单轨吊辅助运输在大倾角矿井中的应用实践

单轨吊辅助运输方式在大倾角矿井中的应用矿井概况张家沟煤业有限公司位于宁武县西马坊乡张家沟村南，行政区划属宁武县西马坊乡管辖，是山西宁武煤业集团五个煤业公司之一，井田面积2.7856平方公里，矿井保有储量2310万吨，设计井型为0.9MT/a;井田位于宁静向斜的中部倾角为12°〜29°的单斜构造，井田内批准开采的煤层有侏罗纪2号、3号煤层，两煤层平均间距36m全井田划分为一个水平，即2号煤层为主水平，水平标高+1420m3号煤层为辅助水平，与2号煤层联合开采，其中2号煤平均煤厚5.4米，局部有伪顶0〜0.3米，直接顶为砂质泥或泥岩，老顶为中细-中粗砂岩，底板为泥岩或砂质泥岩;矿井采用斜井立井下山综合开拓，其中副斜井全长220m倾角25°为穿层岩巷，砌碹支护，半圆拱巷道，净宽3.9米，净高3.9米，净断面：13.58卅；材料下山全长650m倾角0°〜23°，锚、网、索、喷联合支护，半圆拱巷道，净宽4.5米，净高3.8米，净断面14.93川。单轨吊简介单轨吊作为煤矿的一种辅助运输设备，具有安全性强、驱动力大、适应性强、经济效益可观的优点，是适应我国大多数煤矿的辅助运输设备。2.1单轨吊对巷道的适应性强2.1.1单轨吊作为一种辅助运输装备，对巷道坡度适用性比较强。电牵引机车运输坡度达15°，柴油机车运输坡度大达到24。，对巷道的水平曲线半径可达到4m竖曲线半径达达到10m可应用于在一般平巷、斜巷、采区变坡轨道平巷、大巷等多种巷道中，具有较强的适应性。2.1.2单轨吊需要的巷道宽度比较小电牵引机车设备最宽仅1m,柴油机车最宽1.2m，该装备与地轨运输相比对巷道安全间隙要求不严格，巷道宽度容易满足要求。2.1.3单轨吊对巷道高度不高运输综采支架时巷道高度为支架最低高度加1.3米就能够满足要求。2.1.4巷道的支护条件可以采用锚杆支护巷道、架棚巷道等。适应性较强。2.2单轨吊用途较广单轨吊作为一种比较理想的辅助运输装备用途比较广泛，可以在多种条件下运输多种设备材料和物料等。2.2.1运输种类单轨吊既可以运输采掘工作面各种物料、设备又可以挂上人车作辅助运人使用。2.2.2使用形式单轨吊既可以作为综掘机跟皮带的辅助后配套用，又可以用来运输安装撤出期间的材料设备,还可以在工作面正常生产期间的物料供应。2.3单轨吊的驱动力变化范围大，运输能力大单轨吊有多种驱动力的形式，驱动力可由27kN到120kN可运载24吨以下的重物，在国内的轨道运输的辅助运输设备中属运输能力最大的。例如，太矿电器发展有限公司公司生产的DX80机车一次可运输6吨的集装箱3个,也可以一次运输24吨的综采液压支架1架。大的运输能力和驱动力的特点，是比较适合我国煤矿的特点的。2.4单轨吊运输具有网络化的优势，可充分节省运输资源。在斜巷中使用的辅助运输装备，如卡轨车、小绞车、梭车等，大都是在固定地点使用，部设备只能服务于一条巷道或巷道的一段，一个采区多个采煤工作面和掘进工作面，需要布置多台设备，方能保证辅助运输的需要。使用单轨吊运输，各巷道之间的单轨吊轨道线路可以通过道岔、弯道等联成一体，形成一整套单轨吊网络系统，一部单轨机车可以服务于多条巷道多个工作面，也可以多部机车服务于一条巷道集中进行运输完成运输量较大的运输任务。3.矿井辅助运输方式选择结合井田煤层赋存条件及矿井巷道设计中副斜井及材料下山坡度大、巷道长、中间拐弯多，设置提升绞车功率大、辅助安全设施复杂、配套绞车房及通风巷工程量大等因素，矿井选用F套DLZ110F型矿用柴油动力单轨吊机车使井上下为一套提升设备，担负从副井井筒到一采区单轨吊上山尽头的全部提升运输任务。其技术参数为驱动单元4+3（7驱），最高功率为81kV；气缸个数为4个；冷却方式为水冷却；自重为6000kg;驱动轮直径为355mm最大牵引力为140kN最高速度为2m/s;转弯半径水平为4m垂直为8m吊轨最大倾角30°，机车最大载荷为20吨；MHZZ-16DU液压提吊梁，最大载重量32t;单轨吊专用BTS型制动小车；SK-20型人车；小车自重200kg。