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做座煤矿井下连续牵引车的研究与实践

发布时间:2021-10-10 06:59:03 阅读: 来源:地热反射膜厂家

煤矿井下连续牵引车的研究与实践

随着煤矿井下综合机械化采煤技术的日益提高,综合机械化采煤的单产原煤年产量突破百万吨早已经成为现实,原煤的运输也实现了大运量带式输送机化。但是,与之不相适应的井下轨道辅助运输,尤其是采区顺槽的设备与材料运输基本上仍然沿用着传统小绞车群接力式的运输方式,运输路线长、环节多,占用搬运设备与人员多,安全性差、效率低。如何提高采区轨道运输效率和减少轨道运输事故,已经成为采区轨道运输探求新出路的当务之急。近几年来,兖州矿业(集团)有限公司与有关单位共同开展了科技攻关,找到了应用无极绳连续牵引车与综合机械化采煤相配套的安全、高效辅助运输新模式。

1 顺槽连续牵引车系统的研制与应用

兖州矿业(集团)公司生产技术处和常州科学技术开发研究所研制的SQ-1200型系列顺槽连续牵引车,综合了国内无极绳绞车和国外绳牵引卡轨车的特点,创造性地实现了综采(放)工作面顺槽牵引运输,具有采用普通轨道运输、张紧力恒定可调、钢丝绳储存量大、安全制动保护装置可靠等特点,总体技术水平国内领先,是一种符合中国国情的经济、实用、安全、高效的新型辅助运输设备。

SQ-1200型顺槽连续牵引车属于无极绳运输系统。此项成果直接利用井下现有的轨道系统,在工作面顺槽实现了不经转载的直达运输。绞车采用机械传动方式,滚筒与底座长度方向对称布置,设计有电液制动闸和带式手闸,绞车宽度不超过1500mm,结构紧凑,可靠性高。张紧装置采用重锤张紧原理,钢丝绳张力随牵引工况自动变化,钢丝绳寿命长。梭车容绳量不少于500m,并可实现断绳和超速自动保护,安全可靠。尾轮支承整个系统反力,可随工作面回采方便地移动。压绳轮对钢丝绳进行强制导向,适应起伏变化坡道,避免飘绳、掉道现象。托绳轮可减少钢丝绳磨损。

其中,37kW机组在鲍店煤矿井下投入使用以后,55kW机组又在济宁二号煤矿10。以下起伏变化坡道及1500m运距工况条件下成功地实现了20t液压支架的整体运输,彻底解决了一直困扰煤矿的井下综采(放)工作面顺槽辅助运输难题。目前兖州矿业(集团)公司已有20多套顺槽运输连续牵引车在井下生产运行,有10个以上的综采(放)工作面顺槽应用该项技术完成了液压支架运输,替代了传统的小绞车接力、对拉运输。

2 SQ-1200系列顺槽连续牵引车

兖州矿业(集团)公司常州科学研究所根据无极绳绞车工作原理,吸收借鉴绳牵引卡轨车的成熟技术改制而成的SQ-1200系列顺槽连续牵引车,是以钢丝绳牵引的煤矿辅助运输系统,主要用于矿井和顺槽巷道,可以在5°~14°坡道上实现材料、设备以及液压支架的整体运输,配备专用人车可以实现人员的运送。该设备自1998年研制成功以来,先后在各大矿区应用“在IWCS大会上,能够直接利用现有的轨道系统,使用效果良好。

顺槽连续牵引车的钢丝绳采用张紧装置,其张力会随着牵引工况而变化,并且由导向轮分绳,能够避免咬绳,减少了钢丝绳的磨损,延长了钢丝绳的寿命。张紧装置为无极绳运输系统提供了一定的初张力,张紧装置采用重锤式,可以吸收钢丝绳系统由于弹性变形而伸长的部分,并且为绞车提供尾张力,保证钢丝绳在卷筒衬上有较稳定的正压力,促进了绞车正常牵引,而不会使钢丝绳在卷筒上打滑。另外,张紧装置亦可以作为运输系统的监测装置。张紧装置的重锤会因工况的变化在一定区间升降,当运输系统出现故障(比如出现翻车掉道事故)的时候,张紧装置的重锤会突然剧烈下降,同时钢丝绳在卷筒上打滑,这种情况提示司机立即停机、检查处理故障。因此,张紧装置又可以作为牵引车的后备安全保护装置。由于尾轮固定简单,梭车储绳量较大,在顺槽使用时可以随着工作面的推进方便快捷地移动尾轮,缩短运输距离,而且余下的钢丝绳不需要截断,可以储存在梭车内。

