柴油机单轨吊的研究与应用

摘 要：基于安装、拆除综采工作面过程中设备运输现状，为简化运输环节，本文对柴油机单轨吊运输能力进行了理论验算和模拟运输实验，且该设备具有适应性强、构造简单、维护方便、可操作性增强而且不受巷道底板变形影响，能够有效利用巷道空间等优点，验证了柴油机单轨吊运输液压支架的有效性。

关键词：柴油机单轨吊;巷道尺寸;轨道悬挂;整体液压支架;

1选用柴油单轨吊的可行性分析 [以DZ 2200型柴油机单轨吊（沙尔夫、八驱动）为例]

①适用于煤矿作业环境，瓦斯最大允许浓度1.0%，发动机运转温度范围-10℃---40℃，相对空气湿度90%以下，适用于淮北矿业集团井下环境。②适用于复杂的系统巷道，对巷道断面要求不高，水平方向转弯半径≥4m，垂直方向转弯半径≥8m;吊挂运輸，与巷道底板状况无关，巷道空间能够充分利用。③满足整体支架运输使用需求，牵引力为174KN，爬坡能力为30°，最大载荷48T，远大于无极绳绞车SQ-120/132B的运输能力。④满足机械运送人员要求，《煤矿安全规程》规定：运输长度超过1500m平巷、垂深超过50m斜巷必须采用机械运送人员。一次可运送36人，满足单班作业人员乘坐。

2工程实例运用（杨柳1074安装）

2.1地质条件

1074工作面是107采区第五个综采工作面，工作面底板标高-571～-673m。煤层倾角3～11°，平均7°。煤层顶板根据顶板类型划分方案可划分为直接顶、基本顶两种。

基本顶：细砂岩，厚度为5.1m;灰色，细粒，主要矿物成份为石英，硅质胶结，斜层理，分选中等。

直接顶：泥岩，厚度为2.6m;深灰色，块状，局部含少量粉砂质及植物化石碎片。

2.2工作面安装设备

2.3设备运输方案

风巷：利用柴油机单轨吊运送支架散件（一架三车）至107采区组装硐室，支架组装好后，用柴油机单轨吊经1074风巷将整架运至切眼就位。

机巷：煤机、运输机、转载破碎机等经1074机巷用柴油单轨吊运至工作面进行组装。

2.4技术方案

2.4.1施工要求

2.4.1.1单轨吊吊轨选型：I140V（2.4m）。

有效载荷：坡度0-10o为401.8KN、坡度10-20o为333.2KN、坡度20-30o为294.0KN。

2.4.1.2单轨吊吊轨吊挂方式

（1）锚杆锚固力要求不小于150KN，锚杆直径不小于Φ22，细牙螺纹不小于M22，长度不小于2000mm。

（2）吊挂偏角α为铅垂线与吊链的夹角，角度范围在10°-30°之间，两条吊链的夹角尽量一样大小，相差不超过2°，但在斜坡上吊挂时，α的角度值必须大于巷道的坡度2°以上。

（3）吊挂链条选用Φ18×90，吊挂链的强度不低于250KN.

（4）专用U型环和锚杆之间的螺纹付的拉拔强度不小于150KN。

（5）专用U型环上的销子或高强螺栓破断拉力不小于250KN。

（6）吊轨纵向加强拉链吊挂方式

平巷直轨吊挂时，每隔15m-20m在轨道中间焊接吊板一件，给轨道加一组X斜拉，如图示;10°以上的斜巷吊挂时，每隔5m-10m轨道加一组X斜拉。

（7）吊轨斜拉链安装

① 10°（含10°）以下的斜巷15-20米加一组斜拉链。

②10°～15°（含15°）的斜巷10-15米加一组斜拉链。

③15°以上的斜巷斜巷5-10米加一组斜拉链。

④所有斜拉链角度必须满足60°±10°要求。

2.4.1.3技术要求

（1）直线段吊轨，吊挂锚杆沿巷道方向在一条直线上，间距一致。吊轨无明显变形，接头摆角：水平不超过3°，垂直不超过6°，下轨面接头轨逢不大于5㎜。

（2）弯曲段吊轨水平曲率半径不得小于6米，每节弧长不得大于2米，弧长大于1.6米时，设置一个吊耳;垂直弯轨曲率半径不得小于10m，每节弧长不大于3m，弧长大于1.6m时，增设一处吊耳。水平弯轨及轨道与连接处用法兰连接。弯轨应平滑过渡，吊轨无明显变形，接头处偏差：水平和垂直方向均不大于2㎜，下轨面接头轨逢不大于3㎜。

（3）在敷设轨道的弓、底弯道时，采用多段短轨进行过度，短轨的布置采用1m-2m-1m-2m交替布置的方式，两节轨道间的夹角最大不超过4°。

（4）道岔安装在角度不大于5°的单轨线路段，道岔活动摆角不得大于11°，高低和左右允许偏差分别为2mm和1mm，活动轨无明显变形，动作灵敏，准确到位，闭锁可靠。

（5）吊轨端头处必须安设阻车器，并使用双链吊挂。运输线路中每隔100m安设一块里程表，拐弯处、道岔（前、后20m）、车场、维修硐室和换装站两端有警示牌，有可靠的泄露通讯系统。

（6）吊轨悬吊高度，根据所运输架型最小支撑高度（2.0m）、控制室通过高度（1.0m）及距底板距离不得小于200㎜确定为3.2m。

（7）1074风巷为机轨合一巷道，吊梁中心线距巷帮的距离不低于1.2m，距皮带外沿的距离不低于0.9m。

2.4.2柴油机单轨吊的选型及校验

2.4.2.1根据设备安装要求，柴油机选型及技术参数如下：

设备名称：DZ 2200型柴油机单轨吊（沙尔夫）;类型，DZ 2200;

额定牵引力，174KN;额定制动力，256KN;抱闸数量，16;转弯半径，≥4m（水平方向）;≥8m（垂直方向）;最大爬坡能力，30°;最大速度，2.15m/s;最大起吊重量，38T;发动机功率，130KW;总排量，6640 cm3发动机冷却系统，水冷.

