立井開采特大型礦井無軌膠輪車與單軌吊接力高效運(yùn)輸模式的研究與應(yīng)用

王龍生

（山東能源新礦集團(tuán)公司機(jī)電部，山東省新泰市，271233）

立井開采特大型礦井無軌膠輪車與單軌吊接力高效運(yùn)輸模式的研究與應(yīng)用

王龍生

（山東能源新礦集團(tuán)公司機(jī)電部，山東省新泰市，271233）

研究了解決立井開采特大型礦井無軌膠輪車與單軌吊機(jī)車接力高效運(yùn)輸?shù)男履Ｊ剑⒃敿?xì)介紹了應(yīng)用該高效運(yùn)輸模式在地面輔助運(yùn)輸、副立井物料設(shè)備下井方式、井底車場(chǎng)如何與無軌膠輪車換裝、大巷和采區(qū)上下山以及回采工作面運(yùn)輸方式、采區(qū)掘進(jìn)巷道及其它非全負(fù)壓通風(fēng)巷道運(yùn)輸方式等方面的應(yīng)用。

立井開采 特大型礦井 單軌吊機(jī)車 高效運(yùn)輸

目前，國內(nèi)外現(xiàn)有礦井采用的無軌膠輪車運(yùn)輸系統(tǒng)基本分為平硐和緩坡斜井井型，無軌運(yùn)輸車輛可以由地面直達(dá)井下工作地點(diǎn)。立井開采礦井輔助運(yùn)輸方式一般采用地軌或單軌吊運(yùn)輸，但是速度慢且效率低，并不適合特大型礦井的遠(yuǎn)距離快速運(yùn)輸。新礦集團(tuán)新巨龍公司目前采用地軌與單軌吊機(jī)車接力運(yùn)輸?shù)姆绞竭M(jìn)行物料運(yùn)輸，隨著礦井開拓的延深，物料運(yùn)輸距離越來越長。由于單軌吊換裝站至采區(qū)工作地點(diǎn)距離過長，而且地軌與單軌吊接力運(yùn)輸方式速度較慢，導(dǎo)致物流運(yùn)輸單程運(yùn)行時(shí)間過長，無法滿足新巨龍公司下一步長距離快速運(yùn)輸?shù)囊蟆?/p>

針對(duì)新巨龍公司物料運(yùn)輸系統(tǒng)復(fù)雜、物料運(yùn)輸速度慢且無法滿足礦井中長期發(fā)展要求的問題，研究了與立井開采特大型礦井現(xiàn)場(chǎng)條件相適應(yīng)的高效運(yùn)輸系統(tǒng)，以此解決此類礦井的輔助運(yùn)輸難題，為國內(nèi)同類礦井提供高效輔助運(yùn)輸?shù)男履Ｊ健?/p>