最新研制的CQ-1200/110kW无极绳连续牵引车采用了开关磁阻电动机无极变速(0~2.3m/s),并且增加了遥控停止绞车的功能,进一步提高了安全系数。

3 顺槽连续牵引车填补国内空白

兖州矿业(集团)公司机械制修厂研制的SQ-1200型顺槽连续牵引车,系统配置方便灵活、操作简单、成本低、适应性强,可以实现顺槽的直达运输,是一种非常经济实用的高效辅助运输设备,填补了国内的一项空白。

SQ-1200型顺槽连续牵引车主要是由JW1200/60无极绳绞车、张紧装置、梭车、尾轮、压绳轮和托绳轮等组成的。张紧装置为重锤式,由框架、张紧绳轮、动轮组、转向轮和配重等组成,可吸收钢丝绳因弹性变形而伸长的部分,并为绞车提供尾张力。由于该系统用于双向运输,所以系统中设有2套张紧装置。张紧装置两端的2只导向轮是为分绳而设计的,避免了卷绳筒上入绳和出绳咬绳及中间相互交叉磨损。梭车用来牵引矿车、平板车、材料车等车列,具有固定钢丝绳和储存钢丝绳的功能。钢丝绳利用楔块固定,储绳筒最大储绳量为Φ21.5mm钢丝绳不少于450m。在运输支架的位置浇灌水泥基础预埋钢筋,通过钢丝绳与尾轮连接,其它位置可用M20锚杆固定。为安全起见,尾轮上可加保险绳。为了避免运行时钢丝绳与底板和车辆摩擦,此系统在运行线路中安装有压绳轮和托绳轮,使底绳始终接近于轨面,而且全部支承在托绳轮上。绞车的电动机增设了软起动装置,使牵引车能够缓慢起动,避免了较大的冲击。使用实践有力地表明:SQ-1200型顺槽连续牵引车系统配置、结构均优于其它型式,安全可靠。

专家们指出:新研制的顺槽连续牵引车适应了煤矿棕采和综放工作面的运输需求,可以应用于井下工作面设备的安装及采煤生产的运输。

4 无级变速牵引梭车的研制

兖州矿业(集团)公司东滩煤矿、常州科学技术开发研究所和太原矿山机械厂针对一般无极绳牵引梭车存在的缺点,利用开关磁组电机调速关键技术,研制成功了国内首台BSQ-1400/110型无级变速牵引梭车。

此项成果具有以下主要特点:

①较大的牵引力。电机功率为110kW,牵引力为80kN,最大适应坡度可达12°。

②采用磁组技术实现无级变速。速度在0.2~2.3m/s内可调,具有较好的启动性能。

③采用双尾轮结构。双尾轮排列在一块板上,设计成倾斜形,满足了将主副绳分开的需要,减少了钢丝绳之间的摩擦;张紧装置的2只倒向轮也是为分绳而设计的,避免了绞车卷绳筒上的入绳和出绳相互咬绳。

④实现了安全快速的摘挂车。由于速度可调,移动距离可以小量控制,使摘挂车很方便。摘挂钩头时,利用绞车的低速缓慢运行,使牵引车与被牵车逐步靠近。泄漏通讯方式的应用,为摘挂钩头时的人员联系提供了方便,可以及时在适当的位置停车、摘挂钩头,极大地减少了人身及设备事故,也减轻了井下工人的工作量,达到了既能方便控制又能安全生产的目的。

