象山煤礦井下單軌吊運輸系統(tǒng)設計

1、收稿日期:! " " #$" ! $%"象山煤礦井下單軌吊運輸系統(tǒng)設計姜綠江(中煤國際工程集團 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)模的不斷擴大,使得以往傳統(tǒng)的輔助運輸形式越來越與其不適應,對象山礦井輔助運輸系統(tǒng)的設計我們采用了柴油機車牽引的單軌吊車設備。論文 介紹了關于象山礦單軌吊系統(tǒng)的設計思路和當前我國在該系統(tǒng)的使用中存在的問題及其解決方 法。關鍵詞:輔助運輸;單軌吊;運輸效率;換裝站;底臌現象;綜采設備搬家 中圖分類號: ( ! #文獻標識碼:*文章編號

2、:&+, &$" - -(! " " # " +. " " & . " %! 引言隨著我國煤礦采、掘機械化程度的迅速發(fā)展及開采規(guī) 模的不斷擴大,使得井下所需的材料、設備的數量、品種、 單重以及運距大幅度增加;井下人員數量增多、工作面的 距離加長,而輔助運輸系統(tǒng)仍舊依靠陳舊的傳統(tǒng)方式已明 顯的不能適應形勢發(fā)展的需要。因此,吸收、引進國際上 先進技術,改變我國煤礦以往落后的輔助運輸形式已成必 然的發(fā)展趨勢。" 礦井概況陜西韓城礦務局象山煤礦年設計能力為 &! " 萬 /,已屬

3、于大型礦井。井下分為南一、北一兩個采區(qū),均配備了大 型高效的綜合機械化采掘設備,其中液壓支架整體設備單 重達 &! /,同時,巷道材料用量大,工作面距離遠,僅從井 底車場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,要想適應綜采、綜掘的高速度, 做到采、掘、運能夠相輔相成,提高礦井的綜合效益,必 須考慮采用新型高效的輔助運輸系統(tǒng)。如果仍沿襲著小絞 車、無級繩牽引進行分段運輸、人員步行上崗這種環(huán)節(jié)多、 效率低、安全性差的運輸方式,將會嚴重限制采掘機械化 優(yōu)勢的發(fā)揮,影響礦井全員效率的提高。因此,該礦井的 輔助運輸系統(tǒng)設計決

4、定采用新型的輔助運輸設備。#新型的輔助運輸設備的現狀及其特點在西歐、美、澳、俄等一些采煤發(fā)達國家,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 輔助運輸設備,由于其起步較早,均已達到比較完善和成 熟狀態(tài)。近年來,我國已引進、研制開發(fā)了多種輔助運輸設備。 并在一些煤礦投入了使用,盡管在使用中尚存在著一些問 題,但其發(fā)揮的優(yōu)勢作用是極其明顯的。從山西漳村礦多 年來單軌吊的使用情況來看,與過去的絞車運輸相比,單軌吊車系統(tǒng)大大提高了運輸效率、減輕了輔助運輸人員的 勞動強度、降低了運輸事故率。僅綜采設備搬家一項,每 搬一個工作面,比過去縮短 &" 天以上,按每年搬兩個工

5、作 面計算凈增產量 &" 萬 /;若將提高掘進速度、減少事故的 效益進行綜合計算,每年的經濟效益則更為可觀。輔助運輸設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 (防爆柴油機車和蓄電池機車 和牽引式。在輔助運 輸系統(tǒng)的設計中,如何根據礦井巷道的特點合理的選用輔 助運輸設備種類是致關重要的。一般情況,輔助運輸設備種類,主要是由礦井的地質 條件和開采的范圍大小所決定的,即根據巷道的角度、巷 道的頂、底板情況以及運輸距離的選擇確定的。自行式的設備連續(xù)運行距離長、機動性好;繩式牽引 設備爬坡角度大,牽引噸位大,但運行距離較短。一般

6、在 巷道坡度允許的情況下,自行式的設備往往被優(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。針對象山礦的具體情況來看:從井下換裝站到開采初 期最遠的一個工作面的距離約為 %" " " 0;巷道的坡度普遍 為 ! 1! #1之間,個別地段達 &" 1;巷道頂板條件良好,除在 下部車場有少量砌碹和部分錨噴支護外,其余均為 2型支 架、錨桿支護或梯型支架;問題是在上山巷道中存在較嚴 重的底臌現象。正是巷道的底臌現象,使得所有在地面行使的輔助運 輸設備都難以適應,而使用

