煤矿井下无轨胶轮车的现状及应用

煤矿井下无轨胶轮车的现状及应用

戴　志　晔

(煤炭科学研究总院太原分院,山西太原　030006)

摘　要:介绍了无轨胶轮车在我国的应用情况和国产化现状,并阐述了无轨胶轮车的特点、适用条件及其在我国的应用前景。

关键词:煤矿开采;无轨胶轮车;辅助运输

中图分类号:TD525 文献标识码:B 文章编号:0253-2336(2003)02-0021-04 Status and application of trackless rubber tire vehicle in underground coal mine

DAI Zhi2ye

(Taiyuan B ranch,Chi na Coal Research Instit ute,Taiyuan　030006,Chi na)

早在20世纪50年代初,北美的金矿开始使用无轨胶轮车。1959年英国率先在煤矿井下使用防爆柴油机无轨胶轮车。到70年代初,美国煤矿也开始用它作为井下回采工作面煤炭、材料及人员的运输设备。目前,世界许多先进采煤国家都大量生产和使用无轨胶轮车。无轨胶轮车性能可靠、运输效率高,可保证矿井的高产高效及安全生产,并获得极佳的经济效益。

目前,我国煤矿井下辅助运输状况与先进采煤国家相比差距还很大,绝大多数煤矿的辅助运输仍然采用小绞车、小蓄电池机车等多段分散落后的传统运输方式,存在着运行环节多、运行速度慢、效益低、事故多、占用人员和设备多及安全、机动性和适应性均较差等问题。特别是在工作面设备搬迁时,装载、卸载和调车等工作量大且繁杂,采用这种传统的运输方式搬迁不仅时间长,而且严重影响矿井全员效率的提高和煤矿的安全生产。传统的运输方式已成为制约我国煤炭生产发展的一个薄弱环节。因此,在90年代,国内少数新建矿井已采用了新型高效的无轨辅助运输替代传统的有轨运输。 如神东矿区9对矿井实现了无轨胶轮车辅助运输;山东兖矿集团有限公司济宁三矿将原有轨道运输改造为无轨胶轮车运输;山西晋城无烟煤业集团寺河矿辅助运输实现了无轨胶轮化;山西潞安矿业集团公司也采用了无轨胶轮车作为辅助运输设备。

1　无轨胶轮车的特点

从国内外使用情况来看,采用无轨胶轮车辅助运输,为提高矿井生产能力创造了有利条件,解决了煤矿长期以来辅助运输制约生产能力的瓶颈问题,并在生产上取得了很好的成效,因为它有以下特点。

(1)可实现一次装载后从地面直到采区工作面或从井口至采区工作面不经转载的直达运输,运速快、运输能力大,从而可大量节省辅助运输人员和提高运输效率。据国内采用传统辅助运输的大中型煤矿统计,辅助运输人员占井下工人总数1/3以上,有的甚至达50%,综采矿井每采百万吨煤辅助运输用工800～1200个;而采用无轨胶轮车运输的神东公司大柳塔矿全矿365人,其中辅助运输队在册人员不足40人,还包括地面小车司机, 2000年生产原煤920157万t,全员工效达92133 t/工,2001年全员工效114122t/工。

(2)车型多,应用范围广,可实现一机多用,并可集铲装、运输和卸载功能于一体。综采工作面设备搬迁时,可自装自卸,做到拆除、铲装、运输、卸载和调整就位一机完成,既减轻了工人的劳动强度,又大幅度提高了生产效率和安全性。利用其快速更换装置(如英国EIMCO公司QDS系统和英国GULL IC K公司SA T系统),一位司机不离座位进行操作,在1～2min内即可完成工作机构的更换,实现材料、设备和人员等的多种运输功能,可供更换选择的工作机构有铲斗、铲板、叉架、客厢和货厢等40余种,一车可配多种工作机构,完成不同的作业,满足矿井生产的多种需要。综采工作面搬家,用传统的运输方式,拆、运、装

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需用4000～6000个工,需要40～60d ;而采用无轨支架搬运车仅需1～2周时间,甚至更短,而且所需人员少得多。

(3)爬坡能力强。最大重载下可爬坡14°,完全可以满足在水平煤层与近水平煤层中使用。(4)载重能力大。重型车可整体运输液压支架等大型设备,运输能力可达35t 。轻型车可运输材料及人员,一车最多可运25～40人;也可载运14～20t 矸石,在20s 内完成自卸作业。

