司馬礦齒軌式卡軌車輔助運(yùn)輸設(shè)計(jì)

王亭亭

(山西潞安司馬煤業(yè)有限公司，山西 長治 046000)

0 引言

隨著世界煤炭開采技術(shù)的突飛猛進(jìn)，國外有些煤礦已達(dá)到較高水平，我國采礦技術(shù)部分專業(yè)達(dá)到了國際領(lǐng)先水平，但煤礦輔助運(yùn)輸機(jī)械化水平總體上仍然落后，嚴(yán)重影響了煤礦安全生產(chǎn)和礦井全員效率的提高[1-3]。如司馬礦井利用絞車作為運(yùn)輸設(shè)備，存在投入作業(yè)人員多，危險(xiǎn)源較多，危險(xiǎn)系數(shù)高，運(yùn)輸成本大，采礦成本高，直接影響礦井生產(chǎn)效率和生產(chǎn)效益的提升。煤炭企業(yè)要想有更大的發(fā)展空間，就必須立足長遠(yuǎn)，增強(qiáng)競(jìng)爭力，從提高自身的管理水平、裝備水平、降低成本和提高勞動(dòng)效率入手。礦井輔助運(yùn)輸方式起著至關(guān)重要的作用，這就要求提高輔助運(yùn)輸?shù)臋C(jī)械化程度，對(duì)設(shè)備的合理選型有及其深遠(yuǎn)的意義。

1 工程概況

司馬煤業(yè)公司位于山西省長治市西南部，沁水煤田長治勘探區(qū)的東部邊緣地段，礦井工業(yè)場(chǎng)地位于長治縣蘇店鎮(zhèn)西申家莊村西北側(cè)、經(jīng)坊煤礦鐵路專用線以東的開闊地上，場(chǎng)地距長治市約8.5 km，南距長治縣約4 km。礦井地處太行山西側(cè)，屬長治斷陷堆積盆地。地勢(shì)較為平坦，最高點(diǎn)位于西南角，標(biāo)高+993.33 m，最低點(diǎn)位于西北部，標(biāo)高+930.79 m，地形最大高差62.54 m。

司馬煤礦礦井生產(chǎn)能力3.0 Mt/a，屬大型礦井。礦井上組煤(3、8-2、9號(hào)煤層)設(shè)計(jì)服務(wù)年限為50.6 a，其中3號(hào)煤層設(shè)計(jì)服務(wù)年限為35.10 a，采煤方法采用走向長壁綜采放頂煤一次采全高的采煤方法。8-2、9號(hào)煤層設(shè)計(jì)服務(wù)年限為15.50 a(儲(chǔ)量備用系數(shù)取1.3)?，F(xiàn)開采3號(hào)煤層，礦井分為3個(gè)采區(qū)，+666水平軌道大巷布置在3號(hào)煤層底板巖層中，二采區(qū)軌道巷和三采區(qū)軌道巷布置在3號(hào)煤層頂板中。

根據(jù)現(xiàn)代化礦井高產(chǎn)高效的特點(diǎn)，借鑒德國沙爾夫公司設(shè)備并結(jié)合礦井實(shí)際情況因地制宜地選擇適合本礦的輔助運(yùn)輸方式，設(shè)計(jì)中將目前比較先進(jìn)的齒軌式卡軌車替代絞車作為司馬煤礦的主要輔助運(yùn)輸方式。系統(tǒng)升級(jí)改造前，礦井輔助運(yùn)輸方式主要有以下2種：軌道大巷采用電機(jī)車運(yùn)輸；采區(qū)巷道及工作面順槽采用無極繩絞車加小絞車接力運(yùn)輸。系統(tǒng)升級(jí)改造后，礦井輔助運(yùn)輸方式主要采用一種為蓄電池電機(jī)車，服務(wù)于軌道大巷；另一種為齒軌式卡軌車，服務(wù)于二采區(qū)、三采區(qū)軌道巷至工作面順槽，同時(shí)在三采區(qū)還擔(dān)負(fù)上下班人員的接送任務(wù)(由德國沙爾夫公司生產(chǎn)的2輛與齒軌式卡軌車配套的運(yùn)人車廂)。

2 運(yùn)輸設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 齒軌式卡軌車輔助運(yùn)輸裝備

