蓄电池电机车在矿井长距离运输中的研究与应用

摘要：文章介绍了协庄煤矿利用蓄电池电机车代替架线电机车实现长距离大巷辅助运输的新模式，新的大巷辅助运输模式消除了传统架线电机车存在的触电和杂散电流的危害，减少了架线电机车供电设备及牵引网络的费用，减少了架线维护及更换费用，并避免了架线电机车不能进采区并且受架线的限制不能灵活运输的弊端，实现蓄电池电机车快速、灵活、高效运输的目的。

关键词：架线电机车蓄电池电机车阀控铅酸蓄电池长距离运输

中图分类号：C35文献标识码： A

前言

矿井水平大巷运输是煤炭生产过程中必不可少的重要生产环节，它主要担负着矿井生产所必需的材料、设备以及井下工作人员的运输，是矿井生产的“动脉”与“咽喉”。在我国水平大巷长距离运输的主要方式是由机车牵引一组矿车在轨道上往返周期性地运送物料及人员。传统的大巷辅助运输为架线电机车牵引矿车或人行车运送物料和人员。架线电机车原理简单，维护方便，并且运输能力较大，运行速度较高，用电效率高，整体的运输成本较低，在我国煤矿井下应用最为广泛。但是，架线电机车需安装整流和架线设施，设备设施及架线的投入及维修费用较大；并且集电弓与架线之间容易产生火花，轨道回流存在杂散电流危害，人员在架线下行走或施工存在重大的安全隐患。为消除架线电机车运输方式存在的各类安全隐患，新矿集团协庄煤矿先后取消了井下架线电机车及供电网路及设备，投入使用蓄电池式电机车，彻底消除了触电安全隐患及杂散电流的危害，并减少了架空线及架空线日常维修费用。

1、协庄煤矿大巷运输简介

协庄煤矿是年产200余万吨的国有大型煤矿企业，该矿井下有三条水平大巷分别为：-300水平大巷2500米、-550水平大巷2500米和-850水平大巷2800米；三条大巷分别担负着本水平所有物料、设备和人员的运输任务。随着矿井机械化水平的不断提高，矿井开采水平的不断提升，原有的架线电机车不能满足现有的生产需要，为此该矿投入使用了蓄电池机车代替架线电机车，将三个水平大巷建设成为快速、灵活、高效的运输通道，提高了矿井的生产效率。

2、蓄电池电机车简介

该矿使用的蓄电池电机车机车车体采用Q235碳素结构钢厚板焊接。整体性好、强度高、不易变形。车架箱体的两端固定着缓冲连接器，在车架箱体内部有二个中间隔板，用以布置司机室、电机室和电器室。采用DXT―140（A）型防爆特殊型电源装置供电，电源输出额定电压为140V，额定容量为440Ah；电流通过隔爆插销连接器供给隔爆变频调速器，经变频调速器主回路逆变成三相交流输出。DTC隔爆变频调速器一拖二，拖动二个隔爆三相异步电动机。DC140V逆变成AC100V供给两个AC100V15kW的隔爆型三相异步牵引电动机。机车的二条轮轴均为主动轮轴，控制方式为变频调速。配套生产的KBPT-44/192Z隔爆型变频调速器在机车上实现交流牵引。变频调速器为逆变、变频、司控一体化，采用DTC零转速满转矩的直接转矩控制技术。进口的全套控制电路可以满足机车低速启动时的最大牵引力。机车的牵引电动机参数以及最大速度限制由键盘输入、设定。双司机室机车增加一个司控器。两个司控器各增加一个干簧管做电气闭锁接点，复位按钮并接。机车照明前后各一个隔爆型子母灯，子母灯由变频调速器供给DC24V电，通过一个隔爆主令开关控制转换，实现机车行进方向照明，后边红尾灯亮警示。双司机室机车副司机室增加一个主令开关，两个主令开关并接。机车警示音响为一个DC24V浇封兼本安电笛，用一个隔爆按钮控制。双司机室机车副司机室增加一个隔爆按钮与主司机室隔爆按钮并接。

