忻峪煤業礦井輔助運輸方式優化探討

岳廣義

(山西潞安工程勘察設計咨詢有限責任公司，山西 長治 046204)

1 項目背景

忻峪煤業為基建礦井，礦井初步設計中的輔助運輸系統采用防爆柴油單軌吊從地面直接運輸到井下采掘工作面。

根據礦井建設現場施工揭露情況，主斜井600 m，坡度10°；副斜井540 m，坡度11°；回風斜井254 m，坡度20°。到達井底車場后布置3條大巷，分別為軌道大巷、膠帶大巷和回風大巷，長度為920 m，坡度均為水平巷道；首采工作面布置在一采區，采掘巷道的運輸巷和回風巷為上山巷道，坡度為9°，見圖1。

圖1 礦井井筒及巷道分布情況

雖然初設中防爆柴油單軌吊可以滿足一采區工作面的礦井運輸任務，但是隨著二采區、三采區等巷道距離的加長，防爆柴油單軌吊運行速度慢、運輸重量少、冗余運輸多、維護費用高的缺點將會凸顯。因此，為既可以滿足現有的礦井運輸任務，也為礦井中長期發展規劃打下堅實的基礎，必須綜合考慮礦井揭露情況對輔助運輸方式進行優化。

2 目前國內外主要輔助運輸設備使用情況及其適應條件

2.1 無軌膠輪車

該類車輛專用性強，運輸速度快，一次載重量較大，廣泛用于井巷坡度6°以下(局部可達14°)、底板堅硬、巷寬4.6 m、高3 m以上、出矸量少、工作面用人少、材料消耗少的礦井[1]。

2.2 防爆柴油單軌吊

該設備需根據運輸的不同物料種類配用專用吊具，它適用于坡度25°以下、頂板堅硬或為拱型支架支護、不出矸石、工作面用人少、材料消耗少的礦井[1]。

2.3 蓄電池單軌吊

適合坡度小于12°，頂板堅硬或為拱型支架支護、不出矸石、工作面用人少、材料消耗少的礦井巷運輸，一次載重量大，速度快，設備投資與運行費很低，目前廣泛用于3 000 m以下的中等距離運輸過程中[1]。

2.4 卡軌車

卡軌車最大爬坡角度30°，最大牽引力為200 kN，爬坡能力和牽引力均較大。爬坡、巷道適應能力強，可隨時停車，中間環節少，使用更安全、靈活[2]。

2.5 齒軌車

適用于長距離、大傾角、多變坡、大噸位工況條件下的大傾角傾斜巷道，材料、設備不經轉載的直達運輸；最大適應傾角不得大于 25°[2]。

2.6 無極繩連續牽引車

無極繩連續牽引車是以鋼絲繩牽引的煤礦輔助運輸系統，主要用于煤礦井下工作面巷道、采區上下山、回風巷及集中軌道巷，直接利用井下現有軌道系統，實現固定線路或一定區域內不經轉載的連續直達運輸。因此，它適用于工作面巷道、集中軌道巷和采區進行長距離、多變坡、大傾角和大噸位輔助運輸任務，特別是大型綜采設備的運輸。此外，也可用于進出罐籠、地面調車等軌道運輸[2]。

3 輔助運輸方式的分析比較

3.1 從技術性進行分析比較

1) 齒軌車主要適用于井下大傾角、重載荷、高瓦斯、頂板條件差等工況環境。齒軌車牽引力大、載荷量大、適應坡度大，爬坡角度可以達到25°，能實現重型物料和散料長材的整體遠距離連續搬運；在異形軌上全程卡軌運行，不掉道、不翻車，不跑車。齒軌車機車價格為600萬元，軌道價格為4 000元/m。結合忻峪煤業實際情況，綜合整體經濟效益，齒軌車的投入產出比太低。不予考慮。

2) 單軌吊機車分為柴油型單軌吊機車和蓄電池單軌吊機車，其中蓄電池型單軌吊機車爬坡能力不大于15°；柴油型單軌吊機車爬坡能力不大于30°。結合忻峪煤業現場實際情況，現有工作面的坡度為9°，均可以滿足忻峪煤業設備、材料的運輸，并且可以運輸人員，大大減少工作人員的勞動強度。在滿足礦井所需設備材料的前提下，柴油單軌吊的價格為300萬元/臺，而蓄電池單軌吊的價格(DX80)在100萬元/臺。綜合整體經濟效益，柴油單軌吊的投入產出比比蓄電池單軌吊低。采掘工作面采用蓄電池單軌吊更適合忻峪煤業的現場實際情況。

3) 卡軌車載重量大、爬坡能力強，最大爬坡能力30°，允許在小半徑的彎道上行駛，可有效防止車輛掉道和翻車，軌道的特殊結構允許在列車行駛過程中使用閘軌式安全制動車，可有效防止列車超速和跑車事故發生。

4) 無極繩連續牽引車操作簡單，可靠性高；適應性強，用途廣；牽引車儲繩量大，運行費用低；經濟實用。結合忻峪煤業現場實際情況，由于無極繩連續牽引車多用于固定巷道，掘進期間設備材料無法運輸，且不能運輸人員，增加了工人勞動強度；無極繩連續牽引車的制動系統不能實現超速自動停車，安全效益大打折扣，所以不予考慮。

3.2 從安全效益分析

齒軌車、卡軌車、單軌吊制動原理相同，均為超速釋壓制動保護裝置，當速度超過規定速度時，通過離心釋放器將制動系統釋壓，制動系統將閘死軌道，從而使車輛立即停車，有效防止列車超速和跑車事故的發生。

3.3 經濟效益分析

1) 安裝齒軌車井巷工程雖然不大，但是齒軌車機車和齒軌軌道的價格卻是卡軌車的2倍以上，且忻峪煤業地質報告顯示，底板為泥巖，工作面安裝齒軌車存在巷道變形引起軌道不平，易引發掉道事故。本著投入較少的資金既能夠滿足礦井輔助運輸的需要，也能確保安全的原則，優先選擇卡軌車作為忻峪煤業輔助運輸系統。

2) 安裝蓄電池單軌吊機車，在保證設備材料運輸的前提下，采掘工作面的人員運輸問題也得到了解決。雖然單軌吊對巷道高度要求較高，但是可以通過優化最高設備存放位置，來降低巷道高度造成的井巷工程量。

3) 柴油單軌吊的機車成本高于蓄電池單軌吊，且柴油單軌吊昂貴的進口配件，加上發動機的維護成本遠遠高于蓄電池單軌吊。考慮采用蓄電池單軌吊作為采掘工作面巷道的運輸設備。

4) 結合忻峪煤業實際情況，副斜井和軌道大巷采用卡軌車，采掘工作面巷道采用蓄電池單軌吊，不僅保證了設備材料的運輸效率，也降低了采掘工作面人員勞動強度，還有效提高了設備的投入產出效率。

4 結 語

通過從技術性、安全性、經濟性多方面對比，卡軌車優于齒軌車，蓄電池單軌吊優于柴油單軌吊。所以，忻峪煤業選擇卡軌車作為副斜井和軌道大巷的輔助運輸設備，蓄電池單軌吊作為采掘工作面巷道的輔助運輸設備，即卡軌車+蓄電池單軌吊的運輸方式。