煤礦井下輔助運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)狀分析與發(fā)展趨勢(shì)

何學(xué)龍 楊志強(qiáng)

(安徽淮海實(shí)業(yè)發(fā)展集團(tuán)有限公司,安徽淮北 235000)

煤礦井下輔助運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)狀分析與發(fā)展趨勢(shì)

何學(xué)龍 楊志強(qiáng)

(安徽淮海實(shí)業(yè)發(fā)展集團(tuán)有限公司,安徽淮北 235000)

本文首先對(duì)國內(nèi)外煤礦井下輔助運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)狀進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析,闡述煤礦輔助運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn),然后介紹了當(dāng)前國內(nèi)外煤礦比較實(shí)用的幾種新型高效輔助運(yùn)輸設(shè)備,提出我國煤礦井下輔助運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展趨勢(shì)。

煤礦井下 輔助運(yùn)輸 設(shè)備 發(fā)展趨勢(shì)

1 概述

煤礦輔助運(yùn)輸泛指煤礦生產(chǎn)中除煤炭運(yùn)輸之外的各種運(yùn)輸?shù)目偤停饕ú牧?、設(shè)備、人員和矸石等的運(yùn)輸。它是整個(gè)煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)不可或缺的組成部分。煤礦井下輔助運(yùn)輸按運(yùn)行方式分為牽引式和自行式兩大類，按軌路系統(tǒng)則分為吊軌式、卡軌式、齒軌式、無軌式、地軌式等。輔助運(yùn)輸一般以架線電力、防爆柴油機(jī)、蓄電池和鋼絲繩為牽引動(dòng)力。

2 煤礦輔助運(yùn)輸發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國外輔助運(yùn)輸系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

世界一些主要采煤國家國早在上世紀(jì)50、60年代就開始著手解決本國煤礦井下輔助運(yùn)輸機(jī)械化問題，如德國、英國、捷克、俄羅斯、美國等發(fā)達(dá)國家。目前，這些國家已有單軌吊車、卡軌車、輪胎式運(yùn)輸車、架棚機(jī)等與集裝箱、人車等配合作為采區(qū)運(yùn)送人員、設(shè)備、材料的主要運(yùn)輸工具，較好地解決了輔助運(yùn)輸問題。比如美國和澳大利亞采用無軌膠輪車，綜采工作面支架拆搬遷僅需7人，并在一周內(nèi)完成；美萊克維爾2號(hào)井采用英格索蘭公司生產(chǎn)的無軌鏟運(yùn)車創(chuàng)下了48小時(shí)搬遷完一個(gè)綜合工作面的世界最高紀(jì)錄，大大降低了成本和人力消耗。由于各國煤礦井下條件不同，因而側(cè)重發(fā)展的輔助運(yùn)輸方式也各有所異。但總的發(fā)展趨勢(shì)為：由鋼絲繩牽引向柴油機(jī)牽引至蓄電池牽引，由輕型設(shè)備向重型設(shè)備，由單一功能向多種功能和由有軌運(yùn)輸向無軌運(yùn)輸?shù)姆较虬l(fā)展。

2.2 國內(nèi)輔助運(yùn)輸系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，我國煤礦大部分礦井的輔助運(yùn)輸系統(tǒng)仍然相當(dāng)落后。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國煤礦輔助運(yùn)輸人員約占井下職工總數(shù)的30%～40%。綜采工作面搬家，國外一般僅需l～2周即可完成，用工200～500個(gè)，而我國煤礦采用傳統(tǒng)方式需要25～45d，用工5000個(gè)以上，綜采礦井每采百萬噸煤輔助運(yùn)輸用工800～1200人·班，是先進(jìn)國家的7～10倍。不僅如此，其事故率約占井下工傷事故總數(shù)的30%，僅次于頂板事故。其主要原因就是我國煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)落后，效率太低，且不安全。

