礦井輔助運輸系統(tǒng)升級及其效益分析

呂澤波

（山西陽城陽泰集團晶鑫煤業(yè)股份有限公司， 山西 晉城 048105）

0 引言

煤礦井下輔助運輸系統(tǒng)作為煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)的重要部分，對提高煤炭資源的開采效率具有重要影響。目前，國內(nèi)外大型煤炭企業(yè)輔助運輸系統(tǒng)大多采用無軌式，各類無軌膠輪車代替了有軌機車，運輸效率和安全性顯著提高，有力地保障了煤礦安全、高效開采[1-3]。目前，武甲煤業(yè)井下3 號煤輔助運輸系統(tǒng)大巷采用無極繩連續(xù)牽引車運輸方式，順槽采用調(diào)度絞車接力運輸方式，井下輔助運輸系統(tǒng)存在運輸環(huán)節(jié)多、運輸時間長、運輸效率低、運輸人員雜以及安全狀安全狀況差等諸多問題。為提高礦井輔助運輸效率，本文對井下輔助運輸系統(tǒng)進行優(yōu)化調(diào)整，確保井下輔助運輸?shù)倪B續(xù)化、智能化，實現(xiàn)安全、高效運行。

1 礦井輔助運輸系統(tǒng)現(xiàn)狀

3 號煤西軌道大巷輔助運輸采用SQ-90/110B 型無極繩連續(xù)牽引車，采用26ZBB6×19S+FC1670-SZ-373-243 型鋼絲繩，鋼絲繩直徑為Φ26 mm，抗拉強度為1 670 MPa。

北翼進風材料巷采用JSDB-30 特制雙速絞車，慢速時，最大牽引力為300 kN，最大繩速為0.235 m/s?？焖贂r，最大牽引力為40 kN，最大繩速為1.51 m/s。

3106 進風材料巷輔助運輸采用JD-1.6（25 kW）型調(diào)度絞車，滾筒直徑為Φ310 mm，最大牽引力為16 kN，最大繩速為1.4 m/s。

3106 工作面軌道順槽使用JD-4（55 kW）型調(diào)度絞車，最大繩速為1.4 m/s。

2 礦井輔助運輸方案初步確定

結(jié)合武甲煤業(yè)的井下輔助運輸系統(tǒng)現(xiàn)狀，初步提出了兩種輔助運輸方案進行比選。

方案1：前期一采區(qū)生產(chǎn)時，采用“無軌膠輪車運料+架空乘人裝置運人”方案。后期二采區(qū)生產(chǎn)時，采用“無軌膠輪車運料、運人”方案。

方案2：前期一采區(qū)生產(chǎn)時，采用“單軌吊運料+架空乘人裝置運人”方案。后期二采區(qū)生產(chǎn)時，采用“單軌吊運料、運人”方案。

采用方案1 時，現(xiàn)有的大巷坡度較緩，不超過5°，巷道無需大規(guī)模改造，即可滿足無軌膠輪車運行的要求。此外，運輸靈活、運輸環(huán)節(jié)少，運輸速度快、運輸效率高、搬家速度快，可實現(xiàn)連續(xù)運輸直達工作地點。但方案1 對巷道底板要求較高，局部順槽巷道坡度較大時，需進行底板硬化或局部調(diào)整坡度，且尾氣排放有一定污染，運行費用較高。

采用方案2 時，不受底板條件限制，可實現(xiàn)自動起吊、裝卸方便，人員運輸可充分利用礦方現(xiàn)有架空乘人裝置，減少前期一次性投資。但該方案需要可靠的吊軌懸吊承力裝置，對巷道頂板要求較高，要求輔運巷巷道凈高度至少在4.0 m 以上。巷道需大規(guī)模改造，增加了巷道支護的難度，對礦井現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)影響較大。此外，該方案運行速度相對較慢，運行效率相對較低。

通過對比分析可知，無軌膠輪車相比于單軌吊，運輸速度更快、運輸效率更高，運輸也更加靈活，使用更加方便[4-5]。同時，結(jié)合武甲煤業(yè)巷道布置情況，傾角普遍在5°以下，適合采用無軌膠輪車運輸方式。而單軌吊運輸方式，需頂板承載較大載荷，對煤層頂板要求較高。另外，運輸單軌吊時要求巷道高度較大、需對現(xiàn)有輔運巷道進行大量改造，影響生產(chǎn)。根據(jù)本礦提供的巷道實測標高及煤層底板等高線計算，3 號煤輔運大巷和工作面運輸順槽均在5°以下，局部經(jīng)鋪底硬化后，即可滿足無軌膠輪車使用要求。同時，大巷及工作面順槽斷面設(shè)計較寬，局部刷擴后，可滿足無軌膠輪車運行要求。綜上，初步確定井下輔助運輸方式采用方案1。

