礦井輔助運(yùn)輸?shù)南到y(tǒng)化技術(shù)與設(shè)備應(yīng)用研究

曹永樂，高亮亮

(太原礦機(jī)電氣發(fā)展有限公司，山西太原030032)

1 礦井輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的影響因素分析

經(jīng)過多年的努力，目前我國(guó)煤礦的開采技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，采掘機(jī)械化程度有了很大的提高，無論在礦井總產(chǎn)量和工作面單產(chǎn)方面，都已接近或達(dá)到世界先進(jìn)水平。我國(guó)的許多煤礦企業(yè)回采效率與英國(guó)、德國(guó)高產(chǎn)綜采工作面基本相當(dāng)，但在從事輔助運(yùn)輸?shù)娜藛T方面，存在較大的差距。我國(guó)掘進(jìn)隊(duì)中一般有30% ～50%的人員從事輔助運(yùn)輸，比國(guó)外高出1～2倍，而且仍然不能保證正常工作。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)煤礦輔助運(yùn)輸人員約占井下職工總數(shù)的1/3以上，有些礦甚至達(dá)到50%，與國(guó)外先進(jìn)采煤國(guó)家相比差距很大。綜采工作面搬家，國(guó)外一般僅需7～14 d即可完成，用工200～500個(gè)，而我國(guó)煤礦傳統(tǒng)方式需要25～45 d，用工5000個(gè)以上。綜采礦井每采百萬噸煤輔助運(yùn)輸用工為800～1200人班，是先進(jìn)國(guó)家的7～10倍。近年來，我國(guó)除了少數(shù)幾個(gè)煤礦采用了一些新型高效的輔助運(yùn)輸設(shè)備以外，大多數(shù)煤礦的輔助運(yùn)輸系統(tǒng)仍然是小絞車、小蓄電池機(jī)車等多段分散落后的傳統(tǒng)方式，嚴(yán)重影響了礦井全員效率的提高和煤礦的安全生產(chǎn)。

礦井輔助運(yùn)輸系統(tǒng)具有整體性、多計(jì)階梯性以及過程連續(xù)性等顯著特征。全面分析影響輔助運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行的各種要素，準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)問題和把握問題，是有效解決輔助運(yùn)輸系統(tǒng)中存在問題的重要途徑。影響輔助運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行的因素具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

1)運(yùn)輸設(shè)備的性能。設(shè)備優(yōu)越的性能應(yīng)該具備適應(yīng)性、機(jī)動(dòng)性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性以及安全性等性能。適應(yīng)性是指運(yùn)輸設(shè)備能夠在平巷、斜巷以及獨(dú)頭巷道中使用，在裝卸地點(diǎn)至卸載地點(diǎn)的距離中，不再使用其他任何的運(yùn)輸設(shè)備;機(jī)動(dòng)性是指運(yùn)輸設(shè)備能夠充分地滿足各種不同的用途、不同重量、不同形狀和大小的材料以及運(yùn)輸設(shè)備的具體需要，并且要求巷道的水平以及垂直曲率半徑較小;可靠性主要是指運(yùn)輸設(shè)備的技術(shù)比較成熟，設(shè)備性能可靠;經(jīng)濟(jì)性主要是指使用此種運(yùn)輸設(shè)備有助于降低成本;安全性主要是指運(yùn)輸設(shè)備的安全保護(hù)比較齊全，具有本質(zhì)安全性。

2)礦井的生產(chǎn)布局。主要分析是采用局部生產(chǎn)還是分布生產(chǎn)，以往在解決輔助運(yùn)輸設(shè)定運(yùn)輸問題時(shí)忽視了對(duì)這一方面的考慮。實(shí)際上，隨著礦井采掘工作面的增加，從而導(dǎo)致輔助運(yùn)輸?shù)狞c(diǎn)多、面寬，極大地增加了輔助運(yùn)輸?shù)墓ぷ髁亢凸ぷ麟y度。

3)巷道布置方式。礦井開拓系統(tǒng)以全煤巷或者是煤巷還是巖巷為主，對(duì)輔助運(yùn)輸系統(tǒng)有著重要的影響。因?yàn)?，如果是以巖巷為主的布置方式，則會(huì)增加輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的復(fù)雜性，并且產(chǎn)生大量的巖石，極大地增加了輔助運(yùn)輸?shù)墓ぷ髁亢凸ぷ麟y度，同時(shí)還需要進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)載、卸載工作，有效地增加了輔助運(yùn)輸?shù)膹?fù)雜性。