1 總體方案

本著 “減化系統(tǒng)、優(yōu)化環(huán)節(jié)、提高效率”的原則，立足規(guī)劃設(shè)計(jì)的先進(jìn)性，以礦井近期及遠(yuǎn)景生產(chǎn)系統(tǒng)分析為基礎(chǔ)，通過開展礦井材料分析、人員運(yùn)輸量分析、換裝方式及車場(chǎng)研究、輸料孔可行性分析以及運(yùn)輸模式創(chuàng)建等工作，提出了輔助運(yùn)輸方式設(shè)計(jì)，并確定實(shí)施方案及設(shè)備投入。實(shí)施對(duì)全礦井輔助運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，改進(jìn)完善無軌膠輪車運(yùn)輸系統(tǒng)，優(yōu)化改造單軌吊運(yùn)輸系統(tǒng)，研究應(yīng)用單軌吊重軌和新型軌道連接扣件，建設(shè)高速單軌吊示范線，大幅度提高單軌吊運(yùn)行速度和效率。地面物料采用軌道運(yùn)輸，由副井下井后在井底車場(chǎng)換裝硐室與無軌膠輪車換裝并采用無軌膠輪車運(yùn)輸，經(jīng)大巷、采區(qū)上下山和回采工作面巷道運(yùn)送到各采區(qū)換裝站或使用地點(diǎn)。采區(qū)換裝站至各掘進(jìn)工作面及其他非全負(fù)壓通風(fēng)巷道物料運(yùn)輸采用單軌吊運(yùn)送至使用地點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)單軌吊運(yùn)輸終點(diǎn)距各掘進(jìn)工作面不超過50 m，解決無軌膠輪車進(jìn)入掘進(jìn)工作面等非全負(fù)壓通風(fēng)巷道不符合煤礦運(yùn)輸質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的問題。單軌吊運(yùn)行區(qū)域控制在采區(qū)內(nèi)部，解決單軌吊速度慢和長距離運(yùn)輸時(shí)間過長的問題。掘進(jìn)噴漿用散料從地面輸料鉆孔直接向井下快速輸送噴漿混合料，用無軌膠輪車運(yùn)至采區(qū)噴漿迎頭或二次支護(hù)作業(yè)地點(diǎn)，減少副井提升量，解決工作面安裝和撤除期間的設(shè)備和材料上下井困難的問題，提高運(yùn)輸效率，縮短工作面安裝和撤除時(shí)間。

2 具體方案實(shí)施情況

2.1 物料及設(shè)備運(yùn)輸

2.1.1 掘進(jìn)噴漿用散料下井

為了解決副立井提升瓶頸，施工由地面直通井下的輸料鉆孔，掘進(jìn)噴漿用散料從地面輸料鉆孔直接向井下提供噴漿混合料，并用無軌膠輪車和單軌吊接力運(yùn)輸至各掘進(jìn)工作面噴漿地點(diǎn)或二次支護(hù)作業(yè)地點(diǎn)，從而減少副立井提升量，解決工作面安裝和撤除期間的設(shè)備和材料上下井困難的問題，提高運(yùn)輸效率，縮短工作面安裝和撤除時(shí)間。輸料鉆孔地面建筑設(shè)在郭坊工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)，井下鉆孔位于北區(qū)輔助運(yùn)輸巷道與北區(qū)帶式輸送機(jī)巷道之間，立孔上口安裝鐵篦子，防止大塊物料堵塞立孔。立孔內(nèi)安裝?600 mm的厚壁鋼管，保證輸料暢通無阻。立孔底部設(shè)儲(chǔ)料倉和閘門，方便裝車。

2.1.2 綜采支架及大型設(shè)備運(yùn)輸

綜采支架及大型設(shè)備在地面解體后，經(jīng)副井下井后組裝，然后由重型無軌膠輪車整體運(yùn)輸至工作地點(diǎn)，或用中型無軌膠輪車分體運(yùn)送到采區(qū)組裝點(diǎn)，組裝后再整體運(yùn)至工作地點(diǎn)。在工作面切眼處建設(shè)支架快速組裝 （或分拆）站，實(shí)行機(jī)械化組裝（或分拆），提高拆裝效率。

2.1.3 其他物料設(shè)備運(yùn)輸

（1）上下車場(chǎng)在地面采用軌道運(yùn)輸，配建一處裝料軌道車場(chǎng)，物料設(shè)備在地面裝集裝箱或直接裝平板車，通過柴油軌道機(jī)車運(yùn)輸至副井口填罐下井。井底設(shè)換裝站，用柴油軌道機(jī)車將副井底出車線物料運(yùn)輸至換裝硐室內(nèi)地軌車場(chǎng)重車線，使用行車起吊物料裝載膠輪車或集裝箱車自行裝卸。空車及升井舊料用軌道柴油機(jī)車牽引出換裝硐室，并由進(jìn)車線填罐升井。

