無軌膠輪車運輸方式在大南湖一礦的應用研究

張 超 金付申

（國網能源哈密煤電有限公司大南湖一礦，新疆 哈密 839000）

1 工程概況

國網能源哈密煤電有限公司大南湖一礦位于新疆維吾爾自治區哈密市南部約84 km。井田范圍內探明資源量為54.13 億t，可采儲量29.36 億t。首采區可采儲量1.52 億t。共有可采煤層23 層，地質儲量54.13 億t，可采儲量為29.36 億t，設計生產能力為1000 萬t/a，服務年限195 a。大南湖一礦1303 工作面位于一采區，主采3#煤層；煤層厚度為6.18～8.88 m，平均厚度為6.28 m；煤層傾角為1°～8°，平均傾角為4°；煤層結構簡單～復雜，屬于穩定煤層。

2 礦井輔助運輸方案的設計

基于大南湖一礦的賦存情況，結合千萬噸的生產特點，對該礦及1303 工作面輔助運輸方案設計了4 個可行方案[1-4]。

2.1 無軌膠輪車運輸方式

礦井輔助運輸方案①設計為無軌膠輪車運輸方式，主要運輸設備為載重3 t 的WCJS3Y 型無軌膠輪車、5 t 的WC5E 型無軌膠輪車、膠輪平板車等。地面物料主要由3 t、5 t 無軌膠輪車承載，采用大罐進行裝車實現上下井，材料和設備到達井下再采用無軌膠輪車運輸至井下工作面、掘進面的施工現場。

2.2 軌道+無軌膠輪車運輸方式

礦井輔助運輸方案②設計為軌道+無軌膠輪車運輸方式。地面、井筒、井底車場設計窄軌實行軌道運輸，材料和設備達到井下硐室后采用無軌膠輪車進行運輸。主要運輸設備為3 t 的WCJS3Y 型無軌膠輪車、5 t 的WC5E 型無軌膠輪車、防爆柴油機車、平板車、橋式起重機。窄軌鐵路起點布置在副井井口房，環繞機修場區建設；材料和設備采用平板車經環形軌道運輸至下井大罐處，下井后材料和設備經平板車由防爆柴油機車牽引至硐室，橋式起重機轉運至無軌膠輪車上運輸，從而將材料和設備運輸至井下工作面、掘進面的施工現場。

2.3 軌道+單軌吊運輸方式

礦井輔助運輸方案③設計為軌道+單軌吊運輸方式。在地面、井筒、井底車場設計窄軌實行軌道運輸，材料和設備到達硐室后起吊梁換裝，單軌吊完成輔助運輸。主要運輸設備為防爆柴油普軌機車、平板車、SLG8 型重型軌道及起吊梁設備、DZ2200型柴油機單軌吊設備等。窄軌鐵路起點布置在副井井口房，環繞機修場區建設；材料和設備采用平板車經環形軌道運輸至下井大罐處，下井后材料和設備經平板車由防爆柴油普軌機車牽引至硐室，采用SLG8 型重型起吊梁設備進行換裝，由DZ2200 型柴油機單軌吊完成輔助運輸，從而將材料和設備運輸至井下工作面、掘進面的施工現場。

2.4 軌道+電機車+無極繩連續牽引車運輸方式

礦井輔助運輸方案④設計為軌道+電機車+無極繩連續牽引車運輸方式。礦井采用最為常見的軌道輔助運輸方式，主要設備有900 mm 軌距、1.5 t系列礦車和蓄電池電機車。在地面及井下鋪設窄軌，鋪軌軌距900 mm，軌型30 kg/m，鋼盤混凝土軌枕，鋼軌類型為GB11264-89，其尺寸高度及底寬為107.95 mm，頭寬60.33 mm。材料及設備經副立井運輸至井底車場，由蓄電池電機車牽引經輔運大巷運輸至井下工作面、掘進面的施工現場。

3 礦井輔助運輸方案的對比與確定

3.1 方案的優缺點分析

3.1.1 方案①優缺點分析

無軌膠輪車輔助運輸方式的優點主要表現為：地面及井下全統一為無軌膠輪車一種輔助運輸模式，整個運輸過程沒有轉載環節，不需要進行中間換裝操作，運輸管理便利簡捷，運輸效率高；無軌膠輪車為內燃機發動機，爬坡能力強，連續作業時間長；地面及井下無須鋪設軌道，有效減少運輸中間環節，輔助運輸工藝理想；材料、設備全部都可以采用該方式進行運輸。

無軌膠輪車輔助運輸方式的缺點主要表現為：井筒斷面較大，投資成本較高；需要大斷面輔助運輸巷，并對巷道底板進行硬化，前期投資較高；內燃機為發動機會產生一定的尾氣污染。

3.1.2 方案②優缺點分析

軌道+無軌膠輪車運輸方式的優點主要表現為：對比方案①，井筒直徑可減小0.5 m，有效降低了井筒投資；整個運輸過程只有1 個轉載環節，因此僅有1次中間換裝操作，轉載環節少，運輸效率較高；無軌膠輪車為內燃機發動機，爬坡能力強，連續作業時間長；井下無須鋪設軌道，有效減少了井下的運輸中間環節，井下輔助運輸工藝理想；井下的材料、設備全部都可以采用該方式進行運輸；整體來看輔助運輸產生的污染較少，牽引力較穩定。

