DQD20 型气动单轨吊车在晓南矿N1- 1502 沿空留巷区段的应用

王维磊

（铁法煤业（集团）有限责任公司晓南矿，辽宁 铁岭 112700）

1 概述

随着煤炭资源的不断开采，矿井的煤炭储量越来越少。为提高回收效率，避免煤柱的留设，减少资源浪费，晓南矿在二水平N1-1502 工作面应用了“110 工法”、沿空留巷技术及架后挡矸等技术。即“1 个回采工作面，1 条巷道，0 个煤柱”，切顶卸压落下后自动形成一条巷道，在开采该工作面的过程中，保留了工作面的顺槽，作为将来邻近工作面N1-1506 的顺槽，如图1 所示，留巷后的巷道处于工作面运顺三角点后方，设计留巷长度830m，倾角3°～7°，断面为宽5600mm，高3000mm 的矩形巷道，采用锚杆、钢筋梯、锚网联合支护，锚杆间距850mm，排距900mm。该区段顶板为中砂岩，坚硬致密，坚固性较好，底板为泥质砂岩，遇水易膨胀底鼓，无法得到有效控制。

图1 二水平N1-1502 留巷区域示意图

根据现场监测数据，将留巷区段划分为三个区：超前支护区、架后临时支护区（液压支架后0～150m）和成巷稳定区（150m 之后），其中架后临时支护区设计为150m，采用单体支柱配合π 钢进行顶板支护，可伸缩的U 型钢配合钢筋网进行挡矸支护。随着回采工作面的前移，最后端的最接近成巷稳定区的单体支柱、π 钢、U 型钢、双卡拉板等支护材料要拆除，运至最前端，最接近超前支护区，进行安装，如此往复、依次向前推进。

2 提出问题

留巷区段的材料、设备，若采用传统的轨道运输，不利因素主要有两点：a.空间受限。留巷段处于工作面采空区，前端有转载机、替棚支架、变电列车等阻碍，空间十分有限，加之铁道延展性较差，需加接轨道及搬运绞车，使用过程中存在一定的危险性，在运输过程中需清净运行区域其他作业人员，不利于平行作业；b.后期维护量大。因底板变化量大，鼓起严重，处理时投入人力多，工程量大。若采用人工搬运，由于运输距离长而巷道高度低，人员需弯腰扛运，姿势不佳，难度较高。这种情况会导致运输效率低，且极易发生人身伤害，面对留巷区域自然条件所带来的生产难题，需要一种新的运输方式来解决。

3 分析问题

经过研究与分析，选择气动单轨吊车作为沿空留巷区段的运输设备。它的优势在于如下四点：a.车身窄小、狭长，运行灵活，能够在单体支柱与π 钢形成的狭长空间内运行；b.起重负荷大，可一次性吊起较大吨位的支护材料、施工机具等物料，不必因起重量小，而多频次的往返运料；c.安全高效，维护方便，单轨吊车的行进速度适中，载重物料距底板较近，对操作人和其他人是较安全的，相比于电气设备的严格防爆要求，气动设备无需顾及该方面的问题，相比于人工扛运的频次与劳动强度，铁道运输拉底维护的工程量，它的运输效率是很高的；d.较好的适应巷道环境，气动单轨吊车的导轨固定于顶板上，可随巷道起伏弯曲的变化。

3.1 设备选型

根据沿空留巷区域的空间实际，起吊物体的重量，搬运效率等参数进行综合分析：轨道采用I140E 型工字钢轨道；设备的工作压力介于0.4-0.6MPa 之间，井下的压风能够产生此区间的压力；牵引力17.5-24kN，能够满足运输的动力；最大运行速度0.4 m/s，满足运输作业中，对速度和效率的要求；最大爬坡能力20°，并且坡度越大，载重量越低，0°时可以载重6 吨，4°时可以载重3.5 吨，8°时可以载重2.5吨，12°时可以载重1.9 吨，20°时仅可以载重1.3 吨，对于顺槽的实际最大坡度来说，可以载重3 吨左右，满足单体、π钢等材料的运输要求；控制方式点动操作，符合作业人员的操作习惯；整备质量650kg，外形尺寸长、宽、高分别为5000×860×790 mm，满足了留巷空间对设备的限制；单个行走马达耗气量为4500 L/min，单个起吊马达耗气量3400L/min，井下的压风可以提供该耗气量的消耗，使其正常工作。遂决定采用DQD20 型气动单轨吊车，用于N1-1502留巷段的运输。