（2）大巷、采區(qū)上下山及回采工作面采用無軌膠輪車運(yùn)輸，無軌膠輪車實(shí)行由輔一大巷進(jìn)車和輔二大巷出車的循環(huán)運(yùn)行方式，將物料由井底換裝硐室運(yùn)至采區(qū)換裝站和回采工作面使用地點(diǎn)。大巷內(nèi)以就近聯(lián)巷作為調(diào)向硐室，回采工作面巷道增設(shè)車輛調(diào)向硐室，避免逆向行駛。

（3）采區(qū)掘進(jìn)巷道及其他無負(fù)壓通風(fēng)巷道采用單軌吊運(yùn)輸，在采區(qū)換裝站內(nèi)換裝物料，并直接運(yùn)輸至采區(qū)使用地點(diǎn)，盡量避免單軌吊出采區(qū)，從而提高運(yùn)輸效率。

2.2 人員運(yùn)輸

進(jìn)一步優(yōu)化運(yùn)人系統(tǒng)，投入大型無軌運(yùn)人車，提高人員集中運(yùn)輸能力，杜絕人員在井底大量積壓，采用大巷內(nèi)大型無軌運(yùn)人車集中運(yùn)人、采區(qū)使用中型人車轉(zhuǎn)運(yùn)的運(yùn)行模式，建立半小時(shí)運(yùn)人圈，實(shí)現(xiàn)人員由井底乘車半小時(shí)內(nèi)到達(dá)各工作地點(diǎn)。按照目前礦井采場(chǎng)的布置情況，合理組織以下運(yùn)人車輛的運(yùn)行模式來提高運(yùn)人效率：

（1）單行線大循環(huán)運(yùn)行，輔一大巷進(jìn)車，輔二大巷出車，嚴(yán)禁逆向行駛；

（2）大型無軌運(yùn)人車運(yùn)行范圍為輔一大巷和輔二大巷，不能進(jìn)入采區(qū)上下山；

（3）北翼一采區(qū)和南翼邊界二采區(qū)人員由中型人車負(fù)責(zé)運(yùn)送，該范圍人員不得乘坐大型無軌運(yùn)人車；

（4）三采區(qū)和北翼二采區(qū)內(nèi)人員由大型無軌運(yùn)人車負(fù)責(zé)運(yùn)送，該范圍人員進(jìn)入采區(qū)換乘站后改乘中型人車，中型人車不能在采區(qū)以外運(yùn)行。

2.3 矸石運(yùn)輸

矸石運(yùn)輸采用帶式輸送機(jī)運(yùn)輸至主運(yùn)系統(tǒng)，不單獨(dú)設(shè)置矸石運(yùn)輸系統(tǒng)。

2.4 運(yùn)輸車輛及采用的配套設(shè)備

（1）無軌膠輪車。根據(jù)礦井運(yùn)輸量計(jì)算，初步需配備無軌膠輪車81輛。其中，為了實(shí)現(xiàn)物料設(shè)備的快速換裝，研制專用的集裝箱和集裝箱車，共需配備18輛集裝箱運(yùn)輸車運(yùn)送散料和小型設(shè)備，配備運(yùn)人車輛25輛，普通物料車16輛，支架搬運(yùn)車9輛，多功能裝載機(jī)5輛，鏟運(yùn)車3輛，加油車2輛，灑水車1輛，垃圾清理車2輛。根據(jù)礦井中長期開采需要，以后需再增加15～20輛無軌膠輪車。車型需要重型、中型和輕型3類，重型和中型無軌膠輪車用于運(yùn)送綜采支架等大型設(shè)備，輕型無軌膠輪車可以運(yùn)載部分小型設(shè)備經(jīng)副立井罐籠快速上下井，為關(guān)鍵設(shè)備檢修快速運(yùn)輸提供便利。研究應(yīng)用大型無軌運(yùn)人車，每車每次可運(yùn)輸20～30人到采區(qū)集中乘人車場(chǎng)，再利用中型運(yùn)人車將人員由采區(qū)集中車場(chǎng)運(yùn)送到工作地點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)人員運(yùn)輸?shù)目旖莞咝А?/p>

