龍泉煤礦輔助運輸系統設計

李 斌

（太原煤氣化龍泉能源發展有限公司，山西 太原 030300）

引言

礦井的開拓方式決定了輔助運輸系統方式的選擇，目前礦井的輔助運輸方式主要分為有軌運輸和無軌運輸兩種，目前有軌運輸是礦井輔助運輸系統采用的主要運輸形式，但隨著礦用輔助設備的進步以及開采設計理論的創新，無軌運輸系統在近年新礦井設計中得到重視和推廣應用，取得了更好的經濟和社會效益[1]。以無軌膠輪車構建的煤礦輔助運輸系統，具有噸煤運輸成本低、功能分類齊全、巷道布置簡單、爬坡能力強、運輸效率高等特點，值得大力推廣[2]。

1 龍泉煤礦概況

龍泉煤礦位于山西省中部的婁煩縣城北10 km處，新舍科—上龍泉—下靜游村一帶，行政區劃屬婁煩縣靜游鎮管轄。龍泉礦井規劃井田面積35.23 km2平方公里，設計生產能力400 萬t。龍泉煤礦地質條件相對較好，煤層平均傾角在10°左右，4 號煤層（俗稱丈八煤）：位于太原組頂部，厚1.70～8.20 m，平均6.47 m，是本井田主要可采煤層之一，其結構較簡單，一般含2-3 層夾矸。9 號煤層（俗稱三丈六）：位于太原組中下部，是本井田煤厚最厚的可采煤層，厚5.35～15.48 m，平均11.68 m，個別部位分叉。夾矸一般2～4 層。該兩層主采煤輔助系統采用無軌膠輪車具有很好的適應性[2]。礦井目前開采4 號煤層，布置有+786 m 開采水平，礦井以+786 m 水平開采井田內的4 號煤層。

2 無軌膠輪車適用條件

2.1 巷道條件

根據新版的《煤礦安全規程》規定，車輛單向行駛的巷道，巷道的有效寬度應大于車輛最大寬度處1 000 mm；巷道高度應大于車輛滿負荷時最高點500 mm[3]。車輛雙向行駛的巷道，巷道的寬度應使兩車錯車間距大于500 mm，必要時可設置會車硐室。行車巷道內有人行道的，寬度應大于1 m，嚴格規定“行車不行人，行人不行車”。

在干硬水泥或混凝土路面上，當縱向坡度小于6°時，無軌膠輪車對巷道布置并無特殊需求；若巷道坡度介于6°～14°之間，而且距離比較長，則必須在一定的距離內設計30～50 m的水平路段，以防止車輛發生緊急情況的臨時停靠，縱坡長度與坡度的關系見圖1；當巷道坡度超過10°以上時，巷道路面必須采取一定的防滑措施；當巷道坡度大于14°時，則不再適用無軌膠輪。同時輔運巷頂底板要牢固支護，路面整平后采用高標號的水泥敷設一定厚度的混凝土進行硬化。巷道轉彎處應該預設緩彎，半徑應該大于12 m。

圖1 坡度與坡道長度的關系曲線

由于本礦井下大巷采用無軌膠輪車做輔助運輸，同時為減少輔運巷巖巷工程量，設計當9 號煤層傾角超過7°時輔運大巷巷沿9 號煤層折返式布置[3]。

2.2 無軌輔助運輸硐室及巷道通風

采用無軌輔助運輸系統的輔助運輸巷通常需要配備存放、檢修、換裝、加油、會車、調頭硐室等[3]。硐室的建設需采用C20-30 強度的水泥，且硐室內的坡度要求小于3‰、通風和照明良好、配齊合格的滅火器材[4]。

根據相關規范，采用煤礦防爆柴油機驅動的無軌膠輪車礦井，車輛的通風量按照設計的最多車輛數目單獨配風量，以保證礦井井場的各項環境指標滿足生產安全需求，同時要滿足井下工人人體舒適度需要。

3 輔助運輸方式及設備

3.1 輔助運輸巷概況

根據礦井生產安排與采掘進度，材料、設備運輸考慮正常生產與工作面安裝、搬家兩種情況(大巷鋪底考慮與工作面安裝搬家錯開)，人員運輸考慮以各工作地點人員一次到位為基礎，兼顧其他地點的工作人員運輸。

