礦井無軌輔助運輸工藝分析和發展方向探討

蔡曉煌

（山西焦煤汾西礦業賈郭煤礦， 山西 沁源 046500）

引言

無軌膠輪車可將物料、人員以及設備等由地面直接運輸至井下作業點，期間物料不需要轉運、等待，可大幅提升礦井輔助運輸效率并減少輔助人員數量[1-2]。如山西大同云崗礦通過引進采用柴油防爆無軌膠輪車，實現了采面重型液壓支架快速搬家，無軌輔助運輸設備在現場應用過程中表現出顯著的安全與效率優勢?，F階段，國內煤礦井下使用的各類無軌膠輪車數量已超過4 萬臺[3-6]。為此，推廣應用以電能、空氣動力等為核心的無軌膠輪車，并實現無軌膠輪車精準化調度，對提高無軌膠輔助運輸工作效率具有重要意義。

1 礦井無軌輔助運輸工藝應用分析

國內廠商不斷推出礦井無軌輔助運輸設備，并在安全防護、使用工藝以及節能減排等方面進行改進。礦井無軌輔助運輸設備，包括有多功能車、材料車、罐籠人車等。礦井（包括斜井、立井）無軌運輸系統模型圖如圖1 所示。

圖1 礦井（包括斜井、立井）無軌運輸系統模型圖

1.1 無軌運輸系統人員運輸

國內井下作業人員數量相對較多，一般情況下一個綜采作業班組人員數量可達到20 人，同時需大量的輔助人員。采用無軌運輸系統時，上下班需要采用20 座甚至30 座人車，并配備有專業的人車駕駛員?，F階段礦井使用的人車類型主要有20 座人車以及5～9 座指揮車兩種類型，30 座人車和2 座巡檢車應用較少。礦井無軌輔助運輸系統人員運輸流程如圖2所示。

圖2 無軌輔助運輸系統人員運輸流程圖

1.2 無軌運輸系統材料運輸

國內煤礦井下生產環節較多，包括有巷道底板硬化（底板鋪設混凝土）、頂板以及巷幫圍巖支護（錨網索支護）、避難硐室施工及維護、井下降塵等，生產環節需要的材料類型以及數量等均較多，對材料運輸系統有更高的要求。采用無軌運輸系統時，不僅需要運輸常規的管線、網片、錨桿索以及相關配件等，同時還需大量運輸砂、石、混凝土等。井下運輸使用的材料數量大、類型多，因而對無軌運輸系統運輸車輛要求較高。現代化礦井無軌運輸系統材料運輸流程如圖3 所示。

圖3 無軌輔助運輸系統材料運輸流程圖

1.3 無軌運輸系統設備運輸

隨著礦井生產能力以及采掘設備功率的不斷提升，綜采設備的噸位、體積也不斷增加，對開采設備井下運輸、安裝以及回撤等提出了更高要求。針對礦井井下設備運輸需求，相繼研發有25～100 t 設備運輸車輛。通過采用無軌運輸設備運輸系統后，采煤工作面設備安裝、回撤等工作耗時可控制在2 周以內，工作效率大幅提升，并降低了作業人員的工作強度。

現階段采煤工作面設備常用的運輸車輛包括有防爆蓄電池鏟板車、多功能鏟運車和防爆支架搬運車等。現階段礦井采煤工作面煤炭開采設備雙向回撤運輸工藝流程如圖4 所示。

圖4 無軌運輸雙向回撤運輸工藝流程

1.4 防爆蓄電池車使用工藝

為了更好地改善井下空氣環境質量，部分礦井在使用大運量防爆鉛酸電池鏟板車的同時，開始推廣應用防爆鋰電池鏟板車，并在山東、陜西、新疆以及內蒙古等煤炭主產區礦井使用。采用防爆電池后，電池質量大幅增加，從而導致整車質量過大、運輸里程較短，一般情況下防爆鋰電池電車、防爆鉛酸電池電車行駛里程分別在100 km、30 km 左右，行駛里程明顯低于防爆柴油車，加之電池充電時間較長，因此在防爆蓄電池車使用時，協調好充電、作業時間成為關鍵。一般情況下鉛酸電池充電時間在6～8 h，因此防爆鉛酸電池車使用時一般配備3 塊電池，一塊充電、一塊使用、一塊充電后冷卻，通過采用換電池方式，可提高車輛使用效率。