⑤主控台采用可视化的人机界面。主控台显示器选用真彩色液晶显示屏显示顺槽的地貌图、绞车电流、梭车位置和速度,监视各种操作动作是否正确,并监视执行情况有无故障。

⑥采用泄漏通讯。通过泄漏电缆及中继器来传输信号,实现了打点、通话、急停为一体的通讯系统。手持台可以发射带有模拟语言、数码控制信号的载波。固定台也可以发送带有语言信号的载波,然后通过泄漏电缆及中继器来传输,达到固定台与手持台的双向通讯。

5 无极绳绞车的新型制动梭车

由兖州矿业(集团)公司常州科学技术开发研究所和鲍店煤矿研制的一种无极绳绞车用新型制动梭车,具有固定钢丝绳、存储钢丝绳和断绳超速保护等功能,填补了国内的一项空白,对保障煤矿运输安全具有重要的现实意义。

多年来,我国煤矿井下采区顺槽普遍采用几台小绞车接力的运输形式。由于采区顺槽巷道起伏变化多,有时会出现断绳、断销事故,给运输安全带来诸多隐患。为此,他们研究出了顺槽用无极绳连续牵引绞车系统,以一辆制动梭车来连接矿车、平板车、材料车等车列,通过绞车的驱动,实现制动梭车牵引车列安全运行。制动梭车主要是由车架、储绳筒、楔块、牵引板、液压系统、紧急制动闸总成、离心限速器总成等组成的。制动梭车前后两端是碰头和牵引板,用碰头连接车列。有一个车轮传出速度带动离心限速器,起到输出车列速度的作用。钢丝绳经过前后牵引板穿过楔块被固定。制动梭车经过压绳轮时,前牵引板撞开压绳轮,制动梭车顺利通过压绳轮;后牵引板撞开压绳轮,把尾绳放入压绳轮,使梭车顺利通过有压绳轮的起伏坡段。

车列在运行途中出现断绳时,若速度超过最大设定速度时,制动梭车能自动实现紧急制动停车,避免了事故的发生。制动闸是保证牵引车实现紧急制动的关键元件,其实质是一个内外作用的油缸,由于采用了蝶形弹簧卡紧、油压松闸的结构形式,保证了闸紧力不因液压力波动而变化,属失效安全型制动装置。制动闸块采用小颗粒硬质合金烧结的新结构,具有摩擦系数大、散热快、无火花防爆等特点,制动缸采取了防泄漏措施,使制动装置有着良好的密封保压性能。

6 无极绳连续牵引车转弯装置

兖州矿业(集团)公司济宁三号煤矿成功地研制出了无极绳连续牵引车转平均每辆同享单车的骑行频次超过3次弯装置,为连续牵引车在转弯巷道布置找到了可靠的解决方法,扩大了顺槽连续牵引车的应用范围,具有较高的经济技术效益。

新研制的轨道牵引钢丝绳转弯装置由滚动转向轮组、内外护轨、轨枕组件和压绳装置4个部分组成。转向轮组是实现钢丝绳转向的主要部件。转向轮利用轮轴螺栓固定在固定架上,固定架焊接在轨枕上。由于无极绳连续牵引车有主、副钢丝绳,故转向轮组为两排,内排转向轮组控制主钢丝绳,外排转向轮组控制副钢丝绳。每排转向轮组布置6个转向轮,每个转向轮的连续弧与轨道曲线弧平行。无极绳连续牵引车主绳在两组转向轮之间运行,副绳沿弯道外轨侧的转向轮外侧运行。当牵引梭车通过转向轮组时,梭车端头牵引板将主绳强行移开转向轮,在钢丝绳张力作用下,自动恢复到原来位置。

内外护轨为加工组装件,采用槽钢作为护轨。护轨起加重道床作用,主要目的是防止车辆在曲线段掉道。轨枕组件采用20a槽钢制作,转向轮固定架与轨枕焊接成整体。轨道及内外护轨的连接固定板均与轨枕焊接在一起,利用螺栓把轨道及内外护轨的固定板连接,

轨枕间距以两根轨枕上的转向轮组间隙来确定。每两根轨枕利用内外护轨联成一体,两根轨枕试金摆锤式薄膜冲击试验机优势上的两组转向轮与护轨等组件共同构成一节转弯装置,即每节转弯装置每排有6个转向轮。轨枕的两端头钻Φ30孔,安装时以树脂锚杆与巷道底板锚固,保证转向装置不被牵引力抬起。

