宜興煤礦井下輔助運輸方式方案比較

摘要：文章首先講述了國外輔助運輸方式和國內輔助運輸方式，接著介紹了幾種輔助運輸設備的性能特點，最后對宜興煤礦井下輔助運輸方式和井下無軌輔助運輸的發展進行了講解。

關鍵詞：輔助運輸方式；卡軌車；單軌吊；無軌膠輪車；齒軌機車；膠套輪機車；蓄電池機車

中圖分類號：TD529 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）28-0128-05

1 國外輔助運輸概況

早在20世紀五六十年代，國外先進產煤國家就開始著手解決本國煤礦井下輔助運輸的機械化問題。到了七八十年代，單軌吊車、卡軌車和無軌膠輪車等高效輔助運輸裝備的相繼問世，基本實現了從地面或從井底車場直至采區工作面端頭不經轉載的直達運輸，使國外先進產煤國家的輔助運輸走上了機械化道路。這些高效運輸裝備在技術特性、運輸效率和安全性能等方面具有諸多優點：運行安全可靠，不跑車，不掉道；爬坡能力強，可在起伏坡度較大和彎道道岔較多的情況下運行；牽引力大，可實現重型物料（如重型支架）的整體搬運；運行速度快；可實現遠距離連續運輸；有比較完整的配套設備和運輸車輛，基本實現了裝卸作業機械化。先進產煤國家已有的輔助運輸裝備并非完美無缺，因此仍在不斷推出新的更加先進的輔助運輸裝備。

2 國內輔助運輸概況

我國煤礦輔助運輸機械化起步較晚，直至20世紀70年代后期才開始這方面的研制工作。到目前為止，我國已先后研制成功并定型生產了一些新型高效的煤礦輔助運輸設備，如柴油機單軌吊、繩牽引卡軌車、柴油機膠套輪齒軌卡軌車、無軌膠輪車以及新近研制成功的無極繩巷道連續牽引車等。有些設備如柴油機膠套輪齒軌卡軌車、無軌膠輪車和巷道連續牽引車，在我國許多煤礦生產實踐中已經得到了推廣應用，并產生了巨大的經濟和社會效益。部分設備的主要技術性能也達到了國外同類產品的國際先進水平。但總的來看，設備種類還不多，未形成系列產品，產品質量也不穩定，某些技術性能尤其是可靠性有待進一步提高。目前除少數幾個礦井外，絕大多數煤礦尚未實現從地面或從井底車場直至采區工作面端頭不經轉載的直達運輸，而是分階段運輸。從井下材料、設備供應點到井下工作面使用地點，要經過多次轉載。運輸效率低，事故多，占用設備和用工人數也多。特別是采區的輔助運輸機械化程度還相當低，這種狀況長期未得到改變。另外，有些關鍵元部件如防爆低污染柴油機還不過關，油泵、油馬達等也還需要從國外進口，使得設備的制造成本、銷售價格偏高，從而妨礙了輔助運輸設備的推廣應用。

3 幾種礦井輔助運輸的設備性能特點

3.1 卡軌車

包括繩牽引和柴油機牽引卡軌車，其特點是全部載重都落在巷道底板的雙軌上。與巷道支護條件無關，但對底板有一定要求。底鼓明顯、積水較多的巷道不適合使用。因具有防掉道的卡軌輪及可靠的制動系統，能以較高的速度安全可靠地在軌道上運行。卡軌車的突出優點是承載能力大，爬坡能力強，運行速度快，安全性好。在失控等危險情況下也能自動緊急制動停車，特別適合于采區運輸。近年來國外在綜采設備搬家、材料和人員運輸等方面都在大力發展卡軌車。在我國煤礦開采深度較較淺、礦壓較小、底鼓現象少、巷道斷面小、支護條件差，液壓支架等綜采設備的重量較大、生產集中的礦井，更適于卡軌車的發展。

繩牽引卡軌車的牽引能力大，爬坡能力強，適用于較大的傾角，常用于坡度較大、彎道較少的運輸系統。其主要缺點是只適用于固定段的運輸，進入多條分支巷道時必須經過車場或轉載站，因而形成多段運輸。占用設備多，運輸效率低，勞動強度大，設備利用率不高。另外，運輸距離受限，一般不超過2km，而且鋼絲繩磨損嚴重，消耗量大，更換也不方便。

