王发桐

（山西晋神沙坪煤业有限公司，山西 河曲 036500）

常村煤矿自2004年资源整合以来，以打造安全型、节约型、环保型、自动化矿井为发展理念，陆续应用柴油无轨胶轮车，实现了全矿井辅助运输胶轮化［1-2］。但随着煤炭行业倡导绿色发展及环保监管越来越严格，企业发展的核心思想已经向节能减排和降本增效方向发展［3-5］。面对当前柴油无轨胶轮车存在燃油消耗量大，尾气排放污染严重、维修保养成本高等弊端，常村煤矿通过积极摸索，引进新型电动无轨胶轮车，打造节能减排、降本增效的井下绿色运输新模式。电动无轨胶轮车具有低排放、无污染、扭矩大、噪声低、电池更换方便等优点，在实际使用中能够取代柴油无轨胶轮车进行井下辅助运输。

1 防爆电动无轨胶轮车车辆结构

防爆电动无轨胶轮车主要由铰接式车架、封闭式整体货厢、司机驾驶室、前独立悬挂、后刚性悬挂、液压系统、电气系统及远程智能监控系统组成。车辆采用大容量防爆锂电池作为动力源，具备适时四驱能力；减速机集成有湿式制动器，可以做到行车制动、驻车制动独立操作。同时防爆电动无轨胶轮车与柴油无轨胶轮车相比在车身强度、车身承载能力、轻量化、爬坡能力、车辆维护等方面都具有较大优势。车辆技术参数如表1所示。

表1 车辆技术参数

1）铰接式车架。该结构车架通过中央铰接机构连接前车架及后车架。车架纵梁采用高强度钢板冲压后，整体激光焊接成型，达到行业领先水平。车辆转弯时通过操纵液压转向油缸的伸缩实现转向。前车架为车辆主要元部件的安装位置，同时兼顾正向驾驶室的封闭性。后车架为支撑整体式车厢及承载结构，采用自卸油缸托举车辆实现翻举自卸。

2）前独立悬挂＋后刚性悬挂。车辆整体采用轻量化设计，使用单纵臂独立悬挂提高整车的平稳及防侧倾性。采用结构简单的后刚性悬挂，不仅使车身承载能力更强，而且能够有效降低车厢高度和整车重心。

3）驱动部。防爆电动无轨胶轮车采用独立驱动方式，搭载了磁阻电动机及轮边减速器，传动效率达到90%。该套驱动系统具备电动机扭矩大，调速范围广，传动效率高等优点，与传统的轴式机械传动方式相比，速度控制更细腻、更便于维护保养。

4）制动系统。防爆电动无轨胶轮车采用了电制动+湿式制动的组合制动方式，具有陡坡缓降、自动控制车速和防失速保护，并且具有动能回收功能，利用制动回收电能增加车辆续航，大大提高了车辆运行时的可靠性和安全性。

2 防爆电动无轨胶轮车运行情况

2021年9月12日常村煤矿首台防爆电动无轨胶轮车入井试运行，在进行2次空载往返后，分别拉运建工材料及支护材料进行运行试验，单趟可运送4.5 m3喷浆料。截至2021年10月5日，防爆电动无轨胶轮车已在常村煤矿完成安全运送物料180 t、行驶里程556 km的试验任务，防爆电动无轨胶轮车的各项性能稳定。

2.1 辅助运输巷道技术参数

常村煤矿入井副斜井长862 m，巷道最大坡度-10°，井下辅助运输线路最远距离为12 km。井下主要运输大巷为直墙半圆拱形断面，采用锚网喷支护，巷道净宽×净高=6 m×5 m，净断面26.14 m2。

采掘工作面内运输巷道为矩形断面，采用锚网支护，巷道净宽×净高=6 m×4 m，巷道底板采用混凝土硬化，混硬土标号C20，底板硬化厚度150～200 mm；巷道转弯半径7 m，每500 m设置一个检修及调头硐室，能完全满足车辆转弯及调头需求。

2.2 车辆运行情况

截至目前，常村煤矿已投用的5台防爆电动无轨胶轮车，累计运行约37 500 km，总耗电量约43 000 kW·h。防爆电动无轨胶轮车车辆每千米所需费用仅为同载重量柴油无轨胶轮车的12%，且车辆出勤率达到92%，车辆操作便捷、辅助驾驶功能完善、车辆运行智能监控系统稳定，各项运行状态良好。

2.3 车辆使用成本对比分析

柴油无轨胶轮车油耗0.84 L/km，油价按每升平均值5.1元计算，则每百千米费用为428.4元。防爆电动无轨胶轮车每千米平均耗电量1.5 kW·h，电价按0.56元kW·h计算，则每百千米费用为84元。柴油无轨胶轮车与防爆电动无轨胶轮车的经济对比结果如表2所示。

表2 柴油无轨胶轮车与电动无轨胶轮车经济对比

经过上述数据比对发现，在相同运行条件下，单台防爆电动无轨胶轮车节省的费用和产生的效益比柴油无轨胶轮车有大幅度优势。单台防爆电动无轨胶轮车在综合工况下满载续航里程≥90 km、充换电时间≥2 h的表现虽然不及柴油无轨胶轮车单次加油续航能力≥260 km、加油时间≤0.2 min，但防爆电动无轨胶轮车单台车辆每年可节约营运费用22.23万元。虽然防爆电动无轨胶轮车单价比柴油无轨胶轮车高出115万元，但其使用寿命达8年，每年节约22万元费用，即可在6年内收回设备超出的成本且车辆更换周期更长，成本进一步降低。

因此，从矿井长远发展角度分析，使用防爆电动无轨胶轮车不仅能够起到降低生产成本、提高运输效率、减少设备维护的人员投入等作用，更能进一步地减少运输作业期间存在的安全风险。

2.4 防爆电动无轨胶轮车节能及降噪效果

（1）根据《煤矿安全规程》（2016年版）第一百三十八条规定：使用煤矿防爆型柴油动力装置机车运输的矿井，行驶车辆的巷道应按同时运行的最多车辆数量增加巷道配风，配风量应不小于4 m3/（min·kW）。经过计算可知，如需满足10台柴油车在井下同时运行需要额外增加风量3 000 m3/min。配风量的增加将加大矿井主通风机的用电负荷，增加矿井日常运行成本。采用防爆电动无轨胶轮车后可实现尾气零排放，避免上述情况出现。

（2）柴油无轨胶轮车在井下运行时的噪声虽然不大于85 dB，符合国家MTT989-2006行业标准要求［6-7］，但在实际使用过程中车辆在大马力爬坡等特殊工况下噪声仍比较刺耳。通过现场实际测量对比，电动无轨胶轮车产生的噪声平均比柴油无轨胶轮车减小20%，使用防爆电动无轨胶轮车可以有效减少煤矿井下环境中噪声的污染。

3 结论

1）防爆电动无轨胶轮车拥有安全性能高、运输效率高、零排放和低能耗、易维护管理等优势，解决矿井现有柴油无轨胶轮车“高污染、高油耗、高噪声、高故障、低寿命、难维护”等长期困扰企业的难题。其具备的无污染、低噪声、能耗小、维修维护简单、操控性好、续航里程、智能监控和上传功能的优势在车辆实际运行中得到了充分验证和肯定，深受一线运输职工称赞。

2）防爆电动无轨胶轮车在常村煤矿井下的成功应用，不仅改善了井下通风环境、降低了矿井运输成本、保障职工身体健康，还在尾气排放、能耗费用、噪声等方面较防爆柴油机车具有非常明显的优势。