2.4.2.2柴油机单轨吊选型校验

（1）运送物料需用牵引力：

F1=（P1+P2+P3+P4）×（sinα+ω×cosα）×g/1000×K

式中：

F1—运送物料所需牵引力，kN;

P1—牵引车自重，11100kg;

P2—起吊梁质量，900kg;

P3—司机及管线体重，150kg;

P4—物料质量，26430kg;

α—斜巷最大倾角，20°（满足设备技术要求）;

ω—运行阻力系数，取0.02;

K—牵引力富裕系数，取≥1.1。

F1=（11100+900+150+26430）×（sin20°+0.02×cos20°）×9.8/1000×1.1=149.7KN

根據以上计算，八驱单轨吊起吊梁运输支架时需要最大牵引力为149.7KN，而八驱单轨吊额定牵引力为174KN，牵引力满足要求。

（2）单轨吊车防滑计算

机车保险制动和停车制动装置为安全失效型，当机车出现故障时，制动装置自动施闸。

运送物料时下滑力为：

F2=（P1+P2+P3+P4）×（sinα-ωcosα）g

=（11100+900+150+26430）×（sin20°-0.02×cos20°）

= 124.6KN

防滑系数K，按下式计算：

K=FZ/F2= 256/124.6=1.97≥1.5合格（如果K<1.5，可增加驱动或减少载荷，重新校核。）

式中：

K—防滑系数;

FZ—机车制动力256KN。

（3）单轨吊车重载下坡时的制定减速度和制动距离的核算

单轨吊车向下运行时为制动最困难条件，因此只需计算向下运行制动距离，按照规程要求不超过运行速度6s行程。

矿井单轨吊车重载运输所需牵引力为机车运输物料时最大，因此最大载荷为运输物料的重量，巷道最大倾角为α°，其中速度和制动距离计算如下：

FZ+FO-FG=ma

FO =（P+Q）g.ω=（P+Q）×9.8×0.02

FG=（P+Q）g.sina=（P+Q）×9.8×sinα

s=V2/2a<9m，合格 （按照运行速度1.5m/s计算）

式中：

FZ—制动力，N;

FO —列车运行阻力，N;

FG—惯性力，N;

P—机车总质量，kg;

Q—物料总质量，kg;

m—机车与物料总质量，kg;

V—速度，m/s;

a—制动减速度，m/s2。

FO =（P+Q）g.ω

=38580×9.8×0.02=7561.7N

FG =（P+Q）g.sina

=38580×9.8×sin20°=129304.7N

FZ+FO-FG=ma

a =（FZ+FO-FG）/m

=（256000+7561.7-129304.7）/38580=3.48m/s2

s=V2/2a=1.52/2×3.48=0.32<9m

符合规程要求不超过运行速度6s行程

2.4.2.3柴油机单轨吊机车技术要求

（1）新投用机车测定制动距离，之后每年测定一次，有完整的制动距离测试报告。

（2）单轨吊车按照《煤矿安全规程》和相关规范要求进行检查、检验、试验，有完整的检测、检验、试验报告。

（3） 单轨吊机车安装完成后，对机车进行性能测试。系统各部件油管接头完好，油管卡子齐全紧固。无渗油现象。各压力表完好，数值显示正常。各承载轮、导向轮上胶套完好。

（4）控制室按钮、操纵手把灵活，仪表显示正常，照明信号完好，悬梯、灭火器、工具箱配备齐全。开动机车，对机车控制系统程序进行检查试验。

（5） 控制车按钮灵活，状态显示屏显示正常。

（6）单轨吊机车驱动装置齐全完好，制动闸动作可靠，连接部位固定牢固，保护动作可靠，机车前后照明充足，并设有信号灯。配备灭火器不少于两只。

3效果及评价

（1）高效。单轨吊可实现整架无间断无转换运输，直接送至工作面，中间不需要交换车场，仅1074风巷就减少了三部绞车、2个转换车场的设置，每班减少作业人员6人;一架安装时间平均为1小时40分钟，每班可以保证安装3架，最大达到4架。对比同采区1075工作面（已施工）安装，安装速度提高近一倍;既减人又提效，极大地提高了工作面安装效率。

（2）安全。避免巷道底鼓、片帮等矿压显现活动带来的不利影响，杜绝了传统运输方式中的断绳、放大滑、掉道、翻车等安全风险。

（3）简便。该系统自动化程度高，对操作人员的技术水平要求不高，降低操作失误率。

（4）广泛。柴油机单轨吊适用于长距离、多起伏、大倾角巷道的人员、材料及设备运输。

作者简介：

张培，1985-，男，汉族，安徽宿州人，副总工程师，本科，从事综采安拆管理研究。

（淮北矿业（集团）有限责任公司 综采安拆分公司   安徽  淮北235000）