单轨吊机车辅助运输系统应用分析

顾世凯　汪宗勇　李彦均

摘要：煤矿现代化发展的方向是采掘机械化，采掘设备愈发向着大型化、超重化方向发展。当前，综掘面和综采面的生产设备都具备较高的机械化水平，然而，煤矿辅助运输系统的发展缺乏先进性，亟需系统地梳理单轨吊机车辅助运输系统的应用问题，从而促进该领域的发展。基于此，本文首先分析煤矿辅助运输的现状，然后探讨单轨吊机车辅助运输系统的组成部分及作用，再次指出具体应用的情况，最后提出优化措施，以供参考。

关键词：单轨吊机车；辅助运输；应用

近年来，煤矿采掘技术不断进步，基于采掘效率的持续提升，液压支架和采掘设施的重量增大，提高了巷道环境条件的复杂程度。掘进巷道坡度变较大，矿井施工条件愈加复杂，怎样在有效保障运输和施工安全的基础上提升采掘效率，是当今煤矿采掘应密切重视的问题。当前，矿井运输中较多应用的运输系统是轨道大绞地轨，基于复杂巷道底板因素的制约，难以提升运输效率。而应用单轨吊机车辅助运输系统，可以替代绞车运输系统，提升运输的安全性和效率。

一、煤矿辅助运输现状概述

煤矿辅助运输的重点包括无轨和有轨。从煤矿工伤事故的占比看，辅助运输方式形成的事故占比为30%，属于煤矿生产中存在的第二类大事故，会影响煤矿的生产安全和生产效率。近年来，煤矿辅助运输管理不断强化，基于持续拓展煤矿生产规模的影响，采掘设施的机械化水平不断提高，实现了煤矿采掘的实际需求。因此，为了推动煤矿领域的更好发展，需要应用高效和安全的煤矿采掘辅助运输系统。

二、单轨吊机车辅助运输系统的组成部分及作用

单轨吊机车辅助运输系统是在巷道顶部轨道运输材料、设备和人员等各种功能吊车的系统。系统自带驱动的数量决定了单轨吊机车爬坡性能，当然，坡道坡度和吊运件的重量也是影响因素。单轨吊机车以液压缸或换向阀驱动液压马达的方式装载和运输重物，与以往的人推肩抗、撬棍、手动葫芦等方式相比，可以减少该系统的工作负荷，提升运行效率。单轨吊机车辅助运输系统主要由机车、提升梁和轨道三部分组成，具体如下：

（一）机车及其作用

机车部分即柴油发动机，单轨吊机车辅助运输系统经常应用的发动机有直喷的四缸四冲程系列，具有坚固的构造、较低的能耗、较低的噪音，便于维护。

对于机车液压系统而言，重点包括传动以及启动系统。其中，启动系统的动力源是蓄电池，借助液压表有效监控蓄能压力，并控制启动阀门。传动系统重点借助变量轴进行传动，基于电磁比例阀的影响可以有效控制油量和压力，从而驱动机车。机车的主要组成部分是较简单的电控构造，借助显示屏呈现信息，实时处理故障，便于维护与检查。

机车液压系统包括液压启动和传动系统两种。其中，液压启动系统包括双蓄能器、控制阀门、马达和液压表等，而蓄能器是动力源，以液压表监控蓄能器压力，控制阀门的启动意味着机车被启动，而马达的作用是驱动采油机飞轮。液压传动系统由轴向变量栓塞泵、液压阀组、径向柱塞马达、电磁比例阀组成，基于电磁液压阀和比例阀组对压力油压力以及流量的控制，变量栓塞泵转动，进而推动径向柱塞马达的运行，从而驱动机车。

电控系统由发电机、操纵箱、显示屏、温度传感器、控制箱、电磁阀以及速度编码器组成，电源由发电机提供，控制箱中的控制板处理输出和输入信号，由操纵箱中的手柄操纵机车前后方向。电磁阀门可以监控液压系统，能结合显示屏呈现系统的故障和参数。速度编码器可以检测机车运行转数或速度，而压力传感器与温度传感器分别监测相应的压力和温度值，系统的维护和检查非常便捷。

