煤礦輔助運輸?shù)募夹g要點與發(fā)展分析

王樹偉，吳寶林

（西北礦業(yè)平?jīng)鑫迮e煤業(yè)有限公司，甘肅 平?jīng)?744200）

煤礦輔助運輸主要承擔著煤礦開采作業(yè)中有關人員和物料的運輸任務。隨著新時期煤礦井下作業(yè)技術水平的不斷提升，對煤礦輔助運輸?shù)囊?guī)模、效率也提出了更高的要求。為了保障煤礦輔助運輸?shù)馁|(zhì)量效率和安全，應能夠結合當前煤礦運輸作業(yè)的實際情況，明確煤礦輔助運輸技術的應用重點。對煤礦輔助運輸?shù)募夹g要點與發(fā)展進行分析，能夠為煤礦輔助運輸?shù)默F(xiàn)存問題提供解決和發(fā)展的思路。

1 煤礦輔助運輸?shù)募夹g要點

1.1 運輸牽引運行機制

煤礦輔助運輸主要借助連續(xù)牽引裝置實現(xiàn)，而連續(xù)牽引裝置以連續(xù)牽引技術為基礎。當前常用于煤礦輔助運輸?shù)臓恳b置，以無極繩牽引卡軌車為代表。在實際的煤礦輔助運輸過程中，以無極繩絞車作為輔助運輸牽引裝置的主要動力源，在由電動機為其提供運轉(zhuǎn)動力的前提下，借助減速帶帶動絞車滾筒旋轉(zhuǎn)，同時，也能夠?qū)崿F(xiàn)對絞車滾筒轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)和控制。然后，依據(jù)滾筒與鋼絲繩之間的摩擦力，讓絞車滾筒帶動鋼絲繩旋轉(zhuǎn)，進而搭配合適的運輸車輛，實現(xiàn)對礦井上下物料的運輸目的。利用該技術，能夠滿足煤礦井下斜坡以及直角等位置的安全清理目標和要求，對提升煤礦輔助運輸作業(yè)的效率具有重要的作用。在這一過程中，通過改變牽引力的方式，能夠有效實現(xiàn)對運輸設備運輸速度和能力的調(diào)整。為了保障運輸牽引機制的安全穩(wěn)定運行，要求在實際應用該技術時，加強對牽引電機能力以及牽引鋼絲使用承受能力的監(jiān)測關注，避免出現(xiàn)牽引力不足的情況。

除運輸牽引裝置外，針對煤礦輔助運輸?shù)闹饕獙ο螅旱V輔助運輸技術應用還要求能夠提高對巷道架空和高速架空的重視。巷道架空強調(diào)能夠結合煤礦井下空間的實際情況，依據(jù)輔助運輸所需的空間大小，選擇在巷道內(nèi)部一側進行巷道架空設計，在能夠保障人員安全運輸?shù)耐瑫r，也能夠盡可能減少因輔助運輸而占據(jù)的井下空間。而在高速架空方面，要求能夠選擇與輔助牽引裝置型號相符合的減速器和速度控制器設備類型，有效發(fā)揮其在調(diào)整控制輔助運輸速度方面的作用。為保障輔助運輸?shù)倪\行安全和效果，要求能夠事先做好針對各類應急事件的預案，降低各種突發(fā)故障對煤礦輔助運輸作業(yè)安全和效率產(chǎn)生的影響。

1.2 運輸空間規(guī)劃改造

煤礦輔助運輸作業(yè)容易受到煤礦井下作業(yè)環(huán)境的影響和限制。為了提升煤礦輔助運輸作業(yè)的實際效果，應能夠通過對運輸空間的規(guī)劃改造，營造更適于煤礦輔助運輸?shù)淖鳂I(yè)環(huán)境。例如，對一些特殊地形的煤礦井下開采區(qū)域，可以通過增加坡度等方式來對其進行改造。在結合煤礦井下作業(yè)實際情況來設計煤礦輔助運輸系統(tǒng)時，應能夠綜合考慮煤礦井下的空間布局情況，確保煤礦輔助運輸系統(tǒng)能夠與煤礦井下作業(yè)環(huán)境相互契合，以此提高輔助運輸?shù)撵`活性。這一過程中，應以保障煤礦輔助運輸?shù)陌踩珵橹饕瓌t，為煤礦輔助運輸作業(yè)開展奠定良好的空間環(huán)境基礎。