3 礦井輔助運輸系統(tǒng)研究

3.1 物料運輸系統(tǒng)

井下輔助運輸系統(tǒng)由井底車場、換裝站、輔運大巷、綜采工作面順槽和各掘進工作面巷道組成，普通物料、小型設(shè)備及水泥砂石等物料由礦車經(jīng)副斜井提升機下放至井底車場，進入換裝站，換裝完成后經(jīng)后翻自卸式無軌膠輪材料車裝載，運送至井下各工作點。支架運輸車、鏟運車等大型無軌膠輪車（最大不可拆卸件）、綜采工作面液壓支架以及井下大型設(shè)備由礦用平板車經(jīng)副斜井提升機下放至井底車場，進入換裝站。換裝完成后，經(jīng)無軌膠輪支架搬運車和支架拖車運至井下各工作點。

3.2 人員運輸系統(tǒng)

現(xiàn)階段，一采區(qū)采掘工作面距離井底較近，人員由井口至工作地點耗時較短，暫不考慮無軌膠輪車運輸人員，維持礦井現(xiàn)有架空乘人裝置運輸人員系統(tǒng)。未來規(guī)劃二采區(qū)生產(chǎn)時，由于下井人員從井口至工作地點距離遠、耗時長，在維持礦井現(xiàn)有西膠帶大巷架空乘人裝置運輸人員的同時，設(shè)計新增無軌膠輪車人員運輸方式。

一采區(qū)生產(chǎn)時，下井人員乘坐主斜井架空乘人裝置達到井底后，換乘西膠帶大巷架空乘人裝置到達采掘工作面巷口，隨后步行至各工作地點。未來規(guī)劃二采區(qū)生產(chǎn)時，下井人員乘坐主斜井架空乘人裝置達到井底后，可直接換乘無軌膠輪人車到達各工作地點，也可換乘西膠帶大巷架空乘人裝置達到南膠帶大巷北口，隨后步行至各工作地點。

3.3 蓄電池機車設(shè)備

井下輔助材料、設(shè)備、無軌膠輪車及大型液壓支架經(jīng)副斜井提升機提升或下放至井底車場。副斜井落底點與換裝站之間的設(shè)備及輔助材料運輸采用蓄電池電機車運輸。副斜井落底點至換裝站的井底車場長度為106 m，選用2 輛CTY12/9GP 型礦用防爆特殊性蓄電池電機車，最大牽引力為29.43 kN，牽引速度為8.7 km/h，一用一備，可以滿足生產(chǎn)需求。

3.4 無軌膠輪車

運輸距離：一期工程（一采區(qū)）材料、水泥砂石物料及設(shè)備運輸由井底換裝站至3106 回采工作面，最遠運輸距離約2 200 m，西輔運大巷傾角為2.5°～4°，3106 回采工作面進風順槽傾角為0°～5°。井底換裝站至3107 掘進工作面最遠運輸距離約2 430 m，井底換裝站至3108 掘進工作面最遠運輸距離約2 800 m。二期工程（二采區(qū)）材料、水泥砂石物料及設(shè)備運輸，由井底換裝站至回采工作面最遠運輸距離約6 100 m，巷道傾角為0°～7°。

礦井目前開采的是一采區(qū)，井下布置1 個回采工作面、2 個掘進工作面。根據(jù)礦井正常生產(chǎn)期間每天使用的材料數(shù)量統(tǒng)計，一采區(qū)每日材料總運輸量為40.1 t。一采區(qū)開采完畢后進行二采區(qū)生產(chǎn)，后期井下計劃布置1 個回采工作面、2 個掘進工作面和1 個開拓工作面。根據(jù)現(xiàn)有礦井正常生產(chǎn)期間每天使用的材料數(shù)量進行估算統(tǒng)計，二采區(qū)每日材料總運輸量為54.5 t。此外，最大件液壓支架重量為55 t/架。每班下井人數(shù)最多為300 人，無軌膠輪車人車選型按照采掘面班下井人數(shù)最多94 人進行考慮，每班每個采面或掘面均對應(yīng)1～2 輛人車，其車輛數(shù)量應(yīng)滿足一次性將采掘面工作人員運送到各工作地點。其余人員應(yīng)等車輛返回，根據(jù)車輛調(diào)度情況錯峰乘車。