3.2 單軌吊

包括柴油機、蓄電池和繩牽引單軌吊。使用最多的是柴油機單軌吊，其特點是體積小，機動靈活，適應性強，不怕水，不怕煤，不受底板狀況的影響，過道岔方便。連續運輸距離長，用于掘進巷道時能迅速延伸軌道，既安全可靠，又經濟效率高。可以實現從井底車場甚至從地面（斜井或平巷開拓時）至采區工作面的直達運輸。根據國外經驗，采用單軌吊系統可以基本解決整個礦井的輔助運輸機械化問題。當前我國還存在著大量的中小型礦井。礦井的井筒及巷道斷面也都較小，巷道系統比較復雜。井型及巷道系統又不易改造。如果這些礦的巷道頂板比較穩定，支護條件較好，單件重量不太大（不超過14t），特別那些有底鼓的礦井，選用單軌吊運輸系統還是比較合適的。

3.3 無軌膠輪車

這種車一般采用鉸接車身，運行機動靈活，裝卸方便，運行速度快，載重能力大，爬坡能力強（最大可達14°）。可以整體運輸液壓支架。可實現從地面直至采區工作面不經轉載的直達運輸。但要求巷道斷面有較大的寬度（一般不能小于3.6m），對巷道底板的硬度、不平度都有較高的要求。垂直轉彎半徑也較大（R>50m），現有生產礦井僅有少數礦井適合無軌運輸系統。

3.4 齒軌機車

一般指的是帶鋼輪和齒軌輪的機車。在平道上靠鋼輪與軌道的粘著力高速運行。在斜巷上（小于10°）靠齒軌輪與齒軌的嚙合低速牽引。因此這種機車能直接進入上下山斜巷和起伏不平的工作面運輸巷和回風巷。缺點是自重和轉彎半徑較大，不大適合在采區運行。如果變坡較多，則鋪設齒軌較長，影響成本和車速，只宜用于水平大巷及與其相連的坡度不大的主要上下山巷道使用。

3.5 膠套輪機車

膠套輪機車是在使用普通軌的基礎上，在機車的驅動輪上加一層膠質輪套作為輪緣踏面，從而增大驅動輪與鋼軌表面的粘著系數，同時，在機車的制動系統中加裝新型制動閘，使機車的爬坡力大大提高。可以用在5°～7°的坡道上。可用作采區的材料、設備和人員運輸。

3.6 蓄電池機車

因受蓄電池容量限制，多用于巷道平緩、載荷較小、作業不頻繁的短途運輸。對于巷道坡度大、運輸距離長、作業頻繁、載荷較大的運輸，最好采用柴油機車，隨著防爆低污染柴油機制造技術的不斷發展，柴油機的質量性能和可靠性均有很大提高。廢氣排放量指標已大大降低。維護工作量也逐步降低。由于蓄電池的充放電管理較復雜，所以蓄電池機車的推廣應用受到很大的影響。

4 宜興煤礦井下輔助運輸方式比選

根據礦井實際情況，本礦井采用副立井上下人員、副斜井提升材料設備等。煤層傾角一般小于10°，掘進巷道均為煤巷或半煤巖巷。其一期由于工作面靠近井底車場附近，現場采用無極繩絞車運輸材料設備，未設機械運人設備。

根據礦井頂底板條件、輔助運輸量及運輸距離等條件，本次設計對輔助運輸提出兩個方案：第一方案沿用其礦井現有輔助運輸系統，并對機械運人設備選型完善；第二方案根據礦井條件輔助運輸選用無軌膠輪車。

第一方案：上組煤繼續使用現有的無極繩絞車，分別在下組煤輔運大巷、下一采區輔運大巷、工作面順槽中各布置一部無極繩絞車進行材料、設備運輸。根據《煤礦建設項目安全設施設計審查和竣工驗收規范》要求“長度超過1.5km的主要運輸平巷，上下班時應采用機械運送人員；人員上下的主要傾斜井巷，垂深超過50m時，應采用機械運送人員”。本礦井二期投產人員運輸距離最大達到4.5km，礦井后期運輸距離更長。由于無極繩絞車不具備運人安全要求，需要增加架空乘人裝置。根據山西焦煤集團的要求，架空乘人裝置不得布置在膠帶輸送機大巷內，所以需要設置架空乘人專用巷道。設計考慮需要沿下組煤集中膠帶輸送機大巷布置人員運輸巷，采區內需要增加人員運輸巷。同時由于上組煤順槽長度達到3.0km，下組煤順槽長度達到2.0km，超過規范要求，需要采用機械運人，設計也考慮一套架空乘人裝置。

第二方案：根據礦井掘進巷道主要為煤巷及半煤巖巷，其掘進煤和矸石，可匯入回采煤流系統，減少矸石運輸量。井下輔助運輸主要是材料、設備下井及人員運輸。設計選用無軌膠輪車新型高效輔助運輸設備作為本礦井的輔助運輸方式。其可以解決礦井人員及材料、設備運輸問題。

