浅谈单轨吊运输系统在采掘工作面的安装应用

刘永红

（山西阳泉煤业集团，山西 阳泉 045000）

随着我国“机械化换人、自动化减人”理念的大力倡导，煤矿运输技术和设备积极极引用，推广单轨吊运输方式进入辅助运输系统，可有效改善井下运输作业环境、提高运输效率、保证运输安全，在其它单位回采工作面单轨吊安装使用具有参考意义。

1 工作面概况

开元公司9#煤七采区9711工作面回风巷正在掘进，巷道设计运输距离1400 m，最大坡度7°（预计），回风巷断面为矩形，荒高3.7 m，荒宽5 m；顶板支护方式为Φ17.8 mm×6200 mm全锚索、钢带、网支护。

2 辅助运输方式选择

1）承担任务

辅助运输系统主要承担掘进期间物料的运输以及未来综采工作面的安装任务，主要设备包括液压支架，支护材料等，设计所运输最重单件为液压支架，型号为ZY8000，液压支架长7 m，高2.65 m，宽1.75 m，重33 t。

2）煤矿现使用较多且应用成熟的三类运输方式优缺点对比：

（1）单轨吊运输方式：

优点：①运输所需要的人员较少、操作简单；②运输过程中所需的运输环节少，不会出现掉道情况，运输效率高；③机车以及轨道的维护成本低，不用考虑地鼓对运输的影响；④不会出现掉道的情况、安全性高。

缺点：①初期投入成本高。

（2）无极绳、绞车运输方式：

优点：①结构简单、维护、操作容易；②价格便宜且初期投入较少。

缺点：①巷道地鼓会影响运输，维护工程量大；②运输期间需要大量操作和维护人员；③运输环节多、运输效率低；④在运输过程中会出现掉道情况，安全系数低

（3）无轨胶轮车：

优点：①初期投入较少；②运输时使用柴油为动力，续航能力长；③运输时所用人员较少，操作简单。

缺点：①对巷道宽度及高度要求较高，不能满足斜井运输；②对巷道的通风条件要求较高；③巷道底板必须硬化，底鼓会影响运输，维护工程量大。

综上所述，单轨吊运输方式及可以提高煤矿井下的运输效率，减轻工人的劳动强度，且安全性高，故选用单轨吊运输方式。

3 单轨吊轨道安装及悬挂方式

3.1 轨道的选用

轨道采用德国工业标准（DIN20593）的专用轨道I140 V，采用标准直轨，每节3 m，宽69 mm，高198 mm，中板厚8 mm；屈服强度≥355 MPa，抗拉强度490～630MPa， 截面惯性矩为：Ia=60.6×10-6m4，巷道弯轨水平曲率半径不得小于6 m，垂直弯轨曲率半径不小于10 m；水平弯轨间及轨道与道岔连接处均采用专用法兰螺栓连接。9711工作面回风巷支护形式为全锚索支护，考虑到运输的支架重量重33 t，选用2.4m/根的I140 V型轨道。轨道总计约1825 m，I140 V型轨道截面（见图1）。

图1 轨道截面

3.2 悬挂方式的选择

根据巷道现场条件采用双锚索悬挂板方式悬挂，轨道的每个悬挂点均由双锚索悬吊，单根锚索锚固力不小于160 kN，悬挂板由两锚锁固接后，通过链条与摇摆链接，摇摆下方通过搭接板（8字板）与轨道链接，轨道上方分别焊有舌根板和舌尖板，通过舌簧使2根轨道链接在一起（见图2）。

图2 轨道悬挂方式

3.3 轨道位置的选择

由于巷道中心为锚索排布路线，为了避免因近距离打锚杆造成顶板破裂现象，以及考虑到巷道左帮有皮带 （宽1200 mm+安全距离500 mm），所以单轨吊轨道铺设在巷道中心靠右帮；巷道宽度为5000mm，考虑到有皮带机，有效宽度为3300mm。

机车在掘进期间运输时，运输矿车 （2000mm×960 mm×870 mm）及小料（宽度考虑为1800 mm支架宽度），故掘进时运输宽度如下：

W=1800（运输时物料宽）+1000（机车距右帮的安全距离）+500（机车距皮带安全距离）

巷道掘成以后，运输支架时回风巷没有其它运输设备，所以宽度方面满足运输支架的要求。悬挂单轨吊轨道路线距右侧帮1900 mm（见图3）。

图3 回风巷单轨吊轨道布置

3.4 辅助运输系统设计

系统设转载区一处，用于支架及物料转载；设充电检修区一处，用于机车充电和检修；设临时停车区一处，在转载物料前机车临时停靠，物料进入转载区后机车开出。

（1）转载区巷道高度情况：单轨吊轨道中心线与地轨中心线重合，为使设备的转载正常运行，机车转载区对巷道的长度要求为≥45 m（保证机车可以完全停放），高度要求如下：