4.单轨吊设计及参数验算4.1设计依据4.1.1矿井年产量：900kt/a4.1.2工作制度：330d,16h4.1.3井筒特征：斜长，220m，倾角，0〜25°；一采区材料下山长度，650m倾角，0°〜21°首采工作面回风顺槽长度850m倾角0°〜5°；井底车场长度200m；最大运输距离1920m最大倾角25°4.1.4提升方式：单轨吊车4.1.5散矸容重：1.6t/m34.1.6最大班提升量：材料及设备每班3箱;砰石提升每班3箱;每班下放炸药、雷管量：各1箱；每班其他作业次数；2箱/班；配置4个3m自卸式集装箱，每个集装箱重量为860kg;最大件为端头液压支架分体件，最大件重16t；最大班下井人数：80;4.2单轨吊运输能力计算4.2.1列车牵引能力理论计算列车在牵引状态时，机车的牵引力F（单位M与列车的静阻力和惯性力是平衡的。F=W°+Wj+Wa式中：Wo——基本阻力，N;W—■坡道阻力，N;W惯性力，N。W=（P+Qg・W式中：P列车质量（机车自重6000kg、起吊梁2000kg、司机体重150kg、制动车400kg）；Q---货物质量（运输最重件质量：取液压支架分体后最大件质量16000kg） 一工一 2g重力加速度，取9.81m/s;w一列车运行阻力系数，取0.02。W=（P+Qg•i按上坡时计算。式中：i一单轨坡度，井筒倾角为a=25°即i二tg25°=0.466。W=（P+Q丫・a式中：惯性系数;1单RGc=1.0898式中：J——每个承载轮对其轴的转动惯量，2kg-m；R承载轮半径，0.175m;G-承载物体（包括吊运梁自2000kg）质量，24550kg;上坡牵引最大件（16000kg）条件下所需理论牵引力F为：F=W+W+W=119721.5N=119.72KN4.2.2单轨吊车型号选择根据副斜井的倾角a=25°运量要求及运输液压支架时的最大上坡条件下的计算载荷Q=16000kg选择DLZ110F-II型单轨吊车，其技术参数为驱动单元4+3（7驱），最高功率为81kVy气缸个数为4个；令却方式为水冷却；自重为6000kg;驱动轮直径为350mm最大牵引力为140kN;最高速度为2m/s；转弯半径水平为4m垂直为8m；吊轨最大倾角30°,机车最大载荷为20吨;MHZZ-16DU液压提吊梁，最大载重量32t;单轨吊专用BTS型制动小车，小车自重200kg;SK-20型人车，人车自重1200kg。4.2.3单轨吊的选型计算根据矿井材料设备的需用量和掘进的矸石量，计算单轨吊机车台数，并校核机车牵引力和防滑条件。4.2.3.1运送材料、设备、砰石的列车次数：2LTy60KV=50min机车往返一次运行时间：’式中：Ty一车往返一次运行时间，min;L----平均运距，1920mVP--机车运行速度，1.6m/s;

顼速度影响系数，取°.8。机车往返一次全部时间:T=TyTf=58min式中：T一车往返一次全部时间，min;tf一装载与调车辅助时间，8min。423.2运送下井人员的列车次数运送人下井时间：6°KV=25minminmin;式中：Tr minmin;运送人员的所需用全部时间：TR=£TsX=28min式中：Tr—包括上下人时间的全部运行时间，Tsx 人车上下人时间，3min。运送人员往返时间：T'r=2TR=56min每班运人需用每班列车数:nRnR一Zr=2列班，取心列/班式中：nr-----每班运人需用列车数，列/班;Ar一最大班下井人数，80人；

