駱駝山煤礦輔助運輸系統優化設計

孫 露

(中煤西安設計工程有限責任公司，陜西 西安 710054)

0 引言

煤礦井下輔助運輸是指井下人員、設備、輔助材料和矸石等的運輸，采用高效的輔助運輸設備，可以減少運輸時間，提高煤炭產量[1-3]。近年來，國內煤礦比較實用的輔助運輸設備有無軌運輸設備(無軌膠輪車)、軌道運輸設備(無極繩連續牽引車)和單軌吊這3大類，這些設備在技術特性、運行效率和安全性能方面都具有各自的優點[4-6]。設計時需根據開拓布置情況及輔助運輸巷道實際條件，選擇適合的輔助運輸設計方案。

1 原設計輔助運輸系統

1.1 工程概況

駱駝山井田位于烏海市海勃灣區，礦井設計生產能力1.5 Mt/a。井下輔助運輸系統由緩坡斜井、輔助運輸大巷、采區輔助運輸上山、綜采工作面輔助運輸巷道、各掘進工作面巷道組成。緩坡斜井井筒長度為3 926.0 m，傾角為6°；采區輔助運輸上山長為1 204 m，傾角為9.3°；綜采工作面輔助運輸巷長為1 150 m，巷道傾角約為0～3°；其它輔助運輸巷道傾角一般約為0～1°。

1.2 輔助運輸系統

緩坡斜井、輔助運輸大巷采用無軌膠輪車運輸人員和物料。人員運輸選用防爆運人無軌膠輪車；運輸材料和中小型設備選用平板式防爆無軌膠輪材料車；運輸水泥、砂石選用自卸式防爆無軌膠輪材料車；水泥砂石等散狀物料的裝卸選用防爆裝載機；運輸液壓支架、大型設備選用支架搬運車、支架鏟運車[4]；配備1輛防爆灑水車，用于降低井下巷道粉塵；配備生產指揮車，用于設備維修、運送少量人員等；共需配備各型無軌膠輪車輛共計30輛。采區輔助運輸上山配備1臺JKB-2.5×2P型礦井單卷筒防爆變頻提升機，用于運輸物料。采區帶式輸送機上山配備架空乘人裝置，用于運輸人員。工作面輔助運輸巷配備1臺SQ-60/75B型無極繩連續牽引車，用于運輸人員和物料。輔助運輸設備型號、數量及購置預算見表1。

表1 輔助運輸設備型號、數量及購置預算Table 1 Model，quantity and budget of auxiliary transportation equipment

2 輔助運輸系統優化方案

原設計輔助運輸系統較為復雜，運行環節多，需多次換裝，單個循環運行時間較長，輔運效率較低；輔運系統配套工程多，投資較大；輔助運輸系統設備型號多、配套人員多，設備檢修和人員管理較為困難，運營費用高。現階段礦井已復工建設，輔助運輸系統優化設計刻不容緩。駱駝山礦井緩坡斜井、輔助運輸大巷，采區輔助運輸上山及工作面輔助運輸巷道已經施工完畢，各輔助運輸環節采用的設備均未采購，采區、工作面輔助運輸設備配套工程均未完成。根據礦井的建設現狀，結合現階段我國輔助運輸方式及發展方向，提出以下2種優化方案。

2.1 無軌膠輪車+單軌吊運輸方案

緩坡斜井、輔助運輸大巷仍采用無軌膠輪車運輸，原設計巷道滿足無軌膠輪車運輸要求。采區輔助運輸上山、工作面輔助運輸巷采用單軌吊機車運輸。單軌吊機車是一種沿吊掛在巷道上空的軌道運行的運輸設備，采用單軌吊機車運輸，需對巷道頂板圍巖進行穩定性分析、安全支護，當前主要采用錨桿錨索聯合支護方式[7-9]。采區輔助運輸上山、工作面輔助運輸巷道已施工完畢，巷道斷面高度為4.2 m。采用單軌吊機車運輸時，運輸路線中巷道最低高度3.3 m，已有巷道滿足單軌吊機車運輸高度要求。需對已有的采區輔助運輸上山、工作面輔助運輸巷道安裝特制工字鋼I1140V型軌道，采用全螺紋等強錨桿、錨索固定在巷道頂板上，共需改造巷道3 825 m。緩坡斜井、輔助運輸大巷運輸，共需配備各型無軌膠輪車輛共計30輛。采區輔助運輸上山、工作面輔助運輸巷運輸配備6輛DC150/160Y型防爆柴油機單軌吊機車，6輛單軌吊機車共需配備單軌吊人車10臺，8 t起吊梁10根，40 t起吊梁2根。無軌膠輪車+單軌吊運輸設備型號、數量及購置預算見表2。