3、阀控铅酸蓄电池的应用

由于是长距离的大巷运输，原使用的铅酸蓄电池不同程度的出现了电池容量下降，消耗电解液和蒸馏水量大，寿命短的缺点，给大巷电瓶车运行带来了很多不便，并且，随着铅酸蓄电池的日益老化，无形间增加了两水平充电工作量，并制约电瓶车运输能力。为解决此类问题，该矿投入了阀控式蓄电池，改善了原有铅酸蓄电池的一些弊端，取得了良好的效果。原有铅酸蓄电池充放电时,两极活性物质随着体积的变化而反复膨胀与收缩。两极活性物质中，阴极板之海绵状铅的结合力较强，而阳极板之过氧化铅的结合力弱，因而在充放电之际，会徐徐脱落，此即为铅蓄电池寿命受到限制的原因。老式铅酸蓄电池特点：充电末期水会分解为氢，氧气体析出，需经常加酸、加水，维护工作繁重；气体溢出时携带酸雾，腐蚀周围设备，并污染环境，危害充电工的身体健康。阀控铅酸蓄电池的设计原理是把所需份量的电解液注入极板和隔板中，没有游离的电解液，通过负极板潮湿来提高吸收氧的能力，为防止电解液减少把蓄电池密封，故阀控式铅酸蓄电池又称“贫液电池”。阀控式蓄电池特点：电池为密封结构，不会漏酸，也不会排酸雾，电池盖子上设有单向排气阀(也叫安全阀)，该阀的作用是当电池内部气体量超过一定值(通常用气压值表示)，即当电池内部气压升高到一定值时，排气阀自动打开，排出气体，然后自动关阀，防止空气进入电池内部。使用期间不用加酸加水维护。

4、蓄电池电机车使用后减少架线及供电设备费用计算

4.1敷设架线所需材料费用

协庄煤矿三水平大巷共敷设架线共7800米（其中单轨6000米，双轨1800米）。架空线每5米为一处吊挂点，共6000米/5米/个+（1800米/5米/个）×2=1920个吊挂点，1920个吊挂点需材料为：双线卡1920个、吊线器1920个、绝缘子3840个、花篮螺丝1920个、横拉线9600米。相关材料参数（架线重量：0.89公斤/米；架线单价： 81.12元/公斤；双线卡：4.1元/个；吊线器：13元/个；绝缘子6元/个；花篮螺丝13.09元/个；横拉线3.6元/米）相关材料参数（架线重量：0.89公斤/米；架线单价： 81.12元/公斤；双线卡：4.1元/个；吊线器：13元/个；绝缘子6元/个；花篮螺丝13.09元/个；横拉线3.6元/米）

4.1.1牵引网路系统费用（单轨6000米，双轨1800米）

架空线费用为0.89公斤/米×（6000米+1800×2米）×81.12元/公斤＝69.3万元。

其他配件费用：

1920×4.1+1920×13+3840×6+1920×13.09+9600×3.6=11.52万元

牵引网路系统费用：69.3万元+11.52万元=80.82万元

4.1.2架线每年日常维修费用为8.64万元。

4.1.3硅整流柜、变压器、供电线路等费用约76.8万元。

减少架线及供电设备费用：69.3＋11.52＋8.64+76.8＝166.26万元

结束语

协庄煤矿投入蓄电池电机车后彻底消除架线触电隐患及杂散电流的危害，减少了架线及供电设备的投入及更换费用。蓄电池电机车无失控之弊病，运行平稳、易于操作；调速范围为精密无级调速，最低频率可调到0.1HZ，最低轮对转速可调至1r/min；可任意设定车速，车速设定后即使在下坡行驶时也不会超过所设定的车速。机车具有再生制动功能，当机车运行速度大于手柄设定速度时，牵引电动机即发电并对蓄电池组充电，大大的延长了蓄电池的放电时间。调速手柄可以使机车速度在设定速度范围内任意操控。当机车由高速调至低速运行时，尽管机车有速度惯性，但机车仍按调定的速度运行，此时起到了制动减速的作用。并且蓄电池电机车机动性强不受采区限制，可实现快速、灵活、高效运输。

作者简介：张永全，男，1984年出生，山东滕州人，大学学历，毕业于山东科技大学，助理工程师，现就职于山东能源新矿集团协庄煤矿运搬工区，从事提升运输技术管理与研究工作，先后多篇。

工作单位：山东能源新矿集团协庄煤矿运搬工区