根據(jù)上述分析，初步確定無軌膠輪車選用情況如下：

1）井下生產(chǎn)指揮、設(shè)備維護維修、搶險以及運送井下零散人員，選用WC5/0.5 型生產(chǎn)指揮車。

2）運送各種材料、中小型設(shè)備和水泥砂石等散狀物料等，選用WCJ5E（C）/WCJ8E（C）型后翻自卸式無軌膠輪材料車。

3）井下小型設(shè)備的檢修選用WCJ5QE（A）型檢修車。

4）工作面巷道物料運輸使用WCJS3E（A）型順槽車。

5）井下裝載、推土、鏟挖和起重等作業(yè)，選用ZL20EFB（C）型防爆裝載機，與后翻自卸式無軌膠輪材料車配套完成水泥砂石等散狀物料的裝卸。

6）液壓支架、采煤機、運輸機及其他大型設(shè)備和部件長距離運輸，選用WC60Y（A）型支架搬運車。

7）工作面液壓支架、大型設(shè)備拆離及就位以及短距離搬運，選用WCJ55E 型鏟板式搬運車。

8）井下管道運輸選用WCJ5GE（A）型防爆管路運輸車。

9）選用WCJ5ES 型防爆灑水車，用來降低井下巷道粉塵。

4 工程投資及其效益分析

4.1 工程投資

武甲礦輔助運輸系統(tǒng)的改造工程是將原有的有軌運輸系統(tǒng)升級為無軌運輸系統(tǒng)，其工程量主要涉及部分巷道的擴幫改造、購置設(shè)備和相關(guān)材料以及工程施工等費用。其中，巷道改造所需費用為2 691.20 萬元。一期工程礦井投產(chǎn)時，各型無軌膠輪車輛共計需要17 輛（其中：備用1 輛）。二期工程礦井投產(chǎn)時，需新增各型無軌膠輪車輛11 輛（其中：備用1 輛），輔助運輸裝備及相關(guān)工器具的購置費用為2 390.80 萬元。設(shè)備安裝工程費用為75 萬元，工程建設(shè)過程中的其他費用為475.60 萬元，工程預(yù)備費為400 萬元，工程總體投資費用為6 032.60 萬元。

4.2 效益分析

武甲礦輔助運輸系統(tǒng)的改造升級前期，投資量較大。但從長遠來看，在礦井安全效益、人員投入、運輸效率和綠色高效生產(chǎn)等方面，均可獲得巨大的效益。

1）安全效益。以往的有軌輔助運輸系統(tǒng)需要用到駐車器、絞車和鋼絲繩等，所需勞動強度大，在作業(yè)過程中極易出現(xiàn)人的不安全行為及物的不安全狀態(tài)，增大了安全風險，需要投入大量的人力物力來保證礦井安全運輸。輔助運輸系統(tǒng)改造升級后，運輸方式、人員作業(yè)方式以及作業(yè)環(huán)境等得到了根本改變，大幅降低了安全隱患，提高了礦井安全效益。

2）人工成本。以往的有軌運輸系統(tǒng)在使用前需要大量人工鋪設(shè)軌道、運輸材料，所需作業(yè)人員多、勞動強度大、作業(yè)效率低，運輸過程中也需要大量的人工作業(yè)。運輸系統(tǒng)改造升級后，可大幅降低用工量，降低人工成本，減輕了工人的勞動強度，提高了煤礦企業(yè)的經(jīng)濟效益。

3）綠色高效生產(chǎn)效益。輔助運輸系統(tǒng)的改造升級，實現(xiàn)了從礦井井底車場到各個采掘工作面的連續(xù)、高效運輸，運輸效率顯著提高，實現(xiàn)了機械化減人、自動化換人，為后期礦井進一步智能化升級奠定了基礎(chǔ)，促進了礦井綠色、高效生產(chǎn)，具有良好的技術(shù)經(jīng)濟及社會效益。

5 結(jié)語

本文對武甲煤業(yè)3 號煤層井下輔助運輸系統(tǒng)進行初步研究，分析了礦井輔助運輸系統(tǒng)改造升級的投入及效益，應(yīng)用無軌輔助運輸系統(tǒng)可有效節(jié)約運輸時間、降低工人勞動強度、提高運輸效率，實現(xiàn)運輸方式連續(xù)化。通過機械化減人、自動化換人，提高運輸效率，降低勞動強度，具有良好的安全、技術(shù)及經(jīng)濟效益。后期，應(yīng)進一步考慮井下部分硐室的改造、井下通風系統(tǒng)及投資估算等因素，并制定相應(yīng)的安全技術(shù)措施，確保礦井安全、高效生產(chǎn)。