H（顶板点距地高度）＞750（巷道顶到轨道底）+700（轨道底到起吊梁底）+2650（支架高）+450（平板车高）+110（地轨轨道）+200（安全高度）=4.86 m。

图4 转载区断面

（2）回风巷巷道延伸段高度情况：长50 m，位于9711回风巷和猴车巷横贯处，此处作为机车转载前单轨吊机车的停车处，单轨吊机车在此处停车，等待电机车将液压支架运输到转载区段，单轨吊开出进行转载。

（3）当机车运输支架在回风巷行走时，巷道的高度应满足：

H （巷道高度）＞750（巷道顶到轨道底）+700（轨道底到起吊梁底）+2650（支架高）+200（安全距离）=4.3 m。

图5 运输时回风巷断面

（4）充电检修区：设4个充电位，在巷道两侧布置，机车更换电池时，先将没电的电池置于空位，然后挂接充好的电池。电池更换时，由电池更换小车完成，小车可以水平行走。电池更换小车用轨道为矿用24～30 kg/m轨道，对此巷道的要求为，长度≥50 m （悬挂6T梁和14T梁时机车长39.4m），高度≥2.8m，宽度≥4.9m（见图6）。

高度H=750（巷道顶到轨道底）+1400（轨道底到机车底）+800（机车底到地面）=2.95 m，在此高度时机车底到地面的距离为0.8 m，当机车故障时此高度方便对机车进行检修。

为检修充电硐室，宽度L=1200×2（两个换电池小车宽）+1820（单轨吊悬挂30T梁长度）+500（安全距离）×2=5.4m（见图7）。

图6 充电检修区布置

图7 充电检修区布置

单轨吊中心位于巷道中心，换电池小车在巷道两侧对称放置，保证机车更换电池的便捷性。

4 设备选型

根据巷道坡度及后期采掘过程中运输的最重型货载，故以ZY8000型液压支架（重33 t）为参考进行计算。

［14T（机车自重）+5T（起吊梁自重）+33T（液压支架自重）］·g （9.8）×sin7°（最大爬坡角）+［14T（机车自重）+5T（起吊梁自重）+33T（液压支架）］·g（9.8）×cos7°（最大爬坡角）×0.03（滚动摩擦系数）=所需牵引力77 kN×1.15=88.55 kN

DX100机车所能提供的牵引力100 kN＞88.55 kN，满足运输要求。

DX100机车所能提供的制动力150 kN，安全系数为：150 kN（机车制动力）/88.55（机车在坡上所需牵引力）=1.69。

《煤矿安全规程》第三百九十条规定，设备制动力必须为牵引力的1.5～2倍。机车牵引力满足《煤矿安全规程》要求。

根据巷道坡度及运输设备，拟选用DX100单轨吊蓄电池机车。

5 经济效益分析

1）运输时间对比

绞车运输时主要运输绞车为无极绳绞车，实际运输期间无极绳绞车基本为慢速运行 （0.75 m/s）；单轨吊除运输≥5 t的物体时采用六驱模式 （最大1.36 m/s），其余均采用四驱模式运行（最大2 m/s）。

考虑到绞车运输时，运输时间受运输物体重量、巷道坡度及弯度、运输车辆的数目、多处地点摘挂钩等综合因素的影响，而单轨吊运输基本不受以上条件约束。

2）人工费用对比

采用单轨吊运输时，只需在西北1#联巷起吊点安排3～4人，工作面安排5～6人即能保证工作面正常安装；采用绞车运输时，每班至少出勤24人（考虑各项因素后低于24人工作效率将大打折扣），可见单轨吊运输需要投入的人工数目较绞车运输有很大幅度的下降。

3）劳动强度对比

人员通过单轨吊乘人装置进入工作面仅20 min，而人员步行至工作面至少要40min，且采用绞车运输的过程中必须派专人进行跟车，使职工的劳动强度大大增加。

4）日常保养维护费用对比

单轨吊作为一种新设备、新技术被引入我矿后，现阶段还不易被接受。机车需要动态进行观察、保养和维护，零部件购买渠道较窄、价格较高，一旦机车出现故障后将直接影响施工进度，故在使用过程中对操作人员和维护人员的要求较高，而绞车使用范围较广，零部件损坏后容易更换，保养和维修成本相对低廉。

6 结语

单轨吊使运输系统得到简化，减少了劳动强度，且工作效率得到很大程度提高，不可否认较传统运输方式其自身也存在一些缺点，但单轨吊这种灵活性高、驱动能力大、适应能力强、经济效益可观的优点值得推广。