軌道+無軌膠輪車運輸方式的缺點主要表現為：井下需要大斷面輔助運輸巷，并對巷道底板進行硬化，前期投資較高；軌道+無軌膠輪車對比方案①運輸管理方案復雜，安全隱患較多。

3.1.3 方案③優缺點分析

軌道+單軌吊運輸方式的優點為：對比方案①，井筒直徑可減小0.5 m，降低了井筒投資；地面及井筒軌道運輸投資恰當；井下采用單軌吊運輸，也僅有1次中間換裝操作，轉載環節少，運輸效率較高；柴油機單軌吊車運輸時運行機動靈活，一臺機車可以在多變坡、多道岔、多支線巷道中實現直達運輸，效率高，用人少；運行時受巷道底板變形、積水等問題的影響較小；設備運行制動齊全，安全性和可靠性較好；材料、設備全部都可以采用該方式進行運輸。

軌道+單軌吊運輸方式的缺點為：對比無軌膠輪車，單軌吊運行平均速度僅為1.0 m/s，整體運輸效率低下；軌道+單軌吊對比方案①運輸管理方案復雜，安全隱患較多；單軌吊系統的建設工程量大，同時設備成本投資費用高，運營費用也較高。

3.1.4 方案④軌道+電機車+無極繩連續牽引車

軌道+電機車+無極繩連續牽引車的優點為：對比方案①，井筒直徑可減小0.5 m，降低了井筒投資；軌道系統初期投資較低。

軌道+電機車+無極繩連續牽引車的缺點為：輔助運輸工藝及環節較多，因此需要配置較多的工作人員，設備運行效率低下；設備安全管理方案復雜，安全隱患較多。

3.2 方案比選分析

3.2.1 方案粗選分析

方案①與方案②對比分析可知：方案①井筒投資費用高出近280 萬元；兩者井下巷道及輔運設施投資基本一致；方案②所需工作人員相比較多，用人成本增加；方案②增加了一道轉運環節，輔助運輸用時長，效率較低；方案②不符合減人提效目標；方案①無架線觸電事故隱患，安全性高。綜合對比可知，方案①要優于方案②，可將方案②進行排除。

方案①與方案③對比分析可知：方案①井筒投資費用高出近280 萬元；方案①井下巷道投資要少近1500 萬元；方案①輔運設施投資少約1530 萬元；但是方案①初期投資較高；在運營成本上方案①與方案③相差不大；方案①無架線觸電事故隱患，安全性高。方案①與方案③可作為可行性方案進行進一步確認。

方案①與方案④對比分析可知：方案①井筒投資費用高出近280 萬元；方案①井下巷道投資要少近4000 萬元；方案①輔運設施投資高出近260 萬元；方案④中基于軌道運輸所需工作人員相比較多，用人成本大幅度增加；方案①無架線觸電事故隱患，安全性高；方案④不符合減人提效目標。可將方案④進行排除。

3.2.2 方案精選分析

從投資成本、運營成本及減人提效等方面可知方案①與方案③基本一致，現對兩者從通風、運距、管理和投資時間上進行全方面的分析。

通風方面：大南湖一礦理論設計風量較大，進、回風大巷斷面設計較大，對于方案①與方案③都沒有太大的影響。如果采用輔助運輸方案③，此時巷道順槽采用單軌吊輔助運輸時，膠帶順槽斷面可縮小1 m2，輔運順槽斷面可縮小2.6 m2。

運距方面：基于大南湖一礦千萬噸特大現代化礦井來講，其井田邊界如擴界的話，如輔助運輸距離增加超過6 km，那么此時無軌膠輪車運輸一趟時間僅需1 h，而單軌吊運行則需要2.8 h。

管理方面：從管理難易程度來看，方案①中統一為無軌膠輪車一種輔助運輸模式，輔助運輸管理較為容易，輔助運輸設備的調度較為便捷；而方案③中存在換裝環節，輔助運輸管理較難，輔助運輸設備的調度較為復雜，運輸效率偏低。

投資時間方面：方案①中無軌膠輪車等設備可隨煤礦的開采逐步購置，不需要一次性全部采購；而方案①中的軌道+單軌吊等設備投產時就需要進行驗收，必須在前期一次性投入，同時設備的安全與檢修復雜。

基于大南湖一礦千萬噸現代化高產高效安全煤礦的建設目標，方案①無軌膠輪車運輸方式更為合理、高效，因此大南湖一礦確定采用無軌膠輪車輔助運輸方式。

4 實踐應用效果分析

大南湖一礦采用無軌膠輪車輔助運輸方式，該運輸方案的安全性、可靠性較好。大南湖一礦輔助運輸最大班輔助運輸總量為247 t，井下最大班運送人員為155 人，每班凈運輸時間在5 h 以下，完全可以滿足該煤礦輔助運輸的需要。在實際運行中，無軌膠輪車輔助運輸方式表現出了靈活便利、運行高效的特點，對比軌道機車來講，其運輸效率提高了150%，運營成本較為理想，為實現高產高效安全的現代化煤礦奠定了基礎。