一、东瑞煤业概况
山西煤炭运销集团古县东瑞煤业有限公司煤矿（以下简称井田），位于古县前窑沟村，行政区划属古县北平镇管辖，山西省国土资源厅批准开采2-9号煤层，生产规模600kt/a，矿区面积4.8713km2。
辅助运输主要承担掘进期间物料的运输以及未来工作面的安装任务，主要设备包括液压支架，矿车及支护材料等，设计所运输最重单件为液压支架，其端头支架重量为13T，宽1430～1600mm，高1300～2800mm；中间架重量为8.5T，宽1430～1600mm，高800～1500mm；运输完液压支架还承担支护材料等辅件的运输。
采区轨道大巷全长1386米，最大坡度为15°。主要运输支架、采煤机部件、转载机部件等大型设备，轨道巷为设备主要运输巷道，巷道断面为4000mm ×3000mm，巷道局部有假顶段3处。
二、方案选择
经与有关生产厂家有经验的专家现场勘查，结合各方面意见，现形成以下几种方案：
1、无极绳绞车辅助运输技术方案
1.1 巷道基本参数：
要求最大运输距离1400m，最大坡度15°；轨距：600mm；轨型：30kg/m；最大运输重量（含平板车）：16T；电压：660/1140V
1.2 选型设计计算：
1.2.1 绞车牵引力计算；根据实际工作需要，按一次运载最大重量20吨。
按实际工况计算：
F最大载荷＝（G1+G0）g（sinβmax+μ1cosβmax）+2qgLμ2/1000
＝（20）×9.8（sin12°＋0.015×cos12°）＋2×0.25×9.8×2.07×1400/1000＝57.82（KN）＜80（KN）
说明：F最大载荷——实际情况下提升所需要的牵引力
G——最大牵引重量
G。——梭车自重
μ1——梭车滚轮摩擦阻力系数，μ＝0.015
μ2——钢丝绳摩擦阻力系数，μ＝0.25；
q ——钢丝绳Ф24单位长度重量2.07kg/m；
L ——运输距离；
钢丝绳暂先考虑选择：φ24NAT6×19S+FC1670 GB/8918
钢丝绳参数如下：
根据以上计算F最大载荷最大运距最大倾角情况下提升所需要的牵引力，选用牵引力为80KN的无极绳绞车；完全满足实际需用要求。
所选型号为SQ-80/110B双速无极绳绞车。
1.2.2 绞车使用功率验算：
N＝F最大载荷•V/η＝57.82×1.0/0.85＝61.22（kw）＜110（kw）
说明：V——牵引速度0.90m/s
η——绞车传动效率为0.85
选用110kw绞车功率富余量为（110-61.22）/110×100%＝44.34%>10%
1.2.3 运输能力验算
SQ-80/110B无极绳调速机械绞车慢速时牵引力为80KN，速度为1.0m/s；，快速时牵引力为50KN，运行速度为1.7m/s。
T=1400/1.0/60=26（分钟）
T=1400/1.7/60=15（分钟）
摘挂钩时间按10分钟考虑，进出一趟则为20分钟
运输一趟（来回）总用时为：26+15+20=61（分钟）
综上所述：运输一趟所用最短时间在66分钟左右。
矿方需配备：轨道大巷安装无极绳绞车1部，2#煤进、回风顺槽需安装型梭车2部，绞车2部、回柱机1部；
2、单轨吊辅助运输技术方案
2.1 单轨吊选型
2.1.1 运输大件
在最大坡度12°时运输最大设备（20T），考虑使用蓄电池单轨吊机车进行运输：选DX100蓄电池单轨吊机车（5驱），额定牵引力为100KN，机车自重14T，机车宽度0.96m，长度21.5mm（裸车长度）；计算如下：
F（最大牵引力）=【14T（机车自重）+4T（20T起吊梁自重）+20T（最大运输物料重量）】•g（9.8）×sin12°（最大爬坡角）+【14T（机车自重）+4T（20T起吊梁自重）+20T（最大运输物料重量）】•g（9.8）×cos12°（最大爬坡角）×0.03（滚动摩擦系数）=88.35kN≤100KN
在最大坡度15°情况运输最大设备时，单轨吊机车满足运输要求。
2.1.2 运输物料
