煤礦井下無軌輔助運輸技術(shù)現(xiàn)狀及展望

趙文波

（中煤華晉集團(tuán)王家?guī)X礦，山西河津 043300）

1 煤礦井下無軌輔助運輸概述

1.1 無軌輔助運輸系統(tǒng)的工作原理

防爆無軌膠輪車是煤礦井下無軌輔助運輸?shù)闹饕绞剑诰孪锏榔露容^小的礦井，可將人員、材料、設(shè)備等采用防爆無軌膠輪車直接運輸?shù)焦ぷ鞯攸c，減少運輸過程中轉(zhuǎn)換運輸環(huán)節(jié)，節(jié)約時間，提高效率。無軌輔助運輸系統(tǒng)的工作原理主要基于防爆柴油車和防爆蓄電池車等運輸設(shè)備。這些設(shè)備在地下巷道或采場內(nèi)，采用膠輪或履帶為行走機(jī)構(gòu)，以實現(xiàn)礦巖的自裝自卸。無軌輔助運輸系統(tǒng)具有安全、高效和人員數(shù)量少等優(yōu)勢，可提升輔助系統(tǒng)工作效率，并降低作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度。

1.2 無軌膠輪車輔助運輸系統(tǒng)的作業(yè)流程

（1）無軌膠輪車司機(jī)駕駛運輸車輛在存儲場地或車間，根據(jù)井下現(xiàn)場的需求選擇合適的車型進(jìn)行裝車、封車，然后將車輛駕駛至井口，安全員對入井車輛及司機(jī)進(jìn)行入井安全檢查，符合要求后司機(jī)方可駕駛車輛入井，實現(xiàn)高效運行。

（2）無軌膠輪車司機(jī)將車輛開至停車點停穩(wěn)，實現(xiàn)安全駐車后，主動下車，負(fù)責(zé)打開車門，待人員上車或下車后，關(guān)閉車門，確認(rèn)安全，發(fā)出警示后，方可再次開車，實現(xiàn)安全運行。

（3）從井口到井下各運輸卸車點或人員上、下車候車點，所有無軌膠輪車司機(jī)必須服從車輛調(diào)度中心集中調(diào)配，實現(xiàn)有序運行[1]。

1.3 無軌膠輪車的車型

目前，市場上常見的煤礦井下防爆無軌膠輪車，按照動力源劃分，主要有防爆柴油機(jī)無軌膠輪車和防爆蓄能電池?zé)o軌膠輪車兩種；按照車輛底盤形式劃分，主要有整體底盤無軌膠輪車、鉸接底盤車架防爆無軌膠輪車；按照傳動方式劃分，主要有機(jī)械傳動無軌膠輪車、液壓傳動無軌膠輪車；按照用途劃分，主要有運送人員的防爆無軌膠輪車、運輸材料（小型設(shè)備）的防爆無軌膠輪車、特種作業(yè)防爆無軌膠輪車等；運送人員的防爆無軌膠輪車根據(jù)生產(chǎn)廠家不同，準(zhǔn)乘人員也不同，常見的可乘5～29人不等；運輸材料（小型設(shè)備）的防爆無軌膠輪車，根據(jù)生產(chǎn)廠家不同，準(zhǔn)裝噸位也不同，常見的有可裝0.5～10t不等；特種作業(yè)防爆無軌膠輪車是指根據(jù)井下需要無軌膠輪車特殊作業(yè)的環(huán)境而研發(fā)生產(chǎn)的特種作業(yè)車輛，主要有支架運輸車、鏟（叉）運車、裝載車、平臺升降車、加油車、運送爆炸物品車、多功能遙控模塊車（根據(jù)需要，功能模塊可切換）、路面清掃車、巷道修復(fù)（破、挖、刨、銑）、專用牽引車等。常見的無軌膠輪車如圖1所示。

