煤矿辅助运输方式转变的可行性研究

2018-09-10王少青

河南科技 2018年29期

关键词：煤矿

王少青

摘要：王庄矿风井辅助系统采用无极绳循环绞车、调度绞车和无轨胶轮车混合运输的方式。但是，由于王庄煤矿风井地质条件较为复杂，这种方式在使用过程中出现了诸多弊端，直接影响王庄煤矿辅助运输的健康发展。为此，本文对风井辅助运输进行优化设计。

关键词：煤矿;辅助运输;无轨胶轮车

中图分类号：TD525文献标识码：A文章编号：1003-5168（2018）29-0092-03

Abstract： The auxiliary air shaft system of Wangzhuang Mine adopts the mode of endless rope circulation winch， dispatching winch and trackless rubber-tyred vehicle mixed transportation. However， due to the complex geological conditions of the ventilation shaft in Wangzhuang Coal Mine， there are many drawbacks in the use of this method， which directly affects the healthy development of auxiliary transportation in Wangzhuang Coal Mine. Therefore， this paper optimized the design of auxiliary air shaft transportation.

Keywords： coal mine;auxiliary transportation;trackless rubber wheeled vehicle

目前，潞安集团王庄煤矿（以下简称“王庄煤矿”）风井辅助系统采用无极绳循环绞车、调度绞车和无轨胶轮车混合运输方式。而由于王庄煤矿风井地质条件较为复杂，无轨胶轮车在运输过程中出现了诸多弊端，直接影响王庄煤矿辅助运输的健康发展。为此，本文对风井辅助运输进行优化设计。

1 目前我国煤矿辅助运输设备应用概况

目前，我国煤矿辅助运输技术发展极不平衡[1]。随着综采、综掘等现代化煤机装备的快速发展，辅助运输的滞后已经严重制约部分大型煤矿的生产，成为煤炭生产的薄弱环节。对于国内煤矿的辅助运输系统，除少数几个煤矿采用柴油机胶套轮齿轨卡轨车和无轨胶轮车等新型高效的辅助运输设备外，大部分矿井的辅助运输系统仍然相当落后，还在延用无极绳、小绞车等多段分散落后的传统辅助运输方式，运输环节多，系统复杂。

我国煤矿辅助运输机械化起步较晚，直至20世纪70年代后期才开始这方面的研制工作。到目前为止，我国已先后研制成功并定型生产了一些新型高效的煤矿辅助运输设备，如柴油机单轨吊、绳牵引卡轨车、柴油机胶套轮齿轨卡轨车、无轨胶轮车及新近研制成功的无极绳巷道连续牵引车等。有些设备如柴油机胶套轮齿轨卡轨车、无轨胶轮车和巷道连续牵引车，在我国很多煤矿生产实践中已经得到了推广应用，并产生了巨大的经济和社会效益。部分设备的主要技术性能也达到了国外同类产品的国际先进水平。但总体来看，设备种类还未形成系列产品，产品质量也不稳定，某些技术性能尤其是可靠性有待进一步提升。另外，有些关键部件如防爆低污染柴油机还不过关，油泵、油马达等也还需要从国外进口，设备的制造成本较大、销售价格偏高，妨碍了辅助运输设备的推广应用。

2 王庄煤矿辅助运输辅助运输方式与存在的问题

2.1 辅助运输方式

按照高标准、高起点、高产高效模式，矿井辅助运输系统主要应满足以下要求：减少辅助运输环节及转运次数，减少辅助运输人员，提高运输效率。本矿井煤层为近水平煤层，主要巷道均沿煤层布置，锚网支护，坡度一般在5°以下，回采工作面采用大功率采煤机回采，巷道为综合机械化掘进、机械化程度高、工作面掘进速度快，用人、用料数量少。根据上述特点，需要一种方便、灵活、快捷的辅助运输方式与之配套，以实现井上下直达运输。

无轨胶轮车运输在国内外已得到广泛推广和应用，王庄煤矿周边多个矿井辅助运输均采用无轨胶轮车运输方式[2]。

由于副井采用立井开拓大件设备无法直接通过胶轮车下井，因此还需要采用有轨系统将设备运至井下换装到无轨胶轮车。结合本矿井的具体特点，设计确定井下輔助运输方式为有轨无轨相结合，以无轨胶轮车运输为主，有轨运输为辅的辅助运输方式。井底车场水平蓄电池机车大巷以有轨蓄电池机车运输为主，81采区大巷及工作面确定以无轨胶轮车运输为主。71采区煤层起伏大，倾角大，适合采用无极绳连续牵引车运输。

