無軌膠輪車運輸方式在大南湖一礦的應(yīng)用研究

張 超 金付申

（國網(wǎng)能源哈密煤電有限公司大南湖一礦，新疆 哈密 839000）

1 工程概況

國網(wǎng)能源哈密煤電有限公司大南湖一礦位于新疆維吾爾自治區(qū)哈密市南部約84 km。井田范圍內(nèi)探明資源量為54.13 億t，可采儲量29.36 億t。首采區(qū)可采儲量1.52 億t。共有可采煤層23 層，地質(zhì)儲量54.13 億t，可采儲量為29.36 億t，設(shè)計生產(chǎn)能力為1000 萬t/a，服務(wù)年限195 a。大南湖一礦1303 工作面位于一采區(qū)，主采3#煤層；煤層厚度為6.18～8.88 m，平均厚度為6.28 m；煤層傾角為1°～8°，平均傾角為4°；煤層結(jié)構(gòu)簡單～復(fù)雜，屬于穩(wěn)定煤層。

2 礦井輔助運輸方案的設(shè)計

基于大南湖一礦的賦存情況，結(jié)合千萬噸的生產(chǎn)特點，對該礦及1303 工作面輔助運輸方案設(shè)計了4 個可行方案[1-4]。

2.1 無軌膠輪車運輸方式

礦井輔助運輸方案①設(shè)計為無軌膠輪車運輸方式，主要運輸設(shè)備為載重3 t 的WCJS3Y 型無軌膠輪車、5 t 的WC5E 型無軌膠輪車、膠輪平板車等。地面物料主要由3 t、5 t 無軌膠輪車承載，采用大罐進(jìn)行裝車實現(xiàn)上下井，材料和設(shè)備到達(dá)井下再采用無軌膠輪車運輸至井下工作面、掘進(jìn)面的施工現(xiàn)場。

2.2 軌道+無軌膠輪車運輸方式

礦井輔助運輸方案②設(shè)計為軌道+無軌膠輪車運輸方式。地面、井筒、井底車場設(shè)計窄軌實行軌道運輸，材料和設(shè)備達(dá)到井下硐室后采用無軌膠輪車進(jìn)行運輸。主要運輸設(shè)備為3 t 的WCJS3Y 型無軌膠輪車、5 t 的WC5E 型無軌膠輪車、防爆柴油機車、平板車、橋式起重機。窄軌鐵路起點布置在副井井口房，環(huán)繞機修場區(qū)建設(shè)；材料和設(shè)備采用平板車經(jīng)環(huán)形軌道運輸至下井大罐處，下井后材料和設(shè)備經(jīng)平板車由防爆柴油機車牽引至硐室，橋式起重機轉(zhuǎn)運至無軌膠輪車上運輸，從而將材料和設(shè)備運輸至井下工作面、掘進(jìn)面的施工現(xiàn)場。

2.3 軌道+單軌吊運輸方式

礦井輔助運輸方案③設(shè)計為軌道+單軌吊運輸方式。在地面、井筒、井底車場設(shè)計窄軌實行軌道運輸，材料和設(shè)備到達(dá)硐室后起吊梁換裝，單軌吊完成輔助運輸。主要運輸設(shè)備為防爆柴油普軌機車、平板車、SLG8 型重型軌道及起吊梁設(shè)備、DZ2200型柴油機單軌吊設(shè)備等。窄軌鐵路起點布置在副井井口房，環(huán)繞機修場區(qū)建設(shè)；材料和設(shè)備采用平板車經(jīng)環(huán)形軌道運輸至下井大罐處，下井后材料和設(shè)備經(jīng)平板車由防爆柴油普軌機車牽引至硐室，采用SLG8 型重型起吊梁設(shè)備進(jìn)行換裝，由DZ2200 型柴油機單軌吊完成輔助運輸，從而將材料和設(shè)備運輸至井下工作面、掘進(jìn)面的施工現(xiàn)場。