(5)运输成本低,从而降低了吨煤成本。传统的辅助运输系统运营费用约占吨煤成本的15%～20%,为10～20元;而无轨胶轮车在大柳塔矿使用吨煤运输费用仅1元,大大低于传统的辅助运输型式。 实践证明,无轨胶轮车由于无轨道限制,并具有机动灵活、适应性强、安全高效、应用范围广等特点,所以是运送材料、设备、人员的一种较先进的辅助运输车辆,整体运送和安装支架时,其优越性更为突出,在煤矿井下定将得到越来越广泛的应用和推广。它应是煤矿辅助运输的主要发展方向。

2　应用情况

1985年12月大同矿务局(现大同煤矿集团有限责任公司)引进了澳大利亚NO YES 公司280型柴油机支架搬运车和英国EIMCO 公司913HLC 支架搬运车,1986年在云冈矿做了综采设备搬家试验,运距为1200m ,用280型支架搬运车创造了10d 搬完自重为15t 的120架液压支架,共用人工400个工班。搬家试验证明,该车性能好、装卸灵活、效率高、安全可靠。913HLC 支架搬运车的搬家试验是1992年在忻州窑矿进行的,试验也证明了该车灵活和高效。 20世纪90年代初,潞安矿业集团公司引进4台英国EIMCO 公司生产的888型无轨胶轮运人车,载重3t ,结构紧凑,运行灵活。该人车一次可载8人,可在5m 宽的巷道内原地调头。 神华集团神东公司是我国最早批量引进无轨胶轮车并推广使用的矿区,也是我国首家成功地将无轨胶轮车作为矿井主要辅助运输装备的矿区。从1994年到现在,引进各种类型无轨胶轮车共48台,这次引进的车辆主要有:英国EIMCO 公司生产的912X 支架搬运车、912E 客货两用车、913型30座人车、912DE 装载车;美国LON G -AIR 2DOX 公司生产的V TC630支架搬运车;澳大利亚DOM INO 公司生产的M YN E 1PET6客货两用车、M YN E 1TRU K4客货两用车、M YN E 1LOADER 多

功能铲车、M YN E 1TAXI4R 指挥车;澳大利亚BOAR T LON GYEAR 公司生产的L SC -350支架搬运车;南非B IRD 公司生产的M K3-STRON G 2B IRD 客货两用车、工具车等。辅助运输实现无轨胶轮化后极大地提高了矿井生产的技术经济效益。 1998年底,山东兖矿集团公司组织人员考察神华集团公司无轨胶轮车辅助运输使用情况后,将原有轨道运输改造为无轨胶轮车运输,从国外引进4种车型共15台车,其中有:英国EIMCO 公司生产的912X 支架搬运车、880D -60运输车;澳大利亚BOAR T LON GYEAR 公司生产的M K -3S 多用途车、DOM INO 公司生产的M YN E 1LOADER 多功能铲车,在实际生产中使用效果也很好。 晋城无烟煤业集团为实现辅助运输无轨胶轮化,2001年从澳大利亚引进19台无轨胶轮车,其中有SMV 公司生产的M T -16C 型人车及多功能车共9台;森内卡公司生产的FBL -15型支架搬运车、FBL -40型支架搬运车和CHT -50型支架拖车各2台;瓦格娜公司生产的ST -315S 多功能铲车4台。投产使用后效果均很好。 在各矿井的使用现场,各种支架搬运车用于安装、运输、拆除重型液压支架、采煤机和输送机等25～35t 大型设备,可节省较多的人力和时间,提

高了开采工作面的工效。当一个工作面设备搬运完毕后,支架搬运车还可作为一般的井下多功能运输车使用。拆去铲板,换成不同的工作机构选装件后,可用于运输材料、人员。如配上绞车来辅助维修井下重型设备,帮助吊运,装上铲斗,可作铲车用;各种客货两用车既可以运输人员,又可以运输材料、设备,在交接班时作为人车运送工人上下班,然后更换客厢为货厢,用于材料、设备的运输;M K -3S 多用途车除具备客货两用车的功能外,换上自卸车厢还可用于矸石运输;各种人车和工具车用来运送人员以提高工时利用率,有的人车还兼运材料;M YN E 1LOADER 多功能铲车和912DE 装载车用于井下装卸和清除物料、道路整修,以及协助综采工作面安装和搬迁等。可通过更换铲斗、叉架、升降架、电缆卷筒装置、胶带卷筒装置、摇臂起吊装置和绞车等工作机构来完成多种作业,满足现场多种用途的使用要求。工作机构为

