長距離采區柴油機齒軌車輔助運輸系統適應性研究

蔣 兵,段 瑞,謝 苗

(1.潞安集團余吾煤業有限責任公司,山西 長治 046100;2.遼寧工程技術大學 機械工程學院,遼寧 阜新 123000)

煤礦輔助運輸是指煤礦井下的運輸,包括人員、材料、設備和矸石等各種除煤炭以外的運輸[1]。近年來我國大力發展建設大型礦井,煤礦企業以及相關的設備生產廠家也逐步加大對煤礦輔助運輸設備建設的力度,但是,由于忽視了各種設備之間的適應性問題,導致了目前煤礦輔助運輸裝備系統的多樣性和復雜性[2]。為充分發揮大型輔助運輸設備的性能,提高相關設備的利用率,選擇科學合理的輔助運輸系統和提高輔助運輸效率成為加快建設大中型煤礦安全高效礦井必須解決的問題[3]。

柴油機齒軌車輔助運輸系統與傳統的煤礦井下輔助運輸系統相比,具有牽引能力大、機動靈活、適應長距離采區等特點[4]。柴油機齒軌車輔助運輸系統能夠適應起伏不平和坡度不同的巷道,可以在近水平煤層礦井中實現矸石、材料、設備和人車直達的一條龍運輸,是輔助運輸發展的新方向,能為大中型煤礦安全高效礦井建設提供有利條件。余吾煤業作為現代化大型煤礦企業,隨著礦井開采距離的不斷延伸,現有的一些輔助運輸裝備不能適應長距離采區的輔助運輸,而柴油機齒軌車輔助運輸系統正好能夠彌補現有輔助運輸系統存在的不足,實現建設高效、安全、現代化的礦井,為企業創造更多的效益[5]。

1 工程概況

余吾煤業礦井井田面積約161.2 km2,地質儲量約15.3億t,可采儲量約6.8億t。南一采區3號煤層賦存穩定,傾角平緩,構造簡單,開采條件優越。根據余吾煤業的產量計劃安排和實際采掘能力核算,南一采區生產規模為300萬t/a。

南一采區運輸現狀:從副立井下井后,在+400 m南翼水平軌道大巷內由電機車將物料、設備運送至南翼軌道進風聯絡平巷,再經南翼進風大巷、南一采區1#措施巷、南一采區進風上山等巷道運輸至用料地點;其中,南翼進風大巷運輸距離約為500 m(最大坡度8°),南一采區1#措施巷運輸距離約為150 m(最大坡度8°),南一采區進風上山Ⅰ段運輸距離約為2 400 m(最大坡度22°),南一采區進風上山Ⅱ段運輸距離約為2 300 m(最大坡度21°)。

該采區煤層賦存穩定,傾角平緩,構造簡單,巷道坡度多為12°～25°。采區運輸線路共存在3處轉彎。現有的主要設備運輸車輛為繩牽引卡軌車,主要的運人設備為架空人車裝置。圖1為南一采區巷道布置圖。

圖1 南一采區巷道布置圖Fig.1 Roadway layout of No.1 south mining area

2 齒軌車主要技術參數

根據南一采區的運輸現狀,采用德國沙爾夫集團公司生產的ZL 200-130-900 D型柴油機齒軌式卡軌車(見圖2)。該設備為柴油機驅動的齒軌式卡軌車,采用盤式液壓制動,機械傳動方式。軌道系統采用SMT-140型軌道,牽引力為200 kN,制動力大于300 kN,機車最大速度為3 m/s,可實現無級調速;最大爬坡角度達到30°,水平轉彎半徑為大于4.7 m,垂直轉彎半徑20 m。其主要技術參數如表1所示。

圖2 ZL 200-130-900 D型柴油機齒軌車Fig.2 ZL 200-130-900 D diesel rack rail vehicle

表1 ZL 200-130-900 D型齒軌卡軌車主要技術參數Table 1 Main technical parameters of ZL 200-130-900 D rack rail vehicle

3 齒軌車輔助運輸系統適應性分析

針對該礦基礎地質條件及輔助設備性能特點,我們從安全性、技術性和經濟性等方面將齒軌車輔助運輸系統與繩牽引卡軌車和架空乘人裝置系統進行對比分析[6]。

3.1 安全性對比分析

1)繩牽引卡軌車運行和架空乘人裝置運人時,巷道內有鋼絲繩運行,對巷道頂板及巷幫的要求高,且存在斷繩傷人的風險。而齒軌車沒有斷繩的風險,運輸安全性好。

2)南一采區進風上山巷道全長約4 720 m,如使用繩牽引卡軌車運輸,至少要3部卡軌車接力運輸,且在卡軌車之間需要布置車場和對拉絞車,中間環節多,安全系數低;架空乘人裝置在膠帶巷內運行,乘車人員分布較散,管理難度增加。而齒軌車可進行長距離運輸,且不需要轉載,能實現集中運輸,安全管理難度小,中間環節少,運輸安全有保障。