ZR——列车乘车人数，40人。4.2.3.3机车总台数运送材料、设备、矸石的机车工作台数N:n=1.625台，取2台。式中：N一机车工作台数，台；n——每台机车一班可往返次数。运送人员的机车台数NrNrTR_Nr=60「L87台，取2台根据运送人员和运送材料、设备、砰石的要求，考虑备用20%总台数为3台。423.4机车牵引力计算运送人员需用牵引力：F. +门AP4+P5+P8卜(sina+©cosa)g=51.66kN式中：F1___________运送人员所需牵引力，kN;Pj—机车质量，6000kg;P2一人车质量，1200kg;P4一单人质量，75kg；P「制动车质量，400kg;P8—司机体重2x75kg;nr——每列车牵引人车数，2辆；Zr一每辆人车乘人数，20人；3——机车运行阻力系数，取0.02；a—线路最大坡度，25°。运送矸石时，若采用吊运梁吊挂集装箱运输则需用牵引力：F2=(R+ngF3+P5+nR+ngP?+P/(sin+⑷cos":g=623kN式中：F2_运送矸石所需牵引力，KNP3—砰石集装箱质量，860kg;P「制动车质量，400kg;P6一吊运梁质量，2000kg;P7一砰石集装箱装载质量，5000kg;ng一每列车牵引集装箱数，1辆；ni 每列车悬挂吊运梁数，1组。运送液压支架需用牵引力：F3=(R+P5+F6+P8+P9F(sin口+COCOS口S=i06.14kN式中：F3—运送液压支架所需牵引力，kN;P「制动车质量，400kg;P6—吊运梁质量，2000kg;P8__司机体重2x75kg;P「液压支架质量，16000kg;运送其他材料时，需用牵引力均小于以上情况，不再计算。DLZ110F-II型7驱单轨吊车，最高功率为81kW驱动胶套轮与单轨吊轨道摩擦系数为0.4,最大牵引力为140kN经以上计算，矿井单轨吊运输所需最大牵引力106.14kN小于单轨吊机车最大牵引力140KN满足要求。423.5机车防滑计算DLZ110F-II型7驱单轨吊车，保险制动和停车制动装置为失效安全型，当机车出现故障时，制动装置自动抱死。运送液压支架时下滑力为：F4=(P+P5+F6+P8+P9N(sind-cocosAg=97.42kN运送矸石为：F4 +ngF3+P5+nR+ngP?+PA(sino-⑷cos"Jg=57低运送人员：F4 +门巴+ZRn「F4+P5+P8$(sinscosAJg=47.42kN计算结果取大值，即为F4=97.42kN。防滑系数K,按下式计算:满足安全规程要求。 =2.16>2F

z式中：K一防滑系数；Fz""机车制动力，额定210kN;机车重载下坡时的制动减速度和制动距离的核算经上述计算，矿井单轨吊重载运输所需牵引力为单轨吊机车运输液压支架时最大,因此最大荷载为运输液压支架分体重量，最大坡度为25°,其加速度和制动距离计算如下：F+F0-F_=maF。=(P+Q)g =(8550+16000)*9.81*0.02=4816.7NFg=(P+Q)gsin:=(8550+16000)x9.81Xsin25o=101.78KNa=4.6m/s2s=V2/2a=0.822m式中：Fz——制动力210kN；F「列车运行阻力；FG——惯性力；m——机车与支架总重量24550kg;V——速度，2.75m/s;a 制动减速度，m/s2;因此，单轨吊机车在最大荷载16000kg最大坡度25o时以最大设计速度2.75m/s向下运行时，制动距离为0.822m,小于2.75m/sx6s=16.5m满足要求。功率验算经上述计算DLZ110F-II型7驱单轨吊车，在矿井最大坡度25°向上运输最大荷载16000kg液压支架分体件时，以最大速度0.5m/s运行时，所需最大牵引力106.14kN,所需功率为：P=kFv=1.2x106.14x0.5=63.68kW<81kW满足要求。厂富余系数，取1.2。连接装置主要受力部件以破断强度为准的安全系数必须满足运人时不小于13，运物不小于10。该提升设备能满足要求。5单轨吊巷道支护方式及支护强度计算矿井单轨吊巷道均采用基本支护锚网索或锚网索喷联合支护，运行单轨吊时是利用在基本支护基础上新增3米一组（2根）©22*2.5米高强度螺纹钢锚杆承载

