象山煤矿井下单轨吊运输系统设计

1、收稿日期:! " " #$" ! $%"象山煤矿井下单轨吊运输系统设计姜绿江(中煤国际工程集团 北京华宇工程有限公司,北京 &" " " &&摘 要:随着我国煤矿发展及开采规模的不断扩大,使得以往传统的辅助运输形式越来越与其不适应,对象山矿井辅助运输系统的设计我们采用了柴油机车牵引的单轨吊车设备。论文 介绍了关于象山矿单轨吊系统的设计思路和当前我国在该系统的使用中存在的问题及其解决方 法。关键词:辅助运输;单轨吊;运输效率;换装站;底臌现象;综采设备搬家 中图分类号: ( ! #文献标识码:*文章编号

2、:&+, &$" - -(! " " # " +. " " & . " %! 引言随着我国煤矿采、掘机械化程度的迅速发展及开采规 模的不断扩大,使得井下所需的材料、设备的数量、品种、 单重以及运距大幅度增加;井下人员数量增多、工作面的 距离加长,而辅助运输系统仍旧依靠陈旧的传统方式已明 显的不能适应形势发展的需要。因此,吸收、引进国际上 先进技术,改变我国煤矿以往落后的辅助运输形式已成必 然的发展趋势。" 矿井概况陕西韩城矿务局象山煤矿年设计能力为 &! " 万 /,已属

3、于大型矿井。井下分为南一、北一两个采区,均配备了大 型高效的综合机械化采掘设备,其中液压支架整体设备单 重达 &! /,同时,巷道材料用量大,工作面距离远,仅从井 底车场到工作面的距离就近 %" " " 0,并且随着采掘的延伸 距离还将不断增加。因此,要想适应综采、综掘的高速度, 做到采、掘、运能够相辅相成,提高矿井的综合效益,必 须考虑采用新型高效的辅助运输系统。如果仍沿袭着小绞 车、无级绳牵引进行分段运输、人员步行上岗这种环节多、 效率低、安全性差的运输方式,将会严重限制采掘机械化 优势的发挥,影响矿井全员效率的提高。因此,该矿井的 辅助运输系统设计决

4、定采用新型的辅助运输设备。#新型的辅助运输设备的现状及其特点在西欧、美、澳、俄等一些采煤发达国家,早已普遍 采用了诸如单轨吊、卡轨车、齿轨车和无轨胶轮车等井下 辅助运输设备,由于其起步较早,均已达到比较完善和成 熟状态。近年来,我国已引进、研制开发了多种辅助运输设备。 并在一些煤矿投入了使用,尽管在使用中尚存在着一些问 题,但其发挥的优势作用是极其明显的。从山西漳村矿多 年来单轨吊的使用情况来看,与过去的绞车运输相比,单轨吊车系统大大提高了运输效率、减轻了辅助运输人员的 劳动强度、降低了运输事故率。仅综采设备搬家一项,每 搬一个工作面,比过去缩短 &" 天以上,按每年搬两个工

5、作 面计算净增产量 &" 万 /;若将提高掘进速度、减少事故的 效益进行综合计算,每年的经济效益则更为可观。辅助运输设备按其轨道的形式可分类为:单轨吊车、 卡轨车、齿轨车和无轨车四种类型;按行走方式可分类为:自行式 (防爆柴油机车和蓄电池机车 和牵引式。在辅助运 输系统的设计中,如何根据矿井巷道的特点合理的选用辅 助运输设备种类是致关重要的。一般情况,辅助运输设备种类,主要是由矿井的地质 条件和开采的范围大小所决定的,即根据巷道的角度、巷 道的顶、底板情况以及运输距离的选择确定的。自行式的设备连续运行距离长、机动性好;绳式牵引 设备爬坡角度大,牵引吨位大,但运行距离较短。一般

6、在 巷道坡度允许的情况下,自行式的设备往往被优先选用。 如果巷道底板较好,则可考虑选用地面行使的卡轨车、齿 轨车和无轨车;如果巷道顶板较好,则可考虑选用离开地 面行使的单轨吊车。针对象山矿的具体情况来看:从井下换装站到开采初 期最远的一个工作面的距离约为 %" " " 0;巷道的坡度普遍 为 ! 1! #1之间,个别地段达 &" 1;巷道顶板条件良好,除在 下部车场有少量砌碹和部分锚喷支护外,其余均为 2型支 架、锚杆支护或梯型支架;问题是在上山巷道中存在较严 重的底臌现象。正是巷道的底臌现象,使得所有在地面行使的辅助运 输设备都难以适应,而使用

