煤礦輔助運(yùn)輸方式轉(zhuǎn)變的可行性研究

王少青

摘 要：王莊礦風(fēng)井輔助系統(tǒng)采用無極繩循環(huán)絞車、調(diào)度絞車和無軌膠輪車混合運(yùn)輸?shù)姆绞?。但是，由于王莊煤礦風(fēng)井地質(zhì)條件較為復(fù)雜，這種方式在使用過程中出現(xiàn)了諸多弊端，直接影響王莊煤礦輔助運(yùn)輸?shù)慕】蛋l(fā)展。為此，本文對風(fēng)井輔助運(yùn)輸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

關(guān)鍵詞：煤礦;輔助運(yùn)輸;無軌膠輪車

中圖分類號：TD525文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2018）29-0092-03

Abstract： The auxiliary air shaft system of Wangzhuang Mine adopts the mode of endless rope circulation winch， dispatching winch and trackless rubber-tyred vehicle mixed transportation. However， due to the complex geological conditions of the ventilation shaft in Wangzhuang Coal Mine， there are many drawbacks in the use of this method， which directly affects the healthy development of auxiliary transportation in Wangzhuang Coal Mine. Therefore， this paper optimized the design of auxiliary air shaft transportation.

Keywords： coal mine;auxiliary transportation;trackless rubber wheeled vehicle

目前，潞安集團(tuán)王莊煤礦（以下簡稱“王莊煤礦”）風(fēng)井輔助系統(tǒng)采用無極繩循環(huán)絞車、調(diào)度絞車和無軌膠輪車混合運(yùn)輸方式。而由于王莊煤礦風(fēng)井地質(zhì)條件較為復(fù)雜，無軌膠輪車在運(yùn)輸過程中出現(xiàn)了諸多弊端，直接影響王莊煤礦輔助運(yùn)輸?shù)慕】蛋l(fā)展。為此，本文對風(fēng)井輔助運(yùn)輸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

1 目前我國煤礦輔助運(yùn)輸設(shè)備應(yīng)用概況

目前，我國煤礦輔助運(yùn)輸技術(shù)發(fā)展極不平衡[1]。隨著綜采、綜掘等現(xiàn)代化煤機(jī)裝備的快速發(fā)展，輔助運(yùn)輸?shù)臏笠呀?jīng)嚴(yán)重制約部分大型煤礦的生產(chǎn)，成為煤炭生產(chǎn)的薄弱環(huán)節(jié)。對于國內(nèi)煤礦的輔助運(yùn)輸系統(tǒng)，除少數(shù)幾個煤礦采用柴油機(jī)膠套輪齒軌卡軌車和無軌膠輪車等新型高效的輔助運(yùn)輸設(shè)備外，大部分礦井的輔助運(yùn)輸系統(tǒng)仍然相當(dāng)落后，還在延用無極繩、小絞車等多段分散落后的傳統(tǒng)輔助運(yùn)輸方式，運(yùn)輸環(huán)節(jié)多，系統(tǒng)復(fù)雜。

我國煤礦輔助運(yùn)輸機(jī)械化起步較晚，直至20世紀(jì)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(chǎn)了一些新型高效的煤礦輔助運(yùn)輸設(shè)備，如柴油機(jī)單軌吊、繩牽引卡軌車、柴油機(jī)膠套輪齒軌卡軌車、無軌膠輪車及新近研制成功的無極繩巷道連續(xù)牽引車等。有些設(shè)備如柴油機(jī)膠套輪齒軌卡軌車、無軌膠輪車和巷道連續(xù)牽引車，在我國很多煤礦生產(chǎn)實(shí)踐中已經(jīng)得到了推廣應(yīng)用，并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。部分設(shè)備的主要技術(shù)性能也達(dá)到了國外同類產(chǎn)品的國際先進(jìn)水平。但總體來看，設(shè)備種類還未形成系列產(chǎn)品，產(chǎn)品質(zhì)量也不穩(wěn)定，某些技術(shù)性能尤其是可靠性有待進(jìn)一步提升。另外，有些關(guān)鍵部件如防爆低污染柴油機(jī)還不過關(guān)，油泵、油馬達(dá)等也還需要從國外進(jìn)口，設(shè)備的制造成本較大、銷售價格偏高，妨礙了輔助運(yùn)輸設(shè)備的推廣應(yīng)用。

