摘要：在分析国内井下人员运输现状的基础上，经过理论分析计算和方案比选，提出了井下人员高速运输的解决方案，使用新设计的电机车和人车，经过现场试验修正后，确定了井下人员高速运输方案和设备。
关键词：制动距离；电机车；平巷人车；关键技术
Underground Staff Rapid Transport Solutions
Dong Linhua1 CRRC YONGJI ELECTRIC Co.，Ltd，Yongji 044502，china.Ren Haiping2 Yangquan Coal Industry，Yangquan 045000，china.
Abstract：Based on analysis of underground staff transport at present situation in domestic，this article put forwards underground staff rapid transport solutions by theoretical analysis calculations and plans selection and defined underground staff rapid transport plan and equipment，using new designed electric locomotive and vehicles and field test correction.
Key words：Braking distance，electric locomotive，gateway vehicles，key technology
0 目前
国内各类矿井井下轨道运输系统，承担着井下的煤炭、人、矸石和辅料等运输任务。煤矿安全规程中规定，对长度超过 1.5 公里的主要运输平巷，上下班时应采用机械运送人员。平巷人车的主要作用是在平巷中输送人员，平巷人车由电机车牵引，编组成列运行，构成了矿井井下人员轨道运输的固定搭配。
对经过多年开采的老矿井，为挖掘新的煤炭资源，一般都是采取扩大井田边界，向深部发展的办法。随着井田边界的扩大，将造成井下人员运输距离的增加，为提高平巷人员运输效率，减少人员在途时间，开发高速人员运输系统成为矿井技术改造的重要课题。
1 国内目前平巷人员运输现状
构成平巷人员运输系统的主要设备是电机车、人车和与之配套的空中架线、地面轨道系统。在目前情况下，国内主要设备的现状如下：
电机车大部分在用的是10吨直流传动电机车，额定速度只有10.4km/h，调速方式采用的是电阻调速，能耗高。部分使用的20吨交流变频调速电机车粘重大，调速特性和制动特性好，额定速度较高，多用于主输系统，没有双向驾驶功能，不能实现高效率的调车作业；其制动方式在牵引人车高速运行制动时，容易造成人车脱轨事故。
平巷人车现有人车采用连接环连接，活动空间过大，影响高速运行时起步和制动要求；其转向架采用转向盘式单支点固定，造成高速运行时中重心不稳；由于没有制动系统，满足不了高速运行时的制动要求；人员出入口多采用保护链或保护栏杆，高速运行时影响乘坐人员的舒适性。
地面轨道和空中架线与主运输共用。
2 实现人员运输系统提速需要解决的问题
由于是井下人员运输，制动距离必须符合《煤矿安全规程》的有关规定：“运送人员时不得超过20 m”。在提速的情况下，必须保证制动距离不超过20m，是人员运输系统必须解决的问题。
依据列车制动距离公式：
式中：LZD———列车制动距离，m；V———列车制动前运行速度，m/s；
PN———机车的粘着质量； ψ———机车的黏着系数；
ωzh———列车阻力系数； ip———轨道线路平均坡度；
n———人车数量； g———重力加速度，g＝9.8 m/s2；
mi———人车质量； ml———人车名义载重量；
P———机车质量；
从公式中看出，要在预想的速度下缩短制动距离，可以减小n、mi、ml，但运输时希望多拉快跑，所以，增加机车的粘着质量PN和机车的粘着系数ψ是减小制动距离的有效途径。
由于现有的10吨电机车额定速度仅为10.4km/h，达不到提速的要求，可行的途径是轨道重型化和电机车重型化。一是将现有的30kg/m轻轨换成43kg/m的轨道，更换配套的道岔，这样由于车轮与轨道的接触面积增大，增加了机车的粘着系数；二是增加列车的粘着重量：（1）选用重型机车；（2）采用前后机车牵引；（3）人车增加制动装置。
由于现有的20t交流变频调速电机车具备提速到30km/h的基础，故在此车基础上进行了改进设计，经过计算比选，采用与20t交流变频调速电机车走行部相同、具有两端驾驶功能的16t变频调速电机车作为牵引车，以下制动距离计算按两端司机室16t电机车进行：
