象山煤礦井下單軌吊運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、收稿日期:! #$ ! $%象山煤礦井下單軌吊運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)姜綠江(中煤國際工程集團(tuán) 北京華宇工程有限公司,北京 & &摘 要:隨著我國煤礦發(fā)展及開采規(guī)模的不斷擴(kuò)大,使得以往傳統(tǒng)的輔助運(yùn)輸形式越來越與其不適應(yīng),對(duì)象山礦井輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)我們采用了柴油機(jī)車牽引的單軌吊車設(shè)備。論文 介紹了關(guān)于象山礦單軌吊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和當(dāng)前我國在該系統(tǒng)的使用中存在的問題及其解決方 法。關(guān)鍵詞:輔助運(yùn)輸;單軌吊;運(yùn)輸效率;換裝站;底臌現(xiàn)象;綜采設(shè)備搬家 中圖分類號(hào): ( ! #文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:*文章編號(hào):&+, &$ - -(! # +. & . %! 引言隨著我國煤礦采、掘機(jī)械化程度的迅速發(fā)展及開采規(guī) 模的不斷擴(kuò)大,

2、使得井下所需的材料、設(shè)備的數(shù)量、品種、 單重以及運(yùn)距大幅度增加;井下人員數(shù)量增多、工作面的 距離加長,而輔助運(yùn)輸系統(tǒng)仍舊依靠陳舊的傳統(tǒng)方式已明 顯的不能適應(yīng)形勢(shì)發(fā)展的需要。因此,吸收、引進(jìn)國際上 先進(jìn)技術(shù),改變我國煤礦以往落后的輔助運(yùn)輸形式已成必 然的發(fā)展趨勢(shì)。 礦井概況陜西韓城礦務(wù)局象山煤礦年設(shè)計(jì)能力為 &! 萬 /,已屬 于大型礦井。井下分為南一、北一兩個(gè)采區(qū),均配備了大 型高效的綜合機(jī)械化采掘設(shè)備,其中液壓支架整體設(shè)備單 重達(dá) &! /,同時(shí),巷道材料用量大,工作面距離遠(yuǎn),僅從井 底車場(chǎng)到工作面的距離就近 % 0,并且隨著采掘的延伸 距離還將不斷增加。因此,要想適應(yīng)綜采、綜掘的高速度,

3、做到采、掘、運(yùn)能夠相輔相成,提高礦井的綜合效益,必 須考慮采用新型高效的輔助運(yùn)輸系統(tǒng)。如果仍沿襲著小絞 車、無級(jí)繩牽引進(jìn)行分段運(yùn)輸、人員步行上崗這種環(huán)節(jié)多、 效率低、安全性差的運(yùn)輸方式,將會(huì)嚴(yán)重限制采掘機(jī)械化 優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮,影響礦井全員效率的提高。因此,該礦井的 輔助運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)決定采用新型的輔助運(yùn)輸設(shè)備。#新型的輔助運(yùn)輸設(shè)備的現(xiàn)狀及其特點(diǎn)在西歐、美、澳、俄等一些采煤發(fā)達(dá)國家,早已普遍 采用了諸如單軌吊、卡軌車、齒軌車和無軌膠輪車等井下 輔助運(yùn)輸設(shè)備,由于其起步較早,均已達(dá)到比較完善和成 熟狀態(tài)。近年來,我國已引進(jìn)、研制開發(fā)了多種輔助運(yùn)輸設(shè)備。 并在一些煤礦投入了使用,盡管在使用中尚存在著一些問