2 王莊煤礦輔助運(yùn)輸輔助運(yùn)輸方式與存在的問題

2.1 輔助運(yùn)輸方式

按照高標(biāo)準(zhǔn)、高起點(diǎn)、高產(chǎn)高效模式，礦井輔助運(yùn)輸系統(tǒng)主要應(yīng)滿足以下要求：減少輔助運(yùn)輸環(huán)節(jié)及轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)，減少輔助運(yùn)輸人員，提高運(yùn)輸效率。本礦井煤層為近水平煤層，主要巷道均沿煤層布置，錨網(wǎng)支護(hù)，坡度一般在5°以下，回采工作面采用大功率采煤機(jī)回采，巷道為綜合機(jī)械化掘進(jìn)、機(jī)械化程度高、工作面掘進(jìn)速度快，用人、用料數(shù)量少。根據(jù)上述特點(diǎn)，需要一種方便、靈活、快捷的輔助運(yùn)輸方式與之配套，以實(shí)現(xiàn)井上下直達(dá)運(yùn)輸。

無軌膠輪車運(yùn)輸在國內(nèi)外已得到廣泛推廣和應(yīng)用，王莊煤礦周邊多個礦井輔助運(yùn)輸均采用無軌膠輪車運(yùn)輸方式[2]。

由于副井采用立井開拓大件設(shè)備無法直接通過膠輪車下井，因此還需要采用有軌系統(tǒng)將設(shè)備運(yùn)至井下?lián)Q裝到無軌膠輪車。結(jié)合本礦井的具體特點(diǎn)，設(shè)計確定井下輔助運(yùn)輸方式為有軌無軌相結(jié)合，以無軌膠輪車運(yùn)輸為主，有軌運(yùn)輸為輔的輔助運(yùn)輸方式。井底車場水平蓄電池機(jī)車大巷以有軌蓄電池機(jī)車運(yùn)輸為主，81采區(qū)大巷及工作面確定以無軌膠輪車運(yùn)輸為主。71采區(qū)煤層起伏大，傾角大，適合采用無極繩連續(xù)牽引車運(yùn)輸。

本礦輔助運(yùn)輸81采區(qū)采用無軌膠輪車，71采用無極繩連續(xù)牽引車運(yùn)輸方式。

2.2 輔助運(yùn)輸系統(tǒng)

2.2.1 井下矸石。礦井生產(chǎn)期間，井下巷道以煤巷為主，幾乎沒有巖石巷道，對于個別工程中產(chǎn)生少量矸石，原則上矸石不升井，用無軌膠輪車運(yùn)至廢棄聯(lián)絡(luò)巷或進(jìn)行煤矸置換（專門煤巷，然后以矸石充填）。保險起見，礦井配備了矸石運(yùn)輸車，副井提升系統(tǒng)設(shè)計時考慮了一部分矸石的提升問題。

2.2.2 材料運(yùn)輸。材料及小型設(shè)備在地面裝入礦車后，通過罐籠下井，經(jīng)過輔助運(yùn)輸大巷運(yùn)至工作面。為降低運(yùn)輸成本，在大量設(shè)備、材料運(yùn)輸時可采用礦車直接運(yùn)輸?shù)骄讚Q裝，然后換裝到無軌膠輪車。

2.2.3 人員運(yùn)輸。井下工作人員經(jīng)罐籠下井后，可以乘無軌人員運(yùn)輸車直接運(yùn)至工作地點(diǎn);在人員集中時可以乘平巷人車運(yùn)至回風(fēng)立井井底車場處，然后再換乘膠輪車。

2.3 輔助運(yùn)輸設(shè)備

井下輔助運(yùn)輸采用有軌無軌相結(jié)合的輔助運(yùn)輸方式。根據(jù)巷道布置與支護(hù)方式及采掘進(jìn)度，礦井投產(chǎn)時，為1個大采高綜采工作面、4個掘進(jìn)工作面，礦井生產(chǎn)能力3.0Mt/a，年巷道掘進(jìn)工程量約12 000m，其中大部分為順槽工程量，錨網(wǎng)支護(hù)。掘進(jìn)工作面出煤，經(jīng)其配套的膠帶輸送機(jī)，轉(zhuǎn)載到各分煤層膠帶輸送機(jī)大巷，匯入主煤流系統(tǒng)。

井下蓄電池電機(jī)車用于井底車場中，連接井筒和大巷，選擇CTL15/9GP礦用防爆特殊型蓄電池電機(jī)車3臺，2臺使用，1臺備用。

蓄電池電機(jī)車粘重P=15t，牽引力18.93kN，長時制速度12.8km/h，裝備ZQ-30B型牽引電機(jī)（30kW）2臺，DG-440-KT型蓄電池組電壓192V，容量560Ah。

井底車場巷道運(yùn)輸軌型選用38kg/m的鋼軌，鋼筋混凝土軌枕碎石道床。

2.3.1 膠輪人員運(yùn)輸車。礦井采掘工作面數(shù)共5個，其中為1個大采高綜采工作面、4個掘進(jìn)工作面生產(chǎn)。井下最大班下井人員為92。為節(jié)省路途時間，提高工效，選取無軌膠輪車人車10輛。同時，為滿足零星人員及貨物下井需求，配WC24RE（A）膠輪人員運(yùn)輸車8輛和WC7RE防爆柴油人車2輛。