圖1 無軌膠輪車

2 煤礦井下無軌輔助運輸管理的技術(shù)及功能

煤礦井下無軌輔助運輸管理在實際的操作過程中主要借助軟件，在控制過程中通過屏幕地圖收集各個區(qū)域的相關(guān)資料，對車輛情況以及交叉路口的情況實時顯現(xiàn)。

2.1 巷道交通管理

首先，在該模塊的管理過程中，借助車輛定位軟件以及監(jiān)測器能夠?qū)囕v在煤礦井下的工作情況進(jìn)行實時監(jiān)測，明確車輛的運行速度。同時，能夠及時明確車輛的線路是否合理，對車輛路線進(jìn)行準(zhǔn)確規(guī)劃和引導(dǎo)。其次，通過對車輛運行數(shù)據(jù)的實時采集，并對區(qū)域內(nèi)車輛運行各數(shù)據(jù)信息的分析，判斷車輛是否在規(guī)定的速度內(nèi)。經(jīng)分析，如果判斷車輛速度過高，系統(tǒng)會智能地查詢車輛位置，并發(fā)出警告提示司機(jī)減緩速度[2]。最后，當(dāng)車輛在煤礦井下運輸環(huán)節(jié)中有大型車輛或者車輛面臨其他非常規(guī)情況時，指揮中心能夠開展調(diào)度工作，控制紅綠燈，實現(xiàn)對車輛的疏導(dǎo)，并借助語音通話系統(tǒng)提醒司機(jī)。

2.2 車輛運行信息管理

在智能煤礦無軌運輸輔助系統(tǒng)中，首先，可以對車輛運行工作的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，利用智能化的操作系統(tǒng)，管理人員能夠查詢車輛的具體信息，對井下工作車輛的關(guān)鍵部位溫度、工作速度等進(jìn)行精準(zhǔn)分析，并且對車輛的功能進(jìn)行查詢，提高車輛運行環(huán)節(jié)的安全性。其次，在對車輛運行信息進(jìn)行管理時，可以對車輛選定區(qū)間內(nèi)出車時間、次數(shù)、車輛運行公里數(shù)、油耗、發(fā)車時間以及違反行駛規(guī)則的情況進(jìn)行觀察。最后，在對車輛運行信息進(jìn)行管理時，可以對人員進(jìn)行定位，在確定位置的前提下，對行駛車輛上承載的人數(shù)進(jìn)行計算，明確每個人員的信息，方便指揮中心進(jìn)行查詢。除此之外，系統(tǒng)可參考人員定位分析車輛是否存在超載現(xiàn)象[3]。

2.3 聲光報警

首先，突發(fā)情況預(yù)警。在智能無軌輔助運輸模式中設(shè)置報警模式，在突發(fā)情況下指揮中心可以發(fā)布系統(tǒng)的救援指揮，根據(jù)具體的情況對各分站分別進(jìn)行“水、火、煤塵、瓦斯、頂板”等各類災(zāi)害事故的預(yù)警，在此基礎(chǔ)上播報避災(zāi)路線。其次，軌跡查詢。在聲光報警系統(tǒng)中，指揮中心可以對工作過程中的車輛運行路線及超速情況進(jìn)行查詢，在此前提下開啟分站指示燈系統(tǒng)，使井下車輛能夠按照避災(zāi)路線進(jìn)行行駛。最后，系統(tǒng)呼叫管理。在聲光報警系統(tǒng)中指揮中心工作人員還可以借助車輛語音通話系統(tǒng)對工作中的人、行駛的車輛、地面進(jìn)行呼叫，使整個區(qū)域接收相關(guān)的預(yù)警信息，提示地面監(jiān)控指揮人員及時提供救援。