3)繩牽引卡軌車運行時,整個巷道內都有鋼絲繩運行,運輸涉及的線路長;使用架空乘人裝置運行易出現吊椅脫落、搖擺的情況,會影響帶式輸送機的運行,甚至出現吊椅撕扯皮帶的情況。而使用齒軌車運行時,只是一個點的運輸,不受巷道內其他區段的影響,運輸安全有保障。

3.2 技術性對比分析

1)齒軌車能適應巷道多轉彎、多起伏、大坡度的運輸條件,無需管理且通訊準確,可隨時停車,將工作人員直接運送至作業地點,使用更靈活。而卡軌車受鋼絲繩影響,轉彎時,鋼絲繩受力增加,安全系數降低,且不能連續轉彎,在巷道起伏嚴重時,對托壓繩輪的使用要求高,鋼絲繩磨損嚴重,安全性較差;架空乘人裝置只能將工作人員運送至膠帶上山巷道沿線的各個貫眼口,工作人員還需要步行至作業地點。

2)齒軌車不用考慮驅動部分的巷道設置,直接安上軌道并與地面軌道對接即可使用,與電機車實現無縫對接,方便管理。而卡軌車需要考慮機頭設備位置,設置專門的機頭硐室和機尾墜砣坑等,且需要安裝專門的供電線路,現場布置較為復雜。

3)齒軌車運行靈活,可以直接將物料、設備從換裝車場運輸至工作面順槽內,真正實現一站式運輸。而繩牽引卡軌車還需要使用單軌吊進行換裝,接替運輸,運輸效率較低。

4)齒軌車使用工作人員比繩牽引卡軌車少很多,平均每班2人(司機1人，跟車工1人)，用人成本低，可實現減人提效。而每部繩牽引卡軌車至少需要4人(司機1人、跟車工2人,警戒1人)。南一采區使用卡軌車運輸,需要投入3部卡軌車,至少需要12人,而使用齒軌車運輸,可直接減少83%的人員投入。一部架空乘人裝置至少需要5人(司機2人、檢修工2人,變頻器、開關等電氣設備維護工1人),投入2部架空乘人裝置,至少需要7人,而使用齒軌車運人,可直接減少57%的人員投入。

5)根據南一采區的采掘情況分析,采區最大班作業人數如表2所示。

表2 南一采區采掘工作面、其他采區作業點人員分布情況Table 2 Personnel distribution in the mining face and other mining sites in No.1 south mining area

南一采區(北區)最大班作業人數約為77人,交接班時約為154人,若使用架空人車裝置運送人員,需要布置2部架空人車裝置,且設備閑置率較高。而使用齒軌車人車配備5節人車車廂(根據情況還可增加車廂),可同時運送80人(每節可乘坐16人),能滿足最大班作業人數運輸要求,而且齒軌車在不運人期間還可以運送物料,充分發揮設備的功能,不存在閑置的情況。

3.3 經濟性對比分析

1)南一采區巷道長達4 720 m,運輸線路共存在3處轉彎,若使用卡軌車則需要3部繩牽引卡軌車進行接力,且均存在彎道;運人時需要布置2部架空乘人裝置,設備投資較大。而使用齒軌車的話,一臺機車就能滿足巷道多轉彎、多起伏的運輸狀況,使用齒軌車運人,則只需購置人車車廂即可,投資較少。

2)繩牽引卡軌車涉及鋼絲繩、異形軌、托繩輪、壓繩輪和彎道輪等設備，附屬配件多;架空乘人裝置涉及鋼絲繩、托繩輪、壓繩輪等各類保護裝置,附屬配件多,檢修強度大、后期配件投入多。而齒軌車整個運輸線路只涉及齒軌道,后期費用低。

柴油機齒軌車與卡軌車、架空人車裝置設備投資比較情況如表3所示。

表3 設備投資比較Table 3 Comparison of equipment investment

綜上,使用齒軌車可以解決余吾煤業輔助運輸存在的問題,滿足重型設備運輸需求，保障人員運輸安全,實現人員集中運輸，做到節約資金、減人增效。

4 結論

基于余吾煤業南一采區輔助運輸系統現狀,分析了其運輸巷道下現有運輸設備存在的問題,提出用防爆柴油機齒軌車替代部分運輸設備的方案。分析了齒軌車參數后,將現有輔助運輸系統與柴油機齒軌車輔助運輸系統進行安全性、技術性和經濟性等方面的比對分析。實踐證明用齒軌車代替繩牽引卡軌車和架空人車裝置,能夠極大地提高運輸線路的效率和安全系數,解決原線路中設備故障率高、重型設備運輸困難、工人運輸過程中人員安全難以保障等問題,滿足了煤礦長距離、大坡度、多彎道環境下對于重型設備和人員的運輸要求。