WC24RE（A）膠輪人員運(yùn)輸車性能及參數(shù)如下。額定載人數(shù)：24;發(fā)動機(jī)功率：66kW;傳動方式：液力機(jī)械傳動、四輪驅(qū)動;啟動方式：氣啟動;爬坡能力：14°;最高行駛速度：30km/h;最小接地間隙：280mm/215mm;最小轉(zhuǎn)彎半徑：6 600mm;外形尺寸：7 085mm×1 880mm×2 100mm;機(jī)車自重：8.1t。

WC7RE型7座人員運(yùn)輸車運(yùn)輸車性能及參數(shù)如下。額定載人數(shù)：7人;發(fā)動機(jī)功率：66kW;傳動方式：液力機(jī)械傳動、四輪驅(qū)動;啟動方式：氣啟動;爬坡能力：14°;最高行駛速度：42km/h;最小接地間隙：220mm;外形尺寸：5 400mm×1 880mm×1 910mm;機(jī)車自重：4t。

2.3.2 支架及大件設(shè)備運(yùn)輸車輛選擇。為實(shí)現(xiàn)采煤工作面快速搬家，滿足最大件重量及保持車輛正常循環(huán)的需要，選用80t支架鏟車及40t支架拖車以滿足支架、采煤機(jī)等大件的運(yùn)輸。

根據(jù)一套采煤工作面設(shè)備配置，液壓支架為134架，其他需要支架車搬運(yùn)大件設(shè)備約50件，共184件次，按工作面搬家時間14d考慮，每天3班作業(yè)，拖運(yùn)車水平路面最大速度20km/h，滿載理想速度11.5km/h。按重載速度5km，空車速度10km/h，平均單趟來回，需要1.5h，經(jīng)計算，井下需鏟車（工作面安裝用）2輛、支架拖車2輛。

此外，為保證工作快速搬家，節(jié)約時間，在配備支架搬運(yùn)車的同時，還應(yīng)配套配備不同噸位的鏟運(yùn)車，以搬運(yùn)刮板機(jī)頭、轉(zhuǎn)載機(jī)、自移機(jī)尾、移變設(shè)備、泵站等中小型設(shè)備。根據(jù)調(diào)研配比數(shù)據(jù)及本礦井設(shè)備配備情況可知，本礦需WC80Y鏟板車2臺。

WC80Y型支架搬運(yùn)車性能及參數(shù)如下。額定功率：260kW;載重量：80.0t;外形尺寸：10 590mm×3 970mm×2 190mm;爬坡能力：縱向13.6°;最小轉(zhuǎn)彎半徑：內(nèi)徑3 850m，外徑8 168m;離地間隙：220mm;整車質(zhì)量：46.5t。

2.2.3 物料及普通設(shè)備運(yùn)輸車輛選擇。礦井正常生產(chǎn)時為每日三班運(yùn)輸。根據(jù)運(yùn)量、井下的路況等因素，每班運(yùn)輸?shù)能嚧螖?shù)量如表1所示。

由表1可知：礦井普通輔助運(yùn)輸量為24車/班，考慮10%的運(yùn)輸備用量，即按27車/班配備運(yùn)輸車輛，井下每班凈運(yùn)輸時間按5h計。根據(jù)初期單程最大運(yùn)距6 000m（副立井井底至采煤工作面）、重車行車速度15km/h，空車行車速度25km/h，則往返一次的凈時間為0.6h，井下卸載及等車時間按20min/次計算，地面裝車及運(yùn)行時間為20min，則往返包括裝車、卸載、等車等循環(huán)一次的時間共需要1.3h，則每輛車每班往返5/1.3=3.8次。經(jīng)計算，每班最小需要27/3.8=7輛車，設(shè)備維修、備用7輛計。

2.4 現(xiàn)有運(yùn)輸系統(tǒng)存在問題

①運(yùn)人效率低。目前，膠輪人車每輛車只能載24人，共有10輛車，往返時間約為70min，在交接班人員高峰期間不能及時把人員運(yùn)走，人員滯留時間較長，嚴(yán)重影響職工上下班情緒。

②物料運(yùn)輸換裝環(huán)節(jié)復(fù)雜，占用時間長，人員投入大，運(yùn)輸效率低。

③膠輪車日常保養(yǎng)、維護(hù)量較大，且配件費(fèi)用較高。

④日常耗油量比較大，使用費(fèi)用較高。

3 +540水平輔助運(yùn)輸方式選擇

根據(jù)王莊煤礦+540水平巷道的布置、支護(hù)方式、頂?shù)装鍘r性、斷面、坡度、服務(wù)年限及井下輔助運(yùn)輸量、運(yùn)輸距離、礦井產(chǎn)能提升等因素，適宜本礦+540水平輔助運(yùn)輸方式僅有單軌吊運(yùn)輸。

