煤礦井下運(yùn)輸構(gòu)想

摘 要：針對(duì)目前煤礦帶式輸送機(jī)在運(yùn)行中存在的實(shí)際問(wèn)題，提出了一種嶄新的煤礦井下運(yùn)輸系統(tǒng)理論模型，設(shè)計(jì)了運(yùn)用該運(yùn)輸系統(tǒng)模型的煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)流程的總體框架，闡明了該運(yùn)輸系統(tǒng)模型的優(yōu)點(diǎn)，分析了實(shí)際運(yùn)用該運(yùn)輸模型需要研究攻克的主要課題。

關(guān)鍵詞：帶式輸送機(jī)；火車(chē)運(yùn)輸；洗選系統(tǒng)；裝車(chē)系統(tǒng)

Coal Mine Conveyance Conceive

HU Qing-guo

（Hangzhou Changneng Planning and Design Co.， Ltd.

， Hangzhou 310030， China）

Abstract：Deals with belt conveyor， using in coal mine， practical problem existent in it used. It has advanced a set of new theory model of coal mine conveyance. It designs the general frame of coal mine produce system flow， which using this conveyance model. It clarifies the strongpoint of this conveyance model and analyses most important question for discussion which needed in the practical use of the conveyance model.

Key words：belt conveyor； train conveyance system； washing system； loading system

0 前言

帶式輸送機(jī)是煤礦井下采用最為普遍的煤炭運(yùn)輸方式之一，尤其是在長(zhǎng)距離的連續(xù)運(yùn)輸中有著不可替代的優(yōu)勢(shì)。目前尚沒(méi)有更好的連續(xù)運(yùn)輸方式能夠很好地替代帶式輸送機(jī)。

1 帶式輸送機(jī)的缺點(diǎn)

隨著我國(guó)高產(chǎn)高效礦井的出現(xiàn)，人們對(duì)運(yùn)輸系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，帶式輸送機(jī)的缺點(diǎn)日益暴露出來(lái)。

1.1 故障率高

帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)復(fù)雜，大量控制環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，系統(tǒng)越復(fù)雜，故障率也越高，經(jīng)常由于皮帶撕帶、堆煤、皮帶保護(hù)故障、CST軟啟動(dòng)故障、更換托輥、皮帶硫化、絞車(chē)故障、破碎機(jī)故障、主電機(jī)故障、系統(tǒng)偷停、通信故障、供電系統(tǒng)故障等影響煤礦的正常生產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，保德煤礦2008年1至5月份因?yàn)橹鬟\(yùn)輸系統(tǒng)故障影響生產(chǎn)的平均時(shí)間長(zhǎng)達(dá)67小時(shí)/月，其中最長(zhǎng)的影響時(shí)間達(dá)84小時(shí)45分鐘，最短也為47小時(shí)50分鐘。

1.2 皮帶保護(hù)不可靠

帶式輸送機(jī)的保護(hù)，尤其是縱向撕裂和橫向斷裂保護(hù)目前仍是一個(gè)技術(shù)難題，現(xiàn)在常用的皮帶保護(hù)裝置有很大的局限性，無(wú)法從根本上對(duì)皮帶進(jìn)行有效的保護(hù)。因縱向撕裂保護(hù)不可靠帶來(lái)的帶面的撕裂造成經(jīng)濟(jì)損失巨大。因堆煤保護(hù)不可靠導(dǎo)致堆煤事故頻繁發(fā)生，保德煤礦平均每月堆煤次數(shù)達(dá)20～30次之多。

1.3 人員投入巨大

一個(gè)采用帶式輸送機(jī)作為主運(yùn)輸系統(tǒng)的大型礦井，其帶式輸送機(jī)數(shù)量多，系統(tǒng)復(fù)雜，崗位點(diǎn)多，需要一個(gè)專(zhuān)門(mén)的隊(duì)伍負(fù)責(zé)使用維護(hù)帶式輸送機(jī)設(shè)備，保德煤礦僅運(yùn)轉(zhuǎn)隊(duì)員工就占到全礦員工的17.3%。

1.4 污染環(huán)境

在帶式輸送機(jī)運(yùn)煤量大時(shí)，會(huì)由于帶式輸送機(jī)的跑偏造成灑煤，巷道需要定期清理。帶式輸送機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)在巷道中產(chǎn)生大量煤塵，而且運(yùn)行中的帶式輸送機(jī)在巷道會(huì)產(chǎn)生巨大的噪音，影響井下工作環(huán)境。