3.2 輔助運輸任務的確定

3.2.1 人員

根據礦井勞動定員，最大班下井工人為113 人，其他人員以1.1 富裕系數考慮，根據礦井生產和發展規劃，人員工作地點主要集中在上組煤一采區和下組煤二采區。

3.2.2 矸石量

根據礦井采掘接替要求，年最大矸石量為30 kt，考慮采掘的不均衡性，日最大矸石量按150 t 考慮。

3.2.3 正常生產材料及設備

正常生產材料、設備主要包括混凝土料(鋪底、錨噴)、錨桿、樹脂、金屬網等，約110 t/d；還考慮長材及設備運輸5 次/班，炸藥及雷管2 次/d；其他零散物料8 次/d。

3.2.4 運行往返時間

由于有重車和空車兩種運行方式，設計時予以分別考慮。

重車運行時間為：

式中：t1為重車運行時間，h；Si為第i 段運輸距離，km；Vi為第i 段運行速度，km/h。

空車運行時，按平均速度在整個線路上進行計算，則：

式中：t2為空車運行時間，h；S 為總運輸距離，km；V為空載平均運行速度，km/h。

往返一次的時間為：

式中：t 為往返一次時間，h；△t 為休止時間，h。

根據其他礦區經驗，重車在大巷按12 km/h 計，順槽中按8 km/h 計，空車按18 km/h 計，間歇時間按0.3 h 計。

經計算，從井底車場至綜采工作面往返時間約為0.8 h，從大巷掘進工作面至井底車場往返一次時間約為0.5 h。

3.3 設備臺數計算

3.3.1 運人車輛

根據井下工作人員數量和所有采區工作人員一次運送到位的原則，配備WC20R（B）型無軌膠輪人車，一次運送20 人，本礦共配備8 輛，滿足人員運輸要求。

3.3.2 矸石、材料、設備運輸車輛

井下矸石、物料及普通設備由WC5E型無軌膠輪車承載。矸石、物料及普通設備直接裝載或捆扎及裝入集裝箱后由WC5E型無軌膠輪車裝載，直接進出罐籠，實現自地面至井下使用地點的直達運輸。

3.3.2.1 運矸石車輛

根據巷道掘進矸石量不穩定的情況，借鑒其他礦井生產經驗，設計選用機動靈活的WC5E型無軌膠輪材料車，設備臺數按下式計算：

式中：N 為無軌膠輪車數量，臺；Q 為礦井每天出矸量，t/d；t 為運矸車輛平均往返時間，h；Tb為每天工作時間；Qd為無軌膠輪車額定載重量，按5 t 計。

則N=150×0.5/（12×5）=1.25(臺)，取2 臺。

3.3.2.2 材料、設備運輸車輛

為了提高效率，減少無軌膠輪車往返次數，設計選用WC5E型無軌膠輪材料車擔負從地面到井下工作面的材料、設備運輸任務。設備臺數計算同運矸車輛計算公式。

則N=110×0.8/（12×5）=1.5(臺)，取2 臺。

另還考慮長材及設備運輸5 次/班，炸藥及雷管2 次/d，其他零散物料8 次/d。

則N=（5×3+2+8）×0.8/12=1.7(臺)，取2 臺。

根據上述計算，WC5E型無軌膠輪車需配備6臺，本礦已有7 臺，滿足要求。

3.3.2.3 支架運輸車輛

本礦4 號煤采煤工作面搬家倒面所需的大噸位鏟運車及支架搬運車采用租賃形式。由于7 號煤層液壓支架噸位較小，因此利用本礦配備的10 t、28 t鏟運車即可滿足自副斜井井底至7 號煤層順槽口的運輸任務。

3.3.3 其他車輛

由于煤礦井下工作的多樣性，因此還配備了一系列特種車輛，具體如下：

1）根據日常井下生產指揮、搶險及小型物料及人員運輸需要，配備WC9R 防爆指揮車2 臺。

2）本礦根據掘進矸石裝車和巷道清理，平整及短途搬運的需要，設計配備了WJ-4FB型防爆柴油鏟運車2 臺、WJ-10FB型防爆柴油鏟運車1 臺、WC28R(A)型鏟板式搬運車2 臺、3 t 無軌膠輪材料車19 臺及8 t 無軌膠輪材料車2 臺。

礦井設計無軌膠輪車見表1。

表1 設計無軌膠輪車數量匯總表

4 結語

根據現代化的設計理念、設計規范及相關生產經驗，在巷道設計符合一定條件的情況下，龍泉煤礦輔助運輸采用無軌膠輪車是合理高效的。根據初步驗算，井下輔助運輸系統合計需要42 輛防爆運輸設備方可滿足正常生產需求。