煤矿单轨吊运输系统方案.doc
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尤洛卡矿业安全工程股份有限公司**办事处
**焦煤(集团)有限责任公司****煤矿
DC160Y防爆柴油机单轨吊运输系统
设计方案
尤洛卡矿业安全工程股份有限公司**办事处
2014年8月6日
1.矿方井下辅助运输的基本情况及要求
**焦煤集团****煤矿运载货物巷道长度8700米,最大坡度13°,最大运载物重量为25.3吨,长度8.9米,宽度1.6米,高度2.2米。
一次运载人员数量30人。
井下温度15-17℃。
2.DC160Y防爆柴油机单轨吊机车概述
柴油机单轨吊机车是一种挂在巷道顶板单轨上,以防爆柴油机为动力源,液压驱动运行的机车,它是专门为甲烷浓度1%以下的爆炸危险采矿区域的煤矿辅助运输而设计的,是一种多功能、高效率、多用途的煤矿井下辅助运输设备,能够完成井下设备和人员的运输工作。
由于该机车行驶于悬吊单轨系统,不受底板起伏条件限制,因此机车具有良好的通过能力;通过调节轨道悬吊链可调整道轨高度,因此轨道维护方便。
由于柴油机单轨吊机车采用柔性结构单元,模块化的结构使其能够恰如其分地适应多种不同的应用条件,因此达到了最适宜的空间灵活性。
煤矿辅助运输系统是矿井安全生产的主要组成部分。
传统无极绳绞车和卡轨车等运输方式受井下采掘地质条件响,辅助运输环节多,安全隐患多。
辅助运输事故在我国煤矿安全事故中排第三位,每年由于运输产生的安全事故多达数百起,死亡人数达数百人。
单轨吊天轨运输作为一种先进的运输方式,不受巷道底板地质条件影响,可实现多巷道贯通运输,提高了辅助运输的效率和安全性。
尤洛卡矿业安全工程股份有限公司研发的煤矿安全运输柴油机单轨机吊车系统,借鉴了国外同类产品的先进技术,结合我国煤矿井下运输特点,通过自主创新,实现了电液比例控制技术、计算机控制技术、通讯技术与传动设计有机结合,形成了全电传和电液控制的新一代煤矿辅助运输单轨吊机车系统。
计算机动态牵引控制技术的应用,优化了发动机功率输出,降低了发动机的废气排放,提高了柴油机动力系统的做功效率。
动力部分采用了康明斯防爆发动机和德国力士乐闭式变量泵控定量马达行走和辅助液压控制系统,具有安全可靠、牵引力大、操控简单灵活等特点,该机车具有完全自主知识产权,总体技术水平达到了国际领先水平。
3.系统组成及技术说明
3.1主机部分
DC160Y柴油机单轨吊机车由主机部、驱动部、驾驶室、机械连接元件、用于电信号传输的线路和电缆等各部分组成。
其中主机部包括:
防爆柴油机、变量液压主泵和补油泵、辅助泵、液压控制单元、风冷却器、燃料和液压箱、起动装置、灭火设备等。
DC160Y柴油机单轨吊机车由六缸直喷式KC6102ZYFB(A)防爆柴油机驱动,该防爆柴油机是在康明斯发动机的基础上,对发动机尾气的排放进行了优化。
该发动机的标称输出为80kW,使用排气涡轮增压器,按照直接喷射原理,防爆柴油机单轨吊机车排出的废气,在废气冷却箱的水浴中被冷却。
矿物油的使用符合国家相关标准,驱动轮夹紧在道轨上,制动装置采用弹簧蓄能制动方式。
照明和电子控制系统由一个防爆发电机(KBYF24)供电,驾驶室与主机部分之间的数据交换通过CAN总线来实现,该控制系统的主要任务是控制和显示机车运行状态。
3.1.1柴油机单轨吊组成如图1所示。
1234
图1柴油机单轨吊组成结构图
1-驾驶室;2-驱动制动部;3-连杆;4-主机;
30/30
DC160Y柴油机单轨吊机车组成示意图
3.1.2DC160Y单轨吊机车主要性能参数如下表所示
序号
项目名称
参数
1
最大牵引力:
kN
160
2
最大牵引速度:
m/s
空载
2.5
额定负载
0.5
3
限定速度:
m/s
2.5
4
最大坡道
30°
5
