架线电机车等非防爆运输机车在我国矿山使用已有40多年的历史。由于其具有成本低、运输能力大、维护简单、使用操作方便、可运送井下各种货物(煤炭、材料、设备、矸石等)和人员等优点,多年来一直作为煤矿井下运输大巷的主要运输设备,在矿井运输中占有重要的地位。
但煤矿井下属于一种易燃易爆环境,由于非防爆运输机车本身不具备防爆性能,在井下使用会带来诸多不安全因素,必须对其使用条件和范围加以限制。例如,在井下使用架线电机车,就可能导致以下不安全因素:
1.杂散电流。架线电机车运输采用用轨道做回电导体,部分回馈电流经大地形成回路,这部分电流是杂散电流的主要成分。杂散电流会增加金属管路和电缆的腐蚀,甚至引起电雷管的先期引爆。目前,我国还没有克服杂散电流的有效方法,只能采取减少回电轨道的电阻、增设轨道绝缘、清扫架线绝缘子等措施,以减少杂散电流。
2.回电和不回电的轨道连接,将电流引入采掘工作面。这可能引发电雷管爆炸或瓦斯、煤尘燃烧爆炸。为防止这种情况发生,必须在轨道连接处增设二道以上轨道绝缘。
3.在与架线电机车线路相联通的轨道上有钢丝绳跨越时,杂散电流通过钢丝绳导入采区。为防止这种情况发生,《煤矿安全规程》第354条规定:在与架线电机车相联通的轨道上有钢丝绳跨越时,钢丝绳不得与轨道相接触。
4.电弧火花。架线电机车的牵引电机是通过集电器与架线滑动接触获得电源,运行中电机车受电弓与架线之间由于某种原因不能可靠接触时,会产生大量的电弧火花。如果架线质量不符合要求,距离棚梁、巷道顶太近,绝缘程度降低,漏电接地,也可产生短路电弧火花。这些电弧火花足以引起瓦斯、煤尘爆炸或矿井火灾。
为防止非防爆机车引发煤矿灾害事故,《煤矿安全规程》对非防爆机车的使用范围作了严格规定。其中第347条规定:低瓦斯矿井进风(全风压通风)的主要运输巷道内,可使用架线电机车,但巷道必须使用不燃性材料支护。高瓦斯矿井进风(全风压通风)的主要运输巷道内,应使用矿用防爆特殊型蓄电池机车或矿用防爆柴油机车,如果使用架线电机车,必须采取特殊的安全措施。煤(岩)与瓦斯突出矿井和瓦斯喷出区域中,如果在全风压通风的主要风巷内使用机车运输,必须使用矿用防爆特殊型蓄电池机车或矿用防爆柴油机车。
在煤(岩)与瓦斯突出矿井和瓦斯喷出区域中严禁使用架线电机车等非防爆机车,原因在于煤与瓦斯突出和瓦斯喷出是煤矿的一种重大自然灾害。如果矿井存在煤与瓦斯突出突出危险或某区域存在发生瓦斯喷出的危险,可能在很短时间内,突然从煤(岩)体中喷出大量的瓦斯和煤,并伴随动力效应,可以破坏通风系统,造成风流逆转,甚至使全矿井充满瓦斯。如果使用非防爆机车,极可能导致瓦斯爆炸,造成重大人员伤亡和财产损失。2004年10月20日,河南郑煤集团大平煤矿发生特大瓦斯爆炸事故,造成148人死亡,就是因为矿井发生煤与瓦斯突出,大量瓦斯逆流至矿井主要运输巷,遇架线电机车产生的电弧火花而发生的。
为提高煤矿安全保障程度,消除安全隐患,国家煤矿安全监察局安监总煤矿字[2005]133号《关于印发〈煤矿重大安全生产隐患认定办法(试行)〉的通知》中,将"突出矿井在2006年1月6日之前未采取安全措施使用架线电机车或者在此之后仍继续使用架线电机车"确定为重大安全隐患,必须立即停产整顿。2005年,国家发展改革委《关于印发煤矿瓦斯治理与总体利用方案的通知》中也强调:2006年以前,突出矿井和冲击地压高瓦斯矿井全部取消架线电机车运输,改为蓄电池机车或其他安全运输方式。
非防爆运输机车现有可替代的产品主要有钢丝绳牵引机车、防爆柴油机车和防爆蓄电池机车三大类。
钢丝绳牵引机车目前有钢丝绳牵引单轨吊车、钢丝绳牵引卡轨车和钢丝绳牵引普轨半卡轨车几种类型,以钢丝绳牵引普轨半卡轨车使用最多。其可直接利用井下现有的普通轨道系统,变坡和拐弯处增加护轨卡轨,不需对轨道及巷道进行改造,投资少,可实现在变坡和有拐弯的巷道不转载连续运输。
防爆柴油机车以其低污染、安全、高效、运行费用低等优点而被广泛使用,其运行灵活,装卸方便,爬坡能力强,运行速度快,载重能力大,是在煤与瓦斯突出矿井和瓦斯喷出危险区域替代架线电机车的较理想产品。
蓄电池电机车以其无排气污染,运转热量小,噪音低等优点一直被煤矿普遍采用。但由于受到蓄电池能重比的限制,功率偏小,自重较大,每千瓦功率重量相当于柴油机的2.5倍,不利于重载爬坡;每工作3~4h需更换蓄电池充电;蓄电池寿命较短,使用费用较高,使蓄电池电机车的使用受到制约。