煤礦輔助運輸方式轉變的可行性研究

王少青

摘 要：王莊礦風井輔助系統(tǒng)采用無極繩循環(huán)絞車、調度絞車和無軌膠輪車混合運輸?shù)姆绞?。但是，由于王莊煤礦風井地質條件較為復雜，這種方式在使用過程中出現(xiàn)了諸多弊端，直接影響王莊煤礦輔助運輸?shù)慕】蛋l(fā)展。為此，本文對風井輔助運輸進行優(yōu)化設計。

關鍵詞：煤礦;輔助運輸;無軌膠輪車

中圖分類號：TD525文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2018）29-0092-03

Abstract： The auxiliary air shaft system of Wangzhuang Mine adopts the mode of endless rope circulation winch， dispatching winch and trackless rubber-tyred vehicle mixed transportation. However， due to the complex geological conditions of the ventilation shaft in Wangzhuang Coal Mine， there are many drawbacks in the use of this method， which directly affects the healthy development of auxiliary transportation in Wangzhuang Coal Mine. Therefore， this paper optimized the design of auxiliary air shaft transportation.

Keywords： coal mine;auxiliary transportation;trackless rubber wheeled vehicle

目前，潞安集團王莊煤礦（以下簡稱“王莊煤礦”）風井輔助系統(tǒng)采用無極繩循環(huán)絞車、調度絞車和無軌膠輪車混合運輸方式。而由于王莊煤礦風井地質條件較為復雜，無軌膠輪車在運輸過程中出現(xiàn)了諸多弊端，直接影響王莊煤礦輔助運輸?shù)慕】蛋l(fā)展。為此，本文對風井輔助運輸進行優(yōu)化設計。

1 目前我國煤礦輔助運輸設備應用概況

目前，我國煤礦輔助運輸技術發(fā)展極不平衡[1]。隨著綜采、綜掘等現(xiàn)代化煤機裝備的快速發(fā)展，輔助運輸?shù)臏笠呀?jīng)嚴重制約部分大型煤礦的生產(chǎn)，成為煤炭生產(chǎn)的薄弱環(huán)節(jié)。對于國內煤礦的輔助運輸系統(tǒng)，除少數(shù)幾個煤礦采用柴油機膠套輪齒軌卡軌車和無軌膠輪車等新型高效的輔助運輸設備外，大部分礦井的輔助運輸系統(tǒng)仍然相當落后，還在延用無極繩、小絞車等多段分散落后的傳統(tǒng)輔助運輸方式，運輸環(huán)節(jié)多，系統(tǒng)復雜。

我國煤礦輔助運輸機械化起步較晚，直至20世紀70年代后期才開始這方面的研制工作。到目前為止，我國已先后研制成功并定型生產(chǎn)了一些新型高效的煤礦輔助運輸設備，如柴油機單軌吊、繩牽引卡軌車、柴油機膠套輪齒軌卡軌車、無軌膠輪車及新近研制成功的無極繩巷道連續(xù)牽引車等。有些設備如柴油機膠套輪齒軌卡軌車、無軌膠輪車和巷道連續(xù)牽引車，在我國很多煤礦生產(chǎn)實踐中已經(jīng)得到了推廣應用，并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟和社會效益。部分設備的主要技術性能也達到了國外同類產(chǎn)品的國際先進水平。但總體來看，設備種類還未形成系列產(chǎn)品，產(chǎn)品質量也不穩(wěn)定，某些技術性能尤其是可靠性有待進一步提升。另外，有些關鍵部件如防爆低污染柴油機還不過關，油泵、油馬達等也還需要從國外進口，設備的制造成本較大、銷售價格偏高，妨礙了輔助運輸設備的推廣應用。

2 王莊煤礦輔助運輸輔助運輸方式與存在的問題

2.1 輔助運輸方式

按照高標準、高起點、高產(chǎn)高效模式，礦井輔助運輸系統(tǒng)主要應滿足以下要求：減少輔助運輸環(huán)節(jié)及轉運次數(shù)，減少輔助運輸人員，提高運輸效率。本礦井煤層為近水平煤層，主要巷道均沿煤層布置，錨網(wǎng)支護，坡度一般在5°以下，回采工作面采用大功率采煤機回采，巷道為綜合機械化掘進、機械化程度高、工作面掘進速度快，用人、用料數(shù)量少。根據(jù)上述特點，需要一種方便、靈活、快捷的輔助運輸方式與之配套，以實現(xiàn)井上下直達運輸。

無軌膠輪車運輸在國內外已得到廣泛推廣和應用，王莊煤礦周邊多個礦井輔助運輸均采用無軌膠輪車運輸方式[2]。

由于副井采用立井開拓大件設備無法直接通過膠輪車下井，因此還需要采用有軌系統(tǒng)將設備運至井下?lián)Q裝到無軌膠輪車。結合本礦井的具體特點，設計確定井下輔助運輸方式為有軌無軌相結合，以無軌膠輪車運輸為主，有軌運輸為輔的輔助運輸方式。井底車場水平蓄電池機車大巷以有軌蓄電池機車運輸為主，81采區(qū)大巷及工作面確定以無軌膠輪車運輸為主。71采區(qū)煤層起伏大，傾角大，適合采用無極繩連續(xù)牽引車運輸。