7、单轨吊车系统则可以避开这种 不利条件。单轨吊车系统是一种将物料悬吊在巷道顶部的单轨上 进行运输的系统。分别有钢丝绳牵引、蓄电池牵引和柴油 机车牵引三种形式。对于柴油机车牵引的单轨吊车,其主 要特点为:&! " " #年第 +期煤 炭 工 程 设计技术万 方数据! 机车及牵引物均悬吊在一条天轨上悬空运行,不受 巷道底板状况的影响和约束。" 机动性能好,转弯半径小。可在复杂、多支的线路 上实现多点运输。#可连续运输,在巷道条件允许的情况下,在其单轨 系统内可不经转载,把物料、设备、人员直 接 运 至 任 何 地点。$运量大,爬坡能力强,最大爬坡可达 ! %&a

8、mp;。一台 (马力单轨吊车在速度为 ! /*、坡度为 ! (&时,牵引重量达! %+多。可整体调运液压支架、大型变压器等重型设备。 , 通过液压马达可自动起吊重物,方便快捷。专用集 装箱可自动翻转卸料,牵引人车可运送较多的人员,大大 降低工人的劳动强度,提高了工作效率。-运距长, (马力内燃机单轨吊车加油一次一般可 连续满负荷运行约 #(. 。/主机为低污染防爆型特殊内燃机,故使用时安全 可靠。! 单轨吊系统需要解决问题的及其相应的处理方法 显然采用柴油机单轨吊车作为象山矿井辅助运输相对 来讲是最佳的,但其仍然存在着一些的具体问题需要必须 在设计中予以解决。下面对象山矿单轨吊系统的设

9、计中的 几个比较突出的问题以及相应的处理方法做以介绍:#0! 散料换装问题的解决一般在条件允许的情况下,辅助运输设备应尽量单一 化,最好是从地面经大巷、上山、顺槽直至工作面,达到 不间断运输。但是,象山矿的地质条件不尽理想,副井角 度为 " (&,超过了单轨吊的最大爬坡能力,从而限制了单轨 吊车从地面到井下工作面全程运输的可能性。不得不使得 运输的设备、物料通过斜井绞车提升设备送到井下,然后 在井下换装站进行换装。由于散料 (沙子、石料、水泥、矸 石等 都是装在容器中运输的,井上地轨系统的容器为固定 矿车,井下单轨吊系统的配套容器为集装箱,由于两者的 形状尺寸相差较大,因此,

10、给换装带来了麻烦。为此,从 简单实用减少投资的角度出发,在设计中采用了在换装站 用单轨吊车的液压起吊梁直接从地轨上把矿车吊起来运输 的方法,这种方法,只需给矿车做个简单的专用吊具即可 解决问题。虽然比起用集装箱降低了有效容积,但是,在 尚没有研制出一种既能匹配于地面设施,又适用于井下单 轨吊系统的专用容器之前,不失为一种有效的办法。#0" 轨道悬吊问题象山矿井下的巷道支护随着地质状况的不同而变化, 有的地段为砌碹、有些为梯形支架,对于砌碹和岩石顶的 巷道,均采用锚杆悬吊。对于梯形支架处均采用在梯形支 架横梁之间设两个小短梁的方法 (见图 ! 。这样不但降低 了每个梯形支架横梁上的集中

11、载荷,改善了受力条件,另 外,还使得轨道安装变得简便而灵活,这对于提高轨道的 平直度十分有意义。设计技术 煤 炭 工 程 " ($年第 -期 外,还需要考虑满足通风、防火、供水、供电、排污等要 求。下部车场布置的好坏,直接影响着单轨吊车系统使用 效果。对此,在设计中需特别重视。由于单轨吊车运行线路与运输大巷之间的距离较小, 不能满足维修库、人车库和换装站线路所需要的长度。为 此,采用 ! " #单轨道岔将巷道按 ! " #斜向布置,这样即增加 了线路长度,同时又降低了弯道角度,方便了车辆的运行。 根据规范的要求:维修库、油库必须要有良好的通风 条件并且必须将其设在

12、进风道处。在设计中,将油库设在 了维修库内。这样,有两个优点:一方面可使油库与维修 库共用一条回风道串联通风,减少工程量;另一方面使机 车加油时,可整体退入维修库内的加油线上,以不影响其 它单轨吊车在线路上的正常运行。另外,在油库的进出口 处各设了一道防火栅栏门,以防止火灾。将人车库、换装站巷道顺向布置对机车运行有利,即 机车来回可直接进出。而把机车维修库逆向布置,其主要 设计思想为:由于机车是正向牵引进入上山巷道的,返回 到此,机车的主机在单轨吊的后端,而在机车需要维修时, 一般只需将主机留在维修库,其它象起吊梁一类的设备可 继续使用。逆向布置维修库,便有利于主机在前进入维修 库。减少繁琐的

