兖矿集团常州科研所(原煤科总院常州科研试制中心)是煤炭系统煤矿辅助运输技术归口单位，也是煤矿辅助运输设备专业研究制造单位之一。通过与兄弟单位共同合作，经过10多年的研究开发，使我国煤矿辅助运输机械化设备从无到有，有了长足的进步和发展。从无极绳牵引卡轨车，发展到防爆柴油机胶套轮齿轨机车，蓄电池胶套轮机车以及各种配套设备等，至今已研制了近10种系列产品和配套设备。本文主要就量大面广的煤矿防爆轨道爬坡机车的应用和开发情况作一论述，以便各大煤矿的选型使用和研究制造单位进一步开发。
1 目前我国煤矿防爆轨道爬坡机车的应用情况
1993年9月由常州科研试制中心研制的国内首台CK-66型防爆低污染柴油机胶套轮齿轨卡轨车，在潞安王庄煤矿通过了部级鉴定。它的成功，标志着我国井下防爆轨道爬坡机车仅能依靠进口的历史已经结束，说明我国已具备了世界少数几个国家(如英国、西德、美国、捷克)所具备的自主研制煤矿井下防爆轨道爬坡机车的能力。自1993年以来，国内相继研制成功的防爆轨道爬坡机车有：(1) CK-66型防爆低污染柴油机胶套轮齿轨卡轨车；(2) JCP-8/600(900)型防爆柴油机胶套轮齿轨机车；(3) CK-30型防爆低污染柴油机胶套轮机车；(4) XKJ-10型防爆特殊型蓄电池胶套轮机车。据不完全统计，目前在国内煤矿正常运行的轨道机车约20多台(包括从英国Hanslet公司引进的两台112kW柴油机齿轨卡轨车)，其分布和使用情况如表1所示。
表1 防爆柴油机(蓄电池)机车应用情况
| 序号 | 机车型号及功率 | 使用煤矿 | 数量 | 运输距离(m) | 齿轨坡度 | 胶轮坡度 | 地点 | 运输货物 | 使用时间 | 生产厂家 |
| 1 | CK-66型(66kW) | 潞安王庄矿 | 2 | 1500 | 8°，100m | 4.5°,30m | 盘区 | 20吨支架及物料 | 1993年 | 常州科试中心 |
| 2 | CK-66型(66kW) | 潞安石圪节矿 | 1 | 1000 | 6°，60m | 3～5°变坡 | 大巷 | 人车(3节，36人)及物料 | 1994年 | 常州科试中心 |
| 3 | CK-66型(66kW) | 大同煤裕口矿 | 1 | 1000 | 无 | 5°以下变坡 | 顺槽 | 20吨支架搬运 | 1994年 | 常州科试中心 |
| 4 | CK-66型(66kW) | 大同马脊梁矿 | 2 | 1500 | 无 | 5°以下变坡 | 顺槽 | 15吨支架搬运 | 1996年 | 常州科试中心 |
| 5 | CK-66型(66kW) | 东胜补连塔矿 | 3 | 5500 | 8°，100m | 4.5°变坡 | 大巷及
顺槽 |
25吨支架搬运，物料，矸石，煤炭 | 1995年 | 常州科试中心 |
| 6 | CK-66型(66kW) | 黄陵一号井 | 1 | 2300 | 无 | 3.3°变坡 | 大巷 | 1996年 | 常州科试中心 | |
| 7 | CK-66型(66kW) | 兖州兴隆庄矿 | 1 | 800 | 11°，500m | 无 | 上下山 | 人车(4节，48人)及物料 | 1996年 | 常州科试中心 |
| 8 | CK-30型(42kW) | 大同马脊梁矿 | 1 | 1000 | 无 | 5°以下变坡 | 盘区顺槽 | 物料，人车 | 1996年 | 常州科试中心 |
| 9 | CXJ-10型(40kW) | 山西色头矿 | 1 | 2000 | 无 | 2.5°变坡 | 大巷 | 物料，矸石 | 1996年 | 常州科试中心 |
| 10 | JCP-8/600(900)型 (66kW) |
潞安石圪节矿 | 2 | 1000 | 6°，60m | 3～5°变坡 | 大巷 | 人车(3节，36人) | 1994年 | 石家庄煤机厂 |
| 11 | JCP-8/600(900)型 (66kW) |
黄陵一号井 | 1 | 2300 | 无 | 3.3°变坡 | 大巷 | 物料、矸石 | 1996年 | 石家庄煤机厂 |
| 12 | JCP-8/600(900)型 (66kW) |
济宁二号矿 | 2 | 1000 | 5°，300m | 钢轮 | 大巷 | 试运行 | 1998年 | 石家庄煤机厂 |
| 13 | JCP-8/600(900)型 (66kW) |
铁法晓矿 | 1 | 2000 | 11°，380m | 钢轮 | 大巷 | 试运行 | 1998年 | 石家庄煤机厂 |
