千米立井無軌輔助運輸系統改造設計

千米立井無軌輔助運輸系統改造設計

楊壯

(國家安全生產監督管理總局 信息研究院，北京 100029)

[摘要]礦井輔助運輸是整個煤礦運輸系統不可或缺的重要組成部分，膠輪車、單軌吊等技術裝備的快速發展，促進了煤礦生產的高產高效。結合東部某深部礦井實際，提出了千米立井宜采用無軌膠輪車為主、單軌吊轉載為輔的運輸模式，對礦井現階段輔助運輸系統提出了改造方案，可以為類似礦井無軌輔助運輸設計提供借鑒。

[關鍵詞]千米立井；無軌膠輪車；輔助運輸；單軌吊

[中圖分類號]TD525[文獻標識碼]B

[收稿日期]2014-07-15

DOI[]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2015.01.012

[作者簡介]楊壯(1983-)，男，山東臨沂人，工程師，國家安監總局信息研究院煤炭產業分析中心主任，從事煤炭企業規劃設計工作。

Innovation Design for Trackless Auxiliary Transportation System in 1000m Deep Shaft

[引用格式]楊壯.千米立井無軌輔助運輸系統改造設計[J].煤礦開采，2015，20(1)：38-40，32.

煤礦輔助運輸是整個煤礦運輸系統不可或缺的重要組成部分，礦井輔助運輸方式、裝備水平及技術管理水平直接影響煤礦的生產效率及安全可靠性。無軌膠輪車、單軌吊等技術裝備的快速發展，促進了煤礦生產的高產高效[1-2]。當前，礦井實現全無軌化輔助運輸大部分應用在中西部地區的斜井、平硐開拓的礦井，在東部立井使用較少。

1概況

新巨龍公司礦井位于巨野煤田中南部，礦井系統實際裝備能力10Mt/a，井田呈寬緩褶曲構造，煤層傾角一般在5°左右，局部達10°。井田以畢垓斷層和馬莊斷層為界將3煤層賦存范圍劃分為東西兩個分區。西區埋藏淺，地質構造較簡單，地層傾角平緩，勘探程度高，開采條件較好，以主(兩個)、副、風井集中開發西區，在-800m水平沿煤層布置一組大巷。由于該區南北走向長度較大，尤其是二、三采區，距工業廣場距離大于6km，為減小礦井通風阻力，并有利于通風降溫，在陳廟斷層以北煤層露頭處建一進風井，井筒凈直徑3m。東區煤層埋藏較深，構造中等偏復雜、后期擬在其中部，148號鉆孔西，鐵路與公路之間的二郎廟村附近建一個副井和一個回風井，松散層厚約660m，在-950m水平沿煤層布置一組北翼大巷。從而建立東區獨立的輔助運輸和通風系統，形成全井田主井集中出煤、分區開拓的布局。兩水平間利用傾斜大巷聯系。

根據通風和運輸的要求，西區的北翼布置4條大巷，其中2條為輔助運輸大巷兼進風，另1條為膠帶輸送機大巷兼回風，第4條為回風大巷。其他塊段均設3條，分別為輔助運輸大巷、膠帶輸送機大巷及回風大巷。在初設過程中，充分考慮到無軌膠輪車的技術要求，巷道坡度一般不大于6°，局部坡度較大時，采取挑頂和臥底的方式以降低坡度，使之不大于7°。采區布置3條上(下)山，分別用于煤炭運輸、輔助運輸和回風，3條上(下)山原則上布置在煤層之中，其中為滿足無軌運輸要求，輔助運輸上山局部地段通過挑頂或臥底使巷道坡度不超過7°。巷道帶式輸送機與上山帶式輸送機直接搭接，不設溜煤眼；輔助運輸上山與輔助運輸巷采用平車場聯系。