13、调车程序。! $%轨道高度的确定单轨吊车的轨道高度的确定是设计中一个需要重视的 问题。轨道定得过高,则巷道高度随之增加,从而加大整 个巷道的工程量,造成浪费;若轨道定矮了,势必要影响 大件设备的正常起吊和运输。根据在水峪矿和漳村矿的调 研结果来看,均存在部分地段轨道高度不够的问题,严重 影响了单轨吊车的正常使用。象山矿 (以北一采区为例 使用的最大最高件为 & (液 压支架。支架收缩后的高度为 &$! 。在设计中,以此确定 运输线路的轨高为 $% ;换装站处,地轨和天轨重合,考 虑大型平板车增加的高度,轨高定为 $* ;人车库、吊车 线的轨高,以人车高度 &$+ 、保证

14、人员上下方便,定为 &$* ;维修库内的轨高为维修的方便,也定为 &$* 。另 外,在经过线路变坡点时设备的两端产生的上下起伏;支护支架受顶板压力产生下沉;轨道的安装误差;地面的不 平整;设备的捆绑绳索的松驰等等,均要考虑适当增加吊 轨高度。! $, 新型司机室的采用当液压支架被吊运到工作面后,由于轨道的高度有限, 使得头部的司机室无法直接从下放的液压支架上面退出。 为使机车返回,往往采取一些不得已的措施。例如,将液 压支架的下方的地面挖低,直到其下放后,上面的空间能 够通过司机室为止。此法费工费时。为此,我选用了河北 煤研所最新研制的一种司机室 ! 折叠司机室。这是一种 液压

15、 连 杆 式 可 折 叠 司 机 室,司 机 室 折 叠 后 的 高 度 仅 为 %! " 。这样,不必增加轨道离地面的距离,该种司机室 会很容易地从液压支架上方退出 (见图 ! ,从而使单轨吊 车的运输效率得到提高。另外,与此相适应,在上山巷道 与顺槽的交岔点的线路设计时,将轨道线路布置成辙返式, 使正向牵引到此的单轨吊车倒行进入顺槽内,即折叠司机 室先进入顺槽,这样方能达到卸下液压支架后机车正常 退出。设计技术 万 方数据 象山煤矿井下单轨吊运输系统设计作者:姜绿江作者单位:中煤国际工程集团,北京华宇工程有限公司,北京,100011刊名:煤炭工程英文刊名:COAL ENGINEE

16、RING年,卷(期:2004,""(6被引用次数:0次1.期刊论文 矫林岳 . JIAO Lin-yue 国产DXP40电牵引单轨吊在煤矿辅助运输中的应用 -煤炭工程 2006,""(10文章介绍了DXP40电牵引单轨吊工作原理及特点,以及漳村煤矿辅助运输中的应用情况.实践证明DXP40电牵引单轨吊具有节能、环保、经济、高效等 特点,对在其它类似矿井中的使用有一定的借鉴意义.2.期刊论文 崔希海 . 来淑梅 . 宋廷彬 . 李进兰 . 刘雷 . CUI Xi-hai. LAI Shu-mei. SONG Ting-bin. LI Jin-lan. LIU

17、 Lei 单轨吊运行工况分析及改进措施 -煤矿机械 2008,29(9对单轨吊在煤矿辅助运输应用中的工况及存在的问题进行了分析,并综合运用了机械自锁原理和电气控制原理,提出了与这些问题相关的改进措施.这 些措施的应用可改善单轨吊的使用性能、提高使用的安全性和可靠性,增强了单轨吊的节能、低耗经济运行的效果.3.期刊论文 秦卫斌 . QIN Wei-bin 辅助运输蓄电池电牵引单轨吊的开发与应用 -煤 2007,16(11辅助运输防爆蓄电池电牵引单轨吊的开发与应用,较防爆柴油机单轨吊有着环保、经济、高效等诸多优势,有着广阔的使用前景.4.期刊论文 王志清 . 万世文 单轨吊辅助运输对巷道支护的影响

18、 -煤炭科学技术 2003,31(5对单轨吊辅助运输与巷道支护结构的关系进行了分析,对单轨吊车组施加给巷道支护的载荷进行了理论计算,为巷道支护设计和单轨悬吊设计提供了 依据,为现场应用提供了指导.5.期刊论文 白宏峰 . 盛团秀 NEC-D916柴油机单轨吊电牵引改造探讨 -煤矿现代化 2004,""(6介绍了国内柴油机单轨吊使用状况,针对井下辅助运输方式选择中存在的几点争议,提出了柴油机单轨吊电牵引改造方案及基本技术要求,柴油机单轨 吊电牵引改造将为我国生产制造电牵引单轨吊奠定坚实的技术基础.6.期刊论文 杨志林 . 靳胜利 . YANG Zhi-lin. JIN Sheng-li 电牵引单轨吊机车蓄电池的研究 -山西煤炭 2010,30(7分析了我国目前电牵引单轨