试论新技术在煤矿井下轨道运输中的应用

摘要：煤矿井下轨道运输是煤炭生产的一个重要环节，本文从延长蓄电池电机车在煤矿井下的使用寿命、变频调速技术在电机车电动机的应用、煤矿工作面移动变电站运输安全制动系统、制动平板车、斜巷常闭挡车栏自动控制装置研究应用等五个方面论述了在煤矿井下轨道运输方面的新技术应用。

关键词：煤矿井下轨道；运输新技术

一、延长蓄电池电机车在煤矿井下的使用寿命

煤矿井下采区的平巷运输多采用蓄电池式电机车运输。由于各单位管理和使用方法有较大区别，蓄电池的使用寿命也存在较大差异。

管理方法不同。有些煤矿在采区使用地点就地充电，由机车的使用人员代管。机车上使用一块电池，将备用电池充电。其缺点是充电机的利用率低；蓄电池中的电解液蒸发后得不到及时的补充；充电点不能保证建在总回风巷附近；充电时间没有保证。有的煤矿在井下充电室按《煤矿安全规程》规定使充电室内的回风流直接进入总回风巷，并安装多台充电机同时对多组蓄电池进行充电，为井下所有的蓄电池电机车提供足够的电源，在机车使用地点设换电点。其缺点是须提前指定运输地点。

充电方式不同。分散充电―随掘进工作地点的变更随之移动充电机的位置，多数单位对一台充电机充电过程中产生的有毒气体不如对待瓦斯那样重视，违反了《煤矿安全规程》中的规定，含有氢气的风流对现场人员身体健康有伤害。集中充电―充电室位置设计符合《煤矿安全规程》的规定，充电过程产生的有毒有害气体能直接进入到总回风巷中，对现场人员身体健康没有伤害。

电解液配制。电解液密度过大或过小都影响到蓄电池容量和使用寿命。蓄电池初充电。电解液的高度在单只蓄电池中以高出极板15mm为宜。液面过高，初充电过程中由于产生热量而膨胀溢出箱体外，腐蚀箱体和地面；液面过低，因发热蒸发露出极板，使蓄电池容量降低。初充电完毕停电24h后再调整单组蓄电池中的电解液密度。如果电解液密度高于1.26kg/L则补充蒸馏水；如电解液密度低于1.23kg/L则补充密度为1.30kg/L的电解液。

二、变频调速技术在电机车电动机的应用

电机车是矿井轨道运输的主要牵引设备。其中，架线式牵引机车多年来一直沿用结构复杂、故障率高和维修费用大的直流电动机，且目前国内绝大多数矿山牵引机车还在使用触头电阻调速方式，处于耗电量与维修量大的状态。由于变频调速牵引机车采用了故障率低和性能可靠的三相异步交流鼠笼式电动机，结合技术先进与节电效果显著的变频调速器，取代直流电机车比较落后的驱动技术，达到了当代世界先进技术水平。由于工作环境特点所致，矿用电机车调速系统处于频繁的启动、制动和加减速等状态，还要适应负荷上下坡和颠簸路况等情况，因此要求电动机启动转矩大、过载能力强。另外，调速系统不但要能四象限运行，还要能再生制动到低速。这样，当负载转矩增大时，转速就能迅速下降，而电动机输出功率基本不变，从而使电动机不易因负载增大而引起过载。反之，当负载变小时，电动机转速能自然上升，以利于提高生产效率。此外，为防止主轮打滑，调速系统还应考虑具有最大转矩限幅功能。由于逆变器和电动机都安装在电机车上，所以整个调速系统应尽可能设计得体积小、重量轻、硬件结构简单和控制方便。对于直接转矩控制而言，在高速运行阶段，除了电动机定子电阻不需知道其它参数，所以直接转矩控制对电动机参数的依赖性比矢量控制要低许多。其产品包括5t、8t和10t隔爆型电动机斩波调速控制装置，目前已广泛应用于以电池为动力源的交流电动机牵引驱动矿山电机车上。

三、煤矿工作面移动变电站运输安全制动系统

我国煤矿机械化水平不断提高，设备向重型化、复杂化发展，井下采煤工作面综采设备被广泛使用，与其相配套的采煤工作面移动变电站设备庞大。一个大型煤矿工作面移动变电站使用的设备往往要几十辆平板车装载运输，但采煤工作面巷道起伏坡度大、地质条件复杂，且变电站随工作面推进而频繁移动，尤其在坡道上由于断绳、断销、断连杆等原因有时会形成跑车事故，给人员和设备安全带来很多隐患，同时可能造成工作面水、电、液和部分设备供应中断，给煤矿生产造成直接或间接经济损失。为解决这个问题，对工作面移动变电站运输安全制动系统进行研究，设计一种自带制动的平板车与其它车辆配套使用，设备安装在制动平板车上，确保设备运行安全，是完全必要的。