| 14 | 15吨112kW Hunslet 机车 |
济宁二号矿 | 2 | 1000 | 5°，300m | 钢轮 | 大巷 | 试运行 | 1998年 | 英国(Hunslet公司) |
由表1中可看出，国内已有6大矿务局，10多个煤矿采用了先进的煤矿辅助运输设备——防爆轨道机车。各矿根据不同的地质条件和运输系统分别在大巷、盘区和顺槽进行了选型和使用，运输对象包含了人员、物料、矸石、综采支架及设备等。根据各煤矿使用情况来看，有如下的特点： (1) 煤矿防爆轨道爬坡机车是近5年发展起来的新型高效煤矿辅助运输现代化设备，它适用于有瓦斯煤层掘进大巷、盘区和顺槽起伏不平巷道运输。适用于老矿井的改造和新矿井的建设。改变了我国辅助运输效率低下，安全性差的落后面貌。 (2) 有条件的矿井实现了大巷、盘区、顺槽辅助材料、设备、人员的直达运输，实现了减人提效，减少了运输环节，大大提高了运输安全性和运输效率。 (3) 煤矿防爆爬坡机车特别适用于综采支架等大型设备的直达搬运，CK-66型机车在王庄矿和补连塔矿，8°坡可一次搬运25t(30t)支架，同老式运输方式比较，提高工效一倍以上。 (4) 机车和轨道一次性投资成本较高。根据不同结构形式，不同功率的机车价格在60～135万元左右。兖州济二煤矿从国外引进的112kW机车售价约人民币500万元。同时在轨道方面，在大于5°坡的地段需辅设齿轨，在大于10°坡的地段需辅设护轨。 (5) 机车维护保养要求较高，同时要求操作维护人员素质较高。 煤矿防爆轨道爬坡机车因有以上特点，虽目前一次性投资成本较高，但仍不失为适合我国国情的煤矿辅助运输现代化设备，值得各煤矿推广使用。它是各大煤矿在解决了采、掘机械化之后，目前煤矿减人(辅助运输人员约占1/3以上)提效的有效手段。根据各大煤矿使用推广防爆轨道机车情况来看，主要存在4大问题：(1) 机车的可靠性相对不稳定，要进一步进行可靠性研究；(2) 机车的成本偏高，要加速元部件国产化的研究和产业化开发；(3) 机车功率偏小，要加速112kW大功率机车的研制和产业化；(4) 各煤矿要根据工况条件和运输对象进行正确选型和使用。 2 目前我国煤矿防爆轨道爬坡机车的性能特点及分析 目前我国煤矿井下使用的防爆轨道爬坡机车，有5种机型，主要性能参数和特征见表2。 表2 煤矿防爆轨道爬坡机车性能参数及特征 |
| 序号 | 型号 | 动力 | 功率
(kW) |
传动方式 | 结构形式 | 牵引速度 (m/s) |
最大牵引力 (kN) |
最大爬坡角度 (°) |
紧急制动 方式 |
水平曲率 半径(轴距) (m)(mm) |
垂直曲率 半径(m) |
齿导轨高 度(mm) |
重量(t) | 外形尺寸(长 ×宽×高)(m) |
生产厂家 |
| 1 | CK-66 | 柴油机 | 66 | 液压 无级变速 |
8轮(胶) 双驾驶室 3段铰接 |
胶轮0～3.5 齿轨0～1.5 |
胶轮36 齿轨100 |
胶轮5 齿轨12 |
抱轨 | 6 (850) |
12 | 33～52 可调 |
15 | 10500×1050 ×1650 |
常州科研 试制中心 |
| 2 | CK-30 | 柴油机 | 42 | 液力- 机构4档 |
4轮(胶) 单驾驶室 整体结构 |
0～3.5 | 22 | 胶轮5.7 | 抱轨 | 8 (1000) |
18 | 无 | 8 | 4250×1050 ×1680 |
常州科研 试制中心 |
| 3 | XKJ-10 | 蓄电池 | 42 | 机电 无级变速 |
8轮(胶) 双驾驶室 3段铰接 |
2 | 20 | 胶轮5.7 | 抱轨 | 6 (850) |
9 | 无 | 10 | 7380×1060 (1320)×1650 |
常州科研 试制中心 |
| 4 | JCP-8 | 柴油机 | 66 | 机械 | 4轮(胶) 双驾驶室 整体结构 |
0～3.0 | 胶轮28 齿轨80 |
胶轮5 齿轨12 |
压轨 | 10 (1600) |
20 | 49 | 10 | 5420×1140 ×1620 |
石家庄煤 机厂 |
| 5 | Hunslet 112机车 |
柴油机 | 112 | 液力- 机械 |
4轮(钢) 单驾驶室 整体结构 |
钢轮0～6.9 齿轨0～4.1 |
钢轮15 齿轨100 |
钢轮2.29 齿轨12 |
抱齿轴 | 9 (1680) |
20 | 52 | 15 | 5550×1370 ×1750 |
英国 Hunslet 公司 |
