单轨吊辅助运输在大倾角矿井中的应用实践

1、单轨吊车辅助运输方式在大倾角矿井中的应用1.矿井概况夹沟煤业位于宁武县洗马坊乡夹沟村南部，行政区划属宁武县洗马坊乡管辖。是宁芜煤业集团五大煤炭公司之一，井田面积2.7856平方公里，矿井储量2310万吨，设计井型0.9 mt/a；井田位于平静向斜中部，单斜构造，倾角12 29。井田内核定煤层为侏罗系2号和3号煤层，平均间距36m。整个井田划分为一个水平，即2号煤层为主水平，水平标高为+1420m。3号煤层为辅助水平，与2号煤层联合开采。2号煤层平均煤厚5.4米，局部有0 0.3米的假顶。直接顶板为砂质泥岩或泥岩，老顶为中细-中粗砂岩，底板为泥岩或砂质泥岩。斜井下山综合开拓，其中副斜井长220m

2、，倾角25，为跨层岩巷，自闭支护，半圆拱形巷道，净宽3.9m，净高3.9m，净断面13.58m2；材料下山全长650m，倾角0 23，锚、网、索、喷联合支护，半圆拱形巷道，净宽4.5m，净高3.8m，净断面14.93。2.单轨吊车介绍单轨吊车作为煤矿辅助运输设备，具有安全性强、驱动力强、适应性强、经济效益可观等优点，是适合我国大部分煤矿的辅助运输设备。2.1单轨吊车对巷道有较强的适应性2.1.1单轨吊车作为辅助运输设备，对巷道边坡有很强的适用性。电力机车运输坡度为15，内燃机车运输坡度为24。巷道平曲线半径可达4m，竖曲线半径可达10m，可适用于一般平巷、斜巷、采区变坡轨道平巷、大巷等巷道，适

3、应性强。2.1.2单轨吊车所需的巷道宽度相对较小。电力机车最宽设备只有1m，内燃机车最宽设备1.2m与地面轨道运输相比，这种设备对巷道安全净空要求不太严格，巷道宽度容易满足要求。2.1.3单轨吊车吊至巷道高度不高。运输综采支架时，巷道高度为支架最小高度加1.3m，可满足要求。2.1.4巷道支撑条件锚杆支护可用于支护巷道、棚巷等。适应性强。2.2单轨吊车被广泛使用。单轨吊车作为一种理想的辅助运输设备，应用范围非常广泛，可以在各种条件下运输多种设备材料和物料。运输类型单轨吊车不仅可以在采掘工作面运输各种材料和设备，还可以挂人车进行辅助运输。使用形式单轨吊车不仅可以作为综掘机和皮带的辅助支撑，还可以

4、在安装和回撤时用来运输材料和设备，还可以在工作面正常生产时用来供应材料。2.3单轨吊车驱动力变化大，运输能力大。单轨吊车具有多种形式的驱动力，驱动力可以从27kN到120kN，可以承载24吨以下的重量，是我国轨道交通辅助运输设备中运输能力最大的。如台矿电器开发公司生产的DX80型机车，一次可以运输3个6吨的集装箱，也可以一次运输1个24吨的综采液压支架。运输能力和驱动力大的特点更适合我国煤矿的特点。2.4单轨交通具有网络化的优势，可以充分节约运输资源。斜巷中使用的辅助运输设备，如轨道车、小绞车、梭车等。，多用于固定场所。一台设备只能服务于一条巷道或一段巷道，一个采区内多个采煤工作面和掘进工作面

5、需要配备多台设备，以保证辅助运输的需要。采用单轨运输，巷道之间的单轨轨道线路可以通过道岔、弯道等连接成一个整体。，形成完整的单轨网络系统。一台单轨机车可以服务于多条巷道的多个工作面，也可以多台机车服务于一条巷道集中运输，完成大运量的运输任务。3.矿井辅助运输方式的选择结合井田煤层赋存条件和副斜井坡度大、材料多、巷道长、中间转弯多、提升绞车功率大、辅助安全设施复杂、配套绞车房和通风巷道数量大等因素。该矿选用一台DLZ110F型矿用内燃单轨机车，使井筒成为一套提升设备，负责首采区从副井到单轨提升结束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81kW；气缸数量为4个；冷却方式为