压绳装置分为主、副压绳轮,其中主压绳轮由压绳轮轮架、弹簧和销轴等组成,副压绳轮由压绳轮轮架和长短销轴等组成,主要作用是调整钢丝绳高度和位置,将钢丝绳导入转向轮。压绳装置安装在转弯装置的前后两端,配合转弯装置使用。根据现场坡度情况,一般需要安装2~3组。

7 顺槽连续牵引车压绳技术研究

中国矿业大学和兖州矿业(集团)公司常州科学技术开发研究所根据顺槽连续牵引车在井下变坡使用时出现的弹绳现万能材料实验机对很多材料的测试都能用得上象,分析了弹绳现象可能造成的麻烦,提出了解决问题的方法。

顺槽连续牵引车推广过程中,会遇到坡度较大、变坡处轨道铺设质量差等较恶劣的工况条件,安装后张紧的钢丝绳在绞车开动时常常会弹出压绳轮。副压绳轮的轮子安装好后相对固定,而主压绳轮的轮子靠拉伸弹簧压紧,在受到外力作用时会张开,所以弹绳只出现在主压绳轮上。钢丝绳弹出后,绷紧的绳子高悬于顺槽顶棚,严重影响主机设备的使用和安全。

解决问题的途径有以下几种:

①从压绳轮设计上考虑。增加底架的侧板高度,由此增加弹簧的固定位置高度;甚至可以把销轴的位置设计在轨道中心线的右侧,这时的钢丝绳向上弹力产生了与弹簧同方向的力矩,对压绳来说均为有用力矩;增加弹簧刚度,即可以增加弹簧丝径,也可以用2只弹簧代替目前的1只弹簧。

②从布置方式上考虑。如果变坡点的圆弧过渡段较长,在该段上可安装几副压绳轮。为了减小压绳角,变坡点处的压绳轮可采用多点均匀布置方式,相邻两组压绳轮的安装距离可根据钢丝绳负载大小现场确定,负载大、距离小,负载小距离大。

③从轨道铺设上考虑。轨道变坡处的轨道质量直接影响到压绳效果。如果起坡处出现尖角变化,要把道床重新卧底,使得尖角处过渡均匀,缓慢变化。钢轨要用弯轨器弯成圆弧状,与道床变化一致。

总之,解决压绳技术途径首先从设计上着手,但在使用过程中要根据现场的实际情况灵活掌握;压绳技术更要注重减小压绳角,避免钢丝绳直接推动压绳轮的轮缘拉伸弹簧而造成钢丝绳弹出。

8 牵引梭车遥控无级变速电控系统

无极绳牵引梭车是煤矿运输的主要工具之一,但其电控系统太简单,速度恒定,只能就地操作。这些缺点使得无极绳牵引梭车的推广受到限制。为此,兖州矿业(集团)公司东滩煤矿和太原矿山机械集团公司联合开发了遥控无级变速电控系统,由于是防爆型的,还能够扩展使用到矿井其它需要无级调速的电机驱动中去。

该系统是由电动机驱动控制、系统检测与控制中心、通讯与控制三个部分组成的,即“三遥”:遥控、遥讯、遥调。监控中心是以可编程序控制器和工控机来完成,可编程序控制器负责接受遥控系统送来的控制指令,然后根据指令实现驱动、确定转向、调速、系统保护和故障停机等功能。工控机负责采集故障信号、运行参数,经处理后送到显示器显示、可编程序控制器执行。电机驱动部分是以目前最先进的可调速电机—开关磁阻电机控制技术为中心实现系统控制。

开关磁阻电机是80年代在英国兴起,90年代传入我国,目前国内的小功率开关磁阻电机在纺织行业应用较为广泛,大功率开关磁阻电机在煤矿还少有应用。本控制系统是由以下组件组成并工作的:660V三相电源进入,经整流变成直流;直流滤波器使直流更平稳;平直的直流送进变频器,控制电机定子绕组的直流通断,实现转子的转动;变频控制器控制变频器的开关频率,以改变开关磁阻电机的速度,达到调速的目的。遥控通讯的传输、发射、接收采用比较成熟的矿井通讯技术即泄漏通讯技术。泄漏通讯系统由手持台、固定台、中继放大器、泄漏电缆四个部分组成。手持台可以发出控制信号,固定台除接收信号外,还发射系统运行速度信号。