下面就井巷工程量、輔助運輸設備投資、運營費及其他優缺點進行比較：

（1）井巷工程量：方案一采用無極繩絞車運輸，需要布置軌道大巷、膠帶輸送機大巷、回風大巷、行人運輸巷共4條大巷；方案二采用無軌膠輪車運輸，需要布置輔助運輸大巷、膠帶輸送機大巷、回風大巷共3條大巷。其中兩方案中膠帶輸送機大巷和回風大巷斷面相同，相差工程量主要為軌道大巷和行人運輸巷與輔助運輸巷的比較。

方案一軌道大巷采用雙軌布置，巷道斷面凈寬為4800mm，掘進斷面17.8m2；人員運輸巷考慮設備安裝及施工要求，巷道斷面凈寬為3500mm，掘進斷面10.9m2。方案二采用無軌膠輪車運輸，考慮膠輪車錯車需要，巷道斷面凈寬為5200mm，掘進斷面20.1m2。

（2）輔助運輸設備投資：方案一共需要增加5部無極繩絞車和5部架空乘人裝置以及12km軌道（以單軌計）。方案二共需要選用13輛無軌膠輪車，其中2輛支架搬運車。無極繩絞車及架空乘人裝置每套價格約100萬元，30kg/m、600mm軌距軌道鋪設約100萬元/km；設計選用的無軌膠輪車系國產定型設備，造價約50～80萬元/輛（不含支架搬運車）。井巷工程投資及運輸設備投資匯總比較見表1。從表中可以看出，方案二比方案一投資減少4877.1萬元。

（3）從運營費考慮：方案一采用無極繩及架空乘人裝置，其設備服務年限長，基本可以滿足礦井服務年限，年折舊費用少。其運營費用僅絞車的電費，費用相對便宜；方案二采用無軌膠輪車運輸，根據現場調研，無軌膠輪車的使用年限約3～5年，年折舊費用高。同時運營每百公里油耗約25～30升，其運營費用相對較高。

（4）其他優缺點：方案一采用無極繩絞車運輸方式，運輸環節多，系統復雜，由井底車場至采區工作面，需經多次中轉編列，占用大量設備和勞力，嚴重影響礦井全員效率的提高和煤礦安全生產；方案二采用無軌膠輪車運輸方式，其運行機動靈活，裝卸方便，運行速度快，載重能力大，爬坡能力強，可實現直達運輸。由于副斜井角度較大，需要在井底進行轉載，同時使用無軌膠輪車井下運輸時，需要專門培訓司機，同時車輛排放的尾氣會污染進風流空氣質量。

本次設計推薦選用無軌膠輪車輔助運輸方式。

5 井下無軌輔助運輸的發展

隨著地下開采規模的不斷擴大和開采距離的不斷延伸以及工作面長度和走向長度的不斷增加，運輸上下井的材料、設備和人員不斷增多，運輸在整個工作時間中所占比例不斷增大，相對開采時間不斷減少。特別是隨著綜采綜掘技術的飛速發展，在采掘工作面大量應用了重型設備，生產效率高、機電事故率低，對輔助運輸提出了較高要求。因此如何使礦井的輔助運輸裝備水平同重型、大功率及高產高效的綜采綜掘設備裝備水平相適應，如何保證高產高效工作面連續生產對材料、人員的運輸要求、快速安全的搬家遷面，就成了非常重要而又亟待解決的問題，從發達國家的輔助運輸設備使用情況和輔助運輸技術的發展趨勢分析，解決這一問題，發展無軌膠輪輔助運輸是比較好的辦法。

無軌膠輪輔助運輸的主要優點：

（1）可實現一次裝載后從井口至工作面或工作面至井口（有的甚至可從井上至工作面或工作面至井上）的直達運輸，無需中間轉載。從而大大簡化了輔助運輸系統，顯著減少了從事輔助運輸的井下工作人員。

（2）可實現一機多用，并可實現集鏟裝、運輸和卸載功能于一體。對于工作面設備的搬遷安裝能做到拆除、鏟裝、運輸、卸載并調整就位等工作一機完成，既有利于文明生產，又大大提高生產效率。在神東礦區大柳塔礦和晉煤集團寺河礦，由于采用了世界上先進的輔助設備，工作面的安裝大約為15d左右，設備的各種維護由于有了專用的維護潤滑無軌膠輪車，減少了潤滑油的污染，減輕了維護工的勞動強度。