下面就各型号机车的性能参数和结构特点作一分析比较： (1) 功率 5种机型，功率主要为3种：42、66、112kW。根据各大煤矿的使用情况，这3种功率的机车基本能满足我国煤矿工况条件的需要，不同功率机车分别适用最大坡度和负载见表3。 表3 机车功率和适用工况 |
| 功率 (kW) |
最大坡度 (°) |
最大负载 (t) |
运输对象 | 驱动方式 |
| 42 | 5.7 | 12 | 小型材料，矸石，人员 | 胶轮粘着 |
| 66 | 10 | 20 | 中型设备，支架，人员 | 胶轮齿轨 |
| 112 | 12 | 25 | 重型设备，支架，人员 | 钢轮齿轨 |
(2) 传动方式 5种机型，传动方式有3种：液压、液力-机械、机械。这3种传动方式运用到机车上各有其优缺点，见表4。据国外机车的发展情况及各自传动方式的特点，液压传动和液力-机械传动是煤矿防爆轨道爬坡机车的发展方向。 表4 机车传动方式分析比较 |
| 传动方式 | 变速性能 | 控制 灵活性 |
下坡 稳定性 |
启动 平稳性 |
成本 |
| 液压 | 无级 | 好 | 好 | 好 | 高 |
| 液力-机械 | 有级变速 | 好 | 较好 | 较好 | 较高 |
| 机械 | 有级 | 差 | 差 | 较差 | 较低 |
(3) 结构形式 5种机型，结构形式主要有3种：8轮(胶轮齿轨)-双驾驶室-3段铰接、4轮(胶轮、齿轨)-双驾驶室-整体结构、4轮(胶轮、齿轨)-单驾驶室-整体结构。这3种机型对工况条件各有其适应性，见表5。 表5 结构形式对工况条件的适应性 |
| 结构形式 | 轮胎方式 | 曲率半径 | 轨道条件 | 适用工况 |
| 8轮 | 胶轮、齿轮 | 小 | 5°以上辅设齿轨 | 大巷，盘区，顺槽 |
| 4轮 | 胶轮、齿轮 | 大 | 5°以上辅设齿轨 | 大巷，盘区 |
| 4轮 | 胶轮 | 中 | 5°以下工况 | 大巷，顺槽 |
| 钢轮、齿轮 | 大 | 2°以上铺设齿轨 | 大巷，盘区 |
(4) 制动方式 5种机型，分别都配有工作制动、停车制动、下坡能耗制动和紧急制动。但制动方式和效果各有特点，见表6。 表6 制动方式及效果 |
| 制动类型 | 制动器及方式 | 采用机型 | 效果 | 用途 |
| 工作及停车 制动 |
液压干式摩擦片 气顶油钳盘式 气顶抱轮式 湿式(油浸)摩擦片 汽车鼓式制动器 液压压轨式 |
CK-66 CK-30 XKJ-10 Hunslet机车 CK-30 JCP-8/600 |
好 较好 较好 好 好 |
减速、停车 减速 减速、停车 减速、停车 停车 |
| 下坡能耗 制动 |
液压双向制动阀 液压节能式 电阻式 湿式摩擦片 |
CK-66 CK-30 CXJ-10 Hunslet |
好 较好 较好 好 |
下坡段速 下坡段速 下坡段速 下坡段速 |
| 紧急制动 | 抱轨式 压轨卡式 矩齿轴式 |
CK-66，CK-30 CXJ-10 JCP-8/600 Hunslet |
好 差 较好 |
安全紧急用 安全紧急用 不符国标 |
由表6可看出，5种机型配备了不同种类的制动器和制动方式，效果不同。经现场使用情况及制动器的性能比较，可以认为：油浸式摩擦片用于工作、能耗和停车制动效果和性能最佳，抱轨式(液压失效安全型)紧急制动器用于机车安全紧急制动效果最佳，以上两种制动器是防爆轨道爬坡机车的发展方向。 通过对以上煤矿防爆轨道爬坡机车主要性能特点：功率、传动方式、结构形式、制动方式分析比较后，结合我国煤矿实际工况条件及6大矿务局使用情况(表1)，可得出适合我国国情的煤矿防爆轨道爬坡机车机型和性能特征为： 功率 66或112kW 传动方式 液压传动或液力-机械传动方式 结构形式 8轮(或4轮)带齿轨传动 双驾驶室(双向互锁操纵) 3段铰接或整体结构布置 制动方式 油浸式摩擦片用于工作、停车和能耗制动方式 抱轨式液压失效安全型制动器用于紧急制动 根据以上分析，我国已初具爬坡机车的开发、生产和推广使用的能力，但仍处于发展阶段，为了使爬坡机车在煤矿大面积推广，需对爬坡机车作进一步研究和产业化开发。 3 煤矿防爆轨道爬坡机车推广及开发的几点认识 根据我国煤矿防爆轨道爬坡机车的应用情况及其性能特点，现我国煤矿辅助运输机械设备仍很落后，它是制约煤矿高产高效矿井建设的主要瓶颈。为了加速煤矿防爆轨道机车产业化进程，加速其推广应用，谈几点认识： |
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