柴油机单轨吊在煤矿井下的应用及技术参数

柴油机单轨吊在煤矿井下的应用及技术参数作者：李敬保

来源：《中国科技纵横》2019年第20期

摘要：对我国矿井辅助运输的几种常用系统，从技术性能，安全性，效能等方面进行了分析，重点讲述了单轨吊机车同其他设备的对比;在系统设备选型时可供借鉴。

关键词：煤矿;辅助运输;单轨吊;应用

中图分类号：TD529 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）20-0158-03

0 引言

我国是一个能源消费大国，煤炭生产保障着国家的能源安全。在煤炭生产企业中，辅助运输环节越来越突出的成为井下生产的一个瓶颈。随着各种先进辅助运输设备性能的提高，煤矿企业在决定引进辅助运输设备时，需要对各种辅助运输设备的最新参数有全面的了解，以便选出适合井下运输的最佳方案，实现安全和效率的最大化。

1 目前国内常用的井下辅助运输系统

单轨吊机车是井下辅助运输交通工具的一种。目前国内常用的井下辅助运输系统大致有以下几类：（1）绞车牵引系统。（2）电机车牵引系统。（3）无轨胶轮车。（4）单轨吊。（5）卡轨车。表1是几种常用的辅助运输系统的一些参数。

2 单轨吊机车结构

单轨吊机车，是用于煤矿井下，在巷道顶板上固定的一列特制的，工字型钢轨上运行的机车;它适用于甲烷浓度高达1%，有爆炸危险的采矿区域进行使用。由于柴油机单轨吊机车使用模块化结构，使其能够恰如其分地适应多种不同的井下应用条件。

单轨吊机车由以下各部分组成：两个司机室、一个主机部分（含冷却单元）、两组数量可变的机车驱动部、多个起吊梁和机械连接元件。图1是捷克某公司的DLZ110F柴油机单轨吊机车运输辅料时的机车结构图。

主机中的柴油机带动液压泵旋转，液压泵产生高压液压油，输往机车驱动步的液压马达，液压马达旋转带动机车前行。柴油机是由国际知名柴油机公司制造，四缸直喷式防爆柴油机，在设计时对柴油机尾气污染物的排放进行了优化，有利于井下的特殊工作环境。低轉速（1800转/分）保证了较长的柴油机使用寿命及较低的油耗;功率为80KW或120KW。该款发动机经历多年市场的检验，零备件通用性好。液压系统采用国际知名液压公司生产的轴向柱塞泵及其它液压元件，液压压力有三级安全自动控制。电气系统是适用于井下特殊工况的本安冗余型控制系统，即使有一个控制板有故障，另一个冗余控制板在瞬间自动切换至控制状态，保证机车正常使用;所有故障均有自动报警提示功能，可以更快排除故障。

3 单轨吊机车的优势

单轨吊机车的核心优势是安全和高效。还具有不受底板状况的影响，适应井下多种工况;爬坡能力强;可连续长距离运输，从井底车场甚至从地面（斜井或平巷开拓时）至采区工作面的直达运输，不需要转载，即使在陡坡和多方向路网上亦可实现连续运输;在巷道内，行车不影响行人;对巷道断面的要求较小，转弯半径小;中小型矿井亦可使用。

3.1 高安全性

绳牵引运输系统（例如绞车牵引系统或无主动液压刹车器的绳牵引卡轨车等）会有斜坡断绳跑车事故。根据国家煤安局官方网站公布的数据，2008年一年，因斜巷断绳跑车引起的死亡人数，占当年煤矿总死亡人数的0.5%。而这0.5%的死亡事故，若用单轨吊机车做井下辅助运输工具则完全可以避免。单轨吊机车的钳形导向装置，可以保证单轨吊机车不会从轨道上掉下;每个驱动步旁都有失效控制的弹簧抱闸系统，当速度超过规定值时，弹簧抱闸系统自动抱闸，保护巷道的人员和机车安全。在一些煤矿的事故统计中，辅助运输系统出现的安全事故，占到煤矿井下总事故的比例高达48%。而目前，在世界上还没有资料可以证明单轨吊机车曾出现过安全问题。