4、 題,但其發(fā)揮的優(yōu)勢(shì)作用是極其明顯的。從山西漳村礦多 年來單軌吊的使用情況來看,與過去的絞車運(yùn)輸相比,單軌吊車系統(tǒng)大大提高了運(yùn)輸效率、減輕了輔助運(yùn)輸人員的 勞動(dòng)強(qiáng)度、降低了運(yùn)輸事故率。僅綜采設(shè)備搬家一項(xiàng),每 搬一個(gè)工作面,比過去縮短 & 天以上,按每年搬兩個(gè)工作 面計(jì)算凈增產(chǎn)量 & 萬 /;若將提高掘進(jìn)速度、減少事故的 效益進(jìn)行綜合計(jì)算,每年的經(jīng)濟(jì)效益則更為可觀。輔助運(yùn)輸設(shè)備按其軌道的形式可分類為:單軌吊車、 卡軌車、齒軌車和無軌車四種類型;按行走方式可分類為:自行式 (防爆柴油機(jī)車和蓄電池機(jī)車 和牽引式。在輔助運(yùn) 輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,如何根據(jù)礦井巷道的特點(diǎn)合理的選用輔 助運(yùn)輸設(shè)備種類是致關(guān)重要的

5、。一般情況,輔助運(yùn)輸設(shè)備種類,主要是由礦井的地質(zhì) 條件和開采的范圍大小所決定的,即根據(jù)巷道的角度、巷 道的頂、底板情況以及運(yùn)輸距離的選擇確定的。自行式的設(shè)備連續(xù)運(yùn)行距離長、機(jī)動(dòng)性好;繩式牽引 設(shè)備爬坡角度大,牽引噸位大,但運(yùn)行距離較短。一般在 巷道坡度允許的情況下,自行式的設(shè)備往往被優(yōu)先選用。 如果巷道底板較好,則可考慮選用地面行使的卡軌車、齒 軌車和無軌車;如果巷道頂板較好,則可考慮選用離開地 面行使的單軌吊車。針對(duì)象山礦的具體情況來看:從井下?lián)Q裝站到開采初 期最遠(yuǎn)的一個(gè)工作面的距離約為 % 0;巷道的坡度普遍 為 ! 1! #1之間,個(gè)別地段達(dá) & 1;巷道頂板條件良好,除在 下部車場(chǎng)有少

6、量砌碹和部分錨噴支護(hù)外,其余均為 2型支 架、錨桿支護(hù)或梯型支架;問題是在上山巷道中存在較嚴(yán) 重的底臌現(xiàn)象。正是巷道的底臌現(xiàn)象,使得所有在地面行使的輔助運(yùn) 輸設(shè)備都難以適應(yīng),而使用單軌吊車系統(tǒng)則可以避開這種 不利條件。單軌吊車系統(tǒng)是一種將物料懸吊在巷道頂部的單軌上 進(jìn)行運(yùn)輸?shù)南到y(tǒng)。分別有鋼絲繩牽引、蓄電池牽引和柴油 機(jī)車牽引三種形式。對(duì)于柴油機(jī)車牽引的單軌吊車,其主 要特點(diǎn)為:&! #年第 +期煤 炭 工 程 設(shè)計(jì)技術(shù)萬 方數(shù)據(jù)! 機(jī)車及牽引物均懸吊在一條天軌上懸空運(yùn)行,不受 巷道底板狀況的影響和約束。 機(jī)動(dòng)性能好,轉(zhuǎn)彎半徑小。可在復(fù)雜、多支的線路 上實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)運(yùn)輸。#可連續(xù)運(yùn)輸,在巷道條件允許

7、的情況下,在其單軌 系統(tǒng)內(nèi)可不經(jīng)轉(zhuǎn)載,把物料、設(shè)備、人員直 接 運(yùn) 至 任 何 地點(diǎn)。$運(yùn)量大,爬坡能力強(qiáng),最大爬坡可達(dá) ! %&。一臺(tái) (馬力單軌吊車在速度為 ! /*、坡度為 ! (&時(shí),牽引重量達(dá)! %+多。可整體調(diào)運(yùn)液壓支架、大型變壓器等重型設(shè)備。 , 通過液壓馬達(dá)可自動(dòng)起吊重物,方便快捷。專用集 裝箱可自動(dòng)翻轉(zhuǎn)卸料,牽引人車可運(yùn)送較多的人員,大大 降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了工作效率。-運(yùn)距長, (馬力內(nèi)燃機(jī)單軌吊車加油一次一般可 連續(xù)滿負(fù)荷運(yùn)行約 #(. 。/主機(jī)為低污染防爆型特殊內(nèi)燃機(jī),故使用時(shí)安全 可靠。! 單軌吊系統(tǒng)需要解決問題的及其相應(yīng)的處理方法 顯然采用柴油機(jī)單軌吊車作為象

