潞安王莊煤礦輔助運輸系統能力量化分析方法實例研究

趙玉棟

(中國煤炭科工集團 北京華宇工程有限公司，北京 100120)

1 王莊煤礦+540m水平輔助運輸概況

潞安王莊煤礦被譽為“中國煤炭工業現代化的發祥地”、“中國煤炭戰線的一盞明燈”，先后榮獲130多項國家和省部級榮譽[1]。近年來，王莊煤礦在開發其+540m水平時，井下出現了材料、設備等“供不應求”的現象，生產受到輔助運輸“瓶頸”問題的嚴重影響，最終導致工作面銜接緊張。為了找到問題癥結，文章從源頭開始對輔助運輸的諸多影響因素進行了量化分析和計算，為王莊煤礦下一步對輔助運輸的改造和優化理清了思路。

1)王莊煤礦+540m水平系統介紹。+540m水平屬綜合開拓方式，全水平設置一處工業場地和后期北栗風井場地，一組水平大巷沿井田內部的太長高速從東北向西南向延伸至井田邊界，并通過暗斜井與上水平(+630m水平)聯系。+540m水平劃分為71采區、81采區、91采區，采用長壁綜采放頂煤一次采全高采煤法[3，4]。

2)王莊煤礦+540m水平采掘分析。+540m水平共規劃29個回采工作面，其中6個工作面已經回采結束，目前形成了最多4個工作面回采、1個工作面安裝、20個掘進工作面的局面。

2 王莊煤礦+540m水平輔助運輸設備分析

+540m水平輔助運輸系統涉及暗斜井提升系統、 71采區輔助運輸系統、 81采區輔助運輸系統和91采區輔助運輸系統，輔助運輸設備及服務范圍見表1。

表1 +540m水平井下輔助運輸設備及服務范圍

從表1可見，井下目前存在蓄電池電機車、無軌膠輪車、無極繩連續牽引車、單軌吊、卡軌車等共計9種類型輔助運輸設備，基本涵蓋國內較為先進的輔運裝備。

目前+540m水平的生產以91采區為主，主要運輸路線為：①設備(含支架)、一般材料等物料，罐籠(副立井)→蓄電池電機車(蓄電池電機車輔助運輸大巷)→繩牽引卡軌車(輔助運輸巷2)→單軌吊(換裝車場)→工作面；②人員，罐籠(副立井)→蓄電池電機車(蓄電池電機車輔助運輸大巷)→無軌膠輪車(輔助運輸大巷1)→北栗進風井底附近，之后步行到工作面。

3 王莊煤礦+540m水平物料需求分析

輔助運輸對象主要有：將巷道支護材料從地面運到采掘使用地點，把支架、設備等運送到工作面，把待修理(或者待回收)的支架、設備從工作面運到地面，把從工作面采掘下來的矸石運送到地面，以及部分材料、設備在井下的周轉使用等。

3.1 掘進工作面物料分析

+540m水平以工作面巷道全煤巷掘進為主，支護方式為“錨桿+金屬網+錨索”，少數硐室掘進為巖巷及半煤巖巷，經計算，每米典型巷道消耗錨桿18.75套，錨索1.875套，金屬網68.625kg，鋼筋托梁104.92kg，混凝土體積2m3。單套錨桿的重量計算見表2，單套錨索的重量計算見表3。

表2 單套錨桿材料計算

備注：標準MT 146.2—2011，規定厚度不小于6mm。

表3 單套錨索材料計算

注：標準MT 942—2005，GB/T 5224—2003。

3.2 回采工作面物料分析

回采工作面正常生產時常遇見的問題有：片幫、漏冒頂、遇斷層、支架下陷、工作面積水、夾矸嚴重采煤機截割困難、歪架、倒架、單體支柱失效等，需要材料設備的協調處理，另外，工作面到達止采線進行收尾工作時，需要錨噴護和鋪網等輔助材料。一般工作面正產生產時常用的有原木、半圓木、方木、逼幫板、斜板等，在開切眼和收尾時常見的有錨桿、錨索、金屬梁、金屬網、噴射混凝土等[5，6]。作者從現場收集最近3個月的消耗匯總和單日消耗量分析對比，將特殊情況下的材料消耗進行了均化處理后，回采工作面常用材料消耗量為：半圓木1～2車，道木1～2車，斜板1～2車，料石3～4車，水泥10車，河北砂5車，其它零星物資如工具、零配件、工作面止采及密閉等耗材平均15車。

3.3 矸石運量分析

潞安集團下屬各煤礦工作面布置多采用“U+高抽巷”布置形式[7]，高抽巷是井下矸石的主要來源。王莊煤礦+540m水平高抽巷為半煤巖巷，掘進斷面10m3，日進度為6m，井下目前共計2條高抽巷掘進，則矸石量為6×10×2×0.3×2.4=100t/d(0.3為矸石所占實際比例)，考慮其他地點如硐室、風橋立交等合計實際井下矸石量為110t/d。