（2）單軌吊機(jī)車。根據(jù)分采區(qū)運(yùn)行及工作面安裝和撤除需要，配置14臺(tái)單軌吊機(jī)車，以完善采區(qū)內(nèi)物料運(yùn)輸系統(tǒng)。優(yōu)化單軌吊軌道系統(tǒng)，在二采區(qū)輔二大巷下山和二采區(qū)邊界進(jìn)風(fēng)下山等單軌吊機(jī)車運(yùn)行頻繁的采區(qū)上下山應(yīng)用I140V型重軌，采用新型扣件，改善單軌吊機(jī)車線路狀況，大幅度提高單軌吊機(jī)車的運(yùn)行速度。

2.5 建設(shè)各類無軌膠輪車硐室

2.5.1 井底換裝硐室

在井底施工一處長200 m的換裝硐室，并對(duì)輔二大巷門口向南約200 m巷道刷幫，分別用作日常物料換裝及工作面安裝和撤除期間的支架組裝和換裝。由井底車場(chǎng)9＃交岔點(diǎn)開門，與臨時(shí)水倉通道貫通，巷道總長度為213.04 m，同時(shí)將水倉通道門口開幫和挑頂。對(duì)新施工換裝硐室東側(cè)對(duì)應(yīng)的輔二大巷 （從輔二大巷門口向北200 m）進(jìn)行刷幫擴(kuò)寬 （與新施工換裝硐室寬度相同），用作日常物料換裝及工作面安裝和撤除期間的支架組裝和換裝。在換裝硐室內(nèi)安裝1部LHB10+10型行車和1部LHB25+25型行車用于起吊換裝。在巷道內(nèi)鋪設(shè)雙軌200 m、2組DK930-4-15型單開道岔和3組DX930-4-1519型渡線道岔，運(yùn)行方式為：膠輪車由輔二大巷行駛至水倉通道進(jìn)入換裝硐室，卸載升井物料并裝載下井物料，從井底車場(chǎng)9＃交岔點(diǎn)處駛出，經(jīng)11＃交岔點(diǎn)進(jìn)入輔一大巷車。上井人員在-810調(diào)向硐室西側(cè)三岔門下車，下井人員在-810調(diào)向硐室東側(cè)三岔門上車。

2.5.2 加油硐室

根據(jù) 《AQ1064-2008煤礦用防爆柴油機(jī)無軌膠輪車安全使用規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定，制定礦井加油硐室的建設(shè)方案為：在-810沉淀池南通道內(nèi)開門與輔一大巷形成環(huán)形通道，巷道中部與沉淀池通道貫通作為回風(fēng)通道，形成由輔一大巷進(jìn)風(fēng)并通過沉淀池通道向北回大巷回風(fēng)的獨(dú)立通風(fēng)系統(tǒng)。施工巷道總長度為80 m，采用錨噴支護(hù)方式，其中加油硐室寬度為10 m、長度為10 m、高度為4 m，其他地點(diǎn)巷道寬度為4.5 m，巷道高度為3.8 m。硐室兩端各安裝一扇向外開啟的防火柵欄門，在硐室內(nèi)安裝2個(gè)GHG5礦用本安型火焰?zhèn)鞲衅?。室?nèi)配備1個(gè)消防沙箱 （1.2 m×0.6 m×0.6 m）、2把消防鍬、4個(gè)8 kg的干粉滅火器和2個(gè)35 kg的ABC干粉滅火器。

2.5.3 膠輪車檢修存放硐室

根據(jù) 《AQ1064-2008煤礦用防爆柴油機(jī)無軌膠輪車安全使用規(guī)范》中的規(guī)定設(shè)置無軌膠輪車檢修存放硐室，在2301S工作面上巷新施工一條與輔二大巷相通的聯(lián)絡(luò)巷，長度為189 m。在新施工聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)距東端80 m處施工一條長度為135 m的南北方向巷道，并與現(xiàn)有輔二大巷和2301S工作面上巷聯(lián)絡(luò)巷貫通，用于存放車輛；在巷道內(nèi)兩幫開設(shè)5處深為5 m、寬為4 m、高為3.6 m的小型檢修硐室，硐室內(nèi)設(shè)有檢修地溝且地溝內(nèi)有集油坑，并安設(shè)有氣泵和千斤頂?shù)葯z修工具。