3 煤礦井下無軌輔助運輸?shù)默F(xiàn)狀

3.1 無軌輔助運輸系統(tǒng)設(shè)計

煤礦井下無軌輔助運輸作為一種新型的煤礦技術(shù)，主要有以下幾個明顯的特點。首先，煤礦輔助運輸所處的工作地點較為分散，而且各種車輛的線路規(guī)劃比較復(fù)雜，運輸過程中需要解決的突發(fā)情況較多。其次，煤礦輔助運輸并不固定，會隨著礦井實際作業(yè)地點的變化作出調(diào)整，以適應(yīng)實際工作的需要。再次，煤礦井下無軌輔助運輸中各種車型和線路相互重疊或交叉。最后，在煤礦輔助運輸模式中，車輛運送物品的類型多樣，且形狀各異，再加上井下工作過程中巷道空間較小，存在煤塵、瓦斯等危險因素，使煤礦無軌輔助運輸面臨的環(huán)境往往比地面系統(tǒng)更復(fù)雜。

3.2 輔助運輸系統(tǒng)的信息化建設(shè)

為了便于指揮和調(diào)動車輛，加強(qiáng)駕駛員的協(xié)作，在無軌膠輪車上安裝車輛定位裝置，可實時掌握車輛的位置和動態(tài)。同時，為無軌膠輪車駕駛員配備語音裝置，車輛調(diào)度人員和指定人員可以隨時掌握車輛行駛和駕駛員執(zhí)行任務(wù)的信息，系統(tǒng)地協(xié)調(diào)車輛。

3.3 無軌輔助運輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

當(dāng)前，無軌膠輪車在傾角相比較小的煤礦中使用比較普遍，尤其是在傾角8°以內(nèi)的煤礦中運用相比較多。使用無軌膠輪車能夠?qū)⑷藛T、物料等運送至采煤工作面，具體的使用情況如下。

就當(dāng)前無軌膠輪車在礦井中的運用狀況來說，在10°范圍內(nèi)的斜坡上工作時，對無軌膠輪車行駛范圍內(nèi)縱向最大斜坡高度應(yīng)該限制在6°范圍內(nèi)。而如果在巷道底板比較平滑、整體結(jié)構(gòu)比較堅固，并且存在淋水的情況下，無軌膠輪車行駛的最大斜坡高度也需要適度減小。在底板相對疏松的前提下，橫向坡度應(yīng)該限制在5°范圍內(nèi)，巷道縱向坡度應(yīng)該限制在6°范圍內(nèi)，并且相應(yīng)的行車信號設(shè)備也應(yīng)齊全[4]。根據(jù)無軌膠輪車應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，其對巷道底板通常會形成很大的壓力差，約為0.3～0.7MPa，無軌膠輪車對巷道總體的不均勻性和軟硬程度都存在著較大的需求，對巷道底板質(zhì)量要求也相對較高。因此，如果巷道涌水量較大，底板巖性不良，則不適合應(yīng)用無軌膠輪車。通常情況下，巷道底板必須符合砂頁巖、砂巖等基底巖性相對較好的要求，方可通過混凝土進(jìn)行鋪底。無軌膠輪車在綜采工作面搬家或倒面過程中，必須對巷道底板進(jìn)行表面硬化。必要情況下，需要沿著巷道底層開挖下水溝或是在巷道的邊角地方設(shè)集水池。而如果巷道整體狀況比較松軟或破碎，則工程施工人員必須對巷道進(jìn)行鏟平處理，再重新鋪設(shè)砂卵石或加上墊板。