6、水冷；自重6000kg；驱动轮直径为355毫米；最大牵引力140kN；最大速度2m/s；转弯半径水平4m，垂直8m；悬挂轨最大倾角30，机车最大载重20吨；MHZZ-16DUO液压提升梁，最大载重量32t；单轨吊车用BTS制动小车；SK-20客车；这辆车重200公斤。4.单轨吊车的设计与参数校核4.1设计基础4.1.1年产量:90万吨/年4.1.2工作系统:330d，16h4.1.3井筒特征:斜长220 m，倾角0 25；首采区材料下山长度，倾角650米，0 21首采工作面回风巷长度850m，倾角0 5；底部长度为200米；最大运输距离1920米，最大倾角25。4.1.4起吊方式:单轨吊车。4

7、.1.5松散矸石的堆积密度:1.6t/m34.1.6最大等级提升能力:每班3箱材料和设备；每班提升3箱矸石；每班放置的炸药和雷管数量:每班1箱；每班其他任务的数量；2箱/班；3m3自卸集装箱四个，每个重860kg；最大的一块是端头液压支架的分体块，最大一块重16t；大班最多人数:80人；4.2单轨吊车运输能力的计算4.2.1列车牵引能力的理论计算列车牵引时，机车的牵引力F(单位N)与列车的静阻力和惯性力平衡。F=Wo+Wi+Wa式中:wo基本阻力，n；wi斜坡的阻力，n；Wa惯性力，nWo=(P+Q)g 类型:P列车质量(机车自重6000kg，吊梁2000 kg，司机重量150kg，制动车40

8、0kg)；Q货物质量(运输最重件的重量:液压支架拆分后最大件的重量为16000kg)G重力加速度，取9.81米/秒2；列车运行的阻力系数，取0.02。Wi=(P+Q)g i按照上坡计算。类型:I单轨坡度，轴的倾角= 25，即I = TG25 = 0.466。Wa=(P+Q) a类型:-惯性系数；A列车的加速度，运输最大件时取0.1m/s2。= =1.0898类型:J每个承重轮对其轴的惯性矩，2kgm2；R承重轮半径，0.175米；GC承载物体的质量(包括2000kg起的吊梁)，24550kg；牵引最大件(16000kg)上坡所需的理论牵引力f为:F= Wo+Wi+Wa= 119721.5N=1

9、19.72KN4.2.2单轨吊车的选型根据倾角= 25的副斜井运输液压支架时最大上坡条件下计算载荷Q = 16000kg的运量需求，选用DLZ110 F-II型单轨吊车，其技术参数为驱动单元4+3(7驱动)，最大功率81kW。气缸数量为4个；冷却方式为水冷；自重6000kg；驱动轮直径为350毫米；最大牵引力140kN；最大速度2m/s；转弯半径水平4m，垂直8m；悬挂轨最大倾角30，机车最大载重20吨；MHZZ-16DUO液压提升梁，最大载重量32t；BTS型单轨吊车制动小车，自重200kg；SK-20客车，自重1200kg。4.2.3单轨吊车的选型计算根据矿山材料设备的需求和掘进矸石量，计

10、算单轨吊车数量，校核机车牵引和防滑情况。4.2.3.1中运输材料、设备和废石的列车数量:机车往返一次运行时间：=50min式中：Ty机车往返一次运行时间，min；L平均运距，1920m；Vp机车运行速度，1.6m/s；Ks速度影响系数，取0.8。机车往返一次全部时间：=58 min式中：T机车往返一次全部时间，min；Tf装载与调车辅助时间，8min。4.2.3.2运送下井人员的列车次数 运送人下井时间:=25 min式中：Tr从乘车点至下车点运行时间，min。运送人员的所需用全部时间:=28min式中： TR包括上下人时间的全部运行时间，min； Tsx人车上下人时间，3min。运送人员往返