2.4 軌道+電機車+無極繩連續(xù)牽引車運輸方式

礦井輔助運輸方案④設(shè)計為軌道+電機車+無極繩連續(xù)牽引車運輸方式。礦井采用最為常見的軌道輔助運輸方式，主要設(shè)備有900 mm 軌距、1.5 t系列礦車和蓄電池電機車。在地面及井下鋪設(shè)窄軌，鋪軌軌距900 mm，軌型30 kg/m，鋼盤混凝土軌枕，鋼軌類型為GB11264-89，其尺寸高度及底寬為107.95 mm，頭寬60.33 mm。材料及設(shè)備經(jīng)副立井運輸至井底車場，由蓄電池電機車牽引經(jīng)輔運大巷運輸至井下工作面、掘進(jìn)面的施工現(xiàn)場。

3 礦井輔助運輸方案的對比與確定

3.1 方案的優(yōu)缺點分析

3.1.1 方案①優(yōu)缺點分析

無軌膠輪車輔助運輸方式的優(yōu)點主要表現(xiàn)為：地面及井下全統(tǒng)一為無軌膠輪車一種輔助運輸模式，整個運輸過程沒有轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)，不需要進(jìn)行中間換裝操作，運輸管理便利簡捷，運輸效率高；無軌膠輪車為內(nèi)燃機發(fā)動機，爬坡能力強，連續(xù)作業(yè)時間長；地面及井下無須鋪設(shè)軌道，有效減少運輸中間環(huán)節(jié)，輔助運輸工藝?yán)硐?；材料、設(shè)備全部都可以采用該方式進(jìn)行運輸。

無軌膠輪車輔助運輸方式的缺點主要表現(xiàn)為：井筒斷面較大，投資成本較高；需要大斷面輔助運輸巷，并對巷道底板進(jìn)行硬化，前期投資較高；內(nèi)燃機為發(fā)動機會產(chǎn)生一定的尾氣污染。

3.1.2 方案②優(yōu)缺點分析

軌道+無軌膠輪車運輸方式的優(yōu)點主要表現(xiàn)為：對比方案①，井筒直徑可減小0.5 m，有效降低了井筒投資；整個運輸過程只有1 個轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)，因此僅有1次中間換裝操作，轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)少，運輸效率較高；無軌膠輪車為內(nèi)燃機發(fā)動機，爬坡能力強，連續(xù)作業(yè)時間長；井下無須鋪設(shè)軌道，有效減少了井下的運輸中間環(huán)節(jié)，井下輔助運輸工藝?yán)硐?；井下的材料、設(shè)備全部都可以采用該方式進(jìn)行運輸；整體來看輔助運輸產(chǎn)生的污染較少，牽引力較穩(wěn)定。

軌道+無軌膠輪車運輸方式的缺點主要表現(xiàn)為：井下需要大斷面輔助運輸巷，并對巷道底板進(jìn)行硬化，前期投資較高；軌道+無軌膠輪車對比方案①運輸管理方案復(fù)雜，安全隱患較多。

3.1.3 方案③優(yōu)缺點分析

軌道+單軌吊運輸方式的優(yōu)點為：對比方案①，井筒直徑可減小0.5 m，降低了井筒投資；地面及井筒軌道運輸投資恰當(dāng)；井下采用單軌吊運輸，也僅有1次中間換裝操作，轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)少，運輸效率較高；柴油機單軌吊車運輸時運行機動靈活，一臺機車可以在多變坡、多道岔、多支線巷道中實現(xiàn)直達(dá)運輸，效率高，用人少；運行時受巷道底板變形、積水等問題的影響較?。辉O(shè)備運行制動齊全，安全性和可靠性較好；材料、設(shè)備全部都可以采用該方式進(jìn)行運輸。

軌道+單軌吊運輸方式的缺點為：對比無軌膠輪車，單軌吊運行平均速度僅為1.0 m/s，整體運輸效率低下；軌道+單軌吊對比方案①運輸管理方案復(fù)雜，安全隱患較多；單軌吊系統(tǒng)的建設(shè)工程量大，同時設(shè)備成本投資費用高，運營費用也較高。

3.1.4 方案④軌道+電機車+無極繩連續(xù)牽引車

軌道+電機車+無極繩連續(xù)牽引車的優(yōu)點為：對比方案①，井筒直徑可減小0.5 m，降低了井筒投資；軌道系統(tǒng)初期投資較低。

軌道+電機車+無極繩連續(xù)牽引車的缺點為：輔助運輸工藝及環(huán)節(jié)較多，因此需要配置較多的工作人員，設(shè)備運行效率低下；設(shè)備安全管理方案復(fù)雜，安全隱患較多。