9 顺槽连续牵引车的垂直布置和应用

在顺槽连续牵引车的推广过程中,常常需根据不同的工况条件进行相应的系统布置。兖州矿业(集团)公司常州科学技术开发研究所针对徐州矿业集团三河尖煤矿的具体情况,采取了垂直布置方式的新型设计,并且取得了成功的应用。

SQ-1200型顺槽连续牵引车的传统布置形式为直线型,即绞车布置在主运输巷道的一端,尾轮布置在巷道的另一端,中间铺设主压绳轮、副压绳轮和平托轮。这种布置方式要求绞车一端的巷道有足够的宽度,但该巷道在右手一侧有输送带,铺设绞车的位置不够,而绞车又不能布置在轨道下山上,所以设计时只能利用垂直巷道布置绞车。此垂直巷道并非一条布置绞车的专用巷道,里面还有刮板输送机。绞车布置在垂直巷道中,主副绳就要拐弯;若考虑梭车要退回垂直巷道,则要在拐弯处设置道岔,使得弯道设计很复杂。因此,只能让梭车极限位置放在主运输轨道上,这样不需要增加弯道或道岔,只要增加一组转向轮就可实现绳的拐弯。转向轮由两轮组成,分别用于主副绳实现90° 拐弯。每轮的直径均不能小于尾轮,因此转向轮在结构上较大,最大尺寸大于600轨距。以传统的固定方式会与轨道干涉,但从轨道下山过来的物料必须通过此处轨道,所以转向轮须沉到轨底以下,且要倾斜一定角度,使钢丝绳出绳方向朝着轨道表面。

采用这种布置方式,不用专开绞车硐室,不用拆除已有的输送带和溜槽,增设的转向轮结构简单,成本基本没有加大,是一种巧妙而有效的布置形式。利用空间交叉,可以不干涉钢轨,却能使钢丝绳拐弯且不影响车辆通过,对于绳牵引是一种进步。

10 顺槽连续牵引车的应用

兖州矿业(集团)公司济宁二号煤矿原设计的矿井辅助运输模式为柴油机齿轨车直达工作面运输,但是由于各种原因的影响,致使柴油机齿轨车不能够实现顺槽运输。他们经过多次调研论证,决定借鉴无极绳运输模式,先后在2304运输顺槽和1302轨道顺槽开发应用了顺槽连续牵引车,简化了运输环节,实现了工作面顺槽连续直达运输。经过不断改进,基本形成了大巷及主要上下山防爆柴油机齿轨机车运输为主、工作面顺槽以连续牵引车运输为主的辅助运输系统。

2304运输顺槽全长为1470m,顺槽连续牵引车运输距离为1230m,巷道起伏变化较多,最大正坡7°,最大负坡9°(经改造后为6°),轨距900mm,轨型24kg/m。该系统配套有牵引车、尾轮、张紧油缸、地轮和通讯设施等。系统采用尾轮张紧的方式,依据连续牵引车最大静张力和两绳张力差来确定泵站的工作压力为7MPa。张紧油缸采用混凝土基础预埋地锚,用钢丝绳固定油缸尾。为了防止尾轮在前后移动时改变2根钢丝绳的间距,设置了滑轮斜面滑道,固定滑行方向。牵引车由平板车改造而成,其上设有储绳筒,手动棘轮收绳,钢丝绳由绳卡固定于牵引车上。连续牵引车的2根钢丝绳均在道木上方运行,而且运行的方向相反。

为了降低钢丝绳的磨损,采用了双向光轴滑轮组,滑轮与轴间加注润滑油脂,减小滑动阻力。针对在变坡处托绳地辊受力大、磨损严重的情况,设置了地辊组,调整钢丝绳的变坡角度。连续牵引车主机处车场较短,滚筒上绳抬起较高,过车困难,为此采用小型天轮改制的压绳轮,固定在钢轨上,将上绳压下;由于绞车主滚筒为立式,容易造成咬绳并损坏轮组,又加工制作了2组分绳轮,分别设置在运行段的前后方,第一组设在绞车前的变坡点处。