11、时间: TR= 2TR=56min每班运人需用每班列车数：=2列班，取NR=2列/班式中： nR每班运人需用列车数，列/班； AR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：=1.625台，取2台。式中： N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 NR=1.87台，取2台根据运送人员和运送材料、设备、矸石的要求，考虑备用20%，总台数为3台。4.2.3.4机车牵引力计算运送人员需用牵引力：=51.66kN式中： F1运送人员所需牵引力，kN； P1机车质量，6000kg； P2人车质量，1200kg

12、； P4单人质量，75kg； P5制动车质量，400kg; P8司机体重 275kg; nr每列车牵引人车数，2辆； ZR每辆人车乘人数，20人；机车运行阻力系数，取0.02；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：=62.3kN式中： F2运送矸石所需牵引力，KN； P3矸石集装箱质量，860kg； P5制动车质量，400kg; P6吊运梁质量，2000kg； P7矸石集装箱装载质量，5000kg； ng每列车牵引集装箱数，1辆； n1每列车悬挂吊运梁数，1组。运送液压支架需用牵引力：=106.14kN式中： F3运送液压支架所需牵引力，kN； P5制动车质量

13、，400kg; P6吊运梁质量，2000kg； P8司机体重 275kg; P9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。DLZ110 F-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。4.2.3.5机车防滑计算DLZ110 F-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：=97.42kN运送矸石为：=57.18kN运送人员:

14、=47.42kN计算结果取大值，即为F4=97.42kN。防滑系数K，按下式计算：=2.162 满足安全规程要求。类型:K防滑系数；FZ机车制动力，额定为210kN重载下坡时机车制动减速度和制动距离的计算根据以上计算，单轨机车运输液压支架时，矿井单轨吊车重载运输所需牵引力最大，因此最大载荷为液压支架重量，最大坡度为25o。加速度和制动距离的计算如下:FZ+F0-FG =毫安F0 =(P+Q)g=(8550+16000)* 9.81 * 0.02 = 4816.7nFG =(P+Q)gsin =(8550+16000)9.81sin 25 o = 101.78 kna=4.6m/s2s = V2

15、/2a = 0.822米类型:FZ制动力210kN；F0-列车运行阻力；fg-惯性力；M机车和支架的总重量为24550kg；v速，2.75m/s；a制动减速度，m/S2；因此，单轨机车在最大设计速度2.75m/s、最大载重16000kg、最大坡度25o下行时，制动距离为0.822m，小于2.75m/s6s=16.5m，满足要求。功率校核计算根据以上计算，DLZ110 F-II型7驱单轨吊车在矿井最大坡度25o向上运输最大载荷16000kg的分离式液压支架，以最大速度0.5m/s运行时，所需最大牵引力为106.14kN，所需功率为:p = kfv = 1.2106.140.5 = 63.68 k

16、w 81kw满足要求。k-剩余系数，取1.2。根据断裂强度，连接装置主要受力部件的安全系数在运送人员时不得小于13，在运送货物时不得小于10。提升设备能够满足要求。5单轨巷道支护方式和支护强度的计算矿井单轨巷道采用锚网索基本支护或锚网索喷混凝土联合支护。单轨运行时，在基本支撑的基础上增加一组(2个)22*2.5米高的高强钢筋锚，以承载单轨附件、机车和运输设备及材料。因此，当基本支护满足设计要求时，新增支护强度计算如下:单轨机车运输液压支架时，矿井单轨吊车重载运输所需的锚杆拉力和剪切力最大，重量为:P6+P9 = 18000公斤P6吊梁质量，2000kg；P9液压支架质量，16000kg因此，当

17、巷道水平时，锚杆受到的拉力最大，载荷为运输液压支架的重量和提升梁的重量。单个螺栓的应力计算如下图所示:f1 = F2 = F3 = F4 = F5 = F6 = F7 = F8 = 2250公斤333X0FB1+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时最大FB为7883 * 2250/3000 = 5912.25kg。因此，单根锚杆