2輔助運輸系統分析

2.1　材料、設備運輸

現階段礦井輔助運輸有地軌機車、單軌吊、無軌膠輪車3種運輸方式，目前礦井物料運輸采用地軌機車與單軌吊換裝、轉載接力運輸模式；液壓支架、大型設備采用支架搬運車運輸，工作面附近安裝的模式。隨著礦井不斷延深，運輸距離越來越遠，多種運輸形式、多個運輸環節的互相配合、銜接難度越來越大，運輸效率降低，在日常生產過程中，經常出現運輸計劃完不成的情況。以三采區、北翼二采區材料運輸為例，三采區下部車場、北翼二采區一中車場距離井底車場5km左右，車輛往返距離約11km，經測算，采用地軌機車+單軌吊運輸模式，單趟運輸時間約為2h左右。按每班供料48車，每列車15車計算，需要4列車才能滿足運輸需要。礦井不斷延深使運輸距離越來越遠，到礦井輔助運輸最困難時期，用料地點距離井底車場超過12km，車輛往返距離在25km左右，采用地軌機車+單軌吊運輸模式，單趟運輸時間約為3.5h左右。

地軌機車具有對巷道坡度適應性較強、設備投資較低等優點，但地軌機車依賴于軌道，一旦運輸軌道出現問題，將會造成輔助運輸的全線崩潰，進而影響礦井的施工進度，增加成本。多列地軌機車的密集運輸，會造成工人工作量分布不均，增加輔助運輸調度難度，一個環節出現問題，將嚴重影響礦井的采掘作業。這些因素都會為礦井的安全生產帶來隱患。單軌吊具有對巷道坡度的適應性相對較強，基本不受巷道底板變形的影響的優點，但運行速度太慢，不適合長距離運輸。因此，為保障礦井的用料需求，提高輔助運輸效率，促進礦井的安全生產，很有必要對礦井的輔助運輸系統進行分析，在立足礦井實際情況的基礎上，合理選定輔助運輸模式，并對輔助運輸系統進行一系列地改造。

2.2　人員運輸

目前，礦井已實現無軌化人員快速運輸，建立井下綠色運人通道，采用無軌膠輪車循環運人?，F已投入WC24R型防爆運人車26輛，將地面公交的理念充分借鑒應用到井下，線路上安設LED巷標及站牌、紅綠燈等各類交通指揮設施，構建現代化的礦井公交運人系統。

通過對礦井無軌膠輪車運人情況分析可知，運送人數在早班最多，達到960人。從不同采區運人情況來看，單趟運輸時間在23～44min之間，單趟平均時間在30min左右，基本可以滿足在0.5h內把當班人員送到工作地點，總運人時間在2h左右，基本可以滿足生產需要。隨著礦井開拓的不斷延伸，運輸距離逐步加大，可以通過提高無軌膠輪車出車率以及工作時間利用效率來解決，在當前及今后很長一段時間，車輛可以滿足礦井生產的需要。

3輔助運輸系統改造方案

根據礦井特點，本著立足當前、放眼長遠，先進性與適用性兼得的原則，充分考慮煤礦實際情況，從提高輔助運輸效率的角度出發，經綜合分析論證，確定當前一段時間內采用無軌膠輪車+單軌吊為礦井輔助運輸系統改造實施方案。

輔助運輸改造的工程背景副井井筒凈直徑較小，為7m；巷道采用單巷掘進，掘進煤巖采用綜掘機搭接膠帶運輸；工作面局部有小斷層存在，部分區段底板起伏坡度較大；礦井初設及建設階段充分考慮到采用無軌膠輪車的可能，巷道可以滿足無軌膠輪車運輸需求；人員全部采用無軌膠輪車運輸，單軌吊運輸網絡四通八達，礦井輔助運輸人員對無軌化運輸比較熟悉；完善的監測監控及調度系統，保證礦井輔助運輸安全、高效。

輔助運輸模式選擇立足礦井客觀實際，充分發揮無軌膠輪車運輸速度快、運輸車型多樣、用途廣泛、機動靈活以及單軌吊對巷道坡度適應性相對較強、基本不受巷道底板變形影響的優點，確定輔助運輸改造新模式，即以無軌膠輪車運輸為主、單軌吊運輸為輔。因副井凈直徑偏小，井底車場仍需保留地軌機車。地軌機車的服務范圍為副井到井底車場換裝硐室之間，無軌膠輪車服務范圍為井底車場換裝硐室到采區換裝硐室之間，單軌吊的服務范圍為從采區換裝硐室到采掘工作面用料地點。

