礦井輔助運輸系統改造專項設計研究

馮立峰

（山西焦煤山煤國際東古城煤業，山西 大同 037100）

0 引言

山西山煤集團東古城煤業現為生產礦井，開采方式為地下開采，生產能力90 萬t/a，批準開采煤層為16～25 號煤層，批采標高+1060～+1330 m。目前，該礦井下采區輔助運輸系統還在沿用無極繩連續牽引的傳統輔助運輸方式，由于設備老舊、運力小、效率低下、維護量大等缺點，已經影響到礦井的生產能力提升。由井底車場至采區工作面巷道，需經多次中轉編列，此種方式需占用大量設備和勞動力[1]。

因此，目前急需改變現有輔助運輸方式，因地制宜地選用一種先進的且適合于本礦井的輔助運輸方式，提高生產效率和經濟效益，減少安全事故，使礦井輔助運輸系統達到連續、快捷、安全、高效目的。

1 礦井概況

1.1 井田開拓現狀

東古城煤業井田采用斜井開拓，布置一個工業場地、三個井筒，即主/副斜井和回風斜井。主斜井井筒內裝DTL120/100/4×710S（A）帶式輸送機和ZR127架空乘人裝置，擔負煤炭和人員提升任務，并兼做安全出口和進風；副斜井裝備JK-3.5×2.5/31.5 型單繩纏繞式提升機，擔負材料提升及進風任務；回風斜井擔負礦井回風和安全出口任務。由于是單一水平開拓，井下硐室和車場分布在25 號煤層底板，水平高程確定為+1150 m。

1.2 運輸系統現狀

1.2.1 煤炭運輸

井下煤流系統：工作面運輸順槽輸送機（DSJ100/80/2 ×250）→集中運輸巷輸送機（DSJ100/80/2×160）→主水平運輸大巷輸送機（DTL100/70/2×315）→主斜井輸送機（DTL100/70/2×500）→地面篩分系統。

1.2.2 輔助運輸

1）井下材料和設備輔助運輸采用無極繩牽引運輸方式。地面輔助材料及設備通過副斜井下放到井底車場，采用調度絞車將裝有輔助材料和設備的礦車牽引到輔助運輸大巷，再采用SQ-120/132 型無極繩連續牽引車運往采區運輸巷，采區運輸巷至回采工作面運輸順槽、采區掘進工作面均采用調度絞車運輸[2]。

2）下井人員從主斜井乘坐架空乘人裝置到達主斜井井底后，步行至工作面。

2 輔助運輸方式比選

2.1 繩牽引輔助運輸方式

2.1.1 簡述

基于設備、材料、矸石及填充物運輸已經選擇了無極繩連續牽引車和調度絞車相結合的方式，此方式可用于井下材料和設備的直達運輸，適用于井下各種平直巷或地面略有起伏的坡度巷道的軌道運輸，其中坡度傾角應≤25°。

繩牽引輔助運輸系統包括主機、電氣部分和鋼纜，其中，主機部分包括主絞車、張緊裝置、梭車、尾輪、輪組；電氣部分包括變頻調速裝置、無極繩綜合保護裝置、通信電路等[3]。

2.1.2 特點

1）可靠性高，操作簡單。由于采取的是機械傳動原理配合雙制動措施，全部采用按鈕控制，最大程度降低了對工人操作技能的要求。

2）適用范圍廣。牽引車能在井下各種平直巷道內使用。

3）布置模式多。系統可以布置成雙軌單運輸、三軌雙運輸、四軌雙運輸三種配置模式。

4）可實現巷道水平轉彎運輸。

5）容繩量大。采用機械式張緊裝置張緊鋼纜；采用導向輪分繩，有利于避免咬繩現象，減少鋼纜磨損；梭車采用儲繩結構，可減少有運距變化巷道的鋼纜浪費。

6）連續運輸。在區段內可以直達運輸，但是區段間可能存在轉載情況。

2.2 無軌膠輪車輔助運輸方式

2.2.1 簡述

防爆無軌膠輪車不僅有較完整的配套設備和各種運輸車輛，而且適用范圍和條件也不斷拓寬，可以涉及煤礦輔助運輸的各個領域，能夠滿足礦井對人員、材料、設備和物料的運輸需求，并可實現裝卸作業機械化。無軌膠輪車可分為以防爆柴油機為動力的膠輪車和純電動防爆膠輪車。

2.2.2 特點

1）設備簡單，運輸高效。防爆無軌膠輪車配套簡單，只要一人操作，運載過程中無須換裝，可以直接將貨物運達目的地。

2）載重量大。防爆無軌膠輪車運力強大，綜采工作面的所有設備均可直接運至切眼內，實現設備快速拆除、轉運和安裝。

3）減員增效。采用無軌膠輪車運輸方式，減少了專職運輸人員和采掘區隊輔助人員，只有膠輪車駕駛員在車內作業，降低了以往工作人員在外的操作的風險。

4）高投入帶來高產出。雖然前期投入巨大，但是高運力和高效率帶來的經濟效益是成倍增加的，往往可以通過租借膠輪車的合作模式來降低生產投入成本。

2.3 比選分析

根據礦井開拓方式，結合礦井主水平輔助運輸大巷斷面和傾角實際情況可知，主水平輔助運輸大巷巷道最小寬度4.0 m，局部最大傾角4°，現對采用繩牽引輔助運輸方式和無軌膠輪車輔助運輸方式進行如下比選分析。

