气动单轨吊车在综采工作面回风平巷的应用探讨

任 杰

（潞安化工集团余吾煤业有限公司，山西 长治 046103）

传统的辅助运输以无极绳、绞车、蓄电池机车等不连续、局部范围内使用的短途运输设备为主，这类设备存在运输效率低下、周转次数多、占用井下空间大等缺陷，大大降低辅助运输的效率。单轨吊车作为一种辅助运输技术设备，具有运输效率高、周转次数少、运行连续性强、占用井下空间小等诸多优点，因此在一些设计生产能力较大的矿井中应用越来越广泛[1-4]。根据单轨吊辅助运输技术设备的动力源不同，可将其分为柴油机、蓄电池、绳牵引等多种不同动力源类型[5]。

常规动力源的单轨吊辅助运输技术设备存在机身体积较大、机动性不够灵活等缺陷，因此往往无法应用于回采工作面超前段范围内。基于上述分析可知，针对于回采工作面超前段范围的辅助运输作业，可以从单轨吊辅助运输技术设备的动力源角度入手，对于常规动力源进行改良和优化，进而使其能够满足回采工作面超前段范围内的辅助运输作业要求。

1 气动单轨吊车概况

单轨吊辅助运输技术设备采用以压缩空气为动力源时被称为气动单轨吊车。被压缩的空气通过推动气动马达高速旋转实现供给动能的作用，且通过变速装置实现在扭矩增大的同时降低转速。扭矩增大的同时将会带动驱动夹紧轮旋转并沿着吊轨立面滚动，进而依托吊轨轨道实现行进的动态过程。关于气动单轨吊车的具体实物图如图1。

图1 气动单轨吊车实物图

针对图1 所示的气动单轨吊车实物图的对应结构简图如图2。

图2 所示气动单轨吊车结构简图中由辅助刹车装置部件、联接体、牵引装置部件、气路控制系统、滑动小车和气动葫芦等部分组成。其中气路控制系统为核心部分，能够起到调控动力源大小的目的，即通过控制被压缩控制量的多少来实现不同大小动力源的供给效果；牵引装置部件通过动力源提供的动力大小来对其他部件进行牵引运转，而联接体在其中起到将不同部件联接成一个整体结构的目的；气动葫芦起到对于所需施工材料、作业人员和废弃矸石等的起重吊装作业的目的，并根据滑动小车在吊轨立面上滚动实现随着轨道水平运行、转弯和上下俯仰行进的效果。

图2 气动单轨吊车结构简图

2 气动单轨吊车选型

余吾煤矿位于山西省长治市屯留区余吾镇。S5203 工作面采用综采工艺开采期间，其两侧区段平巷的断面尺寸均设计为宽×高=5.4 m×3.8 m。煤层直接顶以炭质泥岩为主，平均厚度3.2 m；基本顶以粉砂岩、K2 石灰岩和炭质泥岩混合层为主，平均厚度7.6 m；煤层底板老底主要以粗砂岩为主，平均厚度11.4 m。根据S5203 综采工作面现场工程地质情况，确定S5203 综采工作面回风平巷超前段范围内选用QDDC 型气动单轨吊车。该型号气动单轨吊车具体参数情况见表1。

表1 QDDC 型气动单轨吊车基本参数表

回风平巷是沿着煤层底板掘进的，由于煤层底板并不是完全水平的，即存在一定的坡度情况，因此不同坡度位置处QDDC 型气动单轨吊车的最大吊运质量也是有所区别的。具体不同坡度位置处的最大吊运质量变化情况见表2。

表2 不同坡度位置处的最大吊运质量

3 气动单轨吊车工业性应用

该型号气动单轨吊车总长度不到6.0 m，可以直接使用普通单轨吊车的轨道进行随轨道的水平、转弯、上下俯仰运移。由于S5203 综采工作面回采期间所选用的辅助材料单体最大重量为8 t，小于QDDC 型气动单轨吊车的最大吊运重量10 t，因而能够实现在坡度不大时（≤7°）对于单体设备部件的运输作业要求。

以S5203 综采工作面更换截割电机设备期间为工业性应用实例，此期间使用了QDDC 型气动单轨吊车来满足日常的辅助运输作业要求。对比之下发现，将电机设备从超前维护棚外运输至切眼口位置处大致需要花费8 min，而以往同样的路程在使用小轿车或者滑轮人工拖运电机设备时大致需要花费40 min，时间比约为1:5；同时，QDDC 型气动单轨吊车只需要配备2 名工人就可以满足要求，而使用小轿车或者滑轮人工拖运电机设备时则需要至少5名工人，用工比约为2:5。

使用QDDC 型气动单轨吊车能够使运输效率提高80%，同时用工人数降低60%。基于以往现场工程经验可判定运输效率权重为0.7，用工人数权重为0.3，进一步计算可以确定改用QDDC 型气动单轨吊车的综合效率提高为74%。

4 气动单轨吊车的应用优势

（1）安全性好。① S5203 综采工作面回风平巷超前段范围内采用气动单轨吊车后，将运输模式由“线”转变为“点”的形式，提高了控制方面的安全性；② 人员在操作气动单轨吊车时实现了远距离辅助操控的目的，降低了因人员误操作而引起的不安全性因素概率；③ 气动单轨吊车整体结构性较好，且配备有辅助刹车装置等安全制动部件，制动性能可靠，比传统的小绞车等辅助运输设备的安全系数要高很多。

（2）效率高。① 气动单轨吊车能够直接起吊设备，较传统使用小绞车或倒链人工拖运时需要进行捆绑固定相比，省时且安全系数较高；② 气动单轨吊运输设备适应性强、灵活性强，无需考虑底板平整情况；③ 气动单轨吊的使用避免了作业人员的抬、扛、拖等不必要体力消耗，将工作面内的设备运输变为单纯的常规动力单轨吊机车与气动单轨吊机车的接替运输，运输效率提高；④ 气动单轨吊移动方便，可随工作面一同推进，消除了小绞车需要重复安装的情况。

（3）成本低。① 气动单轨吊装置简单，设备体积小，维护费用低；② 气动单轨吊采用压风驱动，无需考虑动力成本；③ 气动单轨吊无需另外安装专用运输轨道，使用已经安设的单轨吊轨道即可，无需再增加投入。

（4）用人少。① 气动单轨吊运输设备只需1人操作、1 人监护即可，而使用小绞车运输时还需要在巷道两端设置2 名警戒人员；② 气动单轨吊减少了小绞车或倒链拖运时，需要进行捆绑、处理底板等的人力投入。