2.5.4 采區(qū)換裝站

每個(gè)采區(qū)建立一處無軌膠輪車與單軌吊機(jī)車的換裝站 （矩形斷面），進(jìn)口和出口兩側(cè)曲率半徑不小于9 m，長度不小于120 m，凈寬不小于5.3 m，凈高不低于4.5 m。

2.5.5 開拓巷道臨時(shí)換裝站

開拓巷道在片口車場(chǎng)不具備建立換裝站的條件時(shí)，在開拓巷道平段一側(cè)開寬，建立一處臨時(shí)換裝站，臨時(shí)換裝站處巷道凈寬達(dá)到5.3 m，凈高達(dá)到4.5 m，長度達(dá)到80 m，出口側(cè)曲率半徑不小于9 m，以滿足無軌車與單軌吊換裝要求。

2.5.6 車輛失控避險(xiǎn)硐室

無軌膠輪車運(yùn)行巷道坡度達(dá)到5°以上且斜坡長度超過1 km以上時(shí)，在沿下山方向車輛行駛右側(cè)設(shè)置車輛失控避險(xiǎn)硐室，硐室間距不超過1 km，硐室位置設(shè)在巷道片口和下車場(chǎng)以上50 m處，防止失控車輛影響片口和下車場(chǎng)工作人員的安全。硐室尺寸必須滿足最大車輛避險(xiǎn)要求，硐室正面和側(cè)墻懸掛廢舊輪胎作為車輛減速和緩沖設(shè)施，底板鋪設(shè)厚度在0.5 m以上的沙子或細(xì)石子，還要設(shè)置以下3道減速裝置：

（1）第一道減速裝置。硐室防撞水桶正前方懸掛一排廢舊輪胎，用于減緩車輛撞擊力。

（2）第二道減速裝置。硐室正前方設(shè)置2道直徑為580 mm、高為820 mm的防撞桶 （里面裝滿清水），用于車輛碰撞減速。

（3）第三道減速裝置。硐室正前方設(shè)置2道直徑為580 mm、高為820 mm的防撞桶 （里面裝滿細(xì)沙），用于車輛碰撞停車。

2.5.7 存車硐室

輔二大巷與2301S上巷聯(lián)絡(luò)巷下段作為存車硐室，暫時(shí)不用的車輛也可在此存放。

2.6 建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)路面及安全標(biāo)志

主要運(yùn)輸大巷和主要上下山采用高標(biāo)準(zhǔn)混凝土路面，保證無軌車運(yùn)行的平穩(wěn)和高速。采區(qū)工作面巷道等臨時(shí)性巷道采用可回收復(fù)用的鋼板路面，減少路面投資。沿途按照地面公路標(biāo)準(zhǔn)完善各類安全標(biāo)志、警示牌和信號(hào)燈等安全設(shè)施，保證車輛運(yùn)行安全。

2.7 建設(shè)運(yùn)輸信息化管理系統(tǒng)