8、山礦井輔助運(yùn)輸相對(duì) 來講是最佳的,但其仍然存在著一些的具體問題需要必須 在設(shè)計(jì)中予以解決。下面對(duì)象山礦單軌吊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中的 幾個(gè)比較突出的問題以及相應(yīng)的處理方法做以介紹:#0! 散料換裝問題的解決一般在條件允許的情況下,輔助運(yùn)輸設(shè)備應(yīng)盡量單一 化,最好是從地面經(jīng)大巷、上山、順槽直至工作面,達(dá)到 不間斷運(yùn)輸。但是,象山礦的地質(zhì)條件不盡理想,副井角 度為 (&,超過了單軌吊的最大爬坡能力,從而限制了單軌 吊車從地面到井下工作面全程運(yùn)輸?shù)目赡苄?。不得不使?運(yùn)輸?shù)脑O(shè)備、物料通過斜井絞車提升設(shè)備送到井下,然后 在井下?lián)Q裝站進(jìn)行換裝。由于散料 (沙子、石料、水泥、矸 石等 都是裝在容器中運(yùn)輸?shù)?井上地軌

9、系統(tǒng)的容器為固定 礦車,井下單軌吊系統(tǒng)的配套容器為集裝箱,由于兩者的 形狀尺寸相差較大,因此,給換裝帶來了麻煩。為此,從 簡單實(shí)用減少投資的角度出發(fā),在設(shè)計(jì)中采用了在換裝站 用單軌吊車的液壓起吊梁直接從地軌上把礦車吊起來運(yùn)輸 的方法,這種方法,只需給礦車做個(gè)簡單的專用吊具即可 解決問題。雖然比起用集裝箱降低了有效容積,但是,在 尚沒有研制出一種既能匹配于地面設(shè)施,又適用于井下單 軌吊系統(tǒng)的專用容器之前,不失為一種有效的辦法。#0 軌道懸吊問題象山礦井下的巷道支護(hù)隨著地質(zhì)狀況的不同而變化, 有的地段為砌碹、有些為梯形支架,對(duì)于砌碹和巖石頂?shù)?巷道,均采用錨桿懸吊。對(duì)于梯形支架處均采用在梯形支 架

10、橫梁之間設(shè)兩個(gè)小短梁的方法 (見圖 ! 。這樣不但降低 了每個(gè)梯形支架橫梁上的集中載荷,改善了受力條件,另 外,還使得軌道安裝變得簡便而靈活,這對(duì)于提高軌道的 平直度十分有意義。設(shè)計(jì)技術(shù) 煤 炭 工 程 ($年第 -期 外,還需要考慮滿足通風(fēng)、防火、供水、供電、排污等要 求。下部車場(chǎng)布置的好壞,直接影響著單軌吊車系統(tǒng)使用 效果。對(duì)此,在設(shè)計(jì)中需特別重視。由于單軌吊車運(yùn)行線路與運(yùn)輸大巷之間的距離較小, 不能滿足維修庫、人車庫和換裝站線路所需要的長度。為 此,采用 ! #單軌道岔將巷道按 ! #斜向布置,這樣即增加 了線路長度,同時(shí)又降低了彎道角度,方便了車輛的運(yùn)行。 根據(jù)規(guī)范的要求:維修庫、油庫

11、必須要有良好的通風(fēng) 條件并且必須將其設(shè)在進(jìn)風(fēng)道處。在設(shè)計(jì)中,將油庫設(shè)在 了維修庫內(nèi)。這樣,有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn):一方面可使油庫與維修 庫共用一條回風(fēng)道串聯(lián)通風(fēng),減少工程量;另一方面使機(jī) 車加油時(shí),可整體退入維修庫內(nèi)的加油線上,以不影響其 它單軌吊車在線路上的正常運(yùn)行。另外,在油庫的進(jìn)出口 處各設(shè)了一道防火柵欄門,以防止火災(zāi)。將人車庫、換裝站巷道順向布置對(duì)機(jī)車運(yùn)行有利,即 機(jī)車來回可直接進(jìn)出。而把機(jī)車維修庫逆向布置,其主要 設(shè)計(jì)思想為:由于機(jī)車是正向牽引進(jìn)入上山巷道的,返回 到此,機(jī)車的主機(jī)在單軌吊的后端,而在機(jī)車需要維修時(shí), 一般只需將主機(jī)留在維修庫,其它象起吊梁一類的設(shè)備可 繼續(xù)使用。逆向布置維修庫,