3.2 高效率

3.2.1 运输辅料

在山东新汶集团潘西矿的实际运行测算结果显示，以中档车型DLZ110为例，单程运输距离为2000米，每班可运行三趟，每趟20吨，每车每天理论可运180吨，实际运输150吨。每车每天分三班，共需要6人。该矿6196工作面巷道坡度在10°以下，巷道走向多次起伏;由于巷道坡度低，机车可以承载更多的货物。矿方在单轨吊机车原有三个起吊梁的基础上，又增加了两个起吊梁，使该机车运输能力大幅提升40%。表2以运输150吨辅料（含装卸货物时间）为例进行比较。

3.2.2 运输支架

工作面撤换时，搬迁一个数量为100个液压支架的工作面，用煤矿传统方式运输支架，约需要25天，用工5000个左右。而采用柴油机单轨吊机车运输，只需要10天左右，用工60个。其他辅助运输工具工效对比见表3。

3.2.3 运输人员

柴油机单轨吊机车每次可运输120人，全速时2m/s。以运输距离2000米计算。运送人员工效对比见表4。

另外，很多煤矿巷道运输采取的是有绳运输方式（绞车、卡轨车等）。国家煤矿安全规程规定，行车不行人。采用单轨吊机车可以做到在运输巷道，车、人同时在一条巷道进行作业，极大的提高了效率。

3.3 适应性好

在国内众多煤矿中，均存在有局部地质条件复杂的情况。并且矿井的垂直深度越来越大，矿井巷道均有不同程度的底鼓现象，需要大量的人力，物力维修巷道。从而导致井下各部门不能按原计划正常生产。更严重的，造成辅助运输系统不能正常使用。单轨吊机车的轨道在巷顶，不受巷道底鼓情况的影响。在国内有一个设计产能为800万吨的矿井，原计划使用无轨胶轮车，但因为巷道底鼓，致使无轨胶轮车在行使时，会突然滑向巷道侧面，威胁工人安全。矿方改换单轨吊机车作为辅助运输系统的主运输工具，从而更好的保障了井下人员的安全和生产计划的实施。

从巷道掘进开始，安装单轨吊机车轨道，用于运输掘进过程中所需要的物料和设备，随着掘进的进尺，逐渐把轨道铺设至工作面，进行工作面支架的安装运输工作，及后续工作面所需的物料。

3.4 柴油机单轨吊机车爬坡能力强

在山東新汶集团潘西矿有某型号柴油机单轨吊机车，从该矿井底车场，至工作面的途中，有一个20°的坡度。柴油机单轨吊机车可以载20吨的货物通过这个坡度运输物料。在该型号机车的资料中显示，最大可载25吨货物爬20°的坡。

图2是某公司生产的单轨吊机车的载重—坡度—速度图。在该图中绿色线显示，在承载25吨重量爬15°坡时，速度是0.7m/s。同样在25吨时爬20°坡，速度为0.5m/s。而在5°坡时，可牵引40吨的货物，以每秒1.25米的速度前行。在牵引40吨货物时，对巷道顶板要求亦较严格。

3.5 无需转载直达工作面

在山东新汶集团潘西矿，从井底车场到回采工作面有2000米，单轨吊机车可从井底车场吊起货物，不经转载，通过道岔选择路径，直接送到各个回采工作面。在山西长治一个副斜井煤矿，单轨吊机车可以从井上工业广场仓库经斜井，通过井下单轨吊路网，直接将物资送到各个采掘工作面。大大节省了运输时间和人力资源。据测算，一般情况下，可节约50%的时间，90%的人力资源。

3.6 对巷道断面要求低

目前在国内还有众多的五十年代，六十年代，七十年代设计建造的矿井，这些矿井都有巷道断面小的情况。使得一些先进的辅助运输设备，因为巷道断面小，不能在井下使用;单轨吊机车则因为机身窄，自身高度低，而可以在断面小的井下巷道内灵活运行。图3是单轨吊机车DLZ110配套的中型起吊梁尺寸图。