巴彥高勒礦井集裝箱輔助運輸系統研究

張明鵬，曹連民

(1.內蒙古黃陶勒蓋煤炭有限責任公司巴彥高勒煤礦，內蒙古 鄂爾多斯 017300；2.山東科技大學 機械電子工程學院，山東 青島 266590)

隨著礦井綜采技術的不斷完善，礦井采煤效率得到大幅提升，礦井輔助運輸效率成為制約礦井高產的重要因素。輔助運輸是將煤礦生產中除煤炭運輸之外的各種回收材料、采煤裝備、工作人員和煤矸石等物料的運輸[1-3]。

在巴彥高勒礦井輔助運輸過程中，換裝站的作用尤為重要，其作為各類運輸方式轉換的中轉環節，是輔助運輸過程能否迥然有序，安全高效進行的基本保障[4，5]。

巴彥高勒礦井輔助運輸效率和煤礦產出難以匹配，井下集裝箱的結構種類單一化，同時伴隨著井下煤礦開采深度加深，輔助運輸時間變長，嚴重制約了輔助運輸高效安全的進行[6]。因此就必須對煤礦輔助運輸設備進行優化升級改造才能進一步提升整體運輸系統的合理性、可靠性[7]。針對巴彥高勒礦井運輸路線冗長、運輸類型多樣化、施工難度大等問題，結合“巴彥高勒運輸系統新發展布局”，要著力增強煤礦開采工作人員的工作效率，確保換裝過程合理、穩定、高效[8]。

1 巴彥高勒煤礦輔助運輸概況

巴彥高勒礦井構造形態總體為簡單的向西北傾斜的單斜構造布局，傾向角度300°～320°，地層傾角1°～3°，地層產狀沿走向及傾向均有一定變化，但變化不大，地質構造簡單，沿走向發育有寬緩的波狀起伏，區內未發現斷裂和褶皺構造，巖漿巖無法侵入，巖石的抗壓強度較低[9，10]。根據礦井的開拓分布構式、巷道水平劃分方式及井下主輔運輸方式，主要大巷水平于3-1煤層中，每一水平方向上布置有2組大巷：中部大巷和北部大巷，第1組大巷—中部大巷位于井田中部位置沿從東向西構式開拓，第2組大巷—北部大巷位于工業廣場的煤柱邊界位置呈正北向構式開拓。礦井各水平開拓巷道布置剖面圖如圖1所示。

圖1 礦井各水平開拓巷道布置剖面(m)

巴彥高勒礦井目前推廣使用膠輪車運輸物料的單位有30家左右，現有膠輪車100多輛，將膠輪車運輸模式全部升級為集裝箱輔助運輸模式，減少勞動力，提高輔助運輸效率。隨著各換裝站等巷道連通不同盤區輔助運輸路線，各盤區可結合實際工況需要按就近原則選擇運輸路線，減少不必要的運輸環節，極大程度上確保了巴彥高勒礦井合理均衡、高效有序的生產[11，12]。

2 井下物料集裝化運輸換裝方案

2.1 井下物料集裝化運輸換裝現狀及原理

目前巴彥高勒礦井物料集裝化輔助運輸過程中，對于一般的物料如煤矸石、入井材料設備、回收材料等在井上裝箱都要進入換裝站進行換裝環節。

由于入井材料裝備都需在換裝站進行換裝，通常因管理不當極易造成換裝站的擁堵，這就容易導致整個運輸系統的停滯，嚴重時導致安全隱患[13]。

換裝站在各類運輸方式轉換中起到中轉的作用，在傳統運輸方式下車輛裝車大致分為兩種：一種是人工裝裝卸至膠輪車，另外一種則是借助起吊裝置將物料吊出后再裝卸至膠輪車。而采用物料集裝化運輸模式之后，只需要將集裝箱從副井運送到地下，再裝上改裝過的無軌膠車至各個中轉站，由中轉站運輸到所需要的采煤區域[14]。

2.2 井下物料集裝化運輸換裝方案與優化設計

巴彥高勒副立井擔負全礦井的矸石、人員、材料、設備、大件等的升降任務，礦井以無軌輔助運輸為主。同時采用無軌膠輪車輔助運輸具有幾個明顯的優勢：①無軌膠輪車運行對巷道及底板的要求較小，巷道中若出現底鼓現象時，無軌膠輪車依然能夠正常作業，與傳統的有軌運輸方式相比，此方法不需要進行巷道內的軌道建設，靈活性相比較強，極大的減少成本；②隨著煤礦智能化的發展，所采用的無軌膠輪車的運輸能力得到極大改善，運輸愈發高效便捷，其馬力大，從而具有強大的爬坡能力，所需物料可以在第一時間運抵所需位置，進一步解放生產力，減少了傳統運輸模式下物料運輸速度慢的缺陷[15，16]。

