防爆特殊型蓄电池运输设备在井下的应用

曹立悦

（山西寿阳潞阳麦捷煤业有限公司，山西 寿阳 045400）

引言

随着智能化开采技术在煤矿的大力推进，原煤、物料和人员运输的机械化取得了长足的进步。但在部分规模有限、投产时间较长的矿井中，生产掘进工作面仍然采用胶带机和气动单轨吊进行辅助运输，不仅不利于企业生产效率的提升，还加大了从业人员的劳动强度[1]。麦捷煤矿根据矿井巷道采掘工作面的情况，决定对原有运输设备进行提升，引进了防爆特殊型蓄电池的机车和单轨吊，尤其对含瓦斯、粉尘爆炸危险的矿井巷道适应性较强[2]。本文就设备的选型、校验和构成原理进行论述，并对经济效益进行了概算，对麦捷煤矿降本增效和安全生产起到了指导意义。

1 防爆电机车的选型、结构原理及校验

1.1 防爆电机车的选型及主要参数

麦捷煤矿15 号轨道大巷可以分为南北、东西两段，南北段长约1 000 m，东西段长约1 300 m，平均坡度为6‰。由于15 号轨道大巷主要承担矸石、材料和设备等辅助运送任务，常规设备难以做到高效运输，因此将选用矿用防爆特殊型蓄电池电机车进行运输。

根据实际资料可知，15 号轨道大巷运输距离最长2 400 m，平均坡度6‰，最大件重量为20 t（含承载车）；年出矸量超过3 万t，运输矸石时挂6 辆矸石车，采用1.5 t 标准矿车，最大载矸量2.7 t，自重1 t。初步选用4 台CTL8/9GP 型防爆特殊型蓄电池电机车采用变频调速的方式进行运输，其中两台工作、两台备用，具体参数见表1。

表1 防爆电机车的主要参数

1.2 防爆电机车的结构及操作原理

所选用的四辆CTL8/9GP 型防爆电机车由车载防爆特殊型电源装置提供48 V 直流电源，车体上安装有缓冲连接器对矿车的运行实现牵引。操作人员通过条件隔爆插销改变电压，进而控制直流牵引电机的转速，实现对机车速度的调整。

1.3 防爆电机车的校验

在确定防爆电机车型号后，需要对其主要工作能力进行校验，包括运输能力、制动距离和牵引力等。

1.3.1 运输能力的校验

CTL8/9GP 型防爆电机车年运输能力的校验根据公式（1）进行计算：

式中：A 为年运输量，万t；N 为列车矿车数，取6 辆/列；G 为每辆矿车载矸石量，2.7 t；K1为不均匀系数，取1.15；T 为相邻两列车间隔时间，30.0 min。

经计算CTL8/9GP 型防爆电机车年运输能力A=14.9 万t，满足矿井300 人/d 和材料下方约30 车/d的运输能力要求。

1.3.2 制动距离的校验

CTL8/9GP 型防爆电机车制动距离的校验选用矸石作为负载参考对象进行计算，见公式（2）：

式中：VZd为重列车稳定速度，2.11 m/s；P 为整个机车制动时的黏着质量，8 t；Ψ 为制动状态的黏着系数，取井下撒沙制动0.17；q 为每量矿车载重，2.7 t；q0为矿车自重，1.0 t；ψZh为重列车阻力系数，0.009；i 为轨道坡度，6.5‰。

经计算CTL8/9GP 型防爆电机车制动距离Lzd=6.0m，小于安全距离40m，制动距离满足安规要求。

1.3.3 牵引力的校验

对CTL8/9GP 型防爆电机车牵引力的校验，见公式（3）：

式中：FL为重列车运行时，单台牵引电动机的牵引力，N；nM为电机车牵引电动机的台数，2 台；Wbl为重列车运行时，列车的单位运行基本阻力，取120 N/t；Wr为列车的单位坡道阻力，下坡为-58.8 N/t，平坡为0，上坡为+58.8 N/t。

经计算CTL8/9GP 型防爆电机车牵引力FL=2 670 N，大于提升物料绳端最大静拉力2 090 N，满足实际要求。

2 防爆单轨吊的选型、结构原理及校验

2.1 防爆单轨吊的选型及主要参数

麦捷煤矿15 号煤层采区辅运大巷同样主要承担矸石、材料和设备的运输任务，为实现矿井的安全高效的生产，设计采用防爆型蓄电池单轨吊机车进行运输。

根据实际资料可知，采区辅运大巷最远运输距离3 500 m，最大坡度10.5°；最大件重量为18 t；运输矸石时挂3 架6 t 起吊梁用集装箱，最大载矸量6 t，自重0.8 t。

2.2 防爆单轨吊的结构及操作原理

设计选用6 台DX-80 防爆蓄电池单轨吊机车（初期4 台），两个采区各运行3 台（初期运行2 台）。该型号单轨吊机车自重10.5 t，长宽为18×0.75 m，具体运行参数见表2。

表2 DX-80 防爆蓄电池单轨吊机车主要参数

防爆特殊型蓄蓄电池单轨吊机车是一种以蓄电池为动力源的特殊机械装备，机车由电力驱动，变频电机带动机车完成运输作业。DX-80 型单轨吊的运行轨道经国外制定的工业标准的工字钢焊接，再将链条固定于巷道顶部，单轨吊机车运行承载轮卡入工字钢两侧，从而避免掉道和脱轨意外的发生[3-4]。

2.3 防爆单轨吊的校验

DX-80 型单轨吊在运输矸石时，每列单轨吊机车牵引3 节6 t 集装箱，牵引力的校验将根据公式4进行计算：

式中：F 为机车牵引力，kN；Qz为机车自重，10.5 t；Qq为吊梁用集装箱自重，0.8 t/节；Qg为起吊梁用集装箱载重，6 t/节；a 为列车运行阻力系数，取0.02。

经计算，在运输最大件时，每列单轨吊机车牵引1 节20 t 集装箱，此时所需牵引力为61.1 kN，小于单轨吊额定牵引力80 kN，满足安全使用的要求。

运输效率校验：DX-80 型单轨吊主要以物料的运输为主，巷道长度3 500 m，满载状态下用时用时58 min，空载状态下用时37 min，叠加转载、卸载、汇车时间为20 min，总计用时115 min。井下每班工作6 h，因此在3 列单轨吊同时作业的情况下，每班总共可运输28 车，合计约168 t 物料，可以满足要求。

3 人员成本的降低经济效益

在使用全套防爆特殊型蓄电池设备的情况下，由原先每班需要6 人进行工作减少到每班仅需要2人，每人每班按照160 元计算，每年可节省费用将达到45.7 万元。另外，在设备的投入方面，由于蓄电池机车和单轨吊的投入也减少了绞车设备的投入，换言之减少了各种配件的更换，按每年平均使用一台绞车，仅需投资10 万元，每年开销成本共计降低56.7 万元。同时由于动力系统为电力的原因，也对井下空气质量的提升有一定改善。

4 结语

由柴油驱动的常规运输设备具有效率低下、使用成本高、维护成本高的缺点。麦捷煤矿针对本矿距离较长的工作面、顶板相对稳定的巷道中，引进防爆特殊型蓄电池电机车与单轨吊设备。该设备具有技术成熟，是集机、电、液于一体的矿用高效辅助运输设备，不仅可以很好地降低企业投入成本，还对井下废气的排放有所改善，起到了很好的作用，值得在类似矿井中大力推广。