11 顺槽连续牵引车实现单轨双向运输

兖州矿业(集团)公司常州科学技术开发研究所借鉴地面单轨双运输的优点,针对巷道宽度受到限制的情况,研究出了顺槽连续牵引车单轨双运输的井下运输新方式。

新登煤矿一顺槽的运行距离为1200m,最大坡度8° ,巷道宽度约3m(此宽度只能采用单轨运行方式),但技术要求是平时以拉矿车为主、上下班时要实现人员的运输。他们根据该矿的实际情况,结合顺槽连续牵引车运输系统的特点,决定采用SQ1200/75顺槽连续牵引车系统的单轨双运输方式,运行速度分别为1.0m/s和1.7m/s。该系统要求将梭车调在运行路距的正中间,而且此处的车场要足够长才能完成车辆的整体错位。梭车在中间错位以后,其余的时间就可相对独立地向前、向后运行,这样就能顺利完成运人任务。在信号控制方面,机头、机尾必须有相对独立的信号,司机只有收到两处信号后再行开车;任何一处发出停车信号,司机必须停车,这与双轨运输的信号要求相同。

目前,该所生产的110kW型号的牵引车上已安装梭车运行位置显示器,其误差范围为1m,55kW与75kW型号上尚未实现,有待于进一步改进和解决(此要求主要是从加大人车安全方面考虑的,矿车运行则可适当降低要求)。我国原先生产的斜井人车只能实现坡度的单向安全制动,但在顺槽运行中,由于上下坡度的变化,就需要使用可以双向安全制动的人车,才能最大限度地保证人员的安全。

专家们认为:单轨双运输方式不但成功地解决了人货两运的问题,更重要的是创造性地把单双轨各自的优点融合为一体,极大地减少了投资成本、提高了运行效率、降低了劳动强度。

12 连续牵引车在半煤岩巷道掘进中的应用

兖州矿业(集团)公司北宿煤矿将连续牵引车在半煤岩巷道掘进中进行了应用及改进,解决了矿井掘进运输环节多、速度慢、工效低等问题,取得了较好的经济效益和社会效益。

其主要经验如下:

①绞车选型与改造。该矿掘进巷道断面小,根据实际将JD-25kW绞车改成无极绳绞车。在滚筒外围加固一圈铸铁轮毂,使滚筒直径由300mm扩大到800mm,以提高绞车牵引速度。滚筒为内凹型,牵引钢丝绳在滚筒上缠绕3圈。为防止钢丝绳断绳伤人,在绞车上设置了防断绳护板,加大了绞车保护范围。

②梭车配重。梭车滚筒可储绳2000m,随着巷道掘进长度的延长,滚筒上余绳越来越少,梭车重量逐渐减轻,在巷道坡度起伏变化大的地方钢丝绳会把梭车抬起来。他们在梭车滚筒两侧的平板上加适当的配重块来调节梭车重量,有效地避免了掉道事故的发生。

③车场处钢丝绳运行。因为钢丝绳在矿车底部运行,矿车通过车场时出现轧绳问题。为此,在钢丝绳通过的轨道上设置豁口,作为矿车经过时钢丝绳的通道,同时在此处设置压杆结构的调绳器,用于钢丝绳进出轨道豁口,免除人工用长把钎子等调绳的不安全因素。

④压绳轮。SQ-1200连续牵引车本身有张紧压绳装置,由于受到巷道断面的影响,使用中取消了该装置,自行设计了一套压绳轮装置。压绳轮采用Φ370mm的地滚制作,底座用钢板焊接而成,用地锚方式固定在基础或底板上,取得了较好的效果。同时,在巷道内每隔一定距离和巷道变坡点处设置压、托绳轮,防止钢丝绳拖地磨轨枕。

⑤语言信号装置。在巷道内每隔200m设置一套DK-1语言信号装置,以便及时联系梭车运行中出现的各种问题及处理梭车掉道等问题过程中的联系。(end)

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