我國煤礦輔助運(yùn)輸機(jī)械化起步較晚，直至20世紀(jì)70年代后期，通過成套引進(jìn)國外的裝備和技術(shù)，才開始輔助運(yùn)輸國產(chǎn)化研制工作。到目前為止，我國已先后研制成功并定型生產(chǎn)了一批新型高效的煤礦輔助運(yùn)輸設(shè)備，如防爆柴油機(jī)單軌吊、繩牽引卡軌車、柴油機(jī)膠套輪齒軌卡軌車、無軌膠輪車、無極繩巷道連續(xù)牽引車等。有些設(shè)備在我國許多煤礦生產(chǎn)實(shí)踐中已經(jīng)得到了應(yīng)用，并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，部分設(shè)備的主要技術(shù)性能已經(jīng)達(dá)到國外同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。但總的來看，由于設(shè)備品種少未形成系列化，產(chǎn)品質(zhì)量也不穩(wěn)定，先進(jìn)高效輔助運(yùn)輸設(shè)備關(guān)鍵控制技術(shù)(如液壓控制系統(tǒng)技術(shù)、電液控制系統(tǒng)技術(shù)、制動(dòng)系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)等)和關(guān)鍵零部件(如低污染防爆柴油機(jī)、油泵、液壓馬達(dá)等)制造技術(shù)還不過關(guān)，導(dǎo)致國內(nèi)輔助運(yùn)輸設(shè)備與國外產(chǎn)品還存在較大差距。目前國內(nèi)除少數(shù)礦井外，絕大多數(shù)煤礦尚未實(shí)現(xiàn)從地面或從井底車場(chǎng)直至采區(qū)工作面端頭不經(jīng)轉(zhuǎn)載的直達(dá)運(yùn)輸，而是分階段運(yùn)輸，從井下材料、設(shè)備供應(yīng)點(diǎn)到井下工作面使用地點(diǎn)仍要經(jīng)過多次轉(zhuǎn)載，運(yùn)輸效率低，事故多，占用設(shè)備和用工人數(shù)也多。特別是采區(qū)的輔助運(yùn)輸機(jī)械化程度低這種狀況還未得到改變。另外，有些關(guān)鍵零部件需要從國外進(jìn)口，增加了設(shè)備的制造成本，銷售價(jià)格偏高，也妨礙了輔助運(yùn)輸設(shè)備的推廣應(yīng)用。

3 煤礦輔助運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)

目前，煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)及其設(shè)備具有復(fù)雜性和類型的多樣性，具體表現(xiàn)為：①運(yùn)輸線路隨工作地點(diǎn)的延伸(縮短)或遷移而經(jīng)常變化；②運(yùn)輸線路水平和傾斜相互交錯(cuò)連接；③工作地點(diǎn)分散，運(yùn)輸線路復(fù)雜，運(yùn)輸環(huán)節(jié)多；④待運(yùn)物料品種繁多，形狀各異；⑤井下巷道空間受限制，并有瓦斯和煤塵等爆炸性物質(zhì)，且瓦斯為有毒氣體，故需要防爆凈化設(shè)備。

4 幾種新型高效輔助運(yùn)輸設(shè)備的性能與特點(diǎn)

當(dāng)前國內(nèi)外煤礦比較實(shí)用的新型高效輔助運(yùn)輸設(shè)備主要有無軌運(yùn)輸設(shè)備(無軌膠輪車)、軌道運(yùn)輸設(shè)備和單軌吊車等三大類。與傳統(tǒng)的輔助運(yùn)輸設(shè)備相比，這些設(shè)備在技術(shù)特性、運(yùn)輸效率和安全性能方面都具有許多明顯的優(yōu)點(diǎn)。

4.1 無軌運(yùn)輸設(shè)備(無軌膠輪車)

無軌膠輪車是一種井下膠輪運(yùn)輸車，該車不在軌道上運(yùn)行，由承載車和牽引車構(gòu)成，承載車在后部，牽引車在前部，前后車鉸接，動(dòng)力為蓄電池或者柴油機(jī)。其特點(diǎn)是裝卸方便，運(yùn)行靈活，水平轉(zhuǎn)彎半徑小，基本在3～6米；載重力大，能夠運(yùn)送液壓支架等整體設(shè)備部件；爬坡能力很強(qiáng)，最大能夠達(dá)到14°；運(yùn)行速度很快，支架車可以達(dá)到1～4m/s，而人車和運(yùn)料車高達(dá)2～8m/s，不過以蓄電池為動(dòng)力車速相對(duì)較慢；對(duì)巷道底板不平度和硬度要求高，其抗壓強(qiáng)度應(yīng)不小于10～25N/cm2之間，如果條件允許最好是砂質(zhì)巖或砂巖；實(shí)現(xiàn)從地面到采區(qū)直接運(yùn)輸，巷道面寬度不能低于3.6米。如果底板破碎需要及時(shí)清理，必要時(shí)使用混凝土對(duì)路面進(jìn)行硬化處理。該設(shè)備特別適合于賦存較淺、傾角不大的近水平煤層礦井，也可用于頂、底板條件較好的豎井開拓方式的礦井。