16吨电机车的粘着质量PN＝16t=160KN；取ψ＝0.24；ωzh＝10.5；ip＝3；人车按能满足构造速度30km/h的PRC12-6/3型人车计算，人车质量自重mi=8t=1800kg；人车名义载重量ml，设每人重70 kg（共12 人），计12×70=840kg；
1）以16t机车牵引25节人车，按v=4m/s计算，LZD=16.19m，说明16t车可以满足4m/s速度下的使用要求。
2）以16t机车牵引25节人车，按v=6m/s计算，LZD=36.44m。超过20m制动距离的要求。
3）以双机16t机车牵引25节人车，按v=6m/s计算，LZD=23.06m，超过20m制动距离的要求。
4）为了缩短制动距离，满足《煤矿安全规程》的要求，在人车上加装空气制动装置，隔一台车安装一套，这种情况下，制动距离计算公式变为：见公式（2）
式中，G按12台人车加装制动装置进行计算，η为人车粘滞系数按0.17选取，制动距离计算结果：LZD=16.50m。符合《煤矿安全规程》的要求。
由以上计算结果可以看出，以16吨双端司机室变频调速电机车牵引带有制动装置的人车2 5节（隔一节带制动装置），以6m/s的速度运行时，不仅提高了人员运输效率，而且能够满足不超过20m制动距离的要求，是解决井下人员高速运输的一个理想方案。为满足人员运输高速、安全、舒适的要求，新设计了CJL16/6P变频调速电机车和PRC12-6/3平巷人车，给方案的实施提供设备保障。
3.电机车和人车设计的关键技术
3.1电机车
1）在外形尺寸限制情况下，设计布置两端司机室，具有双向驾驶功能；
2）配备语音报站功能，解决电气信号在列车全长度范围内的衰减；
3）为保证高速运行条件下，实现小距离制动，制动系统采用排风制动；制动时需要防止列车撞击和脱轨；
4）配置闸瓦故障显示、失效报警功能，提高列车运行的安全性；
3.2人车
1）人车增加空气制动系统，制动方式采用排气制动；
2）走行部采用外侧轴箱弹簧悬挂结构，设计新增加了轴箱及减震缓冲弹簧，改善了车辆的动力学性能。同时，增大车轮踏面，减小了脱轨风险。
3）牵引连接器设计了硬连接装置，防止制动时人车的撞击，采用橡胶弹簧缓冲装置，保证起动、制动的平稳性，连接装置还设计了自动防脱钩机构；
4）配备空气和电缆快速连接装置，可满足列车的快速编组要求。
4、现场验证
按照一台CJL16/6P电机车牵引25台PRC12-6/3平巷人车的编组方案，同时对轨道进行了重型化改造，项目组在阳煤集团一矿进行了长时间试验，试验结果达到了项目多拉快跑且制动距离不超过20m的要求。在试验过程中，为了解决人车因制动而引起的脱轨问题，对电机车逆变器程序进行了多次试验修正，对电机车制动操作结构进行了改进，对人车的部分结构进行了更换，实现了列车平稳制动。项目投入正式运行后，人员运输时间由过去的160分钟缩短为67分钟，人员的乘坐环境和舒适度得到了提高。
5、结束语
本研究方案，从地面轨道系统、电机车、平巷人车进行了的全面改进，解决了井下长距离辅助运输的提速问题。将运输速度从原来的10.4km/h提高到21.6km/h，缩短了人员上下班的乘车时间，可以极大地提高有效工作时间，提高生产效率。通过在部分矿井的实施运用，已经产生了巨大的经济效益，具有广阔的推广前景。
参考文献：
[1]国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局《煤矿安全规程》煤炭工业出版社，2008.
[2]国家安全生产监督管理总局《煤矿用平巷人车技术条件》MT389-2007，中国标准出版社，2007.
[3]乔占明《关于煤矿电机车运输制动装置的探讨》山西煤炭，2003.
[4]庞德昆《矿用电机车的选型与计算》煤矿机械，2012.
作者简介：
1.董霖华（1966），山西万荣人，高级工程师，电话0.359-8075413，邮箱13835917856@163.com，手机：13835917856，通信地址：山西省永济市电机大街18号，中车永济电机有限公司。
2.任海平（1970），山西阳泉人，邮箱Sxren163@163.com，，手机：15935398357，通信地址：山西省阳泉市阳煤集团一矿运输工区。
论文作者:董霖华1,任海平2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/10/18
标签：平巷论文; 电机论文; 人员论文; 井下论文; 距离论文; 机车论文; 轨道论文; 《电力设备》2018年第17期论文;