本礦輔助運輸81采區(qū)采用無軌膠輪車，71采用無極繩連續(xù)牽引車運輸方式。

2.2 輔助運輸系統(tǒng)

2.2.1 井下矸石。礦井生產(chǎn)期間，井下巷道以煤巷為主，幾乎沒有巖石巷道，對于個別工程中產(chǎn)生少量矸石，原則上矸石不升井，用無軌膠輪車運至廢棄聯(lián)絡巷或進行煤矸置換（專門煤巷，然后以矸石充填）。保險起見，礦井配備了矸石運輸車，副井提升系統(tǒng)設計時考慮了一部分矸石的提升問題。

2.2.2 材料運輸。材料及小型設備在地面裝入礦車后，通過罐籠下井，經(jīng)過輔助運輸大巷運至工作面。為降低運輸成本，在大量設備、材料運輸時可采用礦車直接運輸?shù)骄讚Q裝，然后換裝到無軌膠輪車。

2.2.3 人員運輸。井下工作人員經(jīng)罐籠下井后，可以乘無軌人員運輸車直接運至工作地點;在人員集中時可以乘平巷人車運至回風立井井底車場處，然后再換乘膠輪車。

2.3 輔助運輸設備

井下輔助運輸采用有軌無軌相結合的輔助運輸方式。根據(jù)巷道布置與支護方式及采掘進度，礦井投產(chǎn)時，為1個大采高綜采工作面、4個掘進工作面，礦井生產(chǎn)能力3.0Mt/a，年巷道掘進工程量約12 000m，其中大部分為順槽工程量，錨網(wǎng)支護。掘進工作面出煤，經(jīng)其配套的膠帶輸送機，轉載到各分煤層膠帶輸送機大巷，匯入主煤流系統(tǒng)。

井下蓄電池電機車用于井底車場中，連接井筒和大巷，選擇CTL15/9GP礦用防爆特殊型蓄電池電機車3臺，2臺使用，1臺備用。

蓄電池電機車粘重P=15t，牽引力18.93kN，長時制速度12.8km/h，裝備ZQ-30B型牽引電機（30kW）2臺，DG-440-KT型蓄電池組電壓192V，容量560Ah。

井底車場巷道運輸軌型選用38kg/m的鋼軌，鋼筋混凝土軌枕碎石道床。

2.3.1 膠輪人員運輸車。礦井采掘工作面數(shù)共5個，其中為1個大采高綜采工作面、4個掘進工作面生產(chǎn)。井下最大班下井人員為92。為節(jié)省路途時間，提高工效，選取無軌膠輪車人車10輛。同時，為滿足零星人員及貨物下井需求，配WC24RE（A）膠輪人員運輸車8輛和WC7RE防爆柴油人車2輛。

WC24RE（A）膠輪人員運輸車性能及參數(shù)如下。額定載人數(shù)：24;發(fā)動機功率：66kW;傳動方式：液力機械傳動、四輪驅動;啟動方式：氣啟動;爬坡能力：14°;最高行駛速度：30km/h;最小接地間隙：280mm/215mm;最小轉彎半徑：6 600mm;外形尺寸：7 085mm×1 880mm×2 100mm;機車自重：8.1t。

WC7RE型7座人員運輸車運輸車性能及參數(shù)如下。額定載人數(shù)：7人;發(fā)動機功率：66kW;傳動方式：液力機械傳動、四輪驅動;啟動方式：氣啟動;爬坡能力：14°;最高行駛速度：42km/h;最小接地間隙：220mm;外形尺寸：5 400mm×1 880mm×1 910mm;機車自重：4t。

2.3.2 支架及大件設備運輸車輛選擇。為實現(xiàn)采煤工作面快速搬家，滿足最大件重量及保持車輛正常循環(huán)的需要，選用80t支架鏟車及40t支架拖車以滿足支架、采煤機等大件的運輸。

根據(jù)一套采煤工作面設備配置，液壓支架為134架，其他需要支架車搬運大件設備約50件，共184件次，按工作面搬家時間14d考慮，每天3班作業(yè)，拖運車水平路面最大速度20km/h，滿載理想速度11.5km/h。按重載速度5km，空車速度10km/h，平均單趟來回，需要1.5h，經(jīng)計算，井下需鏟車（工作面安裝用）2輛、支架拖車2輛。

此外，為保證工作快速搬家，節(jié)約時間，在配備支架搬運車的同時，還應配套配備不同噸位的鏟運車，以搬運刮板機頭、轉載機、自移機尾、移變設備、泵站等中小型設備。根據(jù)調研配比數(shù)據(jù)及本礦井設備配備情況可知，本礦需WC80Y鏟板車2臺。

WC80Y型支架搬運車性能及參數(shù)如下。額定功率：260kW;載重量：80.0t;外形尺寸：10 590mm×3 970mm×2 190mm;爬坡能力：縱向13.6°;最小轉彎半徑：內徑3 850m，外徑8 168m;離地間隙：220mm;整車質量：46.5t。