新研制的工作面移动变电站运输安全制动系统设计为多台制动平板车串联联接，通过液压系统实现同时快速制动。这种制动平板车主要由车架、制动器、轮对、快速释放阀、液压系统等组成。制动器采用了提闸式抱轨制动，制动力由碟形弹簧产生，属失效安全型。制动器在制动平板车运行过程中抬离轨面，故可适于普通道岔的巷道，并与其它辅助设备配套使用。

四、制动平板车

顺槽移动变电站是综采工作面水、电、液和部分备件的临时供应中心，通过绞车的双向牵引，实现同综采工作面的同步移动，极大提高了工作效率。在绞车牵引过程中，由于断绳、断销、断连杆等原因，有时会发生跑车事故，给人员、设备等造成威胁，同时可能造成综采面的供应中断。

新研制的制动平板车在正常工作时可以自由牵引；遇到断绳等事故发生时，可推动手动紧急释放阀，实现紧急制动；还可以根据需要实现慢速工作制动。紧急制动闸由闸块、闸钳、缸体、弹簧等组成。正常工作时，制动缸体A腔内的液压力把弹簧压紧，带动闸钳转动，把闸块抬离轨面，从而保证制动平板车行走、移动时能正常通过轨道和道岔。当需要制动时，释放制动缸体A腔的液压力，弹簧便压紧活塞并带动缸体一起移动，通过闸钳使闸块压紧轨道，实现制动功能。闸块是制动平板车的关键部件之一，由基体和粉末冶金烧结而成。粉末冶金属脆性材料，故正常停车制动时要求采用慢速停车制动，防止闸块同轨道的冲击而降低闸块的使用寿命。

试验中发现多台车联动的响应速度偏低，原因是紧急制动时联动管路内的乳化液压力难以瞬时降低，从而导致快速释放阀阀芯不能迅速移动，致使快速释放失败。后来对液压系统进行了改进，并增设了先导阀。由于联动先导阀口的管路乳化液少且无任何补充，所以压力释放快，又因为各车压力释放系统相对独立，故各联动车辆能实现真正的快速反应。

五、斜巷常闭挡车栏自动控制装置研究应用

其工作原理如下：当列车正常下行的时候，只要行驶至测速区AB（传感器）处，传感器A接收到矿车下行的指令对其进行检测。传感器B发出信号传递给可编程自动化控制器，由可编程自动化控制器判定矿车是否在正常行驶速度范围内。若矿车正常运行，可编程自动化控制器触发电磁气控阀动作，挡车栏抬起，指示灯变为红色；若矿车超速运行，则常闭挡车栏不动作并且发出报警信号，将信息反馈给轿车司机，预防事故的发生；当矿车下行并通过传感器C的时候，传感器C发出信号给可编程自动化控制器，可编程自动化控制器触发电磁气控阀动作，挡车栏常闭，指示灯变为绿色。矿车上行时首先经过传感器C处，传感器C接收到矿车上行的指令，传感器C发出信号传递给可编程自动化控制器，可编程自动化控制器判定矿车是否在正常行驶速度范围内。若矿车正常运行，可编程自动化控制器触发电磁气控阀动作，挡车栏抬起，指示灯变为红色；若矿车超速运行，则常闭挡车栏不动作并发出报警信号；当矿车上行行并通过传感器B的时候，传感器B发出信号给可编程自动化控制器，可编程自动化控制器触发电磁气控阀动作，挡车栏常闭，指示灯变为绿色。操作系统还具有电手动操作和气手动操作。

当电自动操作出现故障或其他原因不能正常使用时，按下切换按钮可转换成电手动操作，利用控制面板上的按钮进行操作。同样，当出现停电或其他原因造成电自动操作和电手动操作均不能使用时，可转换成气手动操作。

小结：以上五种新技术在矿井地下轨道运输方面的应用，大大改善了轨道运输的技术条件，节约了运输成本、提高了生产效益。这种新技术尤其适宜在国有大中型煤矿广泛推广，具有广阔的应用发展前景。