3.2 结构组成

DQD20 型气动单轨吊车是利用悬空轨道，以气动马达经减速箱减速后带动滚轮沿轨道立板摩擦驱动的设备。由主机装置、起吊梁、拉杆、气动控制系统、轨道、物料箱等主要部件组成。

其中细分各部结构如图2 所示，1 为驱动部，2 为制动部，3 为吊重部，4 为气动葫芦，5 为连接杆。其中，主机装置是由承载小车、制动装置、驱动装置、摩擦盘、消音器、防护外壳等组成；驱动装置由气动马达、减速箱、轴承座组成；制动装置由制动块、制动气缸、压力弹簧、制动臂等组成；起吊梁由行走小车、气动葫芦、拉杆等组成。每节轨道由I140E 型工字钢及拖链托板组成，用销轴联接。减速箱的输出端与驱动轮连接，行走轮与轨道立板贴合，靠摩擦来传递动力。整机用高度可调节的单轨吊装置吊挂于巷道顶板的锚杆上[1]。

图2 气动单轨吊组成图

单轨吊的轨道每节长度为3m，共65 节，轨道全长195m，满足了工作面架后临时支护区150m 的使用要求。轨道由工字钢、连接耳板、中心吊挂板、防错位固定块4 部分组成，都是由12mm 厚钢板加工而成。两端连接耳板将轨道首尾相连，耳板孔径Φ22mm，用于配合M20 螺栓，在配合4 吨卸扣使用时也可用做起吊点。中心吊挂板孔径Φ22mm，用于配合4 吨卸扣起吊轨道。底端防错位固定块首尾镶嵌，卡紧后可保证在使用过程中，单轨吊不会因轨道接头错位卡死或掉道。

单轨吊的行走部分采用被弹簧夹紧在轨道上的驱动轮，驱动产生牵引力，采用二轮驱动。驱动轮转动的同时，制动装置，弹簧气缸被压缩，离开轨道面，可以行车。停止时，驱动轮和弹簧气缸断气，弹簧缸动作抱紧轨道，机车制动。

起吊部分采用气动葫芦，气动葫芦提升装置由叶片式气动马达和气动释放弹簧复位制动器组成。马达的轴扭矩通过行星齿轮传递到链轮的起重中心，来实现重物的提升和下放，重物定位则是通过内置于气马达中的常闭式制动器实现。可以在压缩空气中断供应的情况下稳住重物，保证了作业过程中的安全，提升是通过高强度起重链来实现重物的起吊。

驱动部是与制动装置是同时动作的。制动装置采用弹簧加气缸的方式，实现失效制动。这种方式兼备工作制动和紧急制动，有效保证机车的运行安全。

气动葫芦是单轨吊的起吊动力装置，由V6 叶片式气动马达、导轮、起重链、链轮、吊钩、行星减速机构，安全离合器及气动释放弹簧复位制动器等组成，通过高强度起重链来实现提升。HQ10-(3～16)型气动葫芦的工作压力0.5MPa，额定载荷10 吨，满足留巷区域物料运输的重量需求；提升速度可达到1.2m/min, 满足作业时对提升效率的需求；下放速度3.3m/min，满足作业时对落下重物的安全需求，提升高度介于0 至16 米之间，符合留巷空间的高度限制。

4 解决问题

4.1 单轨吊的安装

首先是吊挂附件的安装，如图3 左图所示，单轨吊的吊挂主要有三类，晓南矿根据留巷区域实际，选择了顶板——锚杆吊挂形式，吊挂附件主要由专用矿用开口式连接环、连接调节铁链、卸扣等组成。通过吊挂调节装置尽量将导轨调整为平直状态。之后是导轨的安装，如图3 右图所示，导轨采用了弧形快接头的连接方式。安装时首先将上部连接单耳插入双耳中，退紧后落下，再穿入锥销，即可完成[2]。

图3 吊挂附件安装及导轨安装示意图

接下来是主机的安装，作业人员将制动车和驱动部依次装入轨道，再装入承载小车。制动车装入轨道前必须提前打开制动闸块，通过气压的方式将制动弹簧气缸压缩，制动块脱离轨道，再推入制动车。驱动部装入过道前，要将驱动轮分离，推入轨道后，再用螺栓张紧。最后，使用连杆连接各个部件，连接各部件管路，全部完成后方可进行空载运行试验。