轨型
I140E或国产轨型
6
制动装置最大制动力:
kN
320
7
最小转弯半径:
m
水平
4
垂直
8
8
防爆柴油机
型号
KC6102ZYFB(B)
功率/转速:
kW/r
105/2200
油箱容积:
L
130
9
外形尺寸:
mm
960×1492×21500
10
重量:
kg
10400
11
变量柱塞泵
型号
A4VG250
额定压力:
MPa
32
12
液压驱动马达
型号
MCR5F470F180
额定压力:
MPa
32
13
驱动部数量
10
14
制动闸数量
18对
15
爬坡能力
5°
52t
15°
32t
25°
20t
3.1.3驱动图表
图2驱动对照图表
驱动图表说明:
左侧图表为牵引功率曲线,给出了不同牵引力下的最大允许运行速度。
右侧图表给出了不同角度下,运载重量与牵引力的关系。
在DC160Y机车行车电脑中已将该载荷驱动图表写入到计算机控制程序中,计算机根据实际载荷质量和爬坡角度自动计算出所需牵引功率和最大允许行车速度。
3.2起吊梁
起吊梁主体构件采用优质合金钢焊接而成,液压执行元件采用进口元器件。
起吊梁具有可靠性高、承载强度大、安全、操作简单、易于维护等优点。
为保证起吊安全,起吊梁具有起吊重量自动检测与显示功能,并能将数据传输到主控制系统的控制面板上。
起吊梁主要参数
型号
QY40
最大载重(t)
40
外形尺寸(m)
13.5X1.8X0.7
额定工作压力(MPa)
12
起升速度(m/s)
<2.6
重量(t)
4.5
3.3气动道岔
道岔采用气动控制原理,司机可手动或在驾驶室上通过遥控器,控制气动电磁阀得电或断电,使气缸控制活动道轨的摆动与锁定,具有结构简单,安装与维护方便,操控简单等优点。
3.4轨道及悬挂
悬挂轨道采用I140E轨道,为增加安全可靠性,轨道腹板增大至8mm,承载强度大幅提高。
悬挂吊耳采用优质合金钢锻造而成。
每根轨道焊后全部经过承载强度测试,确保安全可靠。
3.5跟踪定位监测系统
机车定位系统是采用基站与机车无线射频通信来获取机车位置、行车速度、牵引力等机车信息,并以CAN总线及以太网组成的通讯网络传送到地面调度管理中心,实现对机车的实时跟踪、监控、调度。
3.6悬挂轨道随车监控系统
悬挂轨道随车监控系统采用射频通讯和锚杆应力智能传感技术、实时获取运行前方悬挂轨道锚杆的预紧力信息,实现机车对前方轨道的安全预警功能,遇到锚杆失效安全预警时,提醒驾驶员实施紧急制动。
4.DC160Y防爆柴油机单轨吊机车主要功能特点及先进性
1)机车驱动控制系统采用电传、电液控技术,由CAN总线控制,实现了指令控制运行和多重制动保护。
2)基于无线通讯网络的随车定位测控系统,兼容3G、WiFi、Mesh433无线通讯等接口协议。
井上调度中心可实现车辆定位、跟踪监控、信息调度功能。
3)锚杆预紧力安全监测系统,能自动实时监测机车前方30米范围内锚杆预紧力状况,当锚杆预紧力异常时,能及时预警及自动停车,确保行车安全。
4)电控及保护系统采用冗余设计,机车运行更可靠和更安全。
5)控制计算机辅助驾驶系统设计,为上坡提供辅助动力和防溜车,驾驶操作更安全、便捷。
6)行进倾角动态自动检测功能,控制计算机实现了动态牵引力控制。
7)具有动态载荷监测功能,起吊物重量可自动检测显示。
8)根据行进载荷大小和路面倾角的变化,计算机自动改变驱动轮夹紧力的大小,降低了发动机能耗、减少了驱动轮的磨损。
9)机车采用分散驱动、制动和可变驱动自动控制,具有强劲的牵引力,载荷可达40t,坡角可达30度以上。
10)智能化仪表、LCD彩色图形化界面,动态显示机车运行工况。
11)随车司控气动道岔系统,方便驾驶员在驾驶室内对行进轨道选择操作。
5.单轨吊机车与无极绳运输、绞车运输方式的对比
煤矿辅助运输是指井下的材料、设备和人员的运输,有时也包括矸石的运输。
