煤矿井下单轨吊车的应用探讨

四川嘉阳集团有限责任公司 四川 乐山 614400

1 前言

煤矿井下准备巷道的材料运输是井巷工程施工中重要的环节,也是风险存在较多的环节,该环节运行是否顺利,直接影响井巷工程施工进度和生产安全。为确保这一环节的正常运行,确保生产安全,嘉阳煤矿决定投入单轨吊车用于准备巷道的材料运输,以此淘汰传统的绞车运输材料工艺。经过多方面的努力,单轨吊车的运用达到了预期效果,也使我矿成为四川省第一个在井下成功运用单轨吊车的煤矿。

2 概述

嘉阳煤矿准备巷道为半煤岩巷,沿K7煤层倾斜方向施工,倾角在2～4°之间。由于巷道是沿煤层倾斜方向施工,受煤层起伏影响,巷道个别地段存在反坡的情况。在此之前,嘉阳煤矿准备巷道的材料均采用调度绞车运输,巷道铺设18kg/m轻轨。采用调度绞车运输材料,在绞车安设、绞车操作、车辆运输、人员行走、材料换装等多方面均存在安全隐患,曾经也发生过几起安全事故。为确保煤矿生产安全,杜绝材料运输环节安全事故的发生,嘉阳煤矿经过多方考察,最终投入了单轨吊车。

单轨吊车是煤矿井下,尤其是在采区上、下山和工作面巷道内用来运送材料、设备和人员的先进辅助设备之一。单轨吊车运输距离一般为1000～2000m,最大可达3000m。其轨道是一种特殊的工字钢,工字钢轨道悬吊在巷道支架上或砌碹梁、锚杆及预埋链上。单轨吊车运输是将材料、设备等通过承载车或起吊梁悬吊在巷道顶部的单轨上,由单轨吊车的牵引机构牵引进行运输的系统。根据牵引方式不同,单轨吊车分为钢丝绳牵引和机车牵引两大类,而机车牵引又分为气动机车、柴油机车和蓄电池机车。

3 单轨吊车的使用

3.1 运输设备的确定 嘉阳煤矿准备巷道为半圆拱形断面,掘宽3.2m,墙高1.9m,掘进高度3.5m,掘进断面积10.07m2。根据国家相关标准要求,在不改变巷道断面的前提下,结合材料运输中的实际情况,最终选择了DQD20气动单轨吊车。该设备以压缩空气作为动力,沿施工于巷道顶部的I140E轻型单轨运行。

DQD20气动单轨吊车技术参数

最大爬坡角度 ° 20长×宽×高 mm 5000×860×550重量 kg 450水平最小转弯半径 m 4垂直最小转弯半径 m 10最大运输重量 t 10

3.2 运输工艺

3.2.1 轨道及供气管道铺设 DQD20气动单轨吊车配套轨道为I140E轻型单轨。单轨每根长度为2.4m,铺设于巷道顶部,单轨连接处采用专用U型吊环配吊链挂设于专用吊座上,专用吊座采用两根锚杆固定于巷道顶部。为保证在使用过程中的安全可靠,锚杆锚固力不应低于90k N。

DQD20气动单轨吊车以压缩空气作为动力,故必须铺设好供气主管。供气主管铺设在巷道行人侧帮上,铺设高度1.9m。由于单轨吊车上供气支管长度为50m,故巷帮供气主管上每隔100m必须设置一接气阀,用于与单轨吊车上供气支管的连接,实现主管向支管的供气。

3.2.2 材料运输 利用DQD20气动单轨吊车运输材料主要分为三个步骤:第一是材料的起吊,第二是材料起吊后的运输,第三是材料的下放。

(1)材料的起吊。利用矿车(专用车辆)运输方式,将所需材料(材料事先捆绑牢固)运输至单轨吊车下方停稳并固定牢固,并将单轨吊车起吊梁上起吊葫芦的挂勾挂在需要运输的材料上。在单轨吊车处于制动状态下,打开供气阀门将材料吊起。材料的起吊高度以能通过运输线路上的障碍物为准,保证材料与障碍物有0.2m的间隙为宜。

(2)材料的运输。材料起吊完成后,解除单轨吊车制动,操作单轨吊车前进。在行驶过程中,当快要达到每段最大行驶长度(供气支管的长度)时立即停机,关闭供气阀门并卸压,将供气支管从供气主管上拆下,并重新接在前方的供气主管上,然后单轨吊车继续运行,如此循环,直到将材料运输至目的地。