1.3 平衡運輸速度安全

運輸速度和運輸安全是煤礦輔助運輸作業(yè)開展中需要考慮的兩個重點問題。在情況輔助運輸作業(yè)中，應能夠兼顧運輸速度與安全，平衡二者之間的關系，以此發(fā)揮煤礦輔助運輸技術的作用價值。從這一方面來看，結合當前我國煤礦開采作業(yè)的整體情況，要求能夠通過對煤礦輔助運輸作業(yè)情況的有效管理和控制，盡可能減少煤礦輔助運輸作業(yè)中的人為失誤和其他問題。這一過程中，應能夠發(fā)揮實時監(jiān)控系統(tǒng)技術的作用，實現(xiàn)對整個煤礦輔助運輸過程的監(jiān)控。

2 煤礦輔助運輸技術發(fā)展

在煤礦開采作業(yè)中，煤礦輔助運輸實際涉及的運輸環(huán)節(jié)較多，運輸內(nèi)容也較為復雜，再加上其本身容易受到井下作業(yè)環(huán)境情況的影響，需要加強對于煤礦輔助運輸作業(yè)效率和安全的重視。在新時期的背景下，結合當前先進科學技術的發(fā)展趨勢背景，應能夠促進先進技術與煤礦輔助運輸技術的有效融合，嘗試將先進的科學技術應用到煤礦輔助運輸系統(tǒng)運行過程中，從而進一步提升煤礦輔助運輸作業(yè)的實際效率和效果?；诖?，提出煤礦輔助運輸技術的發(fā)展方向和趨勢，主要包括以下幾方面內(nèi)容。

2.1 自動化輔助運輸

推動煤礦輔助運輸系統(tǒng)朝著自動化和智能化的方向發(fā)展，能夠代替人工，以遠程監(jiān)控管理的方式實現(xiàn)對煤礦井下輔助運輸作業(yè)的管理和控制。基于這一目標，可以設計用于煤礦井下作業(yè)的自動化輔助運輸系統(tǒng)，將傳感器安裝于輔助運輸車輛，實現(xiàn)對井下運輸作業(yè)環(huán)境的感知和檢測。在傳感器獲得針對井下作業(yè)情況的環(huán)境數(shù)據(jù)后，由安裝于車輛內(nèi)部的動態(tài)控制模塊，實現(xiàn)對于井下輔助運輸車輛運行路徑的合理規(guī)劃，進而生成相應的車輛控制指令，從而幫助煤礦輔助運輸車輛學校避障和換道，保障輔助運輸?shù)男市Ч?/p>

具體而言，安裝傳感器應以適應煤礦井下復雜工況為主要目的，能夠應用視覺、激光雷達等多元融合感知技術，結合傳感器本身的物理特性來得到更能夠真實反映井下作業(yè)環(huán)境情況的感知結果。這一過程中，傳感器應具備動態(tài)障礙物檢測跟蹤、運輸?shù)缆诽卣餍畔⑻崛?、無人料車空重載分析等方面的功能。而安裝與運輸車輛的控制模塊則應以事先設定好的的控制程序為依據(jù)，控制程序可以應用激光雷達感知算法、毫米波雷達感知算法等來對井下作業(yè)環(huán)境中的目標信息進行檢測。在應用控制程序的基礎上，還應能夠設計基于多傳感器的融合模塊，能夠?qū)⒉煌愋偷膫鞲衅鞲兄慕Y果進行融合匯總，以便能夠更全面的感知煤礦輔助運輸?shù)木颅h(huán)境。