12、便有利于主機(jī)在前進(jìn)入維修 庫。減少繁瑣的調(diào)車程序。! $%軌道高度的確定單軌吊車的軌道高度的確定是設(shè)計(jì)中一個(gè)需要重視的 問題。軌道定得過高,則巷道高度隨之增加,從而加大整 個(gè)巷道的工程量,造成浪費(fèi);若軌道定矮了,勢(shì)必要影響 大件設(shè)備的正常起吊和運(yùn)輸。根據(jù)在水峪礦和漳村礦的調(diào) 研結(jié)果來看,均存在部分地段軌道高度不夠的問題,嚴(yán)重 影響了單軌吊車的正常使用。象山礦 (以北一采區(qū)為例 使用的最大最高件為 & (液 壓支架。支架收縮后的高度為 &$! 。在設(shè)計(jì)中,以此確定 運(yùn)輸線路的軌高為 $% ;換裝站處,地軌和天軌重合,考 慮大型平板車增加的高度,軌高定為 $* ;人車庫、吊車 線的軌高,以人車高度

13、 &$+ 、保證人員上下方便,定為 &$* ;維修庫內(nèi)的軌高為維修的方便,也定為 &$* 。另 外,在經(jīng)過線路變坡點(diǎn)時(shí)設(shè)備的兩端產(chǎn)生的上下起伏;支護(hù)支架受頂板壓力產(chǎn)生下沉;軌道的安裝誤差;地面的不 平整;設(shè)備的捆綁繩索的松馳等等,均要考慮適當(dāng)增加吊 軌高度。! $, 新型司機(jī)室的采用當(dāng)液壓支架被吊運(yùn)到工作面后,由于軌道的高度有限, 使得頭部的司機(jī)室無法直接從下放的液壓支架上面退出。 為使機(jī)車返回,往往采取一些不得已的措施。例如,將液 壓支架的下方的地面挖低,直到其下放后,上面的空間能 夠通過司機(jī)室為止。此法費(fèi)工費(fèi)時(shí)。為此,我選用了河北 煤研所最新研制的一種司機(jī)室 ! 折疊司機(jī)室。這是一種 液壓

14、 連 桿 式 可 折 疊 司 機(jī) 室,司 機(jī) 室 折 疊 后 的 高 度 僅 為 %! 。這樣,不必增加軌道離地面的距離,該種司機(jī)室 會(huì)很容易地從液壓支架上方退出 (見圖 ! ,從而使單軌吊 車的運(yùn)輸效率得到提高。另外,與此相適應(yīng),在上山巷道 與順槽的交岔點(diǎn)的線路設(shè)計(jì)時(shí),將軌道線路布置成轍返式, 使正向牽引到此的單軌吊車倒行進(jìn)入順槽內(nèi),即折疊司機(jī) 室先進(jìn)入順槽,這樣方能達(dá)到卸下液壓支架后機(jī)車正常 退出。設(shè)計(jì)技術(shù) 萬 方數(shù)據(jù) 象山煤礦井下單軌吊運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)作者:姜綠江作者單位:中煤國際工程集團(tuán),北京華宇工程有限公司,北京,100011刊名:煤炭工程英文刊名:COAL ENGINEERING年,卷

