單軌吊在煤礦井下輔助運輸中的應用

任城城

（山西焦煤汾西礦業集團曙光煤礦， 山西 孝義 032300）

0 引言

近年來，隨著煤礦開采強度以及采深不斷增加，煤礦開采煤層賦存地質條件更趨復雜，煤層傾角大、松軟以及地質構造影響顯著等問題凸顯，給煤炭高效開采帶來一定制約。煤礦輔助運輸使用的電機車、調度絞車等方式存在運輸效率低、輔助人員多、安全隱患大以及事故發生率高等問題，制約煤礦井下高效運輸[1-2]。單軌吊是一種較為先進的輔助運輸方式，能夠適應復雜地質條件輔助運輸需要，同時顯著提升輔助運輸效率、安全保障能力，減少輔助運輸人員數量，在煤礦井下輔助運輸中的應用呈不斷增加趨勢[3]。山西煤礦經過多次技改，井下已形成完備的機械化輔助運輸系統，調度絞車、無極繩絞車、電機車以及架空乘人裝置等均有應用，由于井下采掘范圍較大，輔助運輸需要多種方式搭接，導致運行效率低下且輔助運輸人員較多，因此選用合理的輔助運輸方式對提升該礦設備、物料等運輸效率，安全保障能力等均有顯著的促進作用。該礦經過考察、調研，決定推廣引用單軌吊進行輔助運輸，以期提升輔助運輸效率、安全保障能力并降低運輸成本，為煤炭高效回采創造良好條件。

1 單軌吊運輸系統結構

單軌吊運輸系統是采用錨桿、錨索等將運行軌道固定到巷道頂板上，通過采油機、井下壓風以及蓄電池機車等牽引輔助運輸設備移動，從而實現運輸[4-5]。單軌吊機車結構組成如圖1 所示，主要包括軌道部分、起吊梁部分以及機車部分等。

圖1 單軌吊結構示意圖

根據單軌吊機車牽引方式，可細分為柴油機單軌吊、風動單軌吊、蓄電池單軌吊以及鋼絲繩牽引單軌吊等。柴油機單軌吊具備牽引力大、爬坡能力強，可滿足大型設備（如支架、采煤機大型配件等）運輸需要，但是也面臨投入大、維護成本高、尾氣排放污染等問題；蓄電池單軌吊雖然在續航能力、牽引力以及爬坡能力等方面不及柴油機單軌吊，但是運行過程中不產生尾氣、投入及維護較小，在井下應用也較為廣泛。

2 礦井現有單軌吊設備分析

2.1 工程現狀

現階段6302 綜采工作面回采巷道、切眼等均已掘進完畢，準備采面綜采設備安裝工作。6302 綜采工作面回采3 號煤層，煤層厚度均值3.3 m、傾角0～9°，頂底板巖性以粉砂巖、石灰巖為主，較為穩定，采面開采范圍內地質構造發育。6302 綜采工作面設計采用170 組型號ZF8000 中間支架、7 組型號均為ZFG9600 排頭（排尾）支架，支架有效支撐高度介于2.0～3.8 m，采用的液壓支架外形長寬高分別為7.6 m、1.43 m、2.0 m，質量約為25.5 t。

2.2 單軌吊類型選擇

6302 綜采工作面井下輔助運輸路線長度為3 690 m，巷道底板起伏一般在7°以內，最大坡度為12°，輔助運輸中運輸的最大設備為綜采支架，液壓支架質量為25.5 t，因此要求采用的單軌道機車牽引裝置牽引力應超過80 kN、系統制動力應超過130 kN；為實現高效運輸需要，在材料運輸時要求每8 h 效率達到30 車、支架運輸時要求每8 h 完成5 架。單軌吊運輸時綜合考慮無軌膠輪車、無極繩絞車等設備運行、井下巷道布置等情況，單軌吊鋪設路線拐彎較多。綜合考慮，選用的單軌吊設備類型包括DX100 蓄電池單軌吊、DZ2200 柴油機單軌吊，具體選用的單軌吊技術參數見表1。