(3)材料的下放。当材料运输至目的地后,先将单轨吊车制动,将材料下方至地面,然后关闭供气阀门,运输结束。

4 单轨吊车使用的优点

采用单轨吊车运输材料有以下优点:

(1)单轨吊车本机截面小,巷道断面空间利用率较高;

(2)可用于平巷和斜巷的连续不转载运输,其运送载荷不受底板条件限制,可在各种竖曲线、平曲线及复杂曲线运行;

(3)轨道吊挂在巷道顶板或支架上,载重运行不受巷道底板变形、积水或物料堆积等影响;

(4)可完成从采区车场直至工作面不经转载的辅助运输,可用于把主要运输大巷和采区准备巷道连在一起的辅助运输作业;

(5)装卸、起吊、运输全部操纵由起吊梁实现,劳动强度低,装卸速度快;(6)工作制动、停车制动、紧急制动三套制动装置齐全,运行安全可靠;(7)运行阻力小、速度快、效率高、用人少、轨道钢材量比普通轨明显减少。

5 效益

采用单轨吊车运输替换以往调度绞车运输之后,总体来讲,投入相对较少。避免了施工准备巷道过程中较多的施工绞车硐室、安设调度绞车、安设绞车开关及声光信号等,同时也降低了管理难度。轨道钢材的投入使用也明显减少。运料班组可减少1～2人,同时将单轨安设与巷道掘进同步进行,不再专门组织轨道班进行轨道铺设,得到了减人提效的目的。另外,采用单轨吊车运输材料更加安全,消除了以往采用调度绞车运输材料的安全隐患,实现生产安全,是以人为本的重要体现。

6 使用潜力探索

目前,嘉阳煤矿仅仅是在准备巷道投入了气动单轨吊车,虽然达到了预期使用效果,但是单轨吊车的优势并没有完全发挥出来,应当继续探索单轨吊车的使用,使其优势能完全发挥。

6.1 扩大运输路线 单轨吊车作为辅助运输的主要设备后,可在轨道运输大巷与采区准备巷道过渡地段设置换装车场,实现材料及设备在大巷换装后,采用单轨吊车直接运输至目的地,以减少斜巷段采用双速绞车提升运输的环节。

6.2 柴油单轨吊车的投入使用 综采工作面设备的安装和回撤是一项相当繁琐的工作,且伴随着诸多风险。目前,无论是安装还是回撤,综采工作面的设备都是采用调度绞车运输。由于综采设备过大、过重,相对于采用调度绞车运输材料,存在着更多的安全隐患,稍有管理不到位就会发生安全事故。基于采用单轨吊车运输材料的成功,单轨吊车同样能够运输大件的综采设备。考虑使用单轨吊车运输综采设备,而目前使用的气动单轨吊车显然不能满足要求,故必须投入柴油单轨吊车。

柴油单轨吊车是以燃烧柴油为动力的单轨吊车,相对于气动单轨吊车,有马力大、运输速度快、效率高等优点,并还能作为人员运输的设备。将单轨从大巷换装车场开始铺设,经工作面斜巷、工作面进(回)风巷,直至铺设进入工作面,可实现设备从大巷至工作面长距离的不间段运输,大幅度提高运输效率,从而加快综采工作面的安装速度,并能很大程度上保障安全。然而,柴油单轨吊车的使用也存在一些问题,如:尾气排放污染、运行噪音较大、机身相对较大、对巷道断面有一定要求、柴油管理方面的要求等。这些问题,也是我们即将要直接面对和解决的问题。

7 结论

投入使用先进的设备,是确保生产安全和减人提效的重要手段。单轨吊车在井下的成功运用,使嘉阳煤矿的安全保障更上了一个台阶,也为即将进行的智能化综采课题打下了牢固的基础。安全是煤矿永久的探讨课题,实现安全除了加大管理力度之外,更重要的还是新设备、新工艺的投入。嘉阳煤矿成为了四川省第一个成功使用单轨吊车的煤矿,也充分得到了省内其他煤矿及上级监管部门在安全保障方面的肯定。云南省一煤矿的负责人说:“煤矿井下使用单轨吊车,是运输系统上的一次重要技术革新。”