单轨吊配件、机车及运输的设备、材料，因此基本支护符合设计要求情况下对新增支护强度计算如下:矿井单轨吊重载运输所需锚杆抗拉力及抗剪切力为单轨吊机车运输液压支架时最大，重量为:F6+Pg=18000kgF「吊运梁质量，2000kg;F9一液压支架质量，16000kg;因此，巷道为水平时锚杆受拉力最大，荷载为运输液压支架分体重量及起吊梁重量，其单根锚杆受力如下图所示计算如下：F1=F2=F3=F4=F5=F6=F7=F8=2250kg333》X>0FB1+FB2=FBFB1*3000=F1*(3000+X-1025)+F2(3000+1025-1200)FB2*3000=F3*(3000-X)+F4*(3000-1200-X)+F5*(3000-1200-1477-X)FB=FB1+FB2=(7883-X)*F1/3000当X=0时FB最大为7883*2250/3000=5912.25kg所以单根锚杆受拉力为：甩二FB/2=5912.25/2=2956.13kg〜29.56KNV丘〈F^FLB锚杆设计拉拔力，90KNCBFa052221ZBRf0009)Fld""©22高强度螺纹钢锚杆理论拉断荷载，186.3KN;'052Fc巷道坡度最大时锚杆受剪切力最大，荷载为运输液压支架分体重量及起吊梁重量，最大坡度为25\其单根锚杆剪切力fjq计算如下：F=FDL*sin25°=12.49KN<FM丘"©22高强度螺纹钢锚杆理论剪断荷载，130.4KN;因此，受拉力及受剪切力满足设计要求。6单轨吊使用的安全技术措施6.1运输前司机必须检查机车各部件连接是否完好，制动系统是否完好，驱动部分是否完好，电池是否电量充足，各液压管路是否漏液。6.2检查各起吊梁是否完好如是运输人员，则检查人车是否完好，保护链是否完好有效。无保险链或保险链不完好不得运输。6.3严格执行行车不行人的安全规定在单轨吊运行过程中，严禁单轨吊下方有人员。6.4司机及跟车人员检查单轨吊轨道上严禁有水轨道上方严禁有淋水，保持轨道处于干燥状态；两台单轨吊运行时相距严禁小于50m。可靠。6.5起吊是否平稳如有散装物料，则应检查散装物料的捆绑是否牢6.6运输物料时司机应根据物料的重量和长度自行选择所使用的起吊梁。严禁超载运可靠。输；司机应根据物料的重量自行选择运行速度，但最快不得超过1.6m/s（空车运行时单轨吊机车的速度为1.6m/s）。6.7运输物料起车时司机应平稳起车，缓慢驶出挂车点，并保持匀速加减速，严禁突然加减速。6.8单轨吊司机在运输物料的过程中井筒内严禁行人，其它地点如发现前方有人作业或走动，应提前鸣笛警示，并提前10m减速停车，待人员通过机车或找到躲避硐室后，机车方可再次启动运行。严禁在道岔处起吊物料和逗留。在机车通过道岔时，司机应提前减速，直至机车通过道岔。6.9机车运行到物料的卸载点后司机在提前均匀减速将机车停稳后，方可转换开关，将物料放下。6.10物料卸载后司机及工作人员应将起吊用的大链及其他起吊用具收拾好，不得影响机车的正常运行。6.11单轨吊机车运输人员使用的必须是专用车厢，严禁使用其他车辆代替人车。6.12单轨吊机车核定载人数量机车核载为40人，即每部单轨吊机车挂二个人车，每个人车核定人数为20人，严禁超载。6.13乘车人员必须在指定的地点乘坐人车，严禁在指定地点以外的区域乘车，必须听从单轨吊司机的指挥，自然姿势坐于乘人车中，待乘坐人员全部坐入车中，挂好保险链后，经司机检查确认无误鸣笛示警后，司机方可启动机车，并平稳加速至1.2m/s进行运行。6.14人车运行运输途中保持1.2m/s速度运行，严禁超速；机车在运行过程中乘坐人员严禁随意上下车。如有特殊情况确需下车，必须联系和司机取得联系，司机挺稳车后，方可下车；乘车人员随身携带的工具必须妥善放置，严禁携带超长物件，严禁携带易滚动物件；人车在运行途中，乘坐人员严禁将头或手伸出车外，严禁在乘坐期间相互嬉戏打闹；运行途中如遇到突然停车，乘坐人员严禁随意上下车，待问清情况或接到下车通知时方可下车；人车运行途中，如发现异常，司机必须立即停车，待处理完毕后，方可再次启动机车。6.15人车运行至终点站待司机将机车停稳后乘坐人员方可依次下车，严禁车未停稳就下车，严禁相互拥挤。