巴彥高勒礦井輔助運輸大巷設計的換裝站平面布置如圖2所示，換裝站由2個換裝硐室和不同噸位的防爆起重機組成，防爆起重機的作用主要負責大型桿狀材料的換裝工作。

圖2 換裝站平面布置

在礦井輔助運輸過程中，作為連接地面與井下輔助運輸作業的重要交通樞紐，井下換裝站主要作業流程如圖3所示，通常情況下根據換裝物料的不同，將換裝模式分為兩種：散料換裝模式和起吊換裝模式。

圖3 換裝作業流程

散料換裝：井上的沙石等物料的轉運工作均是通過散料換裝的方式進行輔助運輸，這些物料運抵換裝站換裝并通過膠輪車運至井下裝備工作位置。其中環節需要大量的工作人員進行監工，作業效率低效、占用了井下的運輸空間。

大件的起吊換裝：隨著礦井向井型大型化、機械智能化方向發展，一些支護物件、液壓支架、電氣元件等大型的設備人為搬運難度太大，為方便運輸，節省人力，通常換裝作業時借用起吊裝備進行裝運，運用起吊裝備極大的提高換裝的效率。

起吊換裝硐室如圖4所示。起吊換裝過程中運用到的機械設備較多，這就需要工作人員和設備輔助進行操作，在進行裝車前后需要將一些質量較重的物料進行捆綁，雖然此法作業時間較長，但換裝過程適用性強，若組織合理，可以極大程度上保障現場作業人員的施工安全。

圖4 起吊換裝作業硐室截面示意

為了更好的、安全合理地組織好換裝作業，需要擬定改革換裝技術方案，達到礦井高效發展的成效。采用了一種將所有入井物料都可以起吊換裝，可減少換裝站人工換裝的環節，大大節省了時間，也就是“集裝箱換裝模式”，井上井下都安裝有不同型號的防爆起重機用于集裝箱的裝卸工作，井上作業時集裝箱中的散料需要通過裝卸設備如運輸鏟車、傳送裝置等進行裝車，當達到換裝站時打開集裝箱側邊進行散料卸載。

3 優化改造運輸系統及裝備

根據巴彥高勒礦井現有工況條件，升級優化運輸系統、減少輔助運輸環節。縮短運輸時間及運輸距離、提高運輸效率和安全性能，廣泛應用集裝箱運輸模式，使其成為提升輔助運輸效率的重要保障。

膠輪車改造前后的對比如圖5所示，根據需要在底板上制作若干螺栓孔，集裝箱示意圖如圖6所示。其次，制作了多個可重復利用的敞篷式集裝箱，從而有利于方便裝卸大型物料。

圖5 膠輪車改裝前后對比

圖6 集裝箱示意圖

集裝箱在井上裝好物料后通過高強度螺栓將集裝箱固定在平板車上，集裝箱的起吊工作由防爆起重機進行操作，無軌膠輪車運載集裝箱至換裝站進行物料的卸載后，將集裝箱運回至井上。

4 高效輔助運輸設備改裝優化效果

巴彥高勒輔助運輸車通過升級改造后，采用集裝箱輔助運輸模式下運輸效率得到了顯著改善。集裝車廂和翻斗礦車不同的運輸方式對傳統材料消耗形成的經濟效益及安全性能的對比分別見表1和表2。以巴彥高勒礦井平均每月下料量為4205車，全年下料約為50646車。見表1，每度電費為0.6元，全年依靠改進后的運輸設備可節省電費為50646÷3×12.4=209336.8元。

根據表2兩種換裝模式的作業效率對比，可以看出“集裝箱換裝模式”通過分離集裝箱和車體，直接在地面往集裝箱上裝料下井，到達換裝站后可以快速起吊集裝箱換裝，既方便連接，又縮短了換裝時間，集裝箱在地面裝料可以比原先礦車裝料更多，提高了一次性運輸效率；在集裝箱運輸過程中捆綁，相比原先礦車運輸減少了若干個起吊環節，使整個過程顯得更加安全高效。

5 結 論

1)通過以上分析對比可以證明，通過升級改良一些輔助運輸設備，不僅會提高生產效率，提高收益比，安全指數也大大提高，綜上所述這無疑不是一個行之可靠的方法。

2)“集裝箱換裝模式”在整個輔助運輸過程中相比之前的礦車運輸減少了很多起吊環節，減少了風險性的增加，進一步提高了生產效率。