（3）機動靈活、操作簡單且安全性好，特別是適合于沿煤層開采的多分支巷道輔助運輸。一般運輸巷道沿煤層開拓，線路分支多，坡度多變，若用傳統的輔助運輸沿途需安設多臺大小礦用絞車。這樣，由于中間多次轉載、摘鉤、倒車甚至人推肩扛等，最易發生事故造成傷亡。

總之，無軌膠輪輔助運輸確實是當前最為先進的輔助運輸方式，從根本上克服了傳統的輔助運輸方式存在的用人多、占用設備多、效率低、費用高、安全保障差等弊端，為高產高效礦井提供了強有力的輸送保證。

綜合煤礦井下無軌輔助運輸設備的技術現狀、研制水平和使用情況，我們認為：

（1）發展我國煤礦輔助運輸機械化、現代化勢在必行。為了加快我國煤礦輔助運輸機械化、現代化的步伐，一方面要大膽采用高新技術，努力推廣適合煤礦需要的高效輔助運輸設備，另一方面要根據我國礦井類型和生產技術條件，尤其應考慮采區的巷道條件，繼續開發多品種、多系列，能夠用于綜采快速搬家，綜掘高效運料和運人的新型高效輔助運輸設備，使不同情況的礦井或采區有相應的設備可選用。同時，在礦井和采區設計時也應該嚴格按照運輸設備的技術要求進行巷道布置，確保選用的設備能夠在相適應的使用條件下充分發揮出其巨大的經濟和社會效益。

（2）大力發展適合我國煤礦需要的無軌輔助運輸車輛。井下無軌輔助運輸車輛具有高效能、多用途、靈活方便、高效安全和適應性強等優點，所以無軌輔助運輸設備在我國煤礦井下運輸中占有的比例勢必逐年擴大，且前景看好。井下無軌輔助運輸設備在一些采煤技術先進的國家，應用非常廣泛，而且其研制經驗也十分豐富，在我國井下無軌輔助運輸設備也正在推廣應用。隨著高產高效現代化礦井建設的需要，輔助運輸設備的研制和使用，必將得到進一步的發展，具有十分重要的現實和深遠的意義。近年來，我國煤礦井下無軌輔助運輸設備和技術有了較大的改善和提高，輔助運輸受到越來越多的關注，這些都為加快煤礦井下無軌輔助運輸技術的發展提供了強有力的保證。

6 需要注意的幾個問題

煤礦輔助運輸機械化是個很復雜的問題。它與礦井的具體地質條件及井巷開拓方式密切相關，各礦井煤層地質條件不一、井型各異，機械化程度也各不相同。因此輔助運輸形式不能單一，要多樣化，單軌吊、卡軌車、齒軌車和無軌膠輪車等應根據礦井實際情況發展。各種設備都有自己的性能特點和使用范圍。要從本礦的實際條件出發，充分了解各種設備的性能和特點，因地制宜地選用自己需要的設備。由于煤礦井下實際工況復雜，對設備的能力和使用范圍要留有余地，為了節省投資，應盡量利用現有的系統和設備，如軌道系統和車輛等。在經過認真細致的技術經濟比較以后，力求用最少的初期投資和運行費用達到高效、安全、經濟、合理的目標，采用最適合于自己的輔助運輸系統和

設備。

礦井煤礦輔助運輸機械化問題，必須通盤考慮、全面規劃，然后逐步實施。重點應放在采區的輔助運輸上，注意設備的配套性。大中型生產礦井，既有綜采綜掘，也有日常的人員、材料和矸石等的運輸，還有采面綜采設備的搬家，因此要有多臺大、中、小機型配套的設備以及整個系統的配套設備。從轉載到軌道、道岔、信號以及其他配套設備，形成一個完整的運輸系統。由于地質條件的不同以及井型和開拓方式的各異，一個大中型礦井的輔助運輸系統，可能是單一的單軌吊、卡軌車或無軌膠輪車系統，也可能是電機車-卡軌車、單軌吊-卡軌車等幾種設備的混合系統。這更需要各種設備間很好地統籌考慮配套。否則，難以發揮新型設備的作用。

礦井的設計和開拓部署，要充分考慮選用的輔助運輸設備的性能特點和適用條件，為輔助運輸設備安全高效的運行創造條件，這樣才能使整個系統充分發揮作用，以取得盡可能大的經濟和社會效益。確定輔助運輸系統時，應從供料到用料地點盡量采用直達運輸，力求減少中途轉載和停頓，提高運輸效率。為降低基建投資，應盡量減少巖巷

工程。

（責任編輯：葉小堅）