7单轨吊的安装和使用及检测7.1单轨吊单轨单轨吊单轨主要有直轨、曲轨、连接轨和过渡轨四种，单轨规格及安装应满足下列要求：7.1.1使用专用单轨型材每节直轨长度不大于3m用1155型专用轨，每节直轨长度不大于3m7.1.2弯轨曲率半径弯轨水平曲率半径不得小于4m每节弧长不得大于2m弧长超过1.6m时，应在其重点设一吊耳，垂直弯轨曲率半径不得小于10m每节弧长不得大于3m弧长超过1.6m的凸轨，应在其中点增设一吊耳。7.1.3单轨及道岔型号同一线路必须使用同型号单轨，道岔单轨要与线路单轨型号一致,单轨接头间隙不得大于3mm高低和左右允许误差分别为2mn和1mm接头摆角垂直不得大于7°，水平不得大于3°。道岔轨型应与吊轨型号一致，并宜布置在不大于5。的吊轨线路段，道岔活动轨的摆角不得大于11°。7.2单轨悬吊装置要求7.2.1单轨吊挂点间距偏差要求吊挂单轨的各吊挂点间距偏差不得大于15mm，10组吊挂点间距的累计偏差不得大于30mm。7.2.2吊挂紧固件吊挂紧固件应使用GB5780M2480螺栓和GB170M2螺母或10.9级高强度M20<80螺栓和M20螺母。使用前应做不小于150kN集中载荷的抽样试验。7.2.3吊环吊环可使用16Mn钢或机械性能相当的材料，使用前应做不小于150kN集中载荷的抽样试验。7.2.4吊环链吊环链可选用符合GB/T12718-91标准的©8X64规格的高强度圆环链，使用前应做不小于150kN集中载荷的抽样试验。7.2.5悬吊锚杆当采用锚杆悬吊时，每个单轨吊挂点需有双锚杆吊挂，要求单根锚杆锚力的集中载荷试验。力不得小于90kN,安装单轨前要对每根锚杆进行预定54kN锚锚杆的托板必须紧贴巷壁，应用机械或力矩扳手拧紧，锚杆露出长度不得小于100mm悬挂单轨的两条圆环链夹角应在30°〜60°之间。力的集中载荷试验。7.2.6锚杆锚固失效时打锚杆吊挂轨道时，当遇含有淋水段、复合顶板段、顶板破碎段

及锚杆锚在煤层中对锚杆锚固长度在岩石中不能满足700mm寸，需深打眼将锚杆吊挂改为使用锚索加托盘再用40T链子通过托盘吊挂，此时两根锚索并在距离锚索300mn左右外加一根锚杆作为二级保护。7.2.7吊挂托盘固定吊挂每根钢梁的一端，使用锚杆固定一个吊挂托盘时，用两根锚杆一个吊挂托盘；使用锚索固定一个吊挂托盘时，使用两根锚索外加一根锚杆固定每一个吊挂托盘。每个托盘使用锚杆吊挂时必须使用四个螺帽加强保护；使用锚索吊挂时必须使用四个锁具外加两个螺帽加强保护固定吊挂托盘。使用一条直径至少是20mmX100nl以上的高强度螺栓把链条固定在吊挂盘上，再使用大吊环套在链条的下端，再使用直径至少是20mmX120n高强度螺栓将轨道固定牢固，吊梁距巷道顶板高度超过1000mm寸需用U型环连接链条。7.2.8固定板轨道平巷中严格按照每10根直轨中安装1根带固定板轨道，巷道条件不是很好，定板轨道数量需增加到2根、3根甚至更多，进行斜拉固定。斜拉链必须保证在轨道水平方向以上且角度不超过15°，拉链与轨道方向夹角40°〜60°之间，轨道一侧两根链条夹角在90°左右，保证整个轨道的稳定性。7.2.9维护和检修。7.2.9.1轨道的检修周期不得大于15天。7.2.9.1轨道的检修周期不得大于15天。7.2.9.2巷道变形量大的需缩短检修周期到7到10天。7.2.9.3使用斜拉紧固器的需及时调整紧固器，保证斜拉链受力良好。7.2.9.38.结论及建议8.1单轨吊使用结论8.1.1安装材料节省从轨道来看，轨道一般选用22kg/m轨道，需要双股道布置，加上道钉、鱼尾夹板、轨枕等，需用大量材料。而单轨吊轨道系统，需要一股道，重量不大于25kg/m,除吊挂链和吊挂锚杆外，不需要其它物料，相对地轨材料比较省。8.1.2连续运行速度快从采煤工作面的生产接续来看，使用单轨吊运输安装撤除一个100架轻型支架的综采工作面需要14天左右的时间，而使用地轨运输需要30天左右的时间，可提前16天，每次可节省一个面装备17天的设备租赁赛。8.1.3转载环节减少工效高从使用人员来看，使用传统的小绞车运输方式每条巷道布置多部绞车，每部绞车需一名司机和一名信号把钩工，占用大量人员。而单轨吊运输，多条巷道只须安排一名单轨吊司机和一名把钩工便能够解