4)巷道支護(hù)方式。對(duì)于井下巷道而言，大部分需要設(shè)置支護(hù)，傳統(tǒng)的材料種類較多，比如木材、鋼材、混凝土以及砂石等。近幾年，發(fā)展速度最快的支護(hù)技術(shù)是錨桿，將錨桿與錨梁、錨網(wǎng)、錨索以及噴射混凝土進(jìn)行不同的組合，基本可以解決煤礦中所有的井巷支護(hù)問題。目前，錨桿支護(hù)技術(shù)得到了廣泛地推廣，已經(jīng)應(yīng)用到采掘巷道領(lǐng)域，加強(qiáng)錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用和推廣，有助于減少甚至淘汰其他的各種支護(hù)技術(shù)，有效地解決了傳統(tǒng)支護(hù)技術(shù)中存在的問題和缺陷，比如品種、型號(hào)以及規(guī)格比較復(fù)雜等，這樣便有效減輕了輔助運(yùn)輸?shù)膲毫Α?/p>

5)煤層的埋藏狀態(tài)。煤層的埋藏狀態(tài)主要是指煤層的傾角以及褶曲構(gòu)造的具體幅度和頻率。如果將其限制在緩斜率規(guī)定的范圍內(nèi)，則不存在煤層傾角的問題;如果出現(xiàn)傾斜或者是急傾斜，則這個(gè)影響具有決定性作用，在這種狀況下，大部分具備較強(qiáng)機(jī)動(dòng)性的運(yùn)輸設(shè)備受到限制;隨著褶曲構(gòu)造的幅度與頻率的不斷增加，其對(duì)輔助運(yùn)輸造成的不利影響也在逐漸增加。

2 礦井輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

不斷優(yōu)化采區(qū)開拓布局以及巷道布置方式，有助于簡(jiǎn)化輔助運(yùn)輸系統(tǒng)，減少運(yùn)輸設(shè)備和輔助運(yùn)輸工作量，從而為現(xiàn)代化的輔助運(yùn)輸創(chuàng)造有利的條件。創(chuàng)新新型的輔助運(yùn)輸方式，必須加強(qiáng)輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的改革，因?yàn)槟壳暗V井現(xiàn)有的生產(chǎn)采區(qū)輔助運(yùn)輸系統(tǒng)已經(jīng)定型，因此，可以采用以下方式進(jìn)行優(yōu)化。

2．1 優(yōu)化采區(qū)，開拓布局

首先，需要調(diào)整采區(qū)邊界，不斷擴(kuò)大采區(qū)范圍，盡量減少工作面的搬運(yùn)次數(shù)，有效地緩解輔助運(yùn)輸?shù)膲毫Γ捎煤喜⒑蛿U(kuò)大采區(qū)走向長(zhǎng)度的方式;其次，實(shí)現(xiàn)跨上、下山開采，改變以往的開采方式，由原來的雙翼回采改為單翼回采。比如南屯煤礦可以將六、八采區(qū)與七采區(qū)進(jìn)行合并，實(shí)現(xiàn)跨上、下開采，從而有效地延長(zhǎng)了采區(qū)的走向長(zhǎng)度，由原來500 m延長(zhǎng)到2000 m，最長(zhǎng)時(shí)高達(dá)2700 m。又如興隆莊煤礦的二采區(qū)向東擴(kuò)展。實(shí)現(xiàn)跨上、下開采之后，采區(qū)的走向長(zhǎng)度由原來的500～700 m增加到1800～2000 m。從而有效地減少了聯(lián)絡(luò)巷3～5個(gè)，減少了絞車3～5部，也減少了輔助運(yùn)輸工人9～15個(gè)，同時(shí)，也減少了工作面搬運(yùn)次數(shù)2～3次，輔助運(yùn)輸量減少了1200～1800個(gè)工作日，從而有效地緩解了輔助運(yùn)輸?shù)膲毫Α?/p>

2．2 優(yōu)化巷道布置方式

由于在早期的采區(qū)設(shè)計(jì)過程中，煤巖巷平行的布置存在缺陷，優(yōu)化了巷道的布置方式，不僅對(duì)生產(chǎn)采區(qū)的局部進(jìn)行有效的改造，同時(shí)新采區(qū)也形成了自己的獨(dú)特方式，積極推廣了煤層集中巷布置方式、分組上下山巷道布置方式以及邊界上下山共巷道布置方式的應(yīng)用。優(yōu)化采區(qū)巷道布置，在充分保證正常的安全生產(chǎn)接替的基礎(chǔ)上，取消巖集巷，降低巖巷的掘進(jìn)率，由原來的25 m/萬t減少到5～10 m/萬t，并且逐漸向全煤層過度，有效地簡(jiǎn)化了采區(qū)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)和系統(tǒng)，為輔助運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)代化發(fā)展創(chuàng)造了有利的條件。