3.2 方案比選分析

3.2.1 方案粗選分析

方案①與方案②對比分析可知：方案①井筒投資費用高出近280 萬元；兩者井下巷道及輔運設(shè)施投資基本一致；方案②所需工作人員相比較多，用人成本增加；方案②增加了一道轉(zhuǎn)運環(huán)節(jié)，輔助運輸用時長，效率較低；方案②不符合減人提效目標(biāo)；方案①無架線觸電事故隱患，安全性高。綜合對比可知，方案①要優(yōu)于方案②，可將方案②進(jìn)行排除。

方案①與方案③對比分析可知：方案①井筒投資費用高出近280 萬元；方案①井下巷道投資要少近1500 萬元；方案①輔運設(shè)施投資少約1530 萬元；但是方案①初期投資較高；在運營成本上方案①與方案③相差不大；方案①無架線觸電事故隱患，安全性高。方案①與方案③可作為可行性方案進(jìn)行進(jìn)一步確認(rèn)。

方案①與方案④對比分析可知：方案①井筒投資費用高出近280 萬元；方案①井下巷道投資要少近4000 萬元；方案①輔運設(shè)施投資高出近260 萬元；方案④中基于軌道運輸所需工作人員相比較多，用人成本大幅度增加；方案①無架線觸電事故隱患，安全性高；方案④不符合減人提效目標(biāo)?？蓪⒎桨涪苓M(jìn)行排除。

3.2.2 方案精選分析

從投資成本、運營成本及減人提效等方面可知方案①與方案③基本一致，現(xiàn)對兩者從通風(fēng)、運距、管理和投資時間上進(jìn)行全方面的分析。

通風(fēng)方面：大南湖一礦理論設(shè)計風(fēng)量較大，進(jìn)、回風(fēng)大巷斷面設(shè)計較大，對于方案①與方案③都沒有太大的影響。如果采用輔助運輸方案③，此時巷道順槽采用單軌吊輔助運輸時，膠帶順槽斷面可縮小1 m2，輔運順槽斷面可縮小2.6 m2。

運距方面：基于大南湖一礦千萬噸特大現(xiàn)代化礦井來講，其井田邊界如擴界的話，如輔助運輸距離增加超過6 km，那么此時無軌膠輪車運輸一趟時間僅需1 h，而單軌吊運行則需要2.8 h。

管理方面：從管理難易程度來看，方案①中統(tǒng)一為無軌膠輪車一種輔助運輸模式，輔助運輸管理較為容易，輔助運輸設(shè)備的調(diào)度較為便捷；而方案③中存在換裝環(huán)節(jié)，輔助運輸管理較難，輔助運輸設(shè)備的調(diào)度較為復(fù)雜，運輸效率偏低。

投資時間方面：方案①中無軌膠輪車等設(shè)備可隨煤礦的開采逐步購置，不需要一次性全部采購；而方案①中的軌道+單軌吊等設(shè)備投產(chǎn)時就需要進(jìn)行驗收，必須在前期一次性投入，同時設(shè)備的安全與檢修復(fù)雜。

基于大南湖一礦千萬噸現(xiàn)代化高產(chǎn)高效安全煤礦的建設(shè)目標(biāo)，方案①無軌膠輪車運輸方式更為合理、高效，因此大南湖一礦確定采用無軌膠輪車輔助運輸方式。

4 實踐應(yīng)用效果分析

大南湖一礦采用無軌膠輪車輔助運輸方式，該運輸方案的安全性、可靠性較好。大南湖一礦輔助運輸最大班輔助運輸總量為247 t，井下最大班運送人員為155 人，每班凈運輸時間在5 h 以下，完全可以滿足該煤礦輔助運輸?shù)男枰?。在實際運行中，無軌膠輪車輔助運輸方式表現(xiàn)出了靈活便利、運行高效的特點，對比軌道機車來講，其運輸效率提高了150%，運營成本較為理想，為實現(xiàn)高產(chǎn)高效安全的現(xiàn)代化煤礦奠定了基礎(chǔ)。