7、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 進行運輸的系統(tǒng)。分別有鋼絲繩牽引、蓄電池牽引和柴油 機車牽引三種形式。對于柴油機車牽引的單軌吊車,其主 要特點為:&! " " #年第 +期煤 炭 工 程 設計技術萬 方數據! 機車及牽引物均懸吊在一條天軌上懸空運行,不受 巷道底板狀況的影響和約束。" 機動性能好,轉彎半徑小。可在復雜、多支的線路 上實現多點運輸。#可連續(xù)運輸,在巷道條件允許的情況下,在其單軌 系統(tǒng)內可不經轉載,把物料、設備、人員直 接 運 至 任 何 地點。$運量大,爬坡能力強,最大爬坡可達 ! %&a

8、mp;。一臺 (馬力單軌吊車在速度為 ! /*、坡度為 ! (&時,牽引重量達! %+多?？烧w調運液壓支架、大型變壓器等重型設備。 , 通過液壓馬達可自動起吊重物,方便快捷。專用集 裝箱可自動翻轉卸料,牽引人車可運送較多的人員,大大 降低工人的勞動強度,提高了工作效率。-運距長, (馬力內燃機單軌吊車加油一次一般可 連續(xù)滿負荷運行約 #(. 。/主機為低污染防爆型特殊內燃機,故使用時安全 可靠。! 單軌吊系統(tǒng)需要解決問題的及其相應的處理方法 顯然采用柴油機單軌吊車作為象山礦井輔助運輸相對 來講是最佳的,但其仍然存在著一些的具體問題需要必須 在設計中予以解決。下面對象山礦單軌吊系統(tǒng)的設

9、計中的 幾個比較突出的問題以及相應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,輔助運輸設備應盡量單一 化,最好是從地面經大巷、上山、順槽直至工作面,達到 不間斷運輸。但是,象山礦的地質條件不盡理想,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輸的可能性。不得不使得 運輸的設備、物料通過斜井絞車提升設備送到井下,然后 在井下換裝站進行換裝。由于散料 (沙子、石料、水泥、矸 石等 都是裝在容器中運輸的,井上地軌系統(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,

10、給換裝帶來了麻煩。為此,從 簡單實用減少投資的角度出發(fā),在設計中采用了在換裝站 用單軌吊車的液壓起吊梁直接從地軌上把礦車吊起來運輸 的方法,這種方法,只需給礦車做個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隨著地質狀況的不同而變化, 有的地段為砌碹、有些為梯形支架,對于砌碹和巖石頂的 巷道,均采用錨桿懸吊。對于梯形支架處均采用在梯形支 架橫梁之間設兩個小短梁的方法 (見圖 ! 。這樣不但降低 了每個梯形支架橫梁上的集中

11、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,這對于提高軌道的 平直度十分有意義。設計技術 煤 炭 工 程 " ($年第 -期 外,還需要考慮滿足通風、防火、供水、供電、排污等要 求。下部車場布置的好壞,直接影響著單軌吊車系統(tǒng)使用 效果。對此,在設計中需特別重視。由于單軌吊車運行線路與運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,同時又降低了彎道角度,方便了車輛的運行。 根據規(guī)范的要求:維修庫、油庫必須要有良好的通風 條件并且必須將其設在

12、進風道處。在設計中,將油庫設在 了維修庫內。這樣,有兩個優(yōu)點:一方面可使油庫與維修 庫共用一條回風道串聯通風,減少工程量;另一方面使機 車加油時,可整體退入維修庫內的加油線上,以不影響其 它單軌吊車在線路上的正常運行。另外,在油庫的進出口 處各設了一道防火柵欄門,以防止火災。將人車庫、換裝站巷道順向布置對機車運行有利,即 機車來回可直接進出。而把機車維修庫逆向布置,其主要 設計思想為:由于機車是正向牽引進入上山巷道的,返回 到此,機車的主機在單軌吊的后端,而在機車需要維修時, 一般只需將主機留在維修庫,其它象起吊梁一類的設備可 繼續(xù)使用。逆向布置維修庫,便有利于主機在前進入維修 庫。減少繁瑣的