例如，東灘礦十四采區(qū)下部采區(qū)巷道布置，通過8°邊界上山直接進(jìn)入到軌道順槽，與“煤巖(巷)平行布置”相比，減少了4個(gè)聯(lián)絡(luò)巷，輔助運(yùn)輸用工量以及絞車占用量也有所減少，從而為運(yùn)輸齒軌機(jī)車創(chuàng)造了有利的條件。為了更好地適應(yīng)新型輔助運(yùn)輸機(jī)械設(shè)備的實(shí)際要求，需要對(duì)新采區(qū)的巷道設(shè)計(jì)進(jìn)行合理的調(diào)整，比如可以將南屯礦九采區(qū)、興隆莊礦八、十采區(qū)、鮑店礦五采區(qū)、東灘礦東翼采區(qū)以及十四采擴(kuò)大區(qū)等采區(qū)的巷道坡度控制在10°以下，布局地區(qū)不能超過12°，增加軌道運(yùn)輸巷道的凈斷面積，達(dá)到12 m2，對(duì)于大巷和采區(qū)巷道、上下山與順槽的水平連接，應(yīng)該按照鈍角設(shè)計(jì)，保證彎道的半徑大于設(shè)計(jì)允許值。

2．3 優(yōu)化煤巷支護(hù)方式

自90年代以來，錨網(wǎng)支護(hù)試驗(yàn)逐漸在厚煤層礦井中全面推廣。煤巷錨網(wǎng)支護(hù)發(fā)生了變化，由原來的工字鋼被動(dòng)支護(hù)轉(zhuǎn)變?yōu)殄^梁網(wǎng)支護(hù)主動(dòng)支護(hù)，極大地改進(jìn)了巷道的支護(hù)效果，簡(jiǎn)化了掘進(jìn)工藝的程序，有效地提高了綜采設(shè)備的開機(jī)率，大大節(jié)約了支護(hù)材料，降低了支護(hù)材料的實(shí)際運(yùn)輸量，減少了輔助運(yùn)輸工作人員，同時(shí)促進(jìn)了新型輔助運(yùn)輸設(shè)備的安全、高效運(yùn)行。

3礦井輔助運(yùn)輸設(shè)備應(yīng)用

近幾年來，我國(guó)主要對(duì)無軌膠輪車、無極繩連續(xù)牽引車以及架空乘人裝置等新型輔助設(shè)備進(jìn)行相關(guān)的開發(fā)研制，上述新型輔助設(shè)備的研制使我國(guó)煤礦沒有國(guó)產(chǎn)輔助運(yùn)輸設(shè)備供選擇的情況得以改變，形成現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)煤礦輔助運(yùn)輸?shù)男履Ｊ?。?duì)于設(shè)備以及材料運(yùn)輸而言，大多數(shù)的老礦井或者是投入能力較小的新建礦井均逐漸采用無極繩連續(xù)牽引車，應(yīng)用于上下山、老礦井采區(qū)大巷以及工作面順槽。輔助運(yùn)輸設(shè)備的現(xiàn)代化是輔助運(yùn)輸現(xiàn)代化的核心問題，所以，對(duì)于提高井下輔助運(yùn)輸水平而言，新型輔助運(yùn)輸設(shè)備的研究以及新型輔助運(yùn)輸設(shè)備的應(yīng)用具有十分重要的意義。我國(guó)礦區(qū)通過不斷的探索以及不斷重復(fù)性的試驗(yàn)，已經(jīng)積累了較為豐富的新型輔助設(shè)備研發(fā)以及應(yīng)用相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)，不僅要對(duì)國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行較好的吸收，而且還應(yīng)該不斷對(duì)安全、可靠以及性能優(yōu)良的新型輔助運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行相關(guān)的開發(fā)研究，提高我國(guó)礦井輔助運(yùn)輸裝備的整體水平，進(jìn)而達(dá)到不斷提高我國(guó)礦區(qū)的輔助運(yùn)輸技術(shù)的目的。

4 結(jié)語

礦井輔助運(yùn)輸系統(tǒng)受到諸多因素的影響，比如運(yùn)輸設(shè)備的性能、礦井的生產(chǎn)布局、煤層的埋藏狀態(tài)以及礦井涌水量的大小等。對(duì)此，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)不斷優(yōu)化輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，優(yōu)化采區(qū)開拓布局，優(yōu)化巷道布置方式，并且全方位的簡(jiǎn)化系統(tǒng)，以便于為輔助運(yùn)輸現(xiàn)代化水平的提高創(chuàng)造條件。

［1］王剛，沈曰勇．礦井輔助運(yùn)輸?shù)南到y(tǒng)化技術(shù)與設(shè)備研究應(yīng)用［J］．機(jī)械設(shè)計(jì)及理論，2012，11(11):190 －191．

［2］李海，劉文民．CXJ10型膠套輪電機(jī)車在礦井輔助運(yùn)輸中的應(yīng)用分析［J］．煤礦機(jī)械，2011，12(4):167－168．