4.2 单轨吊的调试

在调试之前，作业人员对各部进行了检查，包括各操作手柄及档位等处在停车位置；各小车车轮转动灵活、小车相对导轨没有出现跑偏；各导轨的接头连接部位链接牢靠、没有出现明显的变形或错位、各滑轮能够轻松滑过接头部位；气管在来回折返时没有出现交错打扭等现象；气动系统的各接头连接牢靠、无破皮及硬性划伤、各元件与轨道等无干涉。

接下来进行试运转，调节各个部位车轮的位置，使所有车轮都能很好接触导轨，尽可能让小车左右受力相当，前后拉动小车在3m 范围内没有跑偏，可以投入使用。在出现跑偏情况时，作业人员调节了偏车轮，向哪边偏就将那边车轮向轨道端调节直至不再跑偏为止。车轮调好后，调节气动总成内的油雾流量，虽然厂家在出厂时已经对油雾器做了调节，但如果在地面及运输、安装过程中可能被动了位置，通气后将调节旋转钮用一字头螺丝刀调整到每分钟40 滴左右的通用量。同时油雾器内注入的润滑油，注入的量在容器内MIN 与MAX 之间位置接近MAX 标识的位置。送气后首先测试单轨吊的停车是否可靠、葫芦各动作是否灵敏，并加载重物悬停3 分钟左右，无异常后再卸载；然后，空载运行主机前后10 米左右，来回3 次无异常后加载来回动10m，无异常后在留巷区域投入使用。

4.3 出现的故障及解决方法

在气动单轨吊车投入使用之后，亦发生了几次故障，现象首先体现为驱动轮打滑，生产、技术人员凭借观察、经验进行分析：驱动轮摩擦力不够时，需要拧紧碟簧预紧螺母，增加驱动轮的正压力从而增大摩擦力；车轮是否有锈蚀、卡死或轨道上落入异物阻挡了车轮的前进时，如为锈蚀则需要更换车轮，卡死或异物阻挡则需要清理轨道；外部供给压力过小造成无法解闸，检查管路是否有堵塞或气管有无破裂及严重折弯，调节外部气源压力大于0.5MPa。

当出现了更换阀不起作用时，首先排除了换向阀损坏，检查气管有折弯或堵塞，检查折弯处处理平直或缓慢过渡。检查气管内、各气动元件是否有异物阻挡则需清理轨道。

4.4 效果

作为晓南矿首个留巷工作面，N1-1502 运顺受地质条件及巷道支护限制，不适宜铁道运输，若采用人工搬运，会增加作业强度及降低工作效率，亦不利于安全生产，使用气动单轨吊车进行留巷区段材料、设备等运输工作后。在留巷施工过程中取得了积极效果，为留巷顺利实施提供了保障，也为该设备的成功应用积累了成熟经验。

顶板的稳定性和单轨吊与巷道顶板连接固定，决定了其安全运行及后期维护难度，N1-1502 运输的顶板岩性及支护强度满足了单轨吊正常运载要求。由于其顶板稳定，对底鼓适应力较强，只要巷道高度不底于1.3m 就可以保证单轨吊车正常通过，在留巷期间，底鼓最多达到1.5m 左右，极个别地点对单轨吊底盘发生过刮卡，进行局部拉底处理，杜绝了铁道运输大范围拉底施工。所以，它在不适合铁道运输及人工搬运发挥了积极作用，留巷施工过程中运输优势得以彰显。

5 结论

在矿山企业朝着以人为本、减人提效发展趋势日渐明朗的今天，将先进的科技应用到井下采掘一线，广泛使用机械气压一体化装置，来解决生产过程中人力、物力高投入问题是我们的当务之急。气动单轨吊车在晓南矿的成功使用，拓展了巷道运输设备的选择，可以对不同的井下环境采取更合理的运输方式，特别针对顶板稳定，底板岩性松软易底鼓的巷道及短距离转场适应性较强，在N1-1502 运顺留巷施工中得到了成功应用，降低了工人作业强度，为留巷成功发挥了积极作用，宜向各矿山企业推广。