多年来,我国煤矿辅助运输作业变化不大,基本上还是小绞车、回柱绞车、小蓄电池机车在普通轨道上牵引卡车、运料或平板车,装载则是利用手动葫芦或撬棍,甚至人推肩扛,占用大量人力物力,严重阻碍着矿井产量和劳动效率的提高,与国外相比差距很大。
例如大屯公司日产原煤800吨,辅助运输用工月1000人,折合1万吨煤用工1200人;而德国威斯特发伦矿日产1.5万吨煤,辅助运输系统用工不到100人,折合1万吨煤用工不到70人,只相当于我国矿井辅助运输系统用工量的1/17。
自从发展综采机械化采煤以来,采煤机、运输机和液压支架等设备的单体重量均很大,每个综采工作面设备总重量达1000~1200吨。
一套重型综采设备,我国用传统的运输设备和方法,从地面运至井下再安装到工作面,一般需要8000~10000工班。
某个工作面采完,全套设备搬至同一采区的新工作面,一般需要4000~6000工班;而德国采用单轨吊辅助运输设备加上科学的劳动组织,一般只需400~500工班了。
从综采设备搬家用工量上对比,我国目前比德国先进矿井要多用10~50倍工班。
从矿井安全生产的角度看,辅助运输环节的薄弱往往是造成伤亡事故的重要因素之一,今年来我国调配煤矿伤亡事故中,辅助运输系统占20~30%,仅次于顶板事故而居第2位。
煤矿辅助运输的落后,已成为制约建设现代化矿井和提高矿井全员效率的最大障碍之一。
发展单轨吊机车辅助运输机械化,不仅可以大量节省人员,减员增效,增加工作面产量,大量减少设备搬家停运时间而提高设备利用率,从而节约设备折旧或租赁费用,还能改善采掘工人和辅助作业的劳动安全条件,所以煤矿辅助运输机械化是当前我国煤矿技术发展的关键和当务之急。
5.1无极绳连续牵引车
无极绳运输属于钢丝绳牵引轨道运输的范畴。
它是我国煤矿使用较早的一种运输方式,在小煤矿,它作为主要运输机械;在大中型煤矿,它作为辅助运输机械。
主要用于井下大巷实现材料、设备运输,特别适用于大型综采设备的运输牵引,可适应于有一定坡度且起伏变化的轨道运输。
尽管近年来出现了许多先进的诸如单轨吊车、卡轨车等辅助运输机械,但从总的使用数量上看,无极绳辅助运输仍占主导地位。
无极绳运输的原理是将钢丝绳接成一个封闭圈,两端分别套在两个绳轮上,其中一个绳轮为主动轮,另一个为张紧导向轮,当主动轮旋转时,靠其与钢丝绳之间的摩擦力,牵引钢丝绳连续运输。
系统配置有绞车驱动装置、张紧装置、梭车、尾轮、压绳轮、弹簧压绳轮、托绳轮和转向装置等;系统直接利用井下巷道底板有一定坡度()的直巷道或弯曲巷道系统,可实现材料、设备以及液压支架整体运输。
表1是SQ-90/90WY型无极绳连续牵引车技术参数一览表。
表1SQ-90/90WY型无极绳连续牵引车技术参数一览表
由上面介绍可以看出无极绳优点是:
适应性强、维护简单、价格便宜、能够运输大型设备、能转弯、能适应10度以上倾角变化;其缺点是:
运输线路固定,运输距离一般小于两千米,对底板和轨道要求较高,断绳会导致重大运输事故,运行需配备相应信号通信系统,自身能量损耗大。
5.2矿用调度绞车
矿用绞车是在矿井生产中不可缺少的重要生产设备之一,根据煤矿生产特点,常用的绞车有:
在倾斜井巷用来提升煤炭、矸石等物料的提升绞车;在平巷保证车辆周转用来调度车辆之用的调度绞车;在采煤工作面用于各类机电设备的搬迁、拆除和回收等;在平巷和缓倾斜井巷用来运送物料的无极绳绞车等。
矿用绞车又按不同的方式进行分类:
(1)按照滚筒直径大小可分为2.8m、2.0m1.6m、1.2m、0.8m等绞车;
(2)按照滚筒数目可分为单滚筒绞车和双滚筒绞车;
(3)按照钢丝绳缠绕方式可分为缠绕式绞车和摩擦式绞车;
(4)按照传动方式可分为齿轮传动和液压传动绞车;
(5)按照防爆性能可分为防爆绞车和非防爆绞车。