4.2 軌道運(yùn)輸設(shè)備

4.2.1 防爆柴油機(jī)車

目前煤礦井下水平運(yùn)輸大巷的運(yùn)輸，主要以架線電機(jī)車及蓄電池機(jī)車為主。架線電機(jī)車由于是以井下整流電源驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)作為機(jī)車動(dòng)力，需要大量的前期投資周期長(zhǎng)，并且使用范圍受到限制。防爆柴油機(jī)軌道機(jī)車牽引能力大、機(jī)動(dòng)靈活，應(yīng)用較為廣泛。國內(nèi)各研究部門及生產(chǎn)廠家先后研制開發(fā)了從1.5t到14t系列的防爆柴油機(jī)軌道機(jī)車。

4.2.2 齒軌車

一般指的是帶鋼輪和齒軌輪的機(jī)車。在平道上靠鋼輪與軌道的粘著力高速運(yùn)行。在斜巷上(小于10°)靠齒軌輪與齒軌的嚙合低速牽引。因此這種機(jī)車能直接進(jìn)入上下山斜巷和起伏不平的工作面運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷。缺點(diǎn)是自重和轉(zhuǎn)彎半徑較大，不大適合在采區(qū)運(yùn)行。如果變坡較多，則鋪設(shè)齒軌較長(zhǎng)，影響成本和車速，只宜用于水平大巷及與其相連的坡度不大的主要上下山巷道使用。

4.2.3 卡軌車

包括繩牽引和柴油機(jī)牽引卡軌車，其特點(diǎn)是全部載重都落在巷道底板的的雙軌上。與巷道支護(hù)條件無關(guān)，但對(duì)底板有一定要求。底鼓明顯，積水較多的巷道不適合使用。因具有防掉道的卡軌輪及可靠的制動(dòng)系統(tǒng)，能以較高的速度安全可靠的在軌道上運(yùn)行?？ㄜ壾嚨耐怀鰞?yōu)點(diǎn)是承載能力大，爬坡能力強(qiáng)，運(yùn)行速度快，安全性好。在失控等危險(xiǎn)情況下也能自動(dòng)緊急制動(dòng)停車，特別適合于采區(qū)運(yùn)輸。近年來國外在綜采設(shè)備搬家、材料和人員運(yùn)輸?shù)确矫娑荚诖罅Πl(fā)展卡軌車。在我國煤礦開采深度較淺，礦壓較小，底鼓現(xiàn)象少，巷道斷面小，支護(hù)條件差，采用液壓支架等大型綜采設(shè)備的礦井，適宜于卡軌車的發(fā)展。

4.2.4 無極繩連續(xù)牽引車

這是常州科研試制中心有限公司首創(chuàng)的一種新型高效的煤礦輔助運(yùn)輸設(shè)備。其主體的結(jié)構(gòu)和工作方式結(jié)合了無極繩絞車與調(diào)度絞車的優(yōu)點(diǎn)，主要用于采區(qū)集中運(yùn)輸巷和工作面順槽的輔助運(yùn)輸。與傳統(tǒng)的無極繩絞車相比較，無極繩連續(xù)牽引車具有運(yùn)輸距離長(zhǎng)，運(yùn)輸能力大，速度可調(diào)，可變向，具有后備保護(hù)等特點(diǎn)。特別適用于坡度較小、曲線多、傳統(tǒng)絞車布置困難的巷道，在礦井開采邊角煤、煤柱煤等開采條件較差的資源時(shí)可以更好地發(fā)揮其優(yōu)越性，充分體現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、安全、高效的特性?？芍苯永镁卢F(xiàn)有的軌道系統(tǒng)，不需對(duì)軌道及巷道進(jìn)行改造，設(shè)備售價(jià)不高，特別適合我國煤礦的需要，是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的煤礦輔助運(yùn)輸設(shè)備，在國內(nèi)迅速得到推廣使用，可取代目前順槽的調(diào)度絞車接力運(yùn)輸。