18、的拉力为:FDL = FB/2 = 5912.25/2 = 2956.13kg29.56 kn FLB FLDfl锚杆的设计拉力，90KN；FLD22高强钢筋锚具的理论拉伸荷载，186.3KN当巷道坡度最大时，锚杆将受到最大的剪切力。载荷是运输液压支架的重量和提升梁的重量。最大坡度为25o，单个螺栓的剪力FJQ计算如下:FJQ= FDL *sin25 =12.49KNFMJQFLD22高强度螺纹钢螺栓的理论剪切荷载，130.4KN因此，拉力和剪切力满足设计要求。6单轨吊车安全技术措施6.1运输前司机必须检查机车各部分连接是否完好，制动系统是否完好，驱动部分是否完好，电池是否充满电，各液压管路是

19、否有漏液现象。6.2检查所有吊梁是否完好。运送人员时，检查人车是否完好，防护链是否完好有效。没有保险链或保险链不完整的不准运输。6.3严格执行不能开车人员的安全规定。在单轨吊车运行过程中，单轨吊车下严禁有人员。6.4司机和列车员检查单轨轨道上没有水。禁止将上面的轨道淋湿，保持轨道处于干燥状态；当两条单轨运行时，它们之间的距离禁止小于50m。6.5起吊是否平稳如有散装材料，检查散装材料捆绑是否牢固可靠。6.6运输材料时司机应根据物料的重量和长度选择吊梁。严禁超载运输；司机应根据物料重量自行选择运行速度，但最快速度不得超过1.6m/s(单轨机车空载时速度为1.6m/s)。6.7运输材料和启动汽车时

20、。驾驶员应平稳启动汽车，缓慢驶出拖车点，并保持恒定的加减速。严禁突然加速和减速。6.8单轨吊车司机在运送材料过程中竖井内严禁行人。在其他地方，如果前面有人在工作或行走，要提前鸣喇叭，提前10m的速度停下来。只有当人们通过机车或找到逃生洞穴后，机车才能重新开始运行。禁止在道岔处升降物料和停留。机车通过道岔时，司机应提前减速，直至机车通过道岔。6.9机车运行到卸料点后司机提前将机车均匀减速停稳后，可以换道岔，放下物料。6.10材料卸载后司机和工作人员应收拾好起吊用的大链条和其他吊具，不得影响机车的正常运行。6.11单轨机车运送人员使用必须是专车，严禁用其他车辆代替人车。6.12单轨机车核定载人数机

21、车核载40人，即每辆单轨机车挂两人车，核定每人车人数为20人。严禁超载。6.13乘客你必须在指定的地方乘坐客车。严禁在指定地点以外乘车。你必须服从单轨吊车司机的指挥，以自然的姿势坐在客车里。所有乘客在车内就座后，挂上安全链，司机检查无误并鸣笛示警后，方可启动机车，并加速至1.2m/s平稳运行。6.14人汽车运行运输过程中保持1.2m/s的速度运行，严禁超速行驶；机车运行时，禁止乘客随意上下车。特殊情况需要下车的，下车前一定要和司机联系。人随身携带的工具一定要放好。禁止携带超长物体和易滚动物体。人在奔跑时，乘客禁止将头或手伸出车外，乘车过程中禁止相互玩耍。运营中遇突然停车，禁止乘客随意上下车，询

22、问情况或接到下车通知后方可下车；车辆运行时，如发现异常，司机必须立即停车，待处理后机车方可再次启动。6.15-客车运行至终点站。司机停下机车后，乘客可以依次下车。严禁中途不停车下车，严禁相互拥挤。7单轨吊车的安装、使用和检测7.1单轨吊车单轨有四种类型:直轨、弯轨、连接轨和过渡轨。单轨的规格和安装应符合下列要求:7.1.1使用特殊单轨型材。每根直轨长度不大于3m，采用I155专用轨。每根直轨的长度不超过3m。7.1.2曲线轨道的曲率半径曲线轨道的水平曲率半径不得小于4m，每节弧长不得大于2m，当弧长超过1.6m时，应在其关键点设置吊耳，垂直曲线轨道的曲率半径不得小于10m，每节弧长不得大于3m

