新型单轨吊防掉道装置设计与应用

李立明

（潞安化工集团常村煤矿， 山西 长治 046102）

引言

单轨吊运输系统是一种矿井辅助运输系统，其具有操作简单、维护方便、单机作业、灵活使用、安全可靠、节省人员和有效利用巷道空间等优点，在我国现代化矿井中得到推广应用，并取得良好的经济效益。

单轨吊作为井下主要的设备运输系统，承担着井下繁重的设备运输工作，随着我国煤炭开采技术不断进步，井下重装设备的大型化成为发展趋势，对井下单轨吊运输系统带来了新的挑战和压力，为了安全、可靠、及时地完成设备运输任务，对单轨吊系统自身的安全性、可靠性、先进性提出了更高的要求。近几年国内很多学者也对单轨吊的安全运输问题进行了研究，如吴亚雷[1]研究了气动式风门联动阻车器在单轨吊系统中的应用；邢远提[2]研究了斜巷新型挡车装置在单轨吊机车运输中的应用；苏彦斌[3]研究了矿井单轨吊以及架空人车交叉系统的应用，这些研究在某种程度上提高了单轨吊的运输安全性，但单轨吊运输系统的掉道问题始终没有得到彻底解决，因此，重点针对单轨吊机车的掉道问题进行了研究，结合自身矿井单轨吊机车应用现状，设计了一种新型单轨吊防掉道装置，彻底解决了单轨吊机车的掉道问题，达到了有效保障单轨吊机车安全稳定运行的目的。

1 单轨吊的主要结构、分类及主要应用优势

单轨吊机车运输系统通过巷道顶板轨道进行运输，运输过程中主要依靠钢丝绳、柴油机、蓄电池以及风动装置提供提供机车所需的驱动力，保证机车的平稳运行。系统的主要组成部分包括单轨吊机车、轨道及辅助设备、运载设备及附件，其中轨道及辅助设备设计过程中需要根据实际需求进行轨道、挂板等零部件的选取，运载设备及附件设计过程中需要根据实际需求起吊运输梁以及集装箱型号的选取，单轨吊机车运输系统如图1 所示。

图1 单轨吊机车运输系统

根据运输过程中的动力来源不同，能够将其分成柴油机、蓄电池、风动以及钢丝绳牵引四种单轨吊机车，前两种动力源内置于单轨吊机车内部，设备整体性较好且结构简单，维修过程较为方便，因此深受煤矿企业欢迎。当前该领域较为常见的单轨吊包括芬瑞特/DLZ130F-8 柴油发动机单轨吊、德国沙尔DZ系列柴油机单轨吊、太矿电气DX 系列蓄电池单轨吊等。

相较于蓄电池单轨吊，柴油机单轨吊具有工作功率大、工作过程稳定以及使用寿命较长等优势，因此适用于大型设备作业场合，但是存在环境污染较为严重、使用成本较高等缺点；蓄电池单轨吊工作功率远低于柴油机单轨吊并且使用寿命较短，但是电能属于清洁能源、因此设备整体污染性较小，经济成本较低且维修较为方便，适用于小型作业场合。

传统的辅助运输方式如小绞车、无极绳绞车等，对巷道中布置的运输轨道要求较高、运输过程容易受到外界干扰、设备整体结构较为复杂且经济成本难以得到有效控制，不仅限制了矿井运输效率的提升，也难以保障施工人员的作业安全。相对而言，单轨吊机车系统能够适应复杂的运输环境、对于巷道顶板的轨道质量要求较低、设备整体结构简单、使用过程不易受外界环境干扰，降低了系统的故障率，确保了施工人员的作业安全。此外，单轨吊机车适应性较好，能够适应人员、物料以及设备等类型的运输任务。随着矿井自动化程度的不断提升，单轨吊机车运输系统在矿井中逐渐普及，显著提升了矿井的运输效率和运输质量。

2 常村煤矿单轨吊运输现状

常村煤矿的单轨吊运输系统是采用材料巷（材料上、下山）使用英国产700 型卡轨车和德国产DZ1800型柴油单轨吊车辅助运输，工作面采用DX60 型蓄电池单轨吊运送物料，对矿井的安全运输和各个生产系统的衔接，起到至关重要的作用，是一种适用性很强的运输系统。

1）悬吊方式：采区轨道上下山、工作面轨道和皮带顺槽等主要运输线路采用双悬吊锚杆悬吊方式；矿井回风巷、工作面瓦排巷和高抽巷等采用单悬吊锚杆悬吊方式。

2）轨道选型：采区轨道上、下山采用3 m I140V型专用轨道；工作面轨道和皮带顺槽采用2 m I140E型专用轨道；矿井回风巷、工作面瓦排巷和高抽巷采用3 m I140E 型专用轨道。