3.1　無軌膠輪車車輛選型計算 [3-4]

根據《煤礦井下輔助運輸設計規范》(GB 50533-2009)等的規定，礦井輔助運輸掘進物料運輸采用膠輪車從井底車場換裝硐室與平板車換裝，運至采區中部車場與單軌吊換裝，單軌吊起吊物料轉運至采掘面料場的運輸模式，對于散料裝載采用集裝箱運輸。根據《采礦工程設計手冊》、《煤礦井下輔助運輸設計規范》等規定，結合礦井輔助運輸采用無軌膠輪車+單軌吊的運輸模式的實際，按照運輸物料箱數，對所需車輛進行計算。

考慮到副井提升能力滿足不了生產需要，礦方擬在郭坊工業廣場建設輸料孔的實際情況，在假設有輸料孔的情況下，對所需車輛進行計算，計算結果為：實現礦井無軌化運輸，共需配置無軌膠輪車92輛，其中運料車以WC10E型集裝箱車為主力車型，配置20輛；WC5E型無軌膠輪車作為輔助運料車7輛，WC8E型運料車計劃3輛，其他特種車輛按實際情況配置，滿足生產需要。施工立孔后，混合料59車從立孔直接下井，同等條件下，可減少WC10E型集裝箱運輸車投入3輛。

3.2　單軌吊運輸設計

本礦井采區及延伸大巷開拓掘進面物料運輸方式主要以單軌吊運輸為主，礦井井下實現了單軌吊網絡化建設，現有德國進口DZ1800 3+3型柴油單軌吊9部、DZ2200 3+1+3型柴油單軌吊2部，DZ1500 3+2型柴油單軌吊1部，共敷設吊軌超過48km，建有單軌吊換裝車場3處，實現了大巷與大巷之間、大巷與采區之間、采區與采區之間的互通互聯，各采區之間單軌吊的互相配合、互相備用，提高了礦井運輸效率及安全。

根據礦井采掘布局，從滿足礦井輔助運輸需要，提高單軌吊使用效率、減少設備投入等多個方面考慮，提出現階段可以將單軌吊運輸網絡形成兩大區域：包括一采區、二采區南翼，以及未來開采的五采區、八采區等；包括三采區、二采區北翼，以及未來開采的九采區、七采區等，以后隨著運輸距離的加大以及輸料孔位置的調整，可以進行再次劃分。通過計算得知，采取無軌膠輪車與單軌吊接力運輸方式后，需要配置單軌吊12臺，其中用于各采區運料單軌吊6臺，配料單軌吊2臺，檢修及備用單軌吊3臺，外委大修1臺，工作面安撤期間根據實際情況調用。經驗算，礦方當前已裝備的12臺單軌吊可以滿足生產需要。

3.3　硐室改造與設計 [5-6]

本著改動量最小，工程量最省的原則，對井下換裝硐室、無軌膠輪車檢修與存放硐室、采區換裝硐室、人員躲避硐室、調向硐室、會車硐室進行了設計。以下重點介紹換裝硐室、無軌膠輪車檢修、加油、存放硐室的設計。

3.3.1換裝硐室設計

通過對換裝硐室多方案經濟技術比較，最終采用方案為井底車場和輔二大巷各設1個換裝硐室(見圖1)，對其擴幫改造詳述如下。

圖1　換裝硐室改造方案

(1)井底組裝硐室刷擴改造對現有井底車場組裝硐室(4號至9號交岔點)進行擴幫處理，滿足換裝硐室要求，分別作為下井材料、升井材料的換裝地點。巷道設計如下：-810換裝硐室刷擴為原大斷面位置，設計長度63.7m，巷道最小斷面凈寬×凈高=5.7m×5.6m，最大斷面凈寬×凈高=6.0m×6.9m，平均巷道凈寬×凈高=6.0m×6.0m。根據輔助運輸要求，安裝寬度為5.7m，兩側安裝鋼結構柱子，柱子寬度為0.6m×2m，巷道寬度刷擴后保證兩側柱子內邊緣凈寬5.7m，巷道兩端分別施工一處檢修點，檢修點巷道高度保證7.1m。