3.4 無軌膠輪車的實際應(yīng)用

在具體選用無軌輔助運輸設(shè)備工作時，要結(jié)合礦井自身條件，合理選擇輔助運輸設(shè)備。現(xiàn)在很多礦井在技術(shù)改擴(kuò)建過程中，為提高礦井的輔助運輸能力及效率，均在后期選擇無軌膠輪車作為新投用的輔助運輸設(shè)備，從而導(dǎo)致此類礦井存在有軌輔助運輸設(shè)備和無軌輔助運輸設(shè)備并存使用的現(xiàn)象，使礦井被立井罐籠和無軌輔助運輸設(shè)備共同使用。為解決有軌、無軌兩種輔助運輸設(shè)備并存使用過程中存在的問題，可以通過在井下建立轉(zhuǎn)換裝站，實現(xiàn)車輛間的快捷裝卸，從而有效保障井下輔助運輸系統(tǒng)連續(xù)運行。立井罐籠和無軌輔助運輸設(shè)備共同使用的礦井，要根據(jù)地質(zhì)條件及礦井井巷施工環(huán)境，合理選擇立井罐籠，提升機(jī)能力，合理選擇井下無軌輔助運輸設(shè)備的型號規(guī)格，盡量減少輔助運輸車輛和其他大型設(shè)備在運輸過程中的拆裝次數(shù)，以提升引進(jìn)新裝備后輔助運輸?shù)哪芰ΑＤ壳埃糠值V井采用單一的無軌膠輪車作為輔助運輸設(shè)備，但礦井受自身條件影響，運輸強(qiáng)度和運輸成本不斷提高。因此，可以在地面增加投料孔，將部分零散物料直接從地面投放到井下硐室，再用特種車輛將無軌膠輪車運輸?shù)绞┕さ攸c，提升運輸效率，降低運輸成本。

4 煤礦井下無軌輔助運輸技術(shù)的展望

未來，隨著我國互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高度發(fā)展，智慧礦山和礦山物聯(lián)網(wǎng)將在煤礦行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，以智能化互聯(lián)網(wǎng)平臺為依托，與礦山物聯(lián)網(wǎng)形成高度融合，提高煤炭行業(yè)日常工作的規(guī)范化程度，為煤礦日常工作以及井下無軌智能操作提供支持，重點對行駛的車輛、人和環(huán)境三大要素進(jìn)行自動化設(shè)計，提高整個運輸過程的智能化水平和信息化程度，將煤礦井下作業(yè)的各個業(yè)務(wù)流程聯(lián)系起來，形成“三橫四縱”的運輸體系。

大力推廣當(dāng)前安全高效礦井，并在工作過程中重視無軌膠輪車技術(shù)的改善，在井下輔助運輸沿線設(shè)置自主化區(qū)域控制設(shè)備及算法，用于運輸?shù)臋C(jī)車端設(shè)計要符合礦井實際的車輛算法，重視井下車輛在運行過程中的定位，將5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋整個區(qū)域，形成高度發(fā)達(dá)的車聯(lián)網(wǎng)，形成減人提速、科學(xué)閉環(huán)的煤礦作業(yè)智能輔助機(jī)制，并在我國大型煤礦企業(yè)推廣、普及。這將是煤礦無軌輔助運輸在未來的發(fā)展趨勢，也是必然選擇[5]。

無軌膠輪車輔助運輸系統(tǒng)，與常規(guī)的礦井輔助運輸系統(tǒng)手段相比，具有運營安全、移動靈活性、安全系數(shù)大、運營成本低等優(yōu)點。與常規(guī)的巷道內(nèi)運輸系統(tǒng)相比，無軌膠輪車輔助運輸系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)安全、移動靈活性、有效節(jié)省空間的優(yōu)勢。煤礦實行無軌膠輪車輔助輸送方法，降低了人員勞動強(qiáng)度，也減少了由于巷道寬度控制帶來的物料和裝備的外運問題，提高了煤礦安全生產(chǎn)能力[6]。針對煤礦井下無軌輔助運輸系統(tǒng)的特性，未來必須設(shè)計專門的管理系統(tǒng)，以確保無軌輔助運輸系統(tǒng)的順利運行。

5 結(jié)語

未來，煤礦發(fā)展要順應(yīng)智能化和現(xiàn)代化的潮流，對當(dāng)下煤礦井下無軌輔助運輸系統(tǒng)的科技化建設(shè)提出了更高的要求，必須有效結(jié)合技術(shù)發(fā)展的特點和現(xiàn)代化煤礦的規(guī)范流程，繼續(xù)引入各類新技術(shù)手段和更先進(jìn)的運輸設(shè)備[7]。合理的煤礦運輸系統(tǒng)可以有效提升煤礦開采的效益和產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)省不必要的成本支出。