调度绞车技术参数表2所示
表2调度绞车技术参数
调度绞车只能用于直巷运输,不受巷道坡度影响,但存在断绳等事故隐患。
5.3单轨吊机车
单轨吊机车是将运送人员、设备和材料的各种功能吊车悬吊在巷道顶部单轨上进行运输的系统总称。
因它在巷道顶板或支架上运送荷载,故不受底板变形及巷道物料堆集的影响,能有效地利用巷道断面空间。
原则上讲,单轨吊机车的爬坡能力可达16o~35o,最小曲率半径水平4米、垂直8米。
单轨吊机车的爬坡能力的大小主要取决于系统自带驱动部的数量有关(如6个驱动部,其牵引力为120kN),此外还与吊运件的重量大小和坡道坡度有关。
单轨吊的制动力是牵引力的1.5~2倍。
装载是人工操纵换向阀驱动液压马达或液压缸把重物起吊,而不再用手动葫芦或撬棍,甚至人推肩扛,减轻了起吊作业的劳动强度。
尤洛卡矿业安全工程股份有限公司研发的煤矿安全运输柴油机单轨机吊车系统,借鉴了国外同类产品的先进技术,结合我国煤矿井下运输特点,通过自主创新,实现了电液比例控制技术、计算机控制技术、通讯技术与传动设计有机结合,形成了全电传和电液控制的新一代煤矿辅助运输单轨吊机车系统。
计算机动态牵引控制技术的应用,优化了发动机功率输出,降低了发动机的废气排放,提高了柴油机动力系统的做功效率。
动力部分采用了康明斯防爆发动机驱动德国力士乐闭式变量泵控定量马达行走液压控制系统,集制动、夹紧和起动等功能的辅助液压控制系统,具有安全可靠、牵引力大、操控简单灵活等特点,该机车具有完全自主知识产权,总体技术水平达到了国际领先水平。
5.4无极绳绞车、调度绞车及单轨吊机车的性能对比
设备名称(型号)
无极绳绞车(SQ-90/90WY)
调度绞车(JD25)
单轨吊机车(DC160Y)
主机重量(Kg)
8224
1354
10400
最大牵引力(KN)
90
18
160
机车功率(Kw)
90
25
105
适用倾角(°)
≦20
≦20
≦30
最大速度(m/s)
1.79
1.3
2.5
运输距离(Km)
≦2.5
≦2
不限
对底板平整性要求
高
高
无要求
连续转弯能力
受限
受限
不受限
自动装卸能力
无
无
自动起吊
车辆防溜车措施
自带
轨道安装要求
高
高
高
5.5新汶矿业集团协庄煤矿单轨吊机车的应用案例
新矿集团协庄为解决长期以来采区辅助运输采用小绞车运输方式存在系统复杂、占用人员和设备多、安全性差、能力小而制约综采、综掘辅助运输的难题,减少运输中间环节,增加安全运行的可靠性,该矿先后投入使用9部柴油动力单轨吊机车,取代了传统的小绞车运输,开创了采区物料不经转载连续直达的新型辅助运输模式。
柴油机单轨吊运输,运行机动灵活。
一台单轨吊可以在多变坡、多支线巷道中不经转载实现连续直达运输。
运行阻力小、速度块、效率高、用人少、轨道钢材比普通地轨明显减少。
适用于25°的上、下斜巷运输,牵引力大,在斜巷运输运输时可载重15T。
通过曲线半径水平为4米,垂直为10米。
单轨吊轨道吊挂在巷道顶板上,有利于巷道维护,载重运行不受巷道底板变形、积水和堆积物料的影响,并且单轨吊机车装卸工作由液压起吊梁实现。
减轻了工人的劳动强度,避免了装卸车时对人员伤害。
柴油机单轨吊作为综掘机高效掘进巷道的后配套辅助运输系统,同时作为工作面形成后的安装运输系统使用,可以节省安装工作面前的准备时间。
在综采工作面生产时既可以保证设备和材料的运送,同时,巷道综掘施工可在皮带机一侧同时敷设吊轨,距迎头保持50米,用来解决综掘迎头辅助材料和设备的运送,待工作面形成后吊轨系统也形成,吊轨系统即可作为综采工作面安装的运输系统,进行采煤设备及支架的运送。
柴油动力单轨吊机车运输在保证安全高效运输的同时,不仅促进矿井安全健康发展,而且实现节能降耗、减人提效的目标。
为消除运输隐患带来极其重大的社会效益及经济效益,为矿井的进一步发展创造更为有利的条件。