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铲斗时,主要用于装运松散物料、平整巷道及搬运小型设备。工作机构更换为叉架时,用于装运胶管等材料;880D-60运输车由于外型尺寸小,使用时可直接进出副井罐笼,重点为综掘服务,运送非正规作业零散人员及材料、小型设备等,为零散作业提供了方便。

3　国产化状况

随着我国煤矿综采综掘发展的需要,从国外引进了一些无轨胶轮车,使用后取得了显著的经济效益。但长期使用国外的引进设备,存在着设备购置费用昂贵、使用成本高、且常因国外配件供货周期较长而造成停运等一系列问题,严重影响着生产的正常进行。这就促使我国加速自行研制无轨胶轮车的进程,从而尽快改变我国煤矿辅助运输的被动、落后局面。

我国已从上世纪80年代中期开始研制柴油机无轨胶轮车,但进展不大。如河北煤研所等单位虽然研制了DZY16防爆低污染支架搬运车和W Y-20型无轨胶轮车等机型,但并未得到推广应用。直到90年代中期,我国无轨胶轮车的研究开发才有了较大的改观。

1997年,煤炭科学研究总院太原分院着手胶轮车的国产化研制,先后研制成功了5种胶轮车,为国内有使用条件的矿区提供了10台胶轮车,为我国无轨胶轮车的研究奠定了基础,起到了替代进口车的重要作用。它们分别是:为神东公司研制的T Y6/20FB井下防爆低污染中型客货两用胶轮车和T Y3061FB井下防爆低污染轻型自卸式胶轮车;为兖矿集团公司开发研制的T Y7FB型7t自卸式运矸车、W8型8t悬挂式胶轮车;为晋城无烟煤业集团寺河矿研制的T Y3061AFB轻型自卸胶轮车;并于2000年9月对神东公司闲置的2台进口车M YN E1PET6客货两用车进行了技术改造。目前正在为晋城无烟煤业集团寺河矿研制W4DZ型井下载重自卸胶轮车、W2R型井下厢式胶轮车,为神东公司研制W3D型井下单排轻型胶轮车、W115S型井下双排轻型胶轮车。

南昌矿山机械研究所与兖矿集团常州科研所合作,2001年6月也成功地研制了可直接进入副井罐笼的WCQ-3型防爆低污染轻型胶轮车。这种蓬勃发展的趋势将继续促进我国辅助运输胶轮车化发展的进程。

近年来,煤炭科学研究总院太原分院研制的运人和载重胶轮车已有多个品种,目前正在向系列化方向发展,但还远远不能满足煤矿井下辅助运输的需要,应加快国产化进程。应逐步开发多功能铲车和重型支架搬运车,以便更好地全面满足我国煤矿井下辅助输送机械化建设的需要。

4　适用条件

无轨胶轮车的外形尺寸较大,机体重,所以要求巷道断面宽度较大(一般不小于316m),最好采用锚喷、锚杆或砌碹等无支柱支护形式;巷道最小宽度应比无轨胶轮车的宽度加宽600～1000 mm,巷道最小高度应比无轨胶轮车的高度加高300mm以上;巷道底板硬度一般为f≥4,在辅助运输大巷、综采工作面搬家通道最好采用混凝土路面,其它巷道应严格沿底板开掘,并修排水沟和集水窝;大巷及工作面巷道纵向坡度不大于6°,横向坡度不大于3～5°,局部纵向最大坡度不大于14°;巷道转弯外半径为7～8m;巷道通风量不小于500m3/min;路面不平度不大于150mm。

5　应用前景

无轨胶轮车的应用不仅极大地提高了矿井的生产能力和运输效率,而且也为安全生产提供了保障。首先,无轨胶轮化运输大大降低了工人的劳动强度,提高了生产效率。工人乘座无轨胶轮车上下班,大大缩短了路途时间,从而能有充足的精力投入生产。其次,简化了辅助运输环节,减少了事故点。提高了工效和安全性。第三,为综采工作面快速搬家创造了优越的条件。

通过几年来的实践,神东公司已总结出利用无轨胶轮车搬家的新办法,6000余吨重的整套综采设备,通过支架搬运车、多功能铲车的综合配套高效装运,从设备的回撤、运输、安装及新工作面的调试等,仅需7d即可完成,并使搬家全过程的安全系数大为提高。