表1 單軌吊技術參數

在單軌吊運輸時采用的輔助設備包括有：

1）液壓起吊梁。該設備隨車配備，使用的起吊梁規格覆蓋4～32 t，可滿足井下重型設備起吊、運輸需要。

2）配備的材料集裝箱型號為JZX-4，與起吊梁相互配合可實現側翻卸載，同時可在平板車上運輸使用，用以裝載運輸散件材料、小型機電設備等。

3）軌道選用I140E 型，軌道單位長度質量23 kg/m，直線軌單節長度為3 m，曲線軌曲率半徑為4 m。軌道鋪設采用錨桿懸吊方式，單個懸吊點包括2 根規格Φ22 mm×260 mm 螺紋鋼錨桿、小橫梁（11 號工字鋼），單節軌道兩端用單鏈或雙鏈（根據現場情況選擇）吊掛到巷道頂部，從而使得單軌吊列車重量可均勻分散至各懸吊點上，具體軌道懸吊情況如圖2 所示。按照單軌吊機車運輸最大載荷計算，單根錨桿承受的最大載荷為2.13 t，使用的懸吊錨桿錨固力超過10 t，因此可滿足軌道懸吊需要。

圖2 軌道懸吊示意圖

4）單軌道運行時需要一定的供風。當選用柴油機單軌吊時，柴油機排放出的尾氣中含有NO、CO 等氣體，不僅污染井下環境而且容易導致有害氣體超限。因此，柴油機單軌吊運行路線中，巷道應有足夠的風流，以便稀釋有害氣體濃度。選用柴油機單軌吊時，運行一臺機車供風量最少為7.26 m3/min，同時運行3 臺單軌吊機車時則供風量至少為21.78 m3/min。礦井采面供風量設計為26 m3/min、掘進工作面初期供風量為35 m3/min，輔運大巷供風量為36 m3/min，巷道供風量可滿足單軌吊機車通風需要。

2.3 單軌吊應用實踐

將單軌吊應用到6302 綜采工作面輔助運輸中，布置的單軌吊不僅負責液壓支架運輸，而且需要運輸刮板輸送機、開關、電纜、乳化泵、破碎機以及轉載機等設備。

根據6302 綜采工作面現場條件，構建的輔助運輸路線如圖3 所示，具體運輸線路為進風立井→井底車場→東井區南輔助運輸大巷→6302 措施巷→63021 巷→采面切眼，巷道運輸路線總長3 690 m。在6302 綜采工作面輔助運輸中，采用2 臺型號EDZ2200 柴油機單軌吊、1 臺型號DX100 蓄電池單軌吊進行輔助運輸，具體單軌吊輔助運輸設備配備情況見表2。

表2 單軌吊輔助運輸設備配備情況

圖3 6302 綜采工作面輔助路線

在單軌吊運輸過程中，應遵循下述要求：

1）單軌吊機車運行速度。在單軌吊運輸液壓支架、采煤機零部件、破碎機等負載較大的設備時，運行速度應控制在1 m/s 以內；當單軌吊通過道岔、彎道、風門、巷道交叉口等位置時，車速控制在0.5 m/s 以內。

2）起吊梁。DX100 蓄電池單軌吊配合輕型梁運輸質量6 t 以下設備、零部件；當運輸設備及零部件質量介于6～14 t 時，采用DX100 蓄電池單軌吊配合重型梁運輸；當運輸的設備及零部件質量超過14 t 時，必須選用EDZ2200 柴油機單軌吊并配合起吊梁運輸。

2.4 現場應用效果

相對于礦井以往采用的液壓絞車接力運輸而言，采用單軌吊對采面大型設備進行運輸、安裝，可顯著提升設備運輸效率、安全保障能力，明顯減少輔助運輸人員數量以及運輸時間?，F場統計發現，運輸效率可提升30%以上，可滿足6302 綜采工作面設備高效運輸需求。

在單軌吊輔助運輸過程中，未出現軌道固定不牢固、機車運行故障、懸吊鏈斷裂、機車運行超速等問題，單軌吊輔助運輸系統始終保持平穩運行。單軌吊在6302 綜采工作面輔助運輸實踐表明，單軌吊具備的操作靈活、安全性好、運輸效率高等優勢，可顯著提升礦井輔助運輸效率，為采面煤炭安全高效回采創造良好條件。

3 結語

在礦井生產過程中，采用單軌吊進行輔助運輸，可顯著提升井下所需材料、設備等運行效率，同時避免傳統液壓絞車搭接運輸存在的效率低、輔助人員數量多、安全風險高等問題。對單軌吊結構進行分析，并結合礦井現場條件選擇單軌吊類型及布置方案。在6302 綜采工作面設備運輸應用表明，單軌吊系統應用平穩、輔助運輸成本低、效率高，可為采面在早日投產爭取時間。

在單軌吊未鋪設巷道內，為充分發揮單軌道輔助運輸優勢，應強化其他輔助運輸與單軌吊間的配合，強化礦井輔助運輸管理以及自動化控制水平，在現有基礎上進一步提升輔助運輸效率。