2.3.1 運輸效率

采用無極繩牽引車運輸物料的平均速度為0.8 m/s，運行速度慢，運輸轉載環節多，從井底車場到工作面的運輸時間需要超過40 min，中間需要轉載，到工作地點還需要調度絞車協助運輸。

采用無軌膠輪車運輸物料和人員的平均速度為20 km/h（約合5.6 m/s），是無極繩連續牽引車運行速度的7 倍，并且運輸物料可直接運至作業地點，中間無轉載環節，有效提高了輔助運輸的效率。

2.3.2 工作人員勞動強度

采用無極繩牽引車的輔助運輸方式，每次運輸物料都需要配備跟車工，費工費時，管理復雜，工作效率較低。

而采用無軌膠輪車的輔助運輸方式，可以起到減員提效的作用，能為礦井實現高產高效提供可靠的輔助運輸保障。

2.3.3 工作面搬家速度和效率

采用無極繩牽引車的輔助運輸方式協助進行工作面設備搬家倒面，工作面搬家倒面一次所需時間40～45 d，并且在運輸過程中，軌道運輸環節多、系統復雜、工人的勞動強度非常大，全員勞動效率低下。

采用支架搬運車和鏟板式搬運車配合搬運設備時，支架搬運車每班可搬運5 架支架，工作面設備安裝一次所需時間25～30 d。

2.3.4 日常維護和保養

繩牽引設備分布在整個輔助運輸線路上，導致巡檢路線長、地點多；需要經常添加潤滑油脂等，導致日常維護工作量大；維護工作大多需要在井下完成，導致維護工作的難度大。

無軌膠輪車的日常維護和保養相對簡單，工作量小；可以升井檢修，降低了勞動強度。

2.3.5 噸煤成本

采用無極繩牽引輔助運輸方式下的年耗電量為1287768 kWh，噸煤電耗為1.43 kWh/t，用電成本約1.43 元/t；人工成本約為4 元/t。

采用無軌輔助運輸方式下的用電負荷的年耗電量為280753 kWh，噸煤電耗為0.31 kWh/t，用電成本約為0.17 元/t；人工成本約為1.6 元/t；油料成本約為1.25 元/t。

從噸煤成本上看，采用無軌輔助運輸方式比采用繩牽引輔助運輸方式噸煤節約成本2.41 元，每年節約輔助運輸成本216.9 萬元。

2.3.6 安全方面

采用繩牽引輔助運輸方式，每運輸一段距離后均需要駐車倒換鉤頭，易發生摘掛鉤傷人和連接不可靠造成跑車等事故。而采用無軌膠輪車的輔助運輸方式，一次裝車后直接運輸到工作面，避免了中間環節的安全風險。

2.3.7 輔助運輸能力提升空間

無極繩連續牽引車運輸系統的運輸能力是固定的，不能跟隨礦井產能提升而變化。無軌膠輪車輔助運輸方式運輸能力提升空間大于有軌方式，靈活經濟，可以與生產能力提升相適應。

3 實施方案

3.1 井下巷道分布

井田采煤工作面呈U 型布置，工作面運輸順槽和回風順槽，分別與主水平帶式輸送機大巷和主水平回風大巷相連，并通過盤區車場與主水平輔助運輸大巷相連，構成工作面的生產系統。輔助運輸計劃采用無軌膠輪車輔助運輸方式，結合礦井生產現狀及煤層賦存條件，其主要影響限制因素包括巷道底板條件、煤層條件及現有巷道斷面尺寸大小。為保證采區正常接替，礦井目前布置了兩個順槽綜掘工作面，分別為Z107 回采工作面運輸、回風順槽綜掘面，其中，圖1和圖2 為兩個順槽綜掘面的斷面圖。

圖1 Z107 運輸順槽斷面圖（單位：mm）

圖2 Z107 回風順槽斷面圖（單位：mm）

3.2 運輸線路

副斜井（JK-3.5×2.5/31.5 型單繩纏繞式提升機）→換裝硐室（HB16t 型防爆電動葫蘆）→主水平輔助運輸大巷（防爆無軌膠輪車）→Z107 掘進工作面運輸順槽/回風順槽（防爆無軌膠輪運車）→Z107 掘進工作面。

3.3 輔助運輸設備選型結果

輔助運輸設備的主要參數詳見表1。

表1 輔助運輸設備明細

4 結語

根據東古城煤業井田實際開拓情況，進行無極繩牽引輔助運輸方式和無軌膠輪車輔助運輸方式的實用性探索，通過對運輸效率、工作人員勞動強度、設備搬家速度和效率、日常維護保養、噸煤成本、安全方面、輔助能力提升空間七個方面的比較分析，得出該礦井下輔助運輸方式更適合采用無軌膠輪車輔助運輸，不僅能提高礦井的生產和運輸效率，而且為礦井的安全生產提供了保障。使用無軌膠輪車后，減少了運輸環節和事故點，起到了減員提效的目的，同時也能為工作面快速安裝創造優越的條件。