4.3 單軌吊車

單軌吊車是一種新型高效的煤礦輔助運(yùn)輸設(shè)備，適用于煤礦井下人員、材料設(shè)備和矸石等的輔助運(yùn)輸，可實(shí)現(xiàn)液壓支架的整體搬運(yùn)，主要用于大巷采區(qū)上、下山及采掘工作面的巷道運(yùn)輸。按牽引動(dòng)力類別和使用特征分，包括防爆柴油機(jī)單軌吊車、防爆特殊蓄電池單軌吊車和鋼絲繩牽引單軌吊車等三個(gè)類型。使用最多的是防爆柴油機(jī)單軌吊車，其特點(diǎn)是體積小，機(jī)動(dòng)靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，不受底板狀況的影響，過道岔方便；連續(xù)運(yùn)輸距離長(zhǎng)，用于掘進(jìn)巷道時(shí)能迅速延伸軌道，既安全可靠，經(jīng)濟(jì)性也好；可以實(shí)現(xiàn)從井底車場(chǎng)甚至從地面

(斜井或平巷開拓時(shí))至采區(qū)工作面的直達(dá)運(yùn)輸。根據(jù)國外經(jīng)驗(yàn)，采用單軌吊系統(tǒng)可以基本解決整個(gè)礦井的輔助運(yùn)輸機(jī)械化問題。當(dāng)前我國還存在著大量的中小型礦井，礦井的井筒及巷道斷面也都較小，巷道系統(tǒng)比較復(fù)雜，井型及巷道系統(tǒng)又不易改造。如果這些礦的巷道頂板比較穩(wěn)定，支護(hù)條件較好，單件重量不太大(一般不超過15t)，特別是有底鼓的礦井，選用單軌吊運(yùn)輸系統(tǒng)比較合適。

5 煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

根據(jù)我國具體情況，借鑒國外經(jīng)驗(yàn)，研制更多、更新、更高效的煤礦輔助運(yùn)輸設(shè)備來裝備我國煤礦，同時(shí)有計(jì)劃地加快對(duì)我國現(xiàn)有煤礦的技術(shù)改造，使其成為高產(chǎn)高效的現(xiàn)代化礦井，加快我國煤礦輔助運(yùn)輸現(xiàn)代化進(jìn)程，與我國采掘機(jī)械化同步發(fā)展。具體如下：

一是加快我國煤礦特別是采區(qū)新型高效輔助運(yùn)輸設(shè)備的研制。根據(jù)我國礦井類型和生產(chǎn)技術(shù)條件，開發(fā)多品種、多系列，能夠用于綜采快速搬家、綜掘高效運(yùn)料和運(yùn)人的新型高效輔助運(yùn)輸設(shè)備，使不同情況的礦井或采區(qū)有相應(yīng)的設(shè)備可選。包括繼續(xù)開發(fā)無軌膠輪車；加強(qiáng)軌道車輛的研制；完善和提高無極繩連續(xù)牽引車運(yùn)輸系統(tǒng)；復(fù)式能源電機(jī)車的研發(fā)等。

二是有計(jì)劃地加快對(duì)我國煤礦現(xiàn)有輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的技術(shù)改造，使其成為高產(chǎn)高效的現(xiàn)代化礦井。根據(jù)我國煤礦目前的實(shí)際情況，有條件的礦井可以全部采用無軌運(yùn)輸方式。設(shè)計(jì)有軌運(yùn)輸或改擴(kuò)建礦井，采用柴油機(jī)車+無極繩連續(xù)牽引車運(yùn)輸系統(tǒng)；全部采用無極繩連續(xù)牽引運(yùn)輸系統(tǒng)；無軌車+無極繩連續(xù)牽引車有軌加無軌運(yùn)輸系統(tǒng)。