齒軌式卡軌車屬于井下輔助運(yùn)輸設(shè)備的一種先進(jìn)設(shè)備，它具有承載能力大、爬坡能力強(qiáng)、既可進(jìn)行物料的運(yùn)輸又可作為人員的運(yùn)送等特點(diǎn)[4-5]。機(jī)車前后各有一個(gè)駕駛室，雙向運(yùn)行，操作簡單，安全可靠。運(yùn)輸大型設(shè)備的安全性、可靠性更高，普通物料一次性貨載運(yùn)輸量大；具有較大的爬坡能力，機(jī)車運(yùn)輸?shù)淖罡吲榔陆嵌瓤蛇_(dá)30°，司馬煤礦設(shè)計(jì)取值最大20°，滿足要求；系統(tǒng)可進(jìn)入多條分支巷道，物料可以一次連續(xù)性運(yùn)輸?shù)轿换蛑付ǖ攸c(diǎn)，減少了運(yùn)輸過程中的中轉(zhuǎn)或摘掛鉤環(huán)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)采區(qū)大巷至工作面一條龍不轉(zhuǎn)載運(yùn)輸；機(jī)械化程度較高，生產(chǎn)效率高，可方便快速進(jìn)行物料轉(zhuǎn)載；井下輔助運(yùn)輸作業(yè)人員少，大大減少了井下作業(yè)人數(shù)，符合現(xiàn)代化礦井高產(chǎn)高效限制井下作業(yè)人員的大趨勢(shì)；若機(jī)車發(fā)生故障時(shí)，能夠隨時(shí)顯示出故障位置，立即發(fā)出故障報(bào)告，并自動(dòng)停車或熄火。超速、超溫等報(bào)警裝置齊全，系統(tǒng)本質(zhì)安全性更高；一車有多種用途，如齒軌式卡軌車可設(shè)置配套的運(yùn)人車廂，進(jìn)行人員的運(yùn)輸。

缺點(diǎn)主要在于，軌道屬于異型軌，道軌安裝標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)格，對(duì)巷道底板的穩(wěn)固性要求較高；機(jī)車排放的尾氣雖層層凈化處理，但仍然會(huì)對(duì)礦井井下空氣質(zhì)量造成一定的污染；與其它地軌式輔助運(yùn)輸設(shè)備相比，初期投資大，維護(hù)精細(xì)。

2.2 無極繩絞車等地軌式軌道輔助運(yùn)輸裝備

無極繩絞車等地軌式軌道輔助運(yùn)輸裝備優(yōu)點(diǎn)主要在于，車輛沿固定線路行駛，可靠性高，結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)量小[6-7]。井下開拓運(yùn)輸系統(tǒng)復(fù)雜，無極繩絞車運(yùn)輸時(shí)(因容繩量有限)不需要接力運(yùn)輸，安全隱患小。適應(yīng)性強(qiáng)，用途廣，既可在順槽使用，又可用在采區(qū)上(下)山，還可布置在集中軌道巷，又能為巷道形成后配套服務(wù)，如選用雙速無極繩絞車，還可適應(yīng)低速重載、高速輕載的運(yùn)輸需求。

缺點(diǎn)主要在于，絞車運(yùn)輸時(shí)，運(yùn)輸作業(yè)環(huán)節(jié)多，工藝復(fù)雜，受坡度和設(shè)備重量限制，有時(shí)需要接力運(yùn)輸。無極繩絞車占用作業(yè)人員多，對(duì)牽引鋼絲繩要求高，安全性小，給長距離運(yùn)輸帶來諸多困難。對(duì)巷道坡度要求苛刻，見坡就得設(shè)置一臺(tái)小絞車，不適應(yīng)煤層底板上下起伏的變化。運(yùn)輸人員作業(yè)程序和現(xiàn)場(chǎng)管理存在諸多隱患。

3 經(jīng)濟(jì)比較及設(shè)備選型計(jì)算

綜合分析，齒軌式卡軌車運(yùn)輸前期投資上比無極繩絞車、小絞車等運(yùn)輸設(shè)備多1 000萬元左右，但是齒軌式卡軌車運(yùn)輸方式的快捷和連續(xù)化，使其在運(yùn)輸時(shí)間上比其它地軌式輔助運(yùn)輸設(shè)備節(jié)省了30%～40%，比如工作面安裝回撤(搬家倒面)，比其它地軌式運(yùn)輸方式節(jié)省時(shí)間10～13 d，而司馬礦井每天采煤1萬t，10～13 d可以多采出10～13萬t煤，結(jié)合礦井地質(zhì)條件，齒軌式卡軌車使用年限為50 a，也可繼續(xù)服務(wù)于開采8-2、9號(hào)煤層，所以設(shè)計(jì)推薦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)采用柴油齒軌式卡軌車運(yùn)輸方式。