2 無軌輔助運輸系統發展方向

2.1 防爆柴油車發展分析

隨著對煤礦井下空氣質量重視程度的不斷提升，相關要求規范以及文件等對井下防爆柴油車柴油機排放標準有了新的要求，禁止國三排放標準采油機在煤礦井下使用。為此，相關廠家強化對防爆柴油車的研究，并將研究重點放在尾氣后處理技術、電噴發動機技術、油氣混動技術等方面。

電噴發動機技術將實時監測獲取到的噴油時刻、轉速、進氣溫度和氧氣濃度等參數傳輸給ECU（計算機），將監測參數與MAP（參數圖譜）或者設定參數值進行比對，經處理后獲取最佳值，并將控制指令發送給執行器。執行器按照ECU 指令調整噴油量，使柴油機處于最佳工作狀態。相關研究成果以及應用實踐表明，采用電噴發動機技術可降低CO、顆粒物以及NOx等排放量，但未能有效降低油耗。

尾氣后處理技術包括有SCR（選擇性催化還原）、EGR（廢棄再利用）技術等，EGR 技術可有效降低NOx排放量，但是也會增大CO 排放，并增加煙度值。SCR以及EGR 與電噴發動機技術相配合，可有效控制排放標準，使防爆采油發動機排放滿足國三排放標準要求。

油電混動技術應用相對成熟，但近些年來發展相對緩慢。經過相關研究成果表明，采用油電混動技術后，燃油消耗降低約10%～20%，可改善發動機排放，但還需解決成本高、電池充電等待等問題。

2.2 防爆蓄電池車發展分析

現階段，煤礦井下電動車多采用鉛酸電池，同時采用快速換電池方式，也解決了充電等待問題，可滿足短途往返運輸需求，同時經過專業化維護可提升電池使用壽命，并減少電池衰減。

防爆鋰電池目前在地面應用相對廣泛，配合車身輕量化技術、高效永磁電機以及變頻控制技術等，可實現尾氣零排放，并增大使用里程。為了提高電動車使用效率，可借鑒采用多電池快速更換方法，提高車輛使用效率。但是鋰電池也存在需專業保養、使用成本高等問題，因此在礦井使用防爆鋰電池車時，需要配備足夠的鋰電池以及專業化的隊伍，方可提高防爆鋰電池車在井下使用效率，降低車輛使用故障率。

2.3 無軌輔助運輸智能化

為解決井下防爆柴油車尾氣排放污染、提高車輛使用效率，可通過智能化調度方式合理分配防爆蓄電池車以及防爆柴油車使用時間、使用路線，將井下有害氣體成分控制在安全范圍內。同時隨著礦井安全要求的不斷增加，需要擴大智能化調度、自動化控制以及遠程遙控等技術在井下的應用，減少井下輔助人員數量，并提高輔助系統工作效率。輔助運輸車輛無人駕駛以及運輸智能化，將是礦井無軌輔助運輸的重要發展方向。

現階段，在一些先進的礦井已部分實現無軌輔助運輸智能化，如神東煤炭下屬礦井、山西王家嶺礦等企業，通過應用智能化技術，提高了駕駛員管理、通信、定位和調度等效率，并提升了礦井輔助運輸效率以及安全保障能力。

3 結語

通過綜合以往的研究成果與筆者的工作經驗，對礦井無軌輔助運輸系統應用情況進行分析，并探討其發展方向。將無軌輔助運輸系統應用到礦井生產中，可提升輔助系統工作效率，并降低作業人員的勞動強度，無軌輔助運行系統的發展方向重點是電氣化以及智能化。