3.4 井下人員分析

統計目前王莊煤礦單班下井人數700人，其中采掘區域人員420人，占總人數比例60%；輔助運輸巷道180人，占總人數比例40%；交接時總人數約900人，采掘區域人員450 人，占總人數比例50%；升入井巷道360人，占總人數比例40%；回風區域、回風巷等90人，占總人數10%。檢修班總人數約700人，采掘區域人員455人，占總人數比例65%；輔助運輸巷道245人，占總人數比例35%。

3.5 安裝工作面設備運輸量

+540m水平的9102工作面為安裝面，三機設備為安裝工作面的主要運輸對象，包括液壓支架，型號ZF8000/20/38，單重25.5t，共計161架；采煤機型號MG400/930-WD，單重59.6t，以及刮板輸送機、轉載機、破碎機、泵站、負荷中心等。

3.6 井下輔助運輸物料消耗量匯總

+540m水平煤巷采用綜掘機掘進，一般為250～280m/月，日均掘進速度8m/d，高抽巷日均掘進速度6m/d，結合采掘分配和調研分析，+540m水平的材料、設備等物料日消耗量見表4。

表4 +540m水平井下物料、矸石等日消耗(d)量估算匯總表

4 王莊煤礦+540m水平物料運輸時間分析

4.1 井筒內運輸時間

+540m水平副立井擔負提升任務，根據最大運輸量確定的最大班作業時間表見表5。由表5可見，每班提升時間合計為268.31min，即4.47h，滿足規范要求[8]。

4.2 井下輔助運輸時間

+540m水平生產重點在91采區，其主要輔助運輸設備為蓄電池電機車和單軌吊、卡軌車，單軌吊空載最大速度2.2m/s，重載最大運行速度為2.15m/s。繩牽引卡軌車最大爬坡25°，牽引速度一般為0～2.0m/s。蓄電池電機車運人時最快速度4m/s，運送爆破材料或大型材料時，不超過2m/s，車場調車時不超過1.5m/s。

+540m水平相關工作地點的設備、人員、材料等的運距、運量見表6。由表6可見，井下存在25個主要作業點，最大87運次，按照平均運距4680m和物料的實際運行平均速度1.2 m/s計算，一次運輸的純在途時間為4680/1.2/3600=1.08h，除此以外，井下存在2個換裝環節，即：蓄電池電機車→卡軌車及卡軌車→單軌吊，換裝環節時間約為0.5h，則一次運輸的時間為1.58h，考慮25個作業點的并發數為下表所列的13個，則78次(暫不計工作面搬家9次)純運輸時間為78×1.58/13×K1=9.84×1.4=13.27h(K1為不均衡系數)，可見運輸時間已遠超最大班時間，若計入回采工作面搬家或者大型設備升井檢修，則運輸時間更長，作業時序更加緊張。

表5 最大班作業時間表

5 輔助運輸主要特點及存在問題

根據上述物料需求和運輸時間的分析，王莊煤礦+540m水平輔助運輸存在如下特點及問題：

1)輔助運輸的品種繁多、形態各異、大小不同。重量大的放頂煤綜采支架重達25.5t，重量小的如砂子、碎石等單件輕，且形狀可塑。

2)裝載要求不一。綜采支架、采煤機等可以單件接裝載運輸，或者局部拆解運輸，有的則要求裝箱或包扎成捆，火工品或油脂需要專運。

3)短時運量不均。如綜采設備搬家時運力需求大，則短時輔助運輸出現運量不足、不均。

4)井下輔助運輸系統復雜，運輸環節多，運輸時間長。+540m水平井下以有軌運輸為主，由井底車場到工作面之間的輔助運輸設備涵蓋了共計9種類型現代化輔助運輸設備，在各類輔運設備之間需經過多次轉運，環節多，系統復雜。

5)井下機械運人服務范圍有限。國家和行業規定，井下超出一定距離必須采用機械運人[9]，+540m水平井下人員采用電機車+膠輪車運輸方式，不但占用了輔助運輸線路和車輛，人員下車后存在長距離步行。

6)井下無軌膠輪車適用范圍受限。無軌膠輪車有著諸多的優點，但同時也存在不容忽視的缺點[10]。王莊煤礦+540m水平井下主要利用無軌膠輪車運人和少量材料，但由于底板坡度起伏，且巷道底板遇水易泥化，導致膠輪車車況不穩，車輛耗材大，維修頻率高。

6 結 語

我國礦井向井型大型化、生產環節集中化、生產工序機械化智能化的方向發展要求礦井的輔助運輸系統必須向高效率、高可靠、高安全性方向發展。通過上述系統計算和統計分析，王莊煤礦+540m水平輔助運輸系統冗長環節多、運輸效率低、可靠性和安全性不高，因此急需對輔助運輸系統進行再升級，找出一種既符合生產實際，同時又能發揮輔運設備最大效能的優化配置方案。