1.5 投資大

每一部帶式輸送機(jī)都由主驅(qū)動(dòng)電機(jī)、軟啟動(dòng)設(shè)備、漏斗、皮帶及大量皮帶架和托輥組等設(shè)備組成，且都需要配置一套皮帶保護(hù)系統(tǒng)和PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)。在距離井下中央變電所較遠(yuǎn)的帶式輸送機(jī)還需要建立專(zhuān)門(mén)的帶式輸送機(jī)變電所。這樣一來(lái)由若干部皮帶構(gòu)成的主運(yùn)輸系統(tǒng)投資成本將會(huì)非常巨大。

2 新的運(yùn)輸系統(tǒng)模型

鑒于以上帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的缺點(diǎn)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的研究，提出了一種新的煤礦井下運(yùn)輸系統(tǒng)理論模型。

2.1 模型介紹

神東礦區(qū)所開(kāi)采的煤礦煤層埋藏淺，普遍采用平硐——斜井——立井的開(kāi)拓方式，主運(yùn)輸系統(tǒng)均采用帶式輸送機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)從井下工作面到地面的連續(xù)運(yùn)輸。神東礦區(qū)的生產(chǎn)系統(tǒng)流程如圖1所示。

針對(duì)目前采用帶式輸送機(jī)的主運(yùn)輸系統(tǒng)存在的問(wèn)題，可以將主運(yùn)輸系統(tǒng)這個(gè)環(huán)節(jié)取消（本模型沒(méi)有考慮將順槽帶式輸送機(jī)取消），將洗選系統(tǒng)和裝車(chē)系統(tǒng)設(shè)置在井下順槽膠運(yùn)巷入口，而將鐵路延伸至井下，工作面開(kāi)采的煤炭通過(guò)順槽帶式輸送機(jī)運(yùn)至機(jī)頭后，在順槽膠運(yùn)巷入口處進(jìn)行洗選加工并裝車(chē)，直接由火車(chē)運(yùn)輸至地面，在地面更換機(jī)車(chē)后便可外運(yùn)。采用這樣的運(yùn)輸模型的生產(chǎn)系統(tǒng)流程如圖2所示。

下面以保德煤礦北部區(qū)1#主運(yùn)輸系統(tǒng)為例，簡(jiǎn)要介紹新的運(yùn)輸模型的具體應(yīng)用設(shè)想。

圖3為保德煤礦北部區(qū)1#主運(yùn)輸系統(tǒng)采用新的運(yùn)輸模型的示意圖。81111工作面生產(chǎn)出來(lái)的煤炭經(jīng)過(guò)順槽帶式輸送機(jī)運(yùn)送至機(jī)頭后，煤炭直接送入安裝在帶式輸送機(jī)機(jī)頭附近的洗選系統(tǒng)，洗選系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一系列的洗選加工將原煤轉(zhuǎn)換成可以外運(yùn)的商品煤，商品煤從洗選系統(tǒng)出來(lái)后進(jìn)入安裝在洗選系統(tǒng)附近的裝車(chē)系統(tǒng)，裝車(chē)系統(tǒng)將商品煤裝入在主運(yùn)輸巷道內(nèi)等待裝車(chē)的運(yùn)煤火車(chē)，裝車(chē)完畢后，裝滿(mǎn)商品煤的火車(chē)皮由首尾兩個(gè)機(jī)車(chē)以前拉后推的方式沿著鋪有標(biāo)準(zhǔn)火車(chē)軌道的巷道行駛，先經(jīng)過(guò)1盤(pán)區(qū)集中主運(yùn)大巷（這里沿用現(xiàn)在的巷道名稱(chēng)），然后經(jīng)過(guò)一段設(shè)計(jì)合理的曲線(xiàn)軌道后進(jìn)入集中膠運(yùn)大巷，再經(jīng)過(guò)1#主運(yùn)大巷、1#主斜井運(yùn)至地面火車(chē)站，火車(chē)在站內(nèi)更換電力機(jī)車(chē)后便可直接外運(yùn)。

2.2 新模型優(yōu)點(diǎn)

采用新的運(yùn)輸模型具有其他帶式輸送機(jī)所不具有的優(yōu)越性。

2.2.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)單

采用新的運(yùn)輸模型作為主運(yùn)輸系統(tǒng)的礦井，生產(chǎn)系統(tǒng)少一個(gè)環(huán)節(jié)，相對(duì)于地面的大型洗煤廠(chǎng)及裝車(chē)站，井下的洗選及裝車(chē)系統(tǒng)僅布置在200m左右的巷道內(nèi)，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，崗位點(diǎn)少，用人少，能夠把維護(hù)帶式輸送機(jī)的人員解放出來(lái)，僅需要少量的鐵路維護(hù)人員，節(jié)約生產(chǎn)成本。