表2 無軌膠輪車+單軌吊運輸設備型號、數量及購置預算Table 2 Model，quantity and budget of trackless rubber tyred vehicle+monorail crane transportation equipment

2.2 全無軌膠輪車運輸方案

礦井工業場地到井下各工作面采用無軌膠輪車連續運輸。礦井緩坡斜井、輔助運輸大巷仍采用無軌膠輪車運輸，原設計巷道滿足無軌膠輪車運輸要求。采區輔助運輸上山巷道傾角9.3°，且已施工完畢，采用無軌膠輪車運輸，需新掘采區輔助運輸上山。新掘采區輔助運輸上山傾角6°，斷面凈寬5.2 m，凈高4.2 m，采用半圓拱斷面，凈斷面18.9 m2，本次設計新開鑿2 786.0 m。礦井輔助運輸共需配置各型無軌膠輪車輛共計35輛。無軌膠輪車運輸設備型號、數量及購置預算見表3。

表3 無軌膠輪車運輸設備型號、數量及購置預算Table 3 Model，quantity and budget of trackless rubber tyred vehicle transportation equipment

2.3 方案比選

對比2種輔助運輸系統優化方案技術特征[10-11]，結果見表4。可以看出，2種輔助運輸系統優化方案各有優缺點，需進一步通過各方案的設備選型、配套井巷工程及生產運營情況，對原輔助運輸設計及2個優化方案進行經濟比較，結果見表5。

表4 優化方案技術特征對比分析Table 4 Comparative analysis of technical characteristics of optimization schemes

通過表5可知，2種輔助運輸系統優化方案年運營費用基本相當，且均低于原設計輔助運輸系統。2種輔助運輸系統優化方案設備、井巷工程總投資均遠低于原設計輔助運輸系統，全無軌膠輪車運輸方案設備低于無軌膠輪車+單軌吊運輸方案，但由于新掘采區輔助運輸上山井巷工程投資過大，設備、井巷總投資高于無軌膠輪車+單軌吊運輸方案2 781萬元。最終確定駱駝山煤礦井下輔助運輸系統為無軌膠輪車+單軌吊運輸方案。

表5 優化方案經濟對比分析Table 5 Economic comparative analysis of optimization schemes

3 結論

(1)礦井下輔助運輸設備選型受開拓布置及輔助運輸巷道實際條件影響巨大，無軌膠輪車可實現從地面至工作面直達運輸，運輸效率高，缺點是適應坡度小，一般不超過8°，造成配套井巷工程量大，投資較高。

(2)煤礦井下主要輔助運輸巷道已按坡度較小適應無軌膠輪車運輸的情況設計，其余輔助運輸巷道也應該按此設計，不宜為了降低巷道工程量而增大巷道坡度，導致無軌膠輪車無法使用而選擇其他的輔助運輸設備。雖然減少了部分井巷工程投資，但是輔助運輸系統存在換裝轉載，降低了運輸效率。在煤礦生產運營后，發現輔助運輸系統復雜、效率低再進行改造時，新掘輔助運輸巷道的井巷工程投資會更高。

(3)單軌吊機車適用于坡度較大的輔助運輸上山巷道，采用提升機、無極繩牽引車多種軌道運輸的生產礦井，在巷道頂板及支護滿足要求的情況下，改用單軌吊機車可連續運輸，可提高運輸效率，巷道工程改造量小，改造周期短。