3）吊挂方式：巷道施工过程中，锚网巷道正常掘进或有断层等特殊地质构造段，单轨吊轨道采用悬吊锚杆吊挂；巷道施工过程中，顶板是泥岩、空顶时，巷道采用工字钢支护，单轨吊轨道采用工字钢小梁吊挂方式进行吊挂[4]。

4）悬吊锚杆规定：沿非煤顶掘进时巷道打设悬吊锚杆采用Φ22 mm×2 400 mm（沿煤顶掘进时采用Φ22 mm×3 200 mm）的悬吊锚杆，用3 支MSZ2350树脂锚固剂锚固，锚固力必须达到160 kN，外露长度80~120 mm；悬吊锚杆安装的悬吊接头开口方向与单轨吊轨道方向保持一致；禁止使用强力锚杆等其他锚杆代替悬吊锚杆；轨道悬吊链的铅垂偏角不得大于30°；采用8.8 级高强螺栓作为连接螺栓。

5）道岔规定：单轨吊道岔轨型与线路轨型相同，采用专用道岔；道岔及弯轨处安设斜拉张紧装置。

3 单轨吊轨道双锚杆吊挂方式存在问题

不能使双链同时受力，当有一根锚杆受到破坏时，另一根锚杆瞬间受到的冲击力很大，也会受到破坏，不能起到双保险的作用；

双锚杆吊挂方式最后承载力全部作用在一个U型环上，由于U 型环长时间使用，磨损严重，强度达到极限时，双锚杆吊挂方式同时也失去了应有的功能，从而导致单轨吊机车掉道事故，图2 为单轨吊双吊点示意图。

图2 单轨吊双吊点示意图

4 单轨吊改进背景和设计思路

单轨吊机车掉道事故是长期以来困惑辅助运输安全运行的最大难题，已经影响到矿井安全生产，对单轨吊轨道防掉道装置进行改进已经势在必行，为了彻底杜绝长期以来困惑的单轨吊机车掉道事故，真正做到安全、高效、快速运输，根据现有I140E 型单轨吊轨道现场使用情况，以及对运输8000 型支架和大型设备的设计要求，结合国外辅助运输专业最先进的I140V 型单轨吊轨道结构，研制了符合矿井井下需要的新型单轨吊防掉道装置[5]。

5 新型单轨吊防掉道装置设计

1）在悬吊链下方安装新设计的调解板，调解板两端的悬吊孔在悬吊链正下方不会对锚杆产生横切力，并且使两条悬吊链同时均匀受力，设备中间打设圆孔用以连接轨道吊耳，使之受力均衡、拉力增大、调距方便、安全性能高、起到双保险，具体结构如图3所示。

图3 单轨吊防掉道装置结构图

2）一个调解板上打设两根悬吊锚杆，利用调解板均匀受力，以此作为一个单元进行安装。先打一根锚杆，安装新型防掉道装置，然后再打设另一根锚杆，保证新型防掉道装置的组装精度。

3）每30 m 为一个安装循环，以第一组调解板为安装基准，保证轨道安装在一个水平线上，以减小轨道累积误差。

4）巷道出现高冒、顶板淋水大、围岩松软等变化环节时，单轨吊轨道采用双悬吊锚杆和新型防掉道装置悬吊方式安设轨道。

5）单轨吊道岔和弯道前后6 m 范围内单轨吊轨道采用双悬吊锚杆和新型防掉道装置悬吊方式安设轨道。

6）该装置安设使用后复用率达到100%，大大节约了成本的投入，为常村煤矿的安全高效生产奠定了基础。

7）该装置采用高强度材料，适合加工和热处理，并进行了拉力试验，新型单轨吊防掉道装置拉力试验为39.6 t，完全能保证现在最大件的需要，保证该装置的安全性[6]。

6 应用效果

新型单轨吊防掉道装置具有安装方便、调距方便、受力均衡、拉力增大、节约成本、安全性能高、能起到双保险作用等特点，抗拉能力强，机车承载力加大，使单轨吊轨道每个受力点都受力均匀，保证机车匀速运行，提高单轨吊机车运行效率，从根本上杜绝长期以来困惑常村煤矿的单轨吊机车掉道事故，从而消除因锚杆拔出和剪切断裂带来的机车掉道事故。自从常村煤矿应用单轨吊防掉道装置后，单轨吊不再出现掉道问题，真正做到安全、高效、快速运输，从而保证矿井安全生产。该装置在全公司内推广使用，为公司辅助运输安全高效运行奠定基础。

7 结语

安装新型单轨吊防掉道装置，实现了煤矿安全生产运输，促进了矿井的安全和谐发展，其社会效益不仅在于本矿，对其他矿井乃至其他行业也有一定的借鉴作用和指导意义，无论是从生产效率还是从安全文化建设角度来看，新型单轨吊防掉道装置设计理念都是值得被推广。