使用柴油机单轨吊运输系统后取得的效益
按传统的运输模式,-850二采区2206、2203W、2203E工组面安装撤除期间需配备的辅助运输设备每班至少占用3名小绞车司机、1名电瓶车司机、4名把信工、1名机电维修工、1名轨道维修工,三个工作面每天至少需要90人。
1402工作面安装撤除期间需安设各类绞车11部,电瓶车1部,每班至少占用11名小绞车司机,1名电瓶车司机、5名把信工,需要1名机电机电维修工,1名轨道维修工,每天至少需要57人。
实现单轨吊网络化后,-850二采区2206、2203W、2203E工组面和-850一采1402工作面每班只需一名单轨吊司机和一名巡道工,即可完成运送任务。
工作面安装撤除期间共减少物料运送人员135人。
4-3十一层采区顺槽应用单轨吊运输系统后,正常掘进时每两天所需物料,1名司机运送一班就可满足工作需要。
一套单轨吊运输系统可同时服务两个掘进工作面,每天可节约运料工3人。
掘进完成后,单轨吊运输系统既可作为综采工作面安装的运输系统,进行采煤设备及支架的运送,工组面安装撤除期间每天可减少物料运送人员5人。
6井下的安装及布置方式
6.1
整体运送支架时,设备高度为2.2米,重量32吨。
配置10座人车3台,其中一台带制动装置。
机车总布置如下:
6.1.1机车配置示意图
人车
40吨起吊梁
驱动制动部
主机
驾驶室
注意:
车辆运载货物时,甩掉人车;运人时,不允许运货物。
道岔
转载点
井口
井口外架空轨道
6.1.2**焦煤集团****煤矿机车轨道布置图
人车存放点
机车调头点
6.2三采区暗斜材料井运输模拟
三采区暗斜材料井横截面示意图
转运电牵引车轨道
说明:
由于运输支架高度为2.2米,为保证能顺利从平板车上起吊转运,需加高副井巷道,可进行落底处理。
截面尺寸如图所示。
6.3井底车场运输示意图
井底车场运输断面图
说明:
由于运输支架高度为2.2米,为保证能顺利从平板车上起吊转运,需加高副井巷道,可进行落底处理。
截面尺寸如图所示。
6.4运输巷模拟图
运输巷断面图
说明:
为保证高度2.2米的支架顺利起吊及运输,建议将皮带机安放到巷道较矮的一侧,这样基本不用加高巷道,可减少巷道的改动工程量。
6.5运输石门模拟
6.6井口外架空轨道模拟(可根据矿方要求制作)
井口外架空轨道模拟
运输石门断面
6.7轨道悬挂
(用于顶板平整巷道)
(用于顶板倾斜巷道)
6.5机车配置及报价单位:
万元
序号
设备名称
数量
单价
总价
备注
1
DC160Y防爆柴油机单轨吊机车
1台
580
580
2
QY-4040起吊梁
1台
55
55
3
制动车
1台
18
18
4
道岔
6台
12
72
5
轨道
8700米
0.05
435
含悬挂附件,不含锚杆及室外钢架
6
自动加油车
1台
20
20
7
人车
3台
10
30
8
合计
1210
7.系统安装及调试基本技术要求
1)锚杆客户自备,单根锚杆锚固力不小于80KN,每根必须进行拉拔试验。
2)悬挂链长度现场定制。
3)轨道间隙小于3mm,左右偏差±1mm,上下偏差±2mm。
4)每隔30米安装斜拉道轨,防止道轨摆动。
5)使用方负责锚杆锚固及道轨安装,设备出卖方负责技术支持与现场指导。
6)为保证最大设备顺利起吊与运输,巷道断面形状应不小于图示尺寸。
8.安全说明
1)锚杆安装必须严格按照规范操作,每根锚杆必须进行拉拔试验。
达到要求后方可安装道轨。
2)定期检查轨道及悬挂,排除安全隐患。
3)操作人员必须经过培训方可上岗。
4)机车运行前,应按操作使用说明书对车辆进行检查,并严格按说明书及规程操作。
尤洛卡矿业安全工程股份有限公司
2014年8月6日
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