ1800（3+3）型柴油机单轨吊机车技术参数，机车自身重量为9 000 kg，单件运输最重设备是液压支架，重12 000 kg；选定I140E型专用轨道，摩擦系数为0.2，重力加速度取9.8；根据力学公式计算载荷拉力约89 kN，小于额定牵引力140 kN；计算防下滑力约9.5 kN，远小于额定制动力192 kN；安全系数达10倍，符合运力安全要求。

载荷拉力：

F=（m1+m2）×（sina+u×cosa）×g

=（12 000+9 000）×（sin14°+0.2×cos14°）×9.8

≈89 kN<140 kN

防下滑力：

Q=（m1+m2）×（sina-u×cosa）×g

=（12 000+9 000）×（sin14°-0.2×cos14°）×9.8

≈9.5 kN<192 kN

3 使用评价

3.1 提高安全效率

以往的综采工作面搬家运输设备大多使用矿用绞车，平巷用JD-11.4（25、40）kW调度绞车，斜巷用JH-14（20、30）T回柱绞车。按照东怀煤矿3I12～3I15综采工作面搬家运输线路的情况，需要安装调度绞车6台，回柱绞车4台，这样仅是绞车司机每班就要安排10人工作。此外，运输线路转载地方有4处，每处安排4人接力，每班需要16人。应用柴油机单轨吊机车运输后，每班司机2人，装卸地方有2处，每处安排2人，每班需要4人即可，平均每班能来回运输设备8趟以上，极大地提高了作业效率。

以往使用矿用绞车搬家运输设备时，矿用绞车时有交叉作业，钢丝绳时有拉断弹起伤人事故，特别是在斜巷运输液压支架时，平板车车轮掉轨造成液压支架侧翻事故时有发生，安全隐患多。应用柴油机单轨吊机车运输后，从根本上消除了这些安全隐患。同时，机车操作工序简便，用工较少，切实保障了作业安全。不足之处是机车工作时排出的废气有少量污染异味，这需要加强运输巷道的通风管理。

3.2 经济效益明显

按照东怀煤矿3I12～3I15綜采工作面搬家运输线路的情况，整条巷道长度约1.8 km，使用矿用绞车运输设备在正常情况下，搬完3I12综采工作面整套设备预计34 d。应用柴油机单轨吊机车运输后，仅用23 d就搬完了，提前11 d完成任务。据统计，3I15综采工作面（长度150 m×煤厚2.5 m）平均每天可产煤1 500 t，按市价每吨300元计，可增收495万元；每班作业人员减少20人，按每天200元计，可节支40.8万元；购置柴油机单轨吊机车仅用230万元，经济效益凸显。

4 应用建议

柴油机单轨吊机车在东怀煤矿3I12～3I15综采工作面搬家投运，经过1个月的使用证明，运行效果良好，既提高了运输的安全可靠性和作业效率，又减少了操作和维护人员，达到了安全生产和增效的目的，具有推广前景和借鉴意义。应用建议：一是考虑巷道顶板泥沙岩、锚固条件及巷道宽度、高度是否满足条件，一般要求巷道断面尺寸为2.5 m×2.8 m以上；二是尽可能地安装在进风巷使用，减少环境粉尘、水雾和温度对机车运行的影响；三是考虑机车选型的通用适应性，在设计布置巷道时考虑同一矿井不同煤层、运输大巷与采区之间互通互联形成网络化，便于提高机车的使用率。

参 考 文 献

[1]谢子家，李建升.DC120Y柴油机单轨吊机车的研制与应用[J].山东煤炭科技，2011（5）：51-52.

[2]MT/T 883—2000，柴油机单轨吊机车中国煤炭行业标准[S].

[3]山东新沙单轨运输装备有限公司.柴油机单轨吊机车使用说明书[Z].2012.

[责任编辑：陈泽琦]