无轨胶轮车在神东和兖州等矿区的成功应用充分证明,无轨胶轮车是一种高效快速安全的辅助运输设备,在我国具有广阔的应用前景。它不仅适于水平煤层与近水平(12°以下)煤层矿井中使用,而且只要设计合理,配置得当,完全可以用无轨胶轮车在大型立井中实现从井底至采区工作面的人员、材料和设备的直达运输,在综采工作面内利用

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支架搬运车进行设备的搬家、安装调整和拆卸。这必将大幅提高高产高效矿井辅助运输效率。

随着我国煤炭行业对辅助运输落后局面制约煤炭生产发展的认识逐步提高和重视,以及对无轨胶轮车所独有的种种优点的加深了解,相信我国煤矿辅助运输无轨胶轮化的发展,有望出现一个新的高潮。参考文献:

[1]　戴绍成,李世文,李　芬,等1高产高效综合机械化采煤技

术与装备(下)[M]1北京:煤炭工业出版社,1998.

作者简介:戴志晔(1965-),女,山西祁县人,高级工程师,现从事井下辅助运输防爆无轨胶轮车和掘进机的研究工作。

收稿日期:2002-10-18;责任编辑:王宗禹

报废π梁翻新修复工艺的研究

张洪恩1,杨劲松1,张胜云2,章永成2,古晓兵3,孙兆谦4

(11太原东山煤矿,山西太原　030043;21霍州煤电集团公司白龙矿,山西霍州　031400;

31汾西矿业(集团)有限责任公司高阳矿,山西孝义　032306;41中国煤炭物产集团公司,北京　100713)

摘　要:π梁是煤矿井下支护采煤工作面顶板、保证安全生产的重要部件之一,承受着200～300 kN矿压变化的压力,全国每年报废约30万根,至今尚无一种成熟的修复工艺。介绍太原华模研究所研究成功的一种“报废π梁翻新、接长新工艺”。实践证明达到了部颁标准。

关键词:报废π梁;接长;焊接工艺

中图分类号:TD355 文献标识码:B 文章编号:0253-2336(2003)02-0024-03 R esearch on renovated repair technology of abandonedπbeam

ZHAN G Hong2en1,YAN G Jin2song1,ZHAN G Sheng2yun2,

ZHAN G Y ong2cheng2,GU Xiao2bing3,SUN Zhao2qian4

(11Taiyuan Dongshan Coal Mi ne,Taiyuan　030043,Chi na;21Bailong Mi ne,Huoz hou Coal and Elect ric

Power Group Corp.,Huoz hou　031400,Chi na;31Gaoyang Mi ne,Fenxi Mi ni ng Group Corp.L t d.,

Xiaoyi　032306,Chi na;41Chi na Coal M aterial Indust ry Group Corp1,Beiji ng　100713,Chi na)

1　π梁失效分析

π形顶梁是2个对称的锯齿状π形型材口对口焊接而成的空心钢梁,简称π梁。型号很多(210～416m)。构造很简单,但综合机械性能要求很高。与DZ单体液压支柱组成框架支护采煤顶板,工作条件比较恶劣。其破坏形式一般有以下几种。

(1)疲劳断裂。π梁在煤矿井下使用,随着时间的增长,抗疲劳强度减弱,易产生疲劳微裂纹,出现疲劳断裂。

(2)剪切断裂。π梁在采煤工作面使用时,每隔700～800mm下面支承一根DZ型单体液压支柱,伸出支点长900～1200mm,延悬臂或倒悬臂相当于单臂受力。在矿压突变时,超过剪切强度后,抗剪性能降低,会在支点处剪切断裂[1]。

(3)两支点中间断裂。采煤的顶板不可能平直光滑,故π梁的承受压力分布也不可能均匀,偶遇顶板有凸出部分,在两支点中间时,矿压超过π梁抗弯强度时而断裂[2]。

(4)焊缝开裂断裂。π梁中间有2条对称焊缝,其质量高低是决定π梁强度的关键,如果焊缝质量不高,在矿压重力作用下要开裂、错位,会降低强度而扭曲断裂。

(5)硬度偏高或偏低断裂。硬度是π梁综合机械性能主要指标,而硬度的高低标志着热处理调质工艺正确与否。因此,必须严格执行调质工艺,硬度应在部颁标准的范围内,否则将出现脆断或韧断现象。

(6)安全阀失调而断裂。在π梁下面支撑着DZ型单体液压支柱,在矿压超过3812MPa时三

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