在自動化輔助運輸系統(tǒng)的設計開發(fā)過程中，還應能夠具備依賴傳感器獲取信息來繪制高清井下地圖的功能。在從傳感器獲取井下作業(yè)環(huán)境信息后，可以通過提取環(huán)境中的各類語義元素和多層次組織結構來設計高精度井下地圖。這一過程中可以引入高清地圖軟件，將其與自動化輔助運輸管理控制系統(tǒng)結合起來，在得到的高清地圖中顯示井下環(huán)境障礙物數(shù)據(jù)、監(jiān)測點實時數(shù)據(jù)、車輛實時位置以及車輛歷史軌跡等方面的數(shù)據(jù)內(nèi)容。

除此之外，自動化輔助運輸系統(tǒng)還應能夠具備路徑規(guī)劃的功能，確保運輸車輛在實際運行中能夠?qū)崿F(xiàn)自主避障。這一過程中，應考慮運輸車輛的實際運行情況，以設計動態(tài)路徑規(guī)劃方案的方式，應用規(guī)劃算法來為運輸車輛提供安全系數(shù)最高且能量損耗最少的規(guī)劃路徑，以便能夠在實現(xiàn)對于輔助運輸自動控制的同時，也能夠保障輔助運輸?shù)闹委熜Ч?/p>

2.2 無軌道運輸

常用于煤礦輔助運輸?shù)姆绞?，以有軌道電機車和轎車運輸為主。這些運輸方式雖然能夠在一定程度上滿足井下人員和物料的運輸需求，但容易受到井下作業(yè)環(huán)境以及其他方面因素的影響，存在運輸速度慢、運輸量勞動方面的問題。在先進科學技術不斷發(fā)展的背景下，無軌膠輪車逐漸被用于煤礦輔助運輸作業(yè)，這種運輸方式能夠適應更復雜的煤礦運輸作業(yè)環(huán)境，在實際應用中也呈現(xiàn)出了良好的應用優(yōu)勢，已經(jīng)成為當前煤礦輔助運輸?shù)闹饕l(fā)展方向和趨勢之一。

具體而言，無軌膠輪車主要基于制動系統(tǒng)的原理來發(fā)揮作用，以無軌膠輪車為主要輔助運輸車輛的制動系統(tǒng)，具體包括壓縮機、油水分離器、單向閥、制動儲氣室、前輪制動氣室、制動控制閥、后輪制動氣室以及管路和踏板構成。為了發(fā)揮無軌膠輪車在煤礦輔助運輸作業(yè)中的作用，需要綜合考慮無軌膠輪車適用的地質(zhì)條件，再對是否應用于軌交輪車進行煤礦輔助運輸作業(yè)進行綜合判斷。

無軌膠輪車在實際應用中能夠體現(xiàn)出較多的應用特點和優(yōu)勢。例如，應用無軌膠輪車的輔助運輸效率更高，該運輸車輛對路面質(zhì)量的要求較低，在將井下作業(yè)的相關設備裝上車后，無須經(jīng)過其他環(huán)節(jié)，便可以直接將相應設備運輸至采掘工作面的附近，能夠以更簡化的程序和更高的效率來縮短實際進行輔助運輸?shù)臅r間。無軌膠輪車也擁有更高的安全系數(shù)，無軌膠輪車在實際應用過程中，能夠以點對點運輸?shù)姆绞?，同時搭配自動防撞裝置結構（如圖1 所示），來保障運輸車輛的運行安全和穩(wěn)定性效果。

圖1 無軌膠輪車自動防撞裝置結構

現(xiàn)階段，無軌膠輪車主要應用于坡度在12°以內(nèi)的礦區(qū)，能夠依據(jù)井下實際作業(yè)環(huán)境的不同，選擇合適的無軌膠輪車類型來發(fā)揮作用。當無軌膠輪車運行的巷道坡度在6°左右時，則無軌膠輪車的實際運行距離最長為1.2km，且這一過程中需要確保巷道局部的縱向最大坡度在14°以下。同時，應用無軌膠輪車也對巷道底板的抗壓強度有著一定的要求。無軌膠輪車在運行中會對巷道底板產(chǎn)生范圍在0.3 ～0.7MPa 內(nèi)的壓強，若實際井下輔助運輸環(huán)境中巷道底板的巖性較差，就會對無軌膠輪車的應用產(chǎn)生一定的限制。