为了防范瓦斯浓度较高导致矿井发生安全事故，机车上设计了瓦斯探测仪器，主要由独立电源、控制板和显示屏组成。结合瓦斯监控系统，可以检测矿井瓦斯含量，如果含量超标，瓦斯检测设施会发出报警信号，以此停止机车，直到瓦斯含量达标才能重新启动机车。机车驱动设施的重点包括摩擦轮、增压缸、径向栓塞马达等，机车可以与轨道紧密联系，提供机车输送的安全系数。作为机车行走系统，行走论和导向轮是其的关键组成部分，被设计于输送系统的起吊梁、主机以及司机室顶端。行走轮能确保轨道上的机车有序运行，导向轮的功能是卡规或导向，防止弯道存在翻车情况。机车具有两套制动系统，重点包括制动闸、弹簧以及油缸等，在液压油缸中注入液压油后，基于弹簧的影响，可以启动抱闸，以此有效控制机车的运行。而在液压油被卸掉之后，会恢复弹簧弹力，很好地制动机车。机车设计了两个相同的驾驶舱，各自位于输送系统两边。照明系统、操纵箱和显示屏等设计于各个驾驶舱，可以更好地控制机车。

（二）起吊梁及作用

一般根据矿井输送标准科学配置起吊梁，实现理想的输送效果。起吊梁包括轻型和重型两种，是结合机车系统传输液压动力。通常而言，提升梁由梁体、控制阀门、马达齿轮箱和提升链条等组成。在操作控制阀的基础上，双向转动马达带动提升链条运送物料。其中，重型梁适宜输送重型物料和设备，提升吨位一般是20t以上，而轻型梁的提升吨位一般不超过8t。总之，起吊梁的提升效率较高、操作便捷。

（三）轨道及作用

根据煤矿输送标准，各自设计重型以及轻型轨道，重型轨道重点进行大承载量输送，而轻型轨道重点输送物料，需要根据围岩状况、顶板条件科学设计轨道悬挂形式。如果巷道为岩石构造的顶板，适宜选用锚杆悬挂；如果巷道为松软的地质构造，适宜选用锚索悬挂。大部分轻型梁的悬挂都是单链式的，而大部分重型梁的悬挂都是双链式的。能以搭扣或法兰连接轨道，而搭扣连接适宜连接直道轨道、法兰连接适宜弯道轨道。轨道道岔有左右之分，重点包括车场和岔路的设计。以机械道岔或气动道岔控制岔道，而人工方式是控制机械道岔的方式，且以汽缸推动控制气动道岔，可以促使轨道跟道岔充分啮合。

三、单轨吊机车辅助运输系统的优势

第一，单轨输送系统安全方便，不会耗费很多工作量，应用效率较高。轨道的固定大都借助锚杆进行，通常而言，每节轨道都会应用两根锚杆、一根链条、一幅悬吊板，设备整体安装便捷，且安装完成后要求实施的维护工作量少。

第二，单轨吊机车辅助运输较灵活，煤矿井下应用该系统具有理想的效果，煤矿的不少区域都能应用该系统。纵观很多应用实践表明，单轨吊机车运输系统很少受到巷道环境状况的制约，尽管巷道会发生片帮或底鼓现象，但单轨吊机车仍会运行正常，具有较强的适用性。

第三，单轨吊机车运输系统实现理想的效果，在巷道安装单轨吊机车轨道，可以有效连接弯道和道岔，建构完善的系统。

通常而言，异步单轨吊车机可以一起服务于很多个巷道，实现各种工作需求，也能在相同时间通过若干机车服务相同的向导，实现输送的统一化。为此，对于输送工作量大的巷道而言，应用单轨吊机车输送系统可以提升输送的效率和安全性。

四、单轨吊机车辅助运输系统的具体应用

（一）综掘工作面掘进中单轨吊机车辅助运输系统的应用

在综掘工作面到达相应的长度后，安装与应用单轨吊轨道和吊机车。一般而言，单轨吊轨道的设置应综合兼顾道壁、胶带运输机，在综掘工作面掘进过程中，通常应用的单轨吊机车是两驱和三驱形式，结合矿井的具体现状，配置能实现作业要求的起吊梁。配比完成后，再输送综掘生产工作要求使用的掘进机械零件、皮带和支护材料等，结合具体状况输送工作人员，直到完成综掘工作面的所有工作。