單軌吊輔助運(yùn)輸，對巷道斷面要求不大，對現(xiàn)有巷道的適應(yīng)性強(qiáng)，且不影響其他設(shè)備的運(yùn)行，在井下運(yùn)輸能力有限的條件下，有效增加了煤礦井下的運(yùn)輸能力，成為煤礦井下運(yùn)輸?shù)臉O有力的補(bǔ)充，具有“充分利用巷道空間”“運(yùn)行安全高效”的突出特點(diǎn)。單軌吊車不僅具有運(yùn)輸功能，在井下還具有吊裝設(shè)備的功能，屬于一體多功能型設(shè)備，較其他輔助運(yùn)輸設(shè)備有很大的優(yōu)越性。

經(jīng)反復(fù)調(diào)研、討論，并借鑒山西潞安集團(tuán)兄弟礦井現(xiàn)有成熟的井下輔助運(yùn)輸方式，擬采用蓄電池單軌吊和柴油機(jī)單軌吊運(yùn)輸作為+540水平輔助運(yùn)輸系統(tǒng)，具有如下特點(diǎn)。

①運(yùn)行安全可靠，不跑車、不掉道、運(yùn)行速度快，能實(shí)現(xiàn)材料、設(shè)備從+540水平井底車場直至工作面不經(jīng)轉(zhuǎn)載的直達(dá)運(yùn)輸，適合在+540水平大巷和采區(qū)運(yùn)行[3]。

②爬坡能力強(qiáng)，牽引力大，載重量大。能在起伏坡度較大和彎道道岔較多的情況下行駛。能實(shí)現(xiàn)重型物料如重型液壓支架的整體搬運(yùn)，對散料長材能進(jìn)行集裝運(yùn)輸。

③驅(qū)動方式簡單，故障率極低。單軌吊主要是通過4對摩擦輪夾住一根懸吊在巷道頂板上的軌道來實(shí)現(xiàn)前后運(yùn)動;摩擦輪的驅(qū)動力是由1臺調(diào)速電機(jī)和齒輪減速器來完成;摩擦輪的夾緊力由1根液壓缸的拉力來提供。變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由變頻器、電動機(jī)和工作機(jī)械等裝置組成。

④維護(hù)簡單，費(fèi)用低。蓄電池單軌吊機(jī)車每天的維護(hù)就是充電和日檢（檢查螺栓是否松動，液壓油是否漏油等，閘塊是否脫落），每周進(jìn)行周檢，檢查驅(qū)動輪是否磨損，關(guān)鍵連接部位結(jié)構(gòu)件是否有磨損等。每月進(jìn)行一次月檢（更換液壓油，更換驅(qū)動輪等視情況而定），年均維護(hù)費(fèi)用僅十萬元左右。

⑤有比較完整的配套設(shè)備和運(yùn)輸車輛，能滿足人員和多種材料設(shè)備的運(yùn)輸需要，可實(shí)現(xiàn)裝卸作業(yè)機(jī)械化。

⑥蓄電池為動力源，沒有尾氣排放，有利于井下空氣質(zhì)量的改善。

4 結(jié)論

王莊煤礦+540水平的輔助運(yùn)輸系統(tǒng)推薦選用蓄電池單軌吊+柴油機(jī)單軌吊運(yùn)輸。

①+540水平材料、設(shè)備運(yùn)輸方案。副立井（雙滾筒提升機(jī)）→+540水平井底車場（電機(jī)車）→+540水平輔助運(yùn)輸大巷（單軌吊）→工作面順槽（單軌吊）→工作面。

②+540水平人員運(yùn)輸方案。副立井（雙滾筒提升機(jī)）→+540水平行人巷（電機(jī)車）→+540水平輔助運(yùn)輸大巷（架空人車）→工作面順槽（單軌吊）→工作面。

王莊煤礦礦井井型適中，煤層傾角較緩，地質(zhì)條件適合單軌吊的使用。結(jié)合潞安集團(tuán)兄弟礦井使用單軌吊輔助運(yùn)輸?shù)某晒?jīng)驗(yàn)，王莊煤礦+540水平單軌吊輔助運(yùn)輸系統(tǒng)必將取得良好的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]饒俊良，胡曉輝，陳毅培.薄煤層無軌膠輪車開發(fā)設(shè)計研究[J].機(jī)械工程師，2018（8）：49-50，54.

[2]鄧高鵬，梁家豪，丁文華.單軌吊輔助運(yùn)輸系統(tǒng)在綜采工作面的應(yīng)用實(shí)踐[J].煤炭與化工，2017（7）：145-146，149.

[3]呂會賢.煤礦單軌吊輔助運(yùn)輸系統(tǒng)分析[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2016（14）：129-130.