建設(shè)運(yùn)輸信息化管理系統(tǒng)，完善全礦井車輛集中控制指揮、車輛定位、運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示、自動(dòng)交通信號(hào)和通訊等系統(tǒng)及時(shí)監(jiān)控和調(diào)度車輛，提高運(yùn)輸效率和安全性。該系統(tǒng)包含基礎(chǔ)信息錄入功能、可視化跟蹤及監(jiān)測(cè)功能、用料申請(qǐng)查詢及配料計(jì)劃下發(fā)功能、出入井車輛統(tǒng)計(jì)功能、電子交接功能、二次交接功能、防誤讀和誤寫功能、輔助調(diào)度功能、調(diào)度請(qǐng)求功能、區(qū)域劃分設(shè)計(jì)功能、軌跡查詢功能、報(bào)警提示功能、車輛檢修信息管理功能（車輛生命檔案管理）、其他統(tǒng)計(jì)報(bào)表功能、故障診斷功能、重演功能、聯(lián)網(wǎng)功能以及擴(kuò)容功能等，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)人員和車輛的可視化管理，及時(shí)了解人員和車輛的具體位置，對(duì)人員的安全和井下車輛高效運(yùn)輸具有重要意義。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 運(yùn)輸信息化管理系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

3 預(yù)期效益

3.1 社會(huì)效益

（1）無軌膠輪車與單軌吊接力高效運(yùn)輸模式可以解決立井開采特大型礦井井下輔助運(yùn)輸?shù)囊幌盗须y題，可大大提高礦井的運(yùn)輸速度、運(yùn)輸安全性和運(yùn)輸效率，減少地軌機(jī)車和無軌運(yùn)人車輛，簡(jiǎn)化運(yùn)輸系統(tǒng)，改善運(yùn)輸環(huán)境，降低運(yùn)輸工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

（2）無軌膠輪車與單軌吊接力高效運(yùn)輸模式可以解決工作面安裝撤除期間影響掘進(jìn)運(yùn)料的問題，可大幅度提高掘進(jìn)速度。

（3）無軌膠輪車與單軌吊接力高效運(yùn)輸模式為國內(nèi)同類礦井提供了高效輔助運(yùn)輸?shù)男履Ｊ?，能夠促進(jìn)國內(nèi)外煤礦輔助運(yùn)輸技術(shù)的發(fā)展。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

無軌膠輪車與單軌吊接力高效運(yùn)輸模式應(yīng)用后，可使每個(gè)工作面安裝 撤除時(shí)間減少10 d以上，按每年至少安裝撤除工作面3次計(jì)算，可增加有效生產(chǎn)天數(shù)30 d，新巨龍公司每天產(chǎn)煤2萬t，每年可多生產(chǎn)原煤60萬t，按照目前市場(chǎng)價(jià)格計(jì)算，價(jià)值約為3.78億元，凈利潤約為1.08億元。

［1］張廣文 .多種輔助運(yùn)輸方式在濟(jì)三礦的應(yīng)用分析［J］.中國煤炭，2008 （12）

［2］宋河清，閻建國，趙小旗等 .煤礦輔助運(yùn)輸事故原因分析及解決對(duì)策 ［J］.煤，2004（4）

［3］陳志輝，門志順，劉斌 .無軌運(yùn)輸在我國煤礦的應(yīng)用 ［J］.中國煤炭，2001 （1）

［4］陳雷，蘇吉佩 .煤礦井下輔助運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)狀分析與發(fā)展方向 ［J］.淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009（5）

Research and application of high efficient transportation mode of trackless vehicles and monorails for shaft mining in large mine

Wang Longsheng
（Department of Machinery and Electronics，Shandong Energy Xinwen Mining Group，Xintai，Shandong 271233，China）

The new high efficient transportation mode of trackless vehicles and monorails for shaft mining in large mine was studied.Its application to different sites were introduced in detail，including the ground support transportation，descenting mode of materials and equipments in vice shaft，reloading from trackless vehicles in shaft bottom yard，transportation modes for main roadway，mining area，working face，excavation roadway，and other airways in non-full negative pressure.

shaft mining，oversize mine，monorail crane，high efficient transportation

TD524.3

A

王龍生 （1961-），男，山東青州人，工程師，大學(xué)本科學(xué)歷，現(xiàn)任職于山東能源新礦集團(tuán)機(jī)電部運(yùn)輸科科長，主要從事煤礦機(jī)電運(yùn)輸專業(yè)技術(shù)管理工作。

（責(zé)任編輯 路 強(qiáng)）