2.2.2 矸石就地處理

煤炭開(kāi)采、洗選產(chǎn)生的煤矸石，不僅壓占土地，影響生態(tài)環(huán)境。由于將洗煤廠(chǎng)建在井下，排放的矸石可以就近處理，直接排放到采空區(qū)，而不用運(yùn)直地面。如果再輔以注漿泵注漿進(jìn)行充填，充填矸石與隔離煤柱一起共同支撐上覆巖層，控制巖層移動(dòng)，可以保證地表建筑物的安全。這樣既可以避免在地面建立矸石山，對(duì)采空區(qū)塌陷也有一定的控制作用，能夠達(dá)到一定的減沉效果。對(duì)建設(shè)綠色、環(huán)保礦山具有重大意義。

2.2.3 減小占地面積

地面不用設(shè)立洗煤廠(chǎng)、裝車(chē)站、煤倉(cāng)，只需要建設(shè)一個(gè)小型的火車(chē)站，供火車(chē)更換機(jī)車(chē)使用，能夠有效地減小占地面積。由于地面沒(méi)有生產(chǎn)環(huán)節(jié)，對(duì)環(huán)境的污染也得到了很好的控制。

2.2.4 快速搬家倒面

目前神東礦區(qū)都采用無(wú)軌膠輪車(chē)進(jìn)行搬家倒面，膠輪車(chē)需要來(lái)回往復(fù)于地面與工作面之間進(jìn)行設(shè)備搬運(yùn)，運(yùn)輸效率低，尤其是在工作面距離地面較遠(yuǎn)的情況下更為明顯。

采用新的運(yùn)輸模型的礦井，可以由火車(chē)批量將設(shè)備直接運(yùn)送至工作面入口，膠輪車(chē)只需要把設(shè)備短距離地在火車(chē)與工作面之間進(jìn)行搬運(yùn)，提高搬家倒面效率，實(shí)現(xiàn)更快的搬家倒面。

3 需要研究的課題

作為一種新的運(yùn)輸系統(tǒng)構(gòu)想，目前只是一種理論模型，要得到實(shí)際運(yùn)用，使其真正服務(wù)于煤礦生產(chǎn)，優(yōu)化煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)，還有很多課題需要研究攻克。

3.1 防爆大功率內(nèi)燃機(jī)車(chē)

貨車(chē)箱的高度為2.8m或3m，受到井下巷道高度的限制，不適宜采用接觸網(wǎng)供電的電力機(jī)車(chē)。而現(xiàn)有的礦用內(nèi)燃機(jī)車(chē)是供普通礦車(chē)使用的，在功率及牽引力等方面達(dá)不到牽引標(biāo)準(zhǔn)火車(chē)的能力。井下有爆炸性瓦斯氣體，因此需要設(shè)計(jì)允許使用在有瓦斯及煤塵爆炸危險(xiǎn)的礦井中的大功率防爆內(nèi)燃機(jī)車(chē)。

3.2 集成洗選系統(tǒng)

由于井下巷道空間有限，因此，井下集成洗選系統(tǒng)與地面洗選系統(tǒng)在工藝流程等方面會(huì)有較大區(qū)別。因?yàn)榫虏辉O(shè)原煤倉(cāng)，工作面生產(chǎn)出來(lái)的煤通過(guò)順槽帶式輸送機(jī)運(yùn)輸?shù)綑C(jī)頭后直接進(jìn)入洗選系統(tǒng)，所以井下集成洗選系統(tǒng)的洗選工藝要能夠適應(yīng)流水式洗選作業(yè)，工作面生產(chǎn)多少煤就能夠不間斷地洗選多少煤，在一定的存煤能力的前提下不能影響工作面的正常生產(chǎn)。因此，需要研究一套能夠在有限的空間內(nèi)滿(mǎn)足洗選要求的集成洗選系統(tǒng)。

3.3 集成裝車(chē)系統(tǒng)

經(jīng)過(guò)洗選系統(tǒng)洗選后的商品煤直接進(jìn)入集成裝車(chē)系統(tǒng)裝車(chē)。需要研究設(shè)計(jì)一套符合井下使用環(huán)境的裝車(chē)系統(tǒng)，且能滿(mǎn)足裝車(chē)速度快，能夠動(dòng)態(tài)作業(yè)的裝車(chē)系統(tǒng)。

3.4 井下火車(chē)軌道敷設(shè)