15、(期:2004,(6被引用次數(shù):0次1.期刊論文 矯林岳 . JIAO Lin-yue 國產(chǎn)DXP40電牽引單軌吊在煤礦輔助運(yùn)輸中的應(yīng)用 -煤炭工程 2006,(10文章介紹了DXP40電牽引單軌吊工作原理及特點(diǎn),以及漳村煤礦輔助運(yùn)輸中的應(yīng)用情況.實(shí)踐證明DXP40電牽引單軌吊具有節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、高效等 特點(diǎn),對(duì)在其它類似礦井中的使用有一定的借鑒意義.2.期刊論文 崔希海 . 來淑梅 . 宋廷彬 . 李進(jìn)蘭 . 劉雷 . CUI Xi-hai. LAI Shu-mei. SONG Ting-bin. LI Jin-lan. LIU Lei 單軌吊運(yùn)行工況分析及改進(jìn)措施 -煤礦機(jī)械 2008,

16、29(9對(duì)單軌吊在煤礦輔助運(yùn)輸應(yīng)用中的工況及存在的問題進(jìn)行了分析,并綜合運(yùn)用了機(jī)械自鎖原理和電氣控制原理,提出了與這些問題相關(guān)的改進(jìn)措施.這 些措施的應(yīng)用可改善單軌吊的使用性能、提高使用的安全性和可靠性,增強(qiáng)了單軌吊的節(jié)能、低耗經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的效果.3.期刊論文 秦衛(wèi)斌 . QIN Wei-bin 輔助運(yùn)輸蓄電池電牽引單軌吊的開發(fā)與應(yīng)用 -煤 2007,16(11輔助運(yùn)輸防爆蓄電池電牽引單軌吊的開發(fā)與應(yīng)用,較防爆柴油機(jī)單軌吊有著環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、高效等諸多優(yōu)勢(shì),有著廣闊的使用前景.4.期刊論文 王志清 . 萬世文 單軌吊輔助運(yùn)輸對(duì)巷道支護(hù)的影響 -煤炭科學(xué)技術(shù) 2003,31(5對(duì)單軌吊輔助運(yùn)輸與巷道支護(hù)

17、結(jié)構(gòu)的關(guān)系進(jìn)行了分析,對(duì)單軌吊車組施加給巷道支護(hù)的載荷進(jìn)行了理論計(jì)算,為巷道支護(hù)設(shè)計(jì)和單軌懸吊設(shè)計(jì)提供了 依據(jù),為現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用提供了指導(dǎo).5.期刊論文 白宏峰 . 盛團(tuán)秀 NEC-D916柴油機(jī)單軌吊電牽引改造探討 -煤礦現(xiàn)代化 2004,(6介紹了國內(nèi)柴油機(jī)單軌吊使用狀況,針對(duì)井下輔助運(yùn)輸方式選擇中存在的幾點(diǎn)爭議,提出了柴油機(jī)單軌吊電牽引改造方案及基本技術(shù)要求,柴油機(jī)單軌 吊電牽引改造將為我國生產(chǎn)制造電牽引單軌吊奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ).6.期刊論文 楊志林 . 靳勝利 . YANG Zhi-lin. JIN Sheng-li 電牽引單軌吊機(jī)車蓄電池的研究 -山西煤炭 2010,30(7分析了我國目前電牽引單軌吊機(jī)車蓄電池的優(yōu)點(diǎn)和不足,研究了動(dòng)力電池,最后得出結(jié)論認(rèn)為:水平鉛網(wǎng)電池是電牽引單軌吊機(jī)車動(dòng)力電池的首選,并 提出了水平鉛網(wǎng)電池的技術(shù)方案.7.期刊論文 高健 . 江麗琴 掘進(jìn)巷道輔助運(yùn)輸研究 -河北煤炭 2003,(6根據(jù)國內(nèi)外輔助運(yùn)輸設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀及其各自特點(diǎn)、使用條件,結(jié)合掘進(jìn)巷道具體條件,提出確定輔助運(yùn)輸?shù)姆绞郊翱傮w方案.8.期刊論文 寧維泉 . NING Wei-quan DXP40防爆蓄電池單軌吊車中機(jī)載變頻調(diào)速器應(yīng)用的研究 -煤炭工程 2006,(7文章重點(diǎn)介紹了DXP40防爆蓄電池單軌吊車中機(jī)載變頻調(diào)速器