运输物料时，使用蓄电池单轨吊机车运输，搭配3套6T梁，每次可运输矿车6辆，使用DX80蓄电池单轨吊进行运输，额定牵引力为100KN，机车自重12.5T，机车宽度0.96m，长度20mm（裸车长度），计算如下：
F（最大牵引力）=【12.5T（机车自重）+1T×3（3套6T起吊梁自重）+1.5T×6（物料重量）】•g（9.8）×sin12°（最大爬坡角）+【12.5T（机车自重）+1T×3（3套6T起吊梁自重）+1.5T×6（物料重量）】•g（9.8）×cos12°（最大爬坡角）×0.03（滚动摩擦系数）=56.97kN≤80KN
在运输物料时，蓄电池机车满足运输要求。
综合考虑，为满足运输需求，建议采用DX100单轨吊运输液压支架等大件设备，使用DX80机车运输物料，使用两台单轨吊组成运输网以满足任务，DX100单轨吊机车完成运输支架任务后也可以运输物料，保证矿方的运输要求。
2.2 单轨吊工作效率
轨道大巷长1386m，2#煤顺槽长1100m，效率计算如下：
2.2.1 柴油车运输支架： 去程满载平均速度：1m/s
行驶时间：2586m÷1m/s≈43.1分
回程空载速度：2m/s
行驶时间：2586m÷2m/s≈21.5分
转载时间：10分卸载时间：10分
共计：t=43.1+21.5+10+10=106.5分≈1.4小时。
按照每天正常运行24小时，每班更换蓄电池一次，共90分钟（每次30分钟），集中检修一次2小时计算，机车有效运输时间为20.5小时，每天可运输液压支架14趟，考虑矿方初次使用单轨吊运输，结合实际使用经验，每天可运输液压支架11趟。为提升运输效率可考虑两台机车同时进行运输。
2.2.2 DX80机车运输物料：去程满载平均速度：1m/s
行驶时间：2586m÷1m/s≈43.1分
回程空载速度：2m/s
行驶时间：2586m÷2m/s≈21.5分
转载时间：10分卸载时间：10分
共计：t=43.1+21.5+10+10=106.5分≈1.4小时。
按照每天正常运行24小时，每班更换蓄电池一次，共90分钟（每次30分钟），集中检修一次2小时计算，机车有效运输时间为20.5小时，每天可运输重型物料14趟，共运输矿车84辆。
2.2.3 轨吊机车连续空载条件下，工业试验运行距离为32km；根据机车实际使用及现场工况条件，单轨吊机车满载情况下运输距离为16km。根据现有条件往返一次运输路程为2586×2=5172米，故：17000m÷5172m =3.3趟（往返）；考虑到实际使用过程中的问题，建议为机车配一块备用电池。
3、设备配置
为协助单轨吊工作，结合实际工作环境及经济性，拟用设备：DX100防爆蓄电池单轨吊1台，DX80防爆蓄电池单轨吊1台，6T起吊梁6套，14T起吊梁1套，20T起吊梁1套，换电池车4台，备用电池2块，I140E轨道2600m，道岔2副，弯轨4副。
4、轨道铺设
轨道采用德国工业标准（DIN20593）的专用轨道I140E，采用标准直轨，每节2.25m，宽68mm，高155mm，中板厚7mm；材料屈服应力500MPa。单根轨道允许垂直夹角3.5°，水平夹角±1°。巷道弯轨水平曲率半径不得小于4m，每节弧长不大于2m，弧长大于1.6m时，在其中点设一吊耳；垂直弯轨曲率半径不小于10m，每节弧长不大于2.25m，弧长大于1.6m时，在其中点增设一吊耳。
轨道采用双锚杆单悬挂板链条悬吊方式悬挂。轨道的悬挂点由双锚杆悬吊，单根锚杆锚固力不小于100kN，悬挂板由两锚杆固接后与链条销接，链条通过U型环与轨道吊耳销接。
5、系统设计
系统设置转载区和充电检修区各一处。
5.1 转载区：转载区位于井底车场，物料以及设备通过绞车或电机车牵引到转载区，单轨吊对其进行起吊；转载区设置双道铺设，轨道中心与地轨中心重合，便于单轨吊的起吊。
矿方目前的巷道净高3m，净宽4m；单轨吊在转载区对巷道的高度要求为3.4m，宽度要求为4.9m（悬挂20T起吊梁）；巷道目前不满足运输要求，需要对巷道进行调整。