結合推動煤礦輔助運輸自動化和智能化發(fā)展的方向，在煤礦輔助作業(yè)中，嘗試將無軌膠輪車等裝置設備，與自動化、智能化的輔助運輸系統(tǒng)結合起來，更好地克服以往煤礦輔助運輸中存在的問題，提升輔助作業(yè)的實際效率，讓其能夠為推動煤礦生產(chǎn)作業(yè)的發(fā)展提供更有效的支持。

2.3 運輸裝置與系統(tǒng)優(yōu)化

煤礦輔助運輸技術的應用，需要能夠結合煤礦井下作業(yè)的實際情況來進行優(yōu)化調(diào)整，才能夠確保其在煤礦生產(chǎn)作業(yè)中發(fā)揮更大的作用。在這一前提下，對煤礦輔助運輸技術的應用研發(fā)，應能夠結合具體的煤礦開采作業(yè)情況來進行規(guī)劃?？紤]現(xiàn)階段煤礦開采作業(yè)中應用的煤礦輔助運輸系統(tǒng)大多仍以運輸牽引裝置為主，促進煤礦輔助運輸技術的發(fā)展，也應考慮通過對運輸牽引裝置的優(yōu)化來實現(xiàn)。

從這方面來看，可以將無軌輔助運輸裝置與自動化途中運輸系統(tǒng)結合起來，依次為依據(jù)來對運輸牽引裝置進行優(yōu)化調(diào)整。例如，在某礦區(qū)的井下輔助運輸作業(yè)中，為提升煤礦輔助作業(yè)的實際效果，該礦區(qū)規(guī)劃了兩種不同的輔助運輸系統(tǒng)方案。第一種方案為應用無軌膠輪車配合架空乘人裝置的方式，分別進行物料和人員的運輸；而第二種方案則以單軌調(diào)運物料配合架空乘人裝置的方式來進行輔助運輸。

在考慮該礦區(qū)井下作業(yè)大巷道坡度較緩的情況下，應用第一種方案，無須對巷道進行大規(guī)模改造，僅需要對局部順槽巷道坡度較大的位置進行適當調(diào)整，能夠體現(xiàn)出良好的靈活性和運輸效率。應用該方案的限制條件為尾氣排放可能會造成環(huán)境污染，且方案運行所需的費用較高；應用第二種方案盡管不會受到底板條件的限制，但由于該方案需要依靠穩(wěn)定的吊軌懸吊承力裝置發(fā)揮作用，其對巷道頂板的質(zhì)量提出了更高的要求，需要通過對巷道的大規(guī)模改造，讓巷道的凈高度提升至4.0m以上，才能夠滿足井下輔助運輸?shù)男枨蟆?/p>

該礦區(qū)在綜合考慮兩種方案應用優(yōu)勢與限制條件后，最終選擇以無軌膠輪車配合架空乘人裝置的方式，實現(xiàn)煤礦輔助運輸。

在確定煤礦輔助運輸?shù)幕痉桨负螅M一步對煤礦輔助運輸系統(tǒng)進行設計分析，要求能夠結合物料以及人員的總體運輸流程、井下作業(yè)的情況來確定應用的無軌膠輪車型號。例如，運輸各類散裝物料，主要選擇應用WCJ5E(C)/WCJ8E(C)型生產(chǎn)指揮車；小型設備檢修應用WCJ5QE(A)型檢修車；井下生產(chǎn)指揮、人員運輸主要選擇應用WC5/0.5 型生產(chǎn)指揮車。在此基礎上，進一步對煤礦輔助運輸及人員系統(tǒng)進行優(yōu)化調(diào)整。

3 結語

綜上所述，煤礦輔助運輸技術水平的高低，會對煤礦井下開采作業(yè)的質(zhì)量效果產(chǎn)生直接的影響。在明確煤礦與輔助運輸技術基本應用原理的前提下，應能夠重點針對當前煤礦輔助運輸技術應用存在的問題和限制，以進一步提高煤礦輔助運輸效率和保障安全為主要目的，推動煤礦輔助運輸技術朝著自動化、無軌道和高質(zhì)量的方向發(fā)展，以此更好地為煤礦開采作業(yè)服務。