(2)輔二大巷刷擴改造輔二大巷自導線點F1以北69m開始刷擴，設計長度67m，現巷道凈寬×凈高=5.0m×4.0m，根據輔助運輸要求，刷擴后鋼結構立柱內沿跨度為6.25m，鋼結構立柱寬度為0.6m×2m，鋼結構立柱距巷幫0.1m，刷擴后巷道凈寬為7.65m，凈高為6.0m；巷道南端施工一處檢修點，檢修區域長5.0m，巷道高度保證不低于7.1m。

(3)換裝車輛運行方式下井材料從副立井井筒出車側出車，經由4號交叉點至組裝硐室，普軌機車卸載物料后拉運空平板車經由9號交叉點至輔二大巷無軌膠輪車換裝硐室，將上井物料換裝至平板車上，再經10號、9號交叉點到副井底提升至地面。

無軌膠輪車由輔二大巷出車后，在輔二大巷無軌膠輪車換裝站將上井物料換裝至平板車上，空車經10號、9號交叉點進入-810換裝硐室換裝下井物料，物料換裝完畢后，經5號交叉點、11號交叉點進入輔一大巷，運至采區。

3.3.2無軌膠輪車加油、檢修與存車硐室

無軌膠輪車日常檢查、維修及一級保養、二級保養的部分工作在井下進行，在井下施工建立無軌膠輪車檢修與存車硐室。

根據《AQ1064-2008 煤礦用防爆柴油機無軌膠輪車安全使用規范》，結合本礦井實際，在輔二大巷與2301S上巷新施工一條聯絡巷，形成環形通道，作為膠輪車加油、存放及檢修硐室。加油、檢修硐室與存放硐室聯合布置，且設有獨立回風巷道與-950邊界回風下山相連，見圖2。

圖2　無軌膠輪車加油、檢修、存放硐室布置

3.3.3采區換裝硐室

每個采區至少建立一處換裝車場，矩形斷面，車輛入口兩側巷幫曲率半徑不小于9m，長度70m，凈寬5.3m，凈高4.5m。采區換裝車場換裝方式：采用WC10E型集裝箱自卸、自裝；安裝小型風動或電動葫蘆輔助起吊；使用單軌吊輔助起吊；運輸

量大、掘進面集中的采區，換裝車場配置防爆叉車。

人員躲避硐室、調向硐室、會車硐室按照《采礦工程設計手冊》、《煤礦用防爆柴油機無軌膠輪車安全使用規范》、《煤礦井下輔助運輸設計規范》等相關要求進行科學合理布設，盡可能利用已有硐室，避免重復建設。

4結束語

無軌膠輪車運輸是條件適合的煤礦輔助運輸發展的一大趨勢，是礦井高產高效的有利保障。在本礦井初步設計以及建造過程中，充分考慮了采用無軌膠輪車運輸的可能，這為礦井實現全無軌輔助運輸打下了基礎，加上在單軌吊運輸網絡化以及人員運輸全無軌化的成功應用，都為礦井實現 “無軌膠輪車+單軌吊”輔助運輸提供了條件。這也為千米立井輔助運輸創建了新的模式，可以為類似的礦井提供借鑒。

[參考文獻]

[1]金向陽.王坡礦井輔助運輸系統改造設計.煤炭工程，2008(3)：7-9.

[2]李瑞鋒，侯世占.象山礦井輔助運輸系統改造方案設計.煤炭工程，2013(7)：7-8，11.

[3]張榮立，何國緯，李鐸.采礦工程設計手冊(下冊).北京:煤炭工業出版社，2003.

[4]住房和城鄉建設部、國家質量監督檢驗檢疫總局.煤礦井下輔助運輸設計規范(GB550533-2009) .2009-09-03.

[5]國家安全生產監督管理總局.煤礦用防爆柴油機無軌膠輪車安全使用規范(AQ1064-2008).2008-11-19.

[6]中華人民共和國建設部.煤炭工業礦井設計規范(GB50215-2005).2005-09-14.

[7]李云志，宋如謙.創建煤礦單軌吊輔助運輸網絡化的探析.山東煤炭科技，2013(6).

[責任編輯：周景林]