2.2.3 物料及普通設備運輸車輛選擇。礦井正常生產(chǎn)時為每日三班運輸。根據(jù)運量、井下的路況等因素，每班運輸?shù)能嚧螖?shù)量如表1所示。

由表1可知：礦井普通輔助運輸量為24車/班，考慮10%的運輸備用量，即按27車/班配備運輸車輛，井下每班凈運輸時間按5h計。根據(jù)初期單程最大運距6 000m（副立井井底至采煤工作面）、重車行車速度15km/h，空車行車速度25km/h，則往返一次的凈時間為0.6h，井下卸載及等車時間按20min/次計算，地面裝車及運行時間為20min，則往返包括裝車、卸載、等車等循環(huán)一次的時間共需要1.3h，則每輛車每班往返5/1.3=3.8次。經(jīng)計算，每班最小需要27/3.8=7輛車，設備維修、備用7輛計。

2.4 現(xiàn)有運輸系統(tǒng)存在問題

①運人效率低。目前，膠輪人車每輛車只能載24人，共有10輛車，往返時間約為70min，在交接班人員高峰期間不能及時把人員運走，人員滯留時間較長，嚴重影響職工上下班情緒。

②物料運輸換裝環(huán)節(jié)復雜，占用時間長，人員投入大，運輸效率低。

③膠輪車日常保養(yǎng)、維護量較大，且配件費用較高。

④日常耗油量比較大，使用費用較高。

3 +540水平輔助運輸方式選擇

根據(jù)王莊煤礦+540水平巷道的布置、支護方式、頂?shù)装鍘r性、斷面、坡度、服務年限及井下輔助運輸量、運輸距離、礦井產(chǎn)能提升等因素，適宜本礦+540水平輔助運輸方式僅有單軌吊運輸。

單軌吊輔助運輸，對巷道斷面要求不大，對現(xiàn)有巷道的適應性強，且不影響其他設備的運行，在井下運輸能力有限的條件下，有效增加了煤礦井下的運輸能力，成為煤礦井下運輸?shù)臉O有力的補充，具有“充分利用巷道空間”“運行安全高效”的突出特點。單軌吊車不僅具有運輸功能，在井下還具有吊裝設備的功能，屬于一體多功能型設備，較其他輔助運輸設備有很大的優(yōu)越性。

經(jīng)反復調研、討論，并借鑒山西潞安集團兄弟礦井現(xiàn)有成熟的井下輔助運輸方式，擬采用蓄電池單軌吊和柴油機單軌吊運輸作為+540水平輔助運輸系統(tǒng)，具有如下特點。

①運行安全可靠，不跑車、不掉道、運行速度快，能實現(xiàn)材料、設備從+540水平井底車場直至工作面不經(jīng)轉載的直達運輸，適合在+540水平大巷和采區(qū)運行[3]。

②爬坡能力強，牽引力大，載重量大。能在起伏坡度較大和彎道道岔較多的情況下行駛。能實現(xiàn)重型物料如重型液壓支架的整體搬運，對散料長材能進行集裝運輸。

③驅動方式簡單，故障率極低。單軌吊主要是通過4對摩擦輪夾住一根懸吊在巷道頂板上的軌道來實現(xiàn)前后運動;摩擦輪的驅動力是由1臺調速電機和齒輪減速器來完成;摩擦輪的夾緊力由1根液壓缸的拉力來提供。變頻調速系統(tǒng)主要由變頻器、電動機和工作機械等裝置組成。

④維護簡單，費用低。蓄電池單軌吊機車每天的維護就是充電和日檢（檢查螺栓是否松動，液壓油是否漏油等，閘塊是否脫落），每周進行周檢，檢查驅動輪是否磨損，關鍵連接部位結構件是否有磨損等。每月進行一次月檢（更換液壓油，更換驅動輪等視情況而定），年均維護費用僅十萬元左右。

⑤有比較完整的配套設備和運輸車輛，能滿足人員和多種材料設備的運輸需要，可實現(xiàn)裝卸作業(yè)機械化。

⑥蓄電池為動力源，沒有尾氣排放，有利于井下空氣質量的改善。

4 結論

王莊煤礦+540水平的輔助運輸系統(tǒng)推薦選用蓄電池單軌吊+柴油機單軌吊運輸。

①+540水平材料、設備運輸方案。副立井（雙滾筒提升機）→+540水平井底車場（電機車）→+540水平輔助運輸大巷（單軌吊）→工作面順槽（單軌吊）→工作面。

②+540水平人員運輸方案。副立井（雙滾筒提升機）→+540水平行人巷（電機車）→+540水平輔助運輸大巷（架空人車）→工作面順槽（單軌吊）→工作面。

王莊煤礦礦井井型適中，煤層傾角較緩，地質條件適合單軌吊的使用。結合潞安集團兄弟礦井使用單軌吊輔助運輸?shù)某晒?jīng)驗，王莊煤礦+540水平單軌吊輔助運輸系統(tǒng)必將取得良好的效果。

參考文獻：

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