一、现有技术
1、背景：
在煤炭开采过程中，需使用大量的辅助运输车辆，传统的辅助运输手段为轨道运输，在矿井大巷中利用架线电机车牵引矿车，在采区及工作面巷道中使用绞车或蓄电池机车牵引。这样传统的辅助运输手段中间环节多，效率低下，不适应高产高效矿井的需要。
近些年来，随着煤矿开采现代化水平的提高，越来越多的煤矿辅助运输采用柴油内燃机为动力的无轨胶轮车。由于煤矿井下使用的设备为防爆设备，需取得煤安认证，这就需要由辅助运输车辆生产厂家对车辆进行防爆设计。煤矿井下辅助运输车辆防爆的核心内容是发动机防爆，发动机防爆的主要内容是对发动机进排气口进行防爆设计，即进气口防口火设计和排气口防高温尾气设计。
2、现有技术：
煤矿井下防爆柴油车发动机防爆的一般做法是在进、排气口加装阻火器，以防止气体中火焰穿过。还需外加循环水冷系统，水冷装置设置在排气侧的发动机与阻火器之间，以防止排气温度超过70℃。防爆发动机还有许多防爆要求，如防止外壳温度超过150℃，电气系统防爆等，由于对发动机的效率影响很小，在此不一一列举。
（1）阻火器一般分栏栅型阻火器和珠型阻火器：
栏栅型阻火器必须使用耐高温﹑防腐蚀﹑耐磨损材料制造。栏栅板的厚度不小于1mm，平面度不大于0.15mm，气流方向的宽度不小于50mm，相邻两栏栅板之间的间隙不大于0.5mm。
珠型阻火器的框架及挡板﹑球型体，应使用耐高温﹑耐腐蚀材料制造。装配完整后的珠型阻火器，内部球形体不得有松动。采用直径为5mm的球形体时，气流方向的填充厚度不小于60mm，采用直径为6mm的球形体时，气流方向的填充厚度不小于90mm。
（2）柴油机任一部分位表面温度不得超过150℃，废气出口温度不得超过70℃。
目前多采用强化水冷却循环，可使除排气管外的其它零部件温度低于150℃。排气系统温度一般为600℃左右，因此必须对排气管进行强制冷却才能达到以上要求，一般采用水夹层排气管来实现。
（3）为防止阻火器持续受热升温，水冷系统一般还对阻火器进行淋水降温，并增加了阻火器的阻火性能。
发动机进出气口防爆示意图
图中：1为发动机，2为发动机进气管，3为阻火器，4为水夹层排气管，5为阻火器，6为排气管，7为变速箱，8为车轮。
二、目前技术存在的问题
1、发动机效率低：防爆柴油车发动机进、排气口的阻火器增大了进排气阻力，这就相当于在进、排气口加装了口罩，还有少量水分进入发动机，对发动机的性能影响很大，柴油也不容易充分燃烧；
2、由于煤矿井巷道狭窄，视线条件很差，车辆行驶容易发生安全事故，所以规定车辆行驶速度上限速度，绝大部分矿井井下车辆的上限行驶速度为35km/h左右，车辆长期处于低速行驶状态，发动机的效率低下。
3、对井下空气污染严重。从已有的某煤炭集团井下正在使用的防爆车情况来看，装载量为4吨的矿用防爆柴油车油耗在85~100升/百公里之间，油耗相当惊人，已对企业的生产经营成本产生显著影响，而且柴油车在行驶时，由于燃烧不充分，对井下污染很大。
4、车辆维护成本高。从维护成本上看，由于发动机系统复杂，在进行防爆改造后，防爆系统也相应复杂，维护成本很高且易发生失爆问题。
综上分析，有必要研发一种效率高、污染低，较易维护的矿用防爆车。
三、改进方案
1、车辆动力系统采用油电串联混合电动方案，动力系统原理与目前主流的串闻混合系统基本相同，即由柴油发动机向发电机输出动力，发电机向蓄电池充电，由蓄电池向电动机提供动力。
2、当柴油发动机不工作时，整车必须达到矿用防爆要求。即柴油发动机为非防爆设备，电动机、蓄电池及控制、照明系统等电气设备为矿用防爆型设备。
3、发电机在采取可靠的放电及与蓄电池隔离等防爆措施后，可采用非防爆设备，但需达到矿用一般型设备要求。
4、控制系统采用三种模式控制车辆行驶，即防爆模式、效率优先模式、充电优先模式，应在车辆控制台设置模式转换旋钮，根据车辆使用环境的不同的选择相应的行驶模式。车辆不能同时在两种以上模式下工作。
5、防爆模式（纯电动模式）。当车辆在采区及工作面巷道行驶时，在进入之前，由人工切换为防爆模式，即柴油发动机及发电机无法工作，由蓄电池给电动机供电。
6、效率优先模式（矿用一般型）。当车辆驶离工作面等进入矿井进风大巷或在地面较长时间行驶时，应采用效率优先模式行驶，如蓄电池电量低于60%时，柴油发动机自动启动并以高效运转方式带动发电机向蓄电池充电，充满后发动机自动关闭。
7、充电优先模式。当车辆从地面等地点计划驶向工作面时，在地面及矿井进风大巷中行驶时，应选择充电优先模式，即发动机始终满负荷运转，保证发电机以最快速度向蓄电池充电的同时，还直接向电动机提供行驶动力。在蓄电池充满后，发动机仍继续工作，带动发电机向电动机直接供电。这样就可以保证在车辆进入采区或工作面前，蓄电池有尽可能多的电量，以满足在转换为防爆模式后，有足够的电量维持车辆在采区及工作面的使用。
在充电优先模式下，应有亏电报警功能，如蓄电池电量低于60%时，报警提示驾驶员是否有足够的充电时间来保证将蓄电池充至足够的电量来满足采区或工作面的纯电动使用要求。
8、防爆模式为默认模式，即当车辆要启动时，只有在防爆模式下，车辆才能启动，在充电优先模式下和在效率优先模式下，开启车辆启动按钮或钥匙时，车辆将没有反应；在车辆启动后，再根据车辆所处的位置和即将要去的区域选择相应的工作模式。
9 、蓄电池应设定亏电报警。当车辆在采区或工作面内行驶时，必须纯电动的防爆模式，所以应设定亏电报警，如设定值为30%电量，当蓄电池电量低于额定容量的30%时，应提示驾驶员尽快回到非防爆区域中启动发动机充电，也可到附近充电点充电或更换蓄电池。
10、在矿井地面工业广场车辆停放场所应设置充电点，以尽可能地利用充电方法获得能源，减少燃油消耗，降低燃料成本。可考虑在采区或工作面内设置防爆充电点，车辆较长时间在采区或工作面内转运材料时，应可到充电点换电池或充电。
图中：1为发动机，2为排气管，3为进气管，4为发电机，5为蓄电池，6为变频器，7为电动机，8为变速箱，9为车轮，10为模式选择旋钮。
