井下人员高速运输解决方案

井下人员高速运输解决方案

董霖华1任海平2

（1.中车永济电机有限公司山西永济044502；2.阳煤集团山西阳泉045000）

摘要：在分析国内井下人员运输现状的基础上，经过理论分析计算和方案比选，提出了井下人员高速运输的解决方案，使用新设计的电机车和人车，经过现场试验修正后，确定了井下人员高速运输方案和设备。

关键词：制动距离；电机车；平巷人车；关键技术

UndergroundStaffRapidTransportSolutions

DongLinhua1CRRCYONGJIELECTRICCo.，Ltd，Yongji044502，china.RenHaiping2YangquanCoalIndustry，Yangquan045000，china.

Abstract：Basedonanalysisofundergroundstafftransportatpresentsituationindomestic，thisarticleputforwardsundergroundstaffrapidtransportsolutionsbytheoreticalanalysiscalculationsandplansselectionanddefinedundergroundstaffrapidtransportplanandequipment，usingnewdesignedelectriclocomotiveandvehiclesandfieldtestcorrection.

Keywords：Brakingdistance，electriclocomotive，gatewayvehicles，keytechnology

0目前

国内各类矿井井下轨道运输系统，承担着井下的煤炭、人、矸石和辅料等运输任务。煤矿安全规程中规定，对长度超过1.5公里的主要运输平巷，上下班时应采用机械运送人员。平巷人车的主要作用是在平巷中输送人员，平巷人车由电机车牵引，编组成列运行，构成了矿井井下人员轨道运输的固定搭配。

对经过多年开采的老矿井，为挖掘新的煤炭资源，一般都是采取扩大井田边界，向深部发展的办法。随着井田边界的扩大，将造成井下人员运输距离的增加，为提高平巷人员运输效率，减少人员在途时间，开发高速人员运输系统成为矿井技术改造的重要课题。

1国内目前平巷人员运输现状

构成平巷人员运输系统的主要设备是电机车、人车和与之配套的空中架线、地面轨道系统。在目前情况下，国内主要设备的现状如下：

电机车大部分在用的是10吨直流传动电机车，额定速度只有10.4km/h，调速方式采用的是电阻调速，能耗高。部分使用的20吨交流变频调速电机车粘重大，调速特性和制动特性好，额定速度较高，多用于主输系统，没有双向驾驶功能，不能实现高效率的调车作业；其制动方式在牵引人车高速运行制动时，容易造成人车脱轨事故。

平巷人车现有人车采用连接环连接，活动空间过大，影响高速运行时起步和制动要求；其转向架采用转向盘式单支点固定，造成高速运行时中重心不稳；由于没有制动系统，满足不了高速运行时的制动要求；人员出入口多采用保护链或保护栏杆，高速运行时影响乘坐人员的舒适性。

地面轨道和空中架线与主运输共用。

2实现人员运输系统提速需要解决的问题

由于是井下人员运输，制动距离必须符合《煤矿安全规程》的有关规定：“运送人员时不得超过20m”。在提速的情况下，必须保证制动距离不超过20m，是人员运输系统必须解决的问题。

依据列车制动距离公式：

式中：LZD———列车制动距离，m；V———列车制动前运行速度，m/s；

PN———机车的粘着质量；ψ———机车的黏着系数；

ωzh———列车阻力系数；ip———轨道线路平均坡度；

n———人车数量；g———重力加速度，g＝9.8m/s2；

mi———人车质量；ml———人车名义载重量；

P———机车质量；

从公式中看出，要在预想的速度下缩短制动距离，可以减小n、mi、ml，但运输时希望多拉快跑，所以，增加机车的粘着质量PN和机车的粘着系数ψ是减小制动距离的有效途径。

由于现有的10吨电机车额定速度仅为10.4km/h，达不到提速的要求，可行的途径是轨道重型化和电机车重型化。一是将现有的30kg/m轻轨换成43kg/m的轨道，更换配套的道岔，这样由于车轮与轨道的接触面积增大，增加了机车的粘着系数；二是增加列车的粘着重量：（1）选用重型机车；（2）采用前后机车牵引；（3）人车增加制动装置。

由于现有的20t交流变频调速电机车具备提速到30km/h的基础，故在此车基础上进行了改进设计，经过计算比选，采用与20t交流变频调速电机车走行部相同、具有两端驾驶功能的16t变频调速电机车作为牵引车，以下制动距离计算按两端司机室16t电机车进行：