為了能將火車(chē)直接開(kāi)到工作面入口，因此不能采用普通礦用窄軌，而需要使用標(biāo)準(zhǔn)的1435mm軌道。由于井下環(huán)境特殊，軌道的敷設(shè)會(huì)遇到很多問(wèn)題。

首先，需要研究巷道底板的承受能力、水平度、高度、寬度能否滿(mǎn)足火車(chē)的運(yùn)行要求；火車(chē)運(yùn)行中的震動(dòng)對(duì)巷道設(shè)施的影響；受礦壓的影響，巷道會(huì)出現(xiàn)底鼓現(xiàn)象，軌道在這樣的條件下能否保持平直，不出現(xiàn)懸空現(xiàn)象；巷道的起伏量也即坡度的變化能否滿(mǎn)足火車(chē)運(yùn)行速度的要求等。

另外一個(gè)非常重要的問(wèn)題是火車(chē)的爬坡能力。通常的火車(chē)軌道的設(shè)計(jì)坡度最大為30‰左右，而保德煤礦兩個(gè)主斜井傾角分別為16.7°和16.5°，由于巷道沿煤層布置，主運(yùn)輸巷道的坡度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地面火車(chē)軌道坡度，這在軌道的敷設(shè)以及機(jī)車(chē)的爬坡能力上都存在一系列問(wèn)題?？刹捎谬X軌運(yùn)輸，同時(shí)也能達(dá)到防止跑車(chē)的目的。

3.5井下盤(pán)區(qū)設(shè)計(jì)和巷道布置

需要研究設(shè)計(jì)一種符合利用火車(chē)運(yùn)輸?shù)谋P(pán)區(qū)及巷道。在設(shè)計(jì)生產(chǎn)配套時(shí)要很好地處理好回采與掘進(jìn)的關(guān)系，同時(shí)需要考慮巷道掘進(jìn)時(shí)的出煤如何進(jìn)入洗選系統(tǒng)的問(wèn)題。

巷道的設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮到最小曲線(xiàn)半徑曲能否達(dá)到火車(chē)轉(zhuǎn)彎的要求。在巷道掘進(jìn)時(shí)同樣需要考慮曲線(xiàn)巷道的精確掘進(jìn)。

另外一個(gè)需要研究的課題是如何設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單合理的換車(chē)巷道。在前一列火車(chē)裝車(chē)時(shí)，后一列待裝火車(chē)在換車(chē)巷道內(nèi)等候，當(dāng)前一列火車(chē)裝車(chē)完畢后，后一列火車(chē)要在裝車(chē)系統(tǒng)存煤能力范圍內(nèi)以最短的時(shí)間到達(dá)裝車(chē)系統(tǒng)，使得工作面能夠連續(xù)生產(chǎn)，而不會(huì)受到換車(chē)的影響。

3.6 火車(chē)在巷道中行駛對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的影響

由于火車(chē)的斷面很大，火車(chē)在巷道中運(yùn)行時(shí)對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生一定影響，需要研究火車(chē)在巷道中行駛時(shí)巷道內(nèi)的風(fēng)量、風(fēng)速能否達(dá)到規(guī)程規(guī)定的要求。

3.7 矸石如何填充采空區(qū)

矸石近處理，直接將矸石排放到采空區(qū)。因此需要研究如何將矸石從洗選系統(tǒng)運(yùn)輸?shù)讲煽諈^(qū)，進(jìn)行矸石充填采空區(qū)工藝的可行性研究。

3.8 其他問(wèn)題

因?yàn)檫@是一種新的井下運(yùn)輸模型構(gòu)想，因此還有很多在施工過(guò)程中或?qū)嶋H運(yùn)用中可能會(huì)遇到的問(wèn)題和一些未考慮到的細(xì)節(jié)問(wèn)題等，還需要做進(jìn)一步更為詳細(xì)研究。

4 結(jié)語(yǔ)

這是一套理想化的運(yùn)輸系統(tǒng)模型，還沒(méi)來(lái)得及經(jīng)過(guò)實(shí)踐的驗(yàn)證，實(shí)踐才是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，因此，對(duì)于這套模型的可行性仍要做大量的論證探討。

參考文獻(xiàn)：

【1】胡青果. 基于層次分析法的輸送帶縱向撕裂檢測(cè)技術(shù)比較研究【J】.煤礦機(jī)械，2015（3）：48-50

【2】胡青果. 關(guān)于帶式輸送機(jī)運(yùn)行方式的思考【J】.煤炭工程，2010（12）：49-50

作者簡(jiǎn)介：胡青果（1985-），男，四川三臺(tái)人，工程師，2015年畢業(yè)于清華大學(xué)機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)在杭州昌能規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司工作。

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