本矿辅助运输81采区采用无轨胶轮车，71采用无极绳连续牵引车运输方式。

2.2 辅助运输系统

2.2.1 井下矸石。矿井生产期间，井下巷道以煤巷为主，几乎没有岩石巷道，对于个别工程中产生少量矸石，原则上矸石不升井，用无轨胶轮车运至废弃联络巷或进行煤矸置换（专门煤巷，然后以矸石充填）。保险起见，矿井配备了矸石运输车，副井提升系统设计时考虑了一部分矸石的提升问题。

2.2.2 材料运输。材料及小型设备在地面装入矿车后，通过罐笼下井，经过辅助运输大巷运至工作面。为降低运输成本，在大量设备、材料运输时可采用矿车直接运输到井底换装，然后换装到无轨胶轮车。

2.2.3 人员运输。井下工作人员经罐笼下井后，可以乘无轨人员运输车直接运至工作地点;在人员集中时可以乘平巷人车运至回风立井井底车场处，然后再换乘胶轮车。

2.3 辅助运输设备

井下辅助运输采用有轨无轨相结合的辅助运输方式。根据巷道布置与支护方式及采掘进度，矿井投产时，为1个大采高综采工作面、4个掘进工作面，矿井生产能力3.0Mt/a，年巷道掘进工程量约12 000m，其中大部分为顺槽工程量，锚网支护。掘进工作面出煤，经其配套的胶带输送机，转载到各分煤层胶带输送机大巷，汇入主煤流系统。

井下蓄电池电机车用于井底车场中，连接井筒和大巷，选择CTL15/9GP矿用防爆特殊型蓄电池电机车3台，2台使用，1台备用。

蓄电池电机车粘重P=15t，牵引力18.93kN，长时制速度12.8km/h，装备ZQ-30B型牵引电机（30kW）2台，DG-440-KT型蓄电池组电压192V，容量560Ah。

井底车场巷道运输轨型选用38kg/m的钢轨，钢筋混凝土轨枕碎石道床。

2.3.1 胶轮人员运输车。矿井采掘工作面数共5个，其中为1个大采高综采工作面、4个掘进工作面生产。井下最大班下井人员为92。为节省路途时间，提高工效，选取无轨胶轮车人车10辆。同时，为满足零星人员及货物下井需求，配WC24RE（A）胶轮人员运输车8辆和WC7RE防爆柴油人车2辆。

WC24RE（A）胶轮人员运输车性能及参数如下。额定载人数：24;发动机功率：66kW;传动方式：液力机械传动、四轮驱动;启动方式：气启动;爬坡能力：14°;最高行驶速度：30km/h;最小接地间隙：280mm/215mm;最小转弯半径：6 600mm;外形尺寸：7 085mm×1 880mm×2 100mm;机车自重：8.1t。

WC7RE型7座人员运输车运输车性能及参数如下。额定载人数：7人;发动机功率：66kW;传动方式：液力机械传动、四轮驱动;启动方式：气启动;爬坡能力：14°;最高行驶速度：42km/h;最小接地间隙：220mm;外形尺寸：5 400mm×1 880mm×1 910mm;机车自重：4t。

2.3.2 支架及大件设备运输车辆选择。为实现采煤工作面快速搬家，满足最大件重量及保持车辆正常循环的需要，选用80t支架铲车及40t支架拖车以满足支架、采煤机等大件的运输。

根据一套采煤工作面设备配置，液压支架为134架，其他需要支架车搬运大件设备约50件，共184件次，按工作面搬家时间14d考虑，每天3班作业，拖运车水平路面最大速度20km/h，满载理想速度11.5km/h。按重载速度5km，空车速度10km/h，平均单趟来回，需要1.5h，经计算，井下需铲车（工作面安装用）2辆、支架拖车2辆。

此外，为保证工作快速搬家，节约时间，在配备支架搬运车的同时，还应配套配备不同吨位的铲运车，以搬运刮板机头、转载机、自移机尾、移变设备、泵站等中小型设备。根据调研配比数据及本矿井设备配备情况可知，本矿需WC80Y铲板车2台。

WC80Y型支架搬运车性能及参数如下。额定功率：260kW;载重量：80.0t;外形尺寸：10 590mm×3 970mm×2 190mm;爬坡能力：纵向13.6°;最小转弯半径：内径3 850m，外径8 168m;离地间隙：220mm;整车质量：46.5t。