16吨电机车的粘着质量PN＝16t=160KN；取ψ＝0.24；ωzh＝10.5；ip＝3；人车按能满足构造速度30km/h的PRC12-6/3型人车计算，人车质量自重mi=8t=1800kg；人车名义载重量ml，设每人重70kg（共12人），计12×70=840kg；

1）以16t机车牵引25节人车，按v=4m/s计算，LZD=16.19m，说明16t车可以满足4m/s速度下的使用要求。

2）以16t机车牵引25节人车，按v=6m/s计算，LZD=36.44m。超过20m制动距离的要求。

3）以双机16t机车牵引25节人车，按v=6m/s计算，LZD=23.06m，超过20m制动距离的要求。

4）为了缩短制动距离，满足《煤矿安全规程》的要求，在人车上加装空气制动装置，隔一台车安装一套，这种情况下，制动距离计算公式变为：见公式（2）

式中，G按12台人车加装制动装置进行计算，η为人车粘滞系数按0.17选取，制动距离计算结果：LZD=16.50m。符合《煤矿安全规程》的要求。

由以上计算结果可以看出，以16吨双端司机室变频调速电机车牵引带有制动装置的人车25节（隔一节带制动装置），以6m/s的速度运行时，不仅提高了人员运输效率，而且能够满足不超过20m制动距离的要求，是解决井下人员高速运输的一个理想方案。为满足人员运输高速、安全、舒适的要求，新设计了CJL16/6P变频调速电机车和PRC12-6/3平巷人车，给方案的实施提供设备保障。

3.电机车和人车设计的关键技术

3.1电机车

1）在外形尺寸限制情况下，设计布置两端司机室，具有双向驾驶功能；

2）配备语音报站功能，解决电气信号在列车全长度范围内的衰减；

3）为保证高速运行条件下，实现小距离制动，制动系统采用排风制动；制动时需要防止列车撞击和脱轨；

4）配置闸瓦故障显示、失效报警功能，提高列车运行的安全性；

3.2人车

1）人车增加空气制动系统，制动方式采用排气制动；

2）走行部采用外侧轴箱弹簧悬挂结构，设计新增加了轴箱及减震缓冲弹簧，改善了车辆的动力学性能。同时，增大车轮踏面，减小了脱轨风险。

3）牵引连接器设计了硬连接装置，防止制动时人车的撞击，采用橡胶弹簧缓冲装置，保证起动、制动的平稳性，连接装置还设计了自动防脱钩机构；

4）配备空气和电缆快速连接装置，可满足列车的快速编组要求。

4、现场验证

按照一台CJL16/6P电机车牵引25台PRC12-6/3平巷人车的编组方案，同时对轨道进行了重型化改造，项目组在阳煤集团一矿进行了长时间试验，试验结果达到了项目多拉快跑且制动距离不超过20m的要求。在试验过程中，为了解决人车因制动而引起的脱轨问题，对电机车逆变器程序进行了多次试验修正，对电机车制动操作结构进行了改进，对人车的部分结构进行了更换，实现了列车平稳制动。项目投入正式运行后，人员运输时间由过去的160分钟缩短为67分钟，人员的乘坐环境和舒适度得到了提高。

5、结束语

本研究方案，从地面轨道系统、电机车、平巷人车进行了的全面改进，解决了井下长距离辅助运输的提速问题。将运输速度从原来的10.4km/h提高到21.6km/h，缩短了人员上下班的乘车时间，可以极大地提高有效工作时间，提高生产效率。通过在部分矿井的实施运用，已经产生了巨大的经济效益，具有广阔的推广前景。

参考文献：

[1]国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局《煤矿安全规程》煤炭工业出版社，2008.

[2]国家安全生产监督管理总局《煤矿用平巷人车技术条件》MT389-2007，中国标准出版社，2007.

[3]乔占明《关于煤矿电机车运输制动装置的探讨》山西煤炭，2003.

[4]庞德昆《矿用电机车的选型与计算》煤矿机械，2012.

作者简介：

1.董霖华（1966），山西万荣人，高级工程师，电话0.359-8075413，邮箱13835917856@163.com，手机：13835917856，通信地址：山西省永济市电机大街18号，中车永济电机有限公司。

2.任海平（1970），山西阳泉人，邮箱Sxren163@163.com，，手机：15935398357，通信地址：山西省阳泉市阳煤集团一矿运输工区。