司馬礦井輔助運(yùn)輸采用齒軌式卡軌車牽引方式，完成礦井二采區(qū)、三采區(qū)及工作面輔助運(yùn)輸任務(wù)。

3.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

礦井以“一井一面”保證礦井生產(chǎn)能力，現(xiàn)采3號(hào)煤層，二采區(qū)1211工作面為回采工作面和2個(gè)掘進(jìn)工作面保證礦井生產(chǎn)能力和采掘銜接。二采區(qū)軌道巷及二采區(qū)軌道巷里段全程4 400 m，至工作面最遠(yuǎn)距離為5 600 m，實(shí)際最大坡度為16°。三采區(qū)軌道巷及三采區(qū)軌道巷里段全程2 400 m，至工作面最遠(yuǎn)距離為3 600 m，實(shí)際最大坡度為12°。

工作制度：年工作日276 d，每天四班作業(yè)，三班生產(chǎn)，一班準(zhǔn)備及檢修維護(hù)。

選用車型：礦井運(yùn)輸?shù)V車有MGC1.7-9B罐車、MLC5-9材料車和MPC25-9平板車。

每班最大運(yùn)輸量：①人員25人；②矸石45 t/班；③材料70車/日；④設(shè)備10車/日；⑤其它30 t/班；⑤運(yùn)輸最重件重量31.5 t(ZFS7500/22/35排頭尾液壓支架)。

3.2 齒軌式卡軌車選型及校驗(yàn)

設(shè)備選型：齒軌式卡軌車是一種在異型軌上運(yùn)行的、通過柴油機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)車。

機(jī)車結(jié)構(gòu)：一個(gè)主機(jī)部分、一個(gè)獨(dú)立的冷卻單元、一個(gè)數(shù)量可變的機(jī)車驅(qū)動(dòng)部、2個(gè)司機(jī)操作室及機(jī)械連接元件構(gòu)成。

主要技術(shù)參數(shù)：

額定牽引力 200 kN±10%

功率 80 kW

柴油發(fā)動(dòng)機(jī) 4氣缸渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)

最小轉(zhuǎn)彎半徑 4 775 mm

水平與垂直轉(zhuǎn)向 ±4°

總排量 6 640 cm3

冷卻裝置 水循環(huán)

廢氣冷卻水含水量 200 L

剎車類型 盤式制動(dòng)閘瓦、制動(dòng)力300 kN

最大速度 2.0 m/s(國際先進(jìn)為2.6 m/s)

3.3 機(jī)車牽引力驗(yàn)證(只對(duì)牽引液壓支架校驗(yàn))

驗(yàn)證計(jì)算A：已知機(jī)車牽引總重量(ZFS7500/22/35排頭尾架)32 t，以最大坡度20°(實(shí)際最大16°)，要求速度能達(dá)到多少？

已知機(jī)車總重量為32 t，在圖表中向上走，一直到20°切點(diǎn)處；向左走一直到功率曲線切點(diǎn)處；向下走一直到軸線(行駛速度)；結(jié)果是0.47 m/s。

驗(yàn)證計(jì)算B：已知坡度為20°，要求機(jī)車牽引總重的最大值是多少？

以最大牽引力向右走，一直到20°切點(diǎn)處；向下走到軸線(牽引總重量)；結(jié)果是55 t。

驗(yàn)證結(jié)論：55 t>32 t，齒軌式卡軌車選型符合司馬煤業(yè)輔助運(yùn)輸要求。

4 結(jié)論

(1)該設(shè)備機(jī)械化程度較高，運(yùn)輸效率高，可以方便快速的一次性將車輛運(yùn)輸至工作面，極大地提高了礦井整體生產(chǎn)效率。

(2)具備運(yùn)輸系統(tǒng)無邊界限制擴(kuò)充及多點(diǎn)可共同作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)。

(3)解決了三采區(qū)作業(yè)人員上下班徒步行走問題，減少了員工非生產(chǎn)期間的體力消耗，實(shí)現(xiàn)了采區(qū)機(jī)械化運(yùn)送人員工作的目標(biāo)，為生產(chǎn)任務(wù)的完成提供了強(qiáng)有力保障，符合現(xiàn)代化礦井高效生產(chǎn)的特點(diǎn)。

(4)該系統(tǒng)使得井下輔助工作人員少，操作簡單，機(jī)動(dòng)靈活，安全性能高，更貼近現(xiàn)代化礦井安全生產(chǎn)理念。

(5)機(jī)車使用年限長，可繼續(xù)用于礦井開采下一水平煤層。

(6)該設(shè)備總體投資高，但后期投資少，軌道維護(hù)量小，可重復(fù)永久使用，便于礦井長遠(yuǎn)發(fā)展。