2.2.3 物料及普通设备运输车辆选择。矿井正常生产时为每日三班运输。根据运量、井下的路况等因素，每班运输的车次数量如表1所示。

由表1可知：矿井普通辅助运输量为24车/班，考虑10%的运输备用量，即按27车/班配备运输车辆，井下每班净运输时间按5h计。根据初期单程最大运距6 000m（副立井井底至采煤工作面）、重车行车速度15km/h，空车行车速度25km/h，则往返一次的净时间为0.6h，井下卸载及等车时间按20min/次计算，地面装车及运行时间为20min，则往返包括装车、卸载、等车等循环一次的时间共需要1.3h，则每辆车每班往返5/1.3=3.8次。经计算，每班最小需要27/3.8=7辆车，设备维修、备用7辆计。

2.4 现有运输系统存在问题

①运人效率低。目前，胶轮人车每辆车只能载24人，共有10辆车，往返时间约为70min，在交接班人员高峰期间不能及时把人员运走，人员滞留时间较长，严重影响职工上下班情绪。

②物料运输换装环节复杂，占用时间长，人员投入大，运输效率低。

③胶轮车日常保养、维护量较大，且配件费用较高。

④日常耗油量比较大，使用费用较高。

3 +540水平辅助运输方式选择

根据王庄煤矿+540水平巷道的布置、支护方式、顶底板岩性、断面、坡度、服务年限及井下辅助运输量、运输距离、矿井产能提升等因素，适宜本矿+540水平辅助运输方式仅有单轨吊运输。

单轨吊辅助运输，对巷道断面要求不大，对现有巷道的适应性强，且不影响其他设备的运行，在井下运输能力有限的条件下，有效增加了煤矿井下的运输能力，成为煤矿井下运输的极有力的补充，具有“充分利用巷道空间”“运行安全高效”的突出特点。单轨吊车不仅具有运输功能，在井下还具有吊装设备的功能，属于一体多功能型设备，较其他辅助运输设备有很大的优越性。

经反复调研、讨论，并借鉴山西潞安集团兄弟矿井现有成熟的井下辅助运输方式，拟采用蓄电池单轨吊和柴油机单轨吊运输作为+540水平辅助运输系统，具有如下特点。

①运行安全可靠，不跑车、不掉道、运行速度快，能实现材料、设备从+540水平井底车场直至工作面不经转载的直达运输，适合在+540水平大巷和采区运行[3]。

②爬坡能力强，牵引力大，载重量大。能在起伏坡度较大和弯道道岔较多的情况下行驶。能实现重型物料如重型液压支架的整体搬运，对散料长材能进行集装运输。

③驱动方式简单，故障率极低。单轨吊主要是通过4对摩擦轮夹住一根悬吊在巷道顶板上的轨道来实现前后運动;摩擦轮的驱动力是由1台调速电机和齿轮减速器来完成;摩擦轮的夹紧力由1根液压缸的拉力来提供。变频调速系统主要由变频器、电动机和工作机械等装置组成。

④维护简单，费用低。蓄电池单轨吊机车每天的维护就是充电和日检（检查螺栓是否松动，液压油是否漏油等，闸块是否脱落），每周进行周检，检查驱动轮是否磨损，关键连接部位结构件是否有磨损等。每月进行一次月检（更换液压油，更换驱动轮等视情况而定），年均维护费用仅十万元左右。

⑤有比较完整的配套设备和运输车辆，能满足人员和多种材料设备的运输需要，可实现装卸作业机械化。

⑥蓄电池为动力源，没有尾气排放，有利于井下空气质量的改善。

4 结论

王庄煤矿+540水平的辅助运输系统推荐选用蓄电池单轨吊+柴油机单轨吊运输。

①+540水平材料、设备运输方案。副立井（双滚筒提升机）→+540水平井底车场（电机车）→+540水平辅助运输大巷（单轨吊）→工作面顺槽（单轨吊）→工作面。

②+540水平人员运输方案。副立井（双滚筒提升机）→+540水平行人巷（电机车）→+540水平辅助运输大巷（架空人车）→工作面顺槽（单轨吊）→工作面。

王庄煤矿矿井井型适中，煤层倾角较缓，地质条件适合单轨吊的使用。结合潞安集团兄弟矿井使用单轨吊辅助运输的成功经验，王庄煤矿+540水平单轨吊辅助运输系统必将取得良好的效果。