23、，弧长超过1.6m的凸轨中点应增设吊耳单轨和道岔型号同一线路必须使用同一型号的单轨，道岔单轨应与线路单轨型号一致。单轨接头间隙不大于3mm，高度和左右允许误差分别为2mm和1mm，接头垂直摆角不大于7，水平摆角不大于3。道岔的轨型应与悬轨的型式一致，并应布置在不大于5的悬轨线区段内，道岔活动轨的摆角不应大于11。7.2对单轨悬挂装置的要求7.2.1单轨吊点的间距偏差要求悬挂单轨每个吊点间距偏差不大于15mm，10组吊点间距累计偏差不大于30mm。悬挂紧固件悬挂扣件应使用GB5780M2480螺栓和GB170M24螺母或10.9级高强度M2080螺栓和M20螺母。使用前应进行不小于150kN的集

24、中载荷取样试验。吊环吊环可采用16Mn钢或具有同等机械性能的材料，使用前应进行不小于150kN集中载荷的抽样试验。吊耳链吊环链条可采用符合GB/T 127189L标准的864高强度圆环链，使用前应进行不小于150kN集中载荷的抽样试验。7.2.5悬吊锚杆采用锚悬挂时，每个单轨吊点应采用双锚悬挂，单锚锚固力不小于90kN。在安装单轨之前，应对每个锚进行一次集中荷载试验，其预定锚固力为54kN。锚定板必须靠近车道壁，并用机械或扭矩扳手拧紧。锚的外露长度不应小于100mm，单轨的两条圆环链之间的夹角应在30至60之间。7.2.6当锚失效时。当锚杆用于悬挂轨道时，当锚杆在含有淋水段、复合顶板段、破碎顶

25、板段的煤层中的锚固长度和锚杆在岩石中的锚固长度不能满足700mm的要求时，需要钻深孔将锚杆悬挂改为锚索加托盘，然后用40T链条通过托盘悬挂。此时，距离锚索300mm左右的两根锚索和一根锚杆作为二次防护。7.2.7吊盘的固定吊起每根钢梁的一端，用锚杆固定吊盘时，用两根锚杆固定吊盘；当锚索用于固定吊盘时，两根锚索加一根锚杆用于固定每个吊盘。每个托盘挂锚时，必须用四个螺母加强保护；使用锚索吊挂时，必须用四把锁加两个螺母加强保护，固定吊挂托盘。用直径至少为20mm100mm的高强度螺栓将链条固定在挂板上，然后用大吊环套住链条下端，再用直径至少为20mm100mm的高强度螺栓将轨道固定牢固。当挂梁距巷道

26、顶板的高度超过1000mm时，需要用U形圈连接链条。固定板式轨道在巷道中，每10条直线轨道中安装一条带固定板的轨道，巷道条件不是很好。固定板轨道需要增加到2个、3个甚至更多，进行斜拉固定。斜拉链必须在轨道水平方向的上方且角度不能超过15，拉链与轨道方向的夹角应为40 60，轨道一侧的两条链条之间的夹角应为90左右，以保证整个轨道的稳定性。7.2.9维护和检修。7.2.9.1轨道的维护周期不得超过15天。如果7.2.9.2的巷道变形较大，维护周期应缩短至7至10天。使用7.2.9.3斜拉扣件时，需要随时间调整扣件，以保证斜拉链受力良好。8.结论和建议8.1单轨吊车的使用结论安装材料的节约从轨道上

27、看，轨道一般采用22kg/m轨道，需要双轨布置。此外，道钉、鱼尾板、枕木等。需要大量的材料。而单轨系统需要一条轨道，其重量不超过25 kg/m，除了悬挂链和悬挂锚之外，不需要其他材料，与地面轨道材料相比相对经济。8.1.2快速连续运行。从采煤工作面的生产连续性来看，一个综采工作面安装和拆除100个轻型支架，单轨运输需要14天左右，而地面轨道运输需要30天左右，可以提前16天，这样每次可以节省17天的设备租赁费。8.1.3减少环节，提高工作效率从用户的角度来说，使用传统的小绞车运输方式，每条巷道配备多台绞车，每台绞车需要一名司机和一名信号钩工，占用了大量的人员。对于单轨运输，只需在多车道安排一名单轨吊车司机和一名吊钩操作员，就可以解决所有问题。可见单轨运输可以节省大量劳动力，降低工资，也有利于安全管理