若所做工程较小，前期运输时使用14T起吊梁进行运输，要求巷道净宽4.1m，需修正巷道100mm（物料存放区）。
5.2 充电检修区：
要求具有独立回风系统，设有两个充电位，在巷道两侧布置，机车更换电池时，先将没电的电池至于空位，然后挂接充好的电池。电池更换时，通过电池更换小车完成，小车可以水平行走。电池更换小车用轨道为矿用24kg/m—30kg/m轨道，对此轨道要求为，长度≥45m（确保整辆车可以完全停靠，悬挂3套6T梁长36.5m）。
考虑到矿方目前巷道不能满足此条件，在回风绕道处做充电区，只需将机车带带电池部分开到此处进行更换，对此处的巷道长度要求为≥12m，宽度≥3.2m。
6、分类设计说明及预算
6.1 只考虑轨道大巷使用单轨吊进行运输：
只在轨道大巷使用单轨吊进行运输物料，单轨吊运输支架时需将平板车一起运输，到顺槽口将支架和板车落下，通过其他辅助运输设备将物料牵引至工作面。巷道全长1386米
在井底转载区和顺槽转载区，要求单轨吊轨道中心和地轨轨道中心重合，便于起吊和转载物料。
巷道全长1386米，考虑转载区双道铺设和充电检修区长度，总计需要1500米轨道。
高度H=600mm（巷道顶至轨道底高度）+700mm（轨道底至起吊梁底高度）+1500mm（支架高度）+300（小车高度）≥3100m
宽度W=500mm（左帮安全距离）+1800mm（机车悬挂20T起吊梁宽度）+500mm（右帮安全距离）≥2800mm
目前巷道净高3m，净宽4m，巷道宽度满足运输要求，高度不满足运输要求，需对巷道进行拉底或调顶梳理。
巷道局部有假顶路段，需要假设工字钢和U型棚，架设完以后保证工字钢和U型棚距地高度≥3.3m，才能满足运输要求。
6.2 考虑轨道大巷和2#煤运输顺槽使用单轨吊进行运输：
在轨道大巷和2#煤运输顺槽使用单轨吊进行运输物料，可将支架或物流直接从井底车场运输到转载区，运输时无需运输平板车，中间无需二次转载，可最大限度发挥单轨吊的优势，巷道全长约2750米，使用单轨吊运输时对巷道要求如下：
高度H=600mm（巷道顶至轨道底高度）+700mm（轨道底至起吊梁底高度）+200mm（安全高度）+1500mm（支架高度≥3000m
宽度W=500mm（左帮安全距离）+1800mm（机车悬挂20T起吊梁宽度）+500mm（右帮安全距离）≥2800mm
轨道大巷净高3m，净宽4m，满足运输要求，局部高度不够的可以拉底，调顶处理；2#煤运输顺槽净高2.5m，净宽4m，巷道宽度高度都不满足运输要求，需要对巷道进行处理。
若2#煤使用14T运输梁运输支架，巷道宽度需要3.7m≤4m，高度需要矿方进行处理。
三、对比：
1、经济性比较
1.1 成本比较
1.2 运输效率比较
运输效率上来说单轨吊要远远高于无极绳绞车，如大型液压支架的运输单轨吊可实现整体无转载运输，直接送至工作面，中间没有其他环节，同时单轨吊可服务与多条巷道和多个工作面，即停即走方便快捷。而无极绳则不可以，运输过程中需要多次转载，中间需要绞车间的交替运输，增加了人员操作和转载时间。据了解，一次搬家倒面对比，采用单轨吊运输比采用无极绳绞车可节约10天左右。
2、安全性对比
2.1 斜巷无极绳绞车运输存在运输环节多，运输操作人员多，占用设备多，占用空间大，轨道运输系统复杂，巷道起伏不平，因此存在隐患环节多，不便于日常运输管理。
2.2 单轨吊运输环节少，运输连续性强，一次装车可直达使用地点，需要设备少，人员少，空间小，轨道运输系统相对简单，安全性强。
2.3 集团公司要求各地市公司辅助运输不再采用无极绳绞车运输，推荐采用单轨吊运输。
四、总结
综上说述、无论从经济性比较，还是安全性比较，我们建议东瑞煤业辅助运输系统采用单轨吊运输。
论文作者:崔许锁
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/2/15
标签：单轨论文; 巷道论文; 轨道论文; 绞车论文; 机车论文; 物料论文; 支架论文; 《基层建设》2018年第36期论文;