三是盡快建立起較完善的輔助運(yùn)輸設(shè)備試驗(yàn)場(chǎng)和檢測(cè)中心，加快政策、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的制定，為保障煤礦的安全生產(chǎn)、提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性提供技術(shù)手段。

四是加快新型礦井輔助運(yùn)輸設(shè)備的國產(chǎn)化進(jìn)程及元部件和可靠性的攻關(guān)研究。包括新型防爆啟動(dòng)電機(jī)、監(jiān)控系統(tǒng)、帶濕式制動(dòng)的驅(qū)動(dòng)橋、電控系統(tǒng)和通訊信號(hào)系統(tǒng)等，提高其安全性和可靠性。

五是加強(qiáng)配套設(shè)備的研發(fā)和維護(hù)使用保養(yǎng)。

6 結(jié)語

煤礦輔助運(yùn)輸是整個(gè)礦井運(yùn)輸中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，尤其是現(xiàn)代化礦井對(duì)此更應(yīng)高度重視。由于輔助運(yùn)輸由多個(gè)環(huán)節(jié)和各種運(yùn)輸設(shè)備配套而成，如果某個(gè)環(huán)節(jié)中斷，就會(huì)使工作面和其他工作地點(diǎn)的作業(yè)陷于停頓，因此輔助運(yùn)輸系統(tǒng)工作的好壞直接關(guān)系到生產(chǎn)能否正常進(jìn)行，而且選擇合理的礦井輔助運(yùn)輸方式，提高礦井輔助運(yùn)輸?shù)难b備水平，對(duì)礦井的生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益起到很大的作用。2013年國家發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)煤炭裝備制造業(yè)“十二五”發(fā)展的指導(dǎo)意見》，指出在煤礦高效輔助運(yùn)輸設(shè)備領(lǐng)域，重點(diǎn)研究輔助運(yùn)輸系統(tǒng)配套設(shè)備及工藝，大噸位無軌膠輪車，安全高效無極繩運(yùn)輸技術(shù)與裝備。因而迫切需要建立一套適合我國煤礦井下地質(zhì)條件的完整的輔助運(yùn)輸設(shè)備設(shè)計(jì)、加工、試驗(yàn)、檢測(cè)、工業(yè)中試的研制開發(fā)體系，以滿足國內(nèi)煤礦對(duì)井下高效輔助運(yùn)輸設(shè)備的需求，縮短我國這一領(lǐng)域與國際先進(jìn)水平的差距，為煤礦安全、高效生產(chǎn)提供裝備保障。

[1]孫繼平.煤礦輔助運(yùn)輸設(shè)備[M].江蘇：中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2008.

[2]崔海波,吳戈.煤礦機(jī)電與運(yùn)輸[M].湖南：湘潭大學(xué)出版社,2009.

[3]李明國,蘇其亮.煤礦采區(qū)輔助運(yùn)輸新模式的研究與實(shí)踐[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2008.

[4]李劍峰.新一代煤礦井下輔助運(yùn)輸設(shè)備研發(fā)與應(yīng)用礦業(yè)裝備[J].礦業(yè)裝備,2014(2)：90-93.

[5]李紅衛(wèi).煤礦井下輔助運(yùn)輸設(shè)備——卡軌車的應(yīng)用[J].煤,2008(8)：59-60.

[6]張彥祿,高英,樊運(yùn)平,王連柱.煤礦井下輔助運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)狀與展望[J].礦山機(jī)械,2011(10)：6-9.

This article briefly analyzes the present situation at home and abroad of subsidiary transportation of the undergroud coal mine firstly,and explain the characteristics of the coal mine auxiliary transportation,then introduces several pratical new type of high efficient auxiliary transportation equipment domestic and overseas,moreover,the trend of the development of the coal mine auxiliary transportation in china are also put forward.

the coal mine subsidiary transportation equipment development trend

何學(xué)龍(1981- ),男,工程師。2003年畢業(yè)于合肥學(xué)院機(jī)械工程系機(jī)械設(shè)計(jì)制造機(jī)自動(dòng)化專業(yè),現(xiàn)主要從事煤機(jī)裝備技術(shù)研發(fā)與管理工作。