（二）安装综采工作面中单轨吊机车辅助运输系统的应用

第一，以正常方式掘进综采工作面后，应结合具体的荷载需求，通过防爆柴油单轨机车或防爆蓄电池牵引机车逐步撤出生产中应用的综掘设备及其零件，撤出完成后，借助单轨吊机车输送生产中的煤机、综采设备、刮板输送机等，确保向工作面及时和安全输送，要求具有较高专业水平的人员进行安装操作。一般而言，综采工作选用的支架重量都不会超过15t，控制巷道坡度低于15°，在此条件下，直接借助牵引单轨车安装，需要明确的是，如果支架自重在15t以上、巷道坡度在15°以上，可以应用防爆型的六驱柴油单轨机。

第二，当综掘工作面有序生产后，矿井单轨吊机车辅助运输系统的应用需要结合生产要求和实际作业情况，确保有效运输作业过程中的物料、零件和工作人员等。另外，单轨吊机车辅助运输系统还能确保综合工作面小绞车的高效性与安全性，也可以消除小绞车输送过程中面临的短绳、掉道、跑车等安全问题，全程由司机以指令形式控制单轨吊机车辅助运输系统的运行，在输送时结合实际需求加以优化。

第三，单轨吊机车辅助运输系统可以很好地解决输送过程中小绞车存在的设备多、环节繁琐、工作负荷重、输送效率不高的问题，在大重量、高坡度、窄巷道的条件下，设备也可以顺利运行。同时，应用单轨吊机车辅助运输系统勿需对巷道底板进行硬化或拓宽巷道，操作整体较简单，具备较高的安全性，可以实现更理想的效益。

第四，应用单轨吊机车辅助运输系统能更加迅速地安装综采工作面的一系列设备。目前，掘进完综掘工作面后，通过地轨运输要求耗费较长的时间铺设管道等辅助设备，而应用该系统在综掘工作面开始后可以安装单轨吊，在掘进完成后可以安装单轨吊机车辅助运输系统，实现输送需求。根据多种应用情况而言，矿井采掘时的长度大概是150m的工作面，综采设备的安装会花费大概一个月的时间。

五、优化应用单轨吊机车辅助运输系统的有效措施

（一）优化设计运输系统

单轨吊机车辅助运输安全的本质是运行空间充足，为了完善传统方式存在的不足，确保运输的连续性，需要在巷道设计中优化运输系统，保障应用的单轨吊机车运行空间的充足。通常情况下，巷道两边突出点与直线段巷道之间的距离应在1.2m以上，而弯道内侧巷道帮突出点与弯道轨道之间的距离在2.0m以上。

（二）优化生产流程

应全面兼顾矿井井田拓展以及辅助运输，保障井田拓展和运输工作同时设计、施工，并在相同时间内应用。巷道的拓展还应与轨道的铺设同步，降低重复工作的可能性，缩短施工要求的时间。

（三）完善配套设备

结合人员和物流输送的具体需求，在相应的地方设置加油站、换装站、维修硐室等，配套制作应用的物料箱、平板车、乘人车等，同时，协调建设配套通讯设施，以此提升调度与运输的质量和效率。

六、单轨吊机车辅助运输系统的发展前景

《中国制造2025》指出，应坚持创新驱动、智能转型、强化基础、绿色发展，因此，设备的智能化与自动化发展是主导趋势，矿井无人运输和采掘也是未来的发展方向。与无轨胶轮系统相比，矿井轨道运输系统具备轨道向导，具有明显的无人化、智能化和自动化优势。矿井的运行条件较封闭，应用大噪音和高污染的防爆柴油机动力系统，不利于提升矿井运行效率，也可能威胁工作人员的安全。为此，矿井辅助运输系统的发展趋势和方向是信息化、高度电气自动化轨道运输系统以及电牵引输送设备。

七、结语

综上所述，单轨吊机车辅助运输系统的应用可以很好地防范跑车、短绳、掉道等安全问题，实时掌握运输系统的异常情况和运行状态，从而实施有效的举措。同时，取代过去的绞车运输系统，具有理想的应用范围和较高的灵活性，也可以很好地适应大坡度巷道，更好地控制前期投入，降低维修成本。因此，该系统具有理想的经济效益，值得推广和应用。

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作者简介：顾世凯（1986），男，山东省邹城市人，本科，助理工程师，技术员，主要研究方向为煤矿辅助运输。