13、調車程序。! $%軌道高度的確定單軌吊車的軌道高度的確定是設計中一個需要重視的 問題。軌道定得過高,則巷道高度隨之增加,從而加大整 個巷道的工程量,造成浪費;若軌道定矮了,勢必要影響 大件設備的正常起吊和運輸。根據在水峪礦和漳村礦的調 研結果來看,均存在部分地段軌道高度不夠的問題,嚴重 影響了單軌吊車的正常使用。象山礦 (以北一采區(qū)為例 使用的最大最高件為 & (液 壓支架。支架收縮后的高度為 &$! 。在設計中,以此確定 運輸線路的軌高為 $% ;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 $* ;人車庫、吊車 線的軌高,以人車高度 &$+ 、保證

14、人員上下方便,定為 &$* ;維修庫內的軌高為維修的方便,也定為 &$* 。另 外,在經過線路變坡點時設備的兩端產生的上下起伏;支護支架受頂板壓力產生下沉;軌道的安裝誤差;地面的不 平整;設備的捆綁繩索的松馳等等,均要考慮適當增加吊 軌高度。! $, 新型司機室的采用當液壓支架被吊運到工作面后,由于軌道的高度有限, 使得頭部的司機室無法直接從下放的液壓支架上面退出。 為使機車返回,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 夠通過司機室為止。此法費工費時。為此,我選用了河北 煤研所最新研制的一種司機室 ! 折疊司機室。這是一種 液壓

15、 連 桿 式 可 折 疊 司 機 室,司 機 室 折 疊 后 的 高 度 僅 為 %! " 。這樣,不必增加軌道離地面的距離,該種司機室 會很容易地從液壓支架上方退出 (見圖 ! ,從而使單軌吊 車的運輸效率得到提高。另外,與此相適應,在上山巷道 與順槽的交岔點的線路設計時,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入順槽內,即折疊司機 室先進入順槽,這樣方能達到卸下液壓支架后機車正常 退出。設計技術 萬 方數據 象山煤礦井下單軌吊運輸系統(tǒng)設計作者:姜綠江作者單位:中煤國際工程集團,北京華宇工程有限公司,北京,100011刊名:煤炭工程英文刊名:COAL ENGINEE

16、RING年,卷(期:2004,""(6被引用次數:0次1.期刊論文 矯林岳 . JIAO Lin-yue 國產DXP40電牽引單軌吊在煤礦輔助運輸中的應用 -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,以及漳村煤礦輔助運輸中的應用情況.實踐證明DXP40電牽引單軌吊具有節(jié)能、環(huán)保、經濟、高效等 特點,對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 . 李進蘭 . 劉雷 . CUI Xi-hai. LAI Shu-mei. SONG Ting-bin. LI Jin-lan. LIU

17、 Lei 單軌吊運行工況分析及改進措施 -煤礦機械 2008,29(9對單軌吊在煤礦輔助運輸應用中的工況及存在的問題進行了分析,并綜合運用了機械自鎖原理和電氣控制原理,提出了與這些問題相關的改進措施.這 些措施的應用可改善單軌吊的使用性能、提高使用的安全性和可靠性,增強了單軌吊的節(jié)能、低耗經濟運行的效果.3.期刊論文 秦衛(wèi)斌 . QIN Wei-bin 輔助運輸蓄電池電牽引單軌吊的開發(fā)與應用 -煤 2007,16(11輔助運輸防爆蓄電池電牽引單軌吊的開發(fā)與應用,較防爆柴油機單軌吊有著環(huán)保、經濟、高效等諸多優(yōu)勢,有著廣闊的使用前景.4.期刊論文 王志清 . 萬世文 單軌吊輔助運輸對巷道支護的影響

18、 -煤炭科學技術 2003,31(5對單軌吊輔助運輸與巷道支護結構的關系進行了分析,對單軌吊車組施加給巷道支護的載荷進行了理論計算,為巷道支護設計和單軌懸吊設計提供了 依據,為現場應用提供了指導.5.期刊論文 白宏峰 . 盛團秀 NEC-D916柴油機單軌吊電牽引改造探討 -煤礦現代化 2004,""(6介紹了國內柴油機單軌吊使用狀況,針對井下輔助運輸方式選擇中存在的幾點爭議,提出了柴油機單軌吊電牽引改造方案及基本技術要求,柴油機單軌 吊電牽引改造將為我國生產制造電牽引單軌吊奠定堅實的技術基礎.6.期刊論文 楊志林 . 靳勝利 . YANG Zhi-lin. JIN Sheng-li 電牽引單軌吊機車蓄電池的研究 -山西煤炭 2010,30(7分析了我國目前電牽引單軌