无轨胶轮车在煤矿辅助运输系统中的应用

李竹年

(中煤新集能源股份有限公司 刘庄煤矿， 安徽 阜阳 236200)

0 引言

煤矿辅助运输的主要任务是运送除煤炭以外的其他物料和人员等。随着大型矿井的建设发展，煤矿装备的科学技术水平在不断提升，煤矿井下作业逐渐向机械化、自动化发展，煤矿机械化开采水平有了很大提高。为充分发挥大型机械设备的技术性能，提高设备的利用率，选用科学合理的辅助运输方式，缩短辅助运输时间是现代化高产高效矿井必须解决的问题。

井下无轨胶轮车与传统的煤矿井下有轨辅助运输相比，有着机动灵活、速度快、效率高、爬坡能力强、安全性能好、用人少等一系列优点，是煤矿辅助运输的发展方向，能为实现矿井高产高效创造条件[1]。刘庄煤矿作为国家大型现代化矿井，辅助运输系统采用有轨辅助运输，使用防爆特殊型蓄电池电机车、1.5 t固定车箱式矿车与平巷人车作为主要运输设备。随着矿井开拓距离的不断延伸，现有的有轨辅助运输方式存在的效率低、换装环节多等一系列弊端也逐渐显现，这些弊端严重制约着矿井高产高效发展水平。因此，迫切需要改变现有的辅助运输方式，以适应矿井发展需要。而无轨胶轮车正好能够弥补有轨辅助运输系统的不足，实现更加高效、便捷、安全的生产作业，提升生产效率，为煤矿企业创造更大的经济效益[2]。由此，本文就无轨胶轮车辅助运输在刘庄煤矿的探索应用进行研究，结合实际情况，列举出无轨胶轮车辅助运输方式改造方案，对主要技术经济指标进行计算分析，并提出意见与建议，为提高矿井生产效率与新建矿井辅助运输方式的选择提供新思路。

1 改造的可行性分析

1.1 矿井概况

刘庄煤矿于2003年初开工建设，2007年6月23日正式投产，矿井2013—2017年实际生产煤炭约9.0 Mt/a。井田东西走向长16.0 km，南北倾斜宽3.5～8.0 km，面积82.2 km2，一水平剩余服务年限约27 a。矿井分为东区和西区两部分，东区工业场地设有主井、副井及矸石井提升系统，西区工业场地设有西区进风井提升系统。

1.2 辅助运输系统概况

矿井建设之初，石门及大巷采用蓄电池电机车牵引矿车运输，上山采用滚筒绞车，工作面采用无极绳连续牵引车，中部车场采用小绞车调度。

东区设置矸石井，大巷及采区巷道掘进矸石由矿车运输至翻矸机硐室，然后进入矸石系统由矸石井提升至地面；西区大巷及采区巷道掘进矸石由矿车经西进风井提升至地面。高抽巷掘进矸石进入主煤流系统，与煤炭一并提升至地面。

2013年矿井引入单轨吊车，并逐步在西区采区内实施。目前，西区各采区和东区东一采区已实现了采区内单轨吊运输，有效减少了环节及作业人员，提高了效率，提升了效益。

2014年开始对矸石运输系统进行改造，矸石由矿车运输变更为带式输送机连续运输，矸石与煤炭分时分运，实现煤矸分离。矸石运输系统改造后，大幅度减少了辅助运输量，提升了效益。

目前，东、西区运输系统基本独立，日常材料、大型设备及人员均由东、西区分别下井。东西区之间由轨道大巷联络，电动机、水泵等小型设备需由东区下井后运至西区，西区杂物需运至东区升井，每班有50余人需由东区至西区跨区作业。石门及大巷均采用蓄电池电机车运输。东区采区上山均采用滚筒绞车提升物料，人员运输采用架空乘人装置，走向长壁工作面顺槽采用无极绳连续牵引车运输，倾斜长壁工作面顺槽采用单轨吊运输。西区采区内已实现单轨吊运输。

1.3 改造的必要性

通过近几年的系统改造，辅助运输效率得以提升，但随着矿井的开拓延伸，矿井辅助运输系统仍存在以下突出问题：

1) 远距离运人问题。东区副井井底至东三东采区下部车场距离为6.0 km，工人从井口至工作面单程时间约为2 h，工人路途消耗时间长，有效作业时间短，作业效率低。西四采区开采时，大巷长度也将达到6.0 km，同样存在远距离运人问题。

2) 环节多、效率低。东区采区上山采用滚筒绞车提升，中部车场采用小绞车调度，顺槽采用无极绳连续牵引车运输，环节多、效率低；西区采区内采用单轨吊连续运输，但大巷与采区之间仍需换装，不能实现直达运输。

3) 工作面安撤时间长。根据目前的运输方式，综采大件运输速度慢。西三11-2煤采区及西四采区辅助运输系统改造后，可实现液压支架整架直接运至工作面，减少倒转环节，可提高运输速度，为工作面设备安、撤节约时间。

4) 可建立井下快速通道。东西区井底距离约3.3 km，目前东西区联络大巷采用电机车运送跨区作业人员和部分材料配件，进行辅助运输系统改造后，可快速运送人员和小型材料，形成东西区井下快速通道。

综合上述分析，刘庄煤矿现有的辅助运输系统与国内高效辅助运输系统尚有差距，与刘庄煤矿安全高效现代化千万吨矿井的定位不协调、不匹配。因此，辅助运输系统的改造和继续优化是必要的。随着矿井的开拓延深，辅助运输效率低下将成为制约矿井产量及企业效益的瓶颈，本次辅助运输改造可为高水平、高效辅助运输系统实施积累经验。

1.4 改造的可行性分析

无轨胶轮车是目前最先进的辅助运输方式，具有运输速度快、灵活、高效的优势，在国内新建大型矿井得到广泛使用，下文就刘庄煤矿辅助运输系统进行无轨胶轮车运输改造进行论证。

1.4.1 东区改造的可行性分析

1) 井筒及煤层赋存条件。东区副井罐笼尺寸较小，不能满足胶轮车升降,若采用无轨胶轮车，需在井底及采区车场进行两次换装，环节多；东区煤层倾角均在15°左右，胶轮车无法直接进入工作面。

2) 改造的可行性分析。因东区各采区煤层倾角较大，胶轮车无法进入工作面，采区内推行单轨吊运输是适宜的。东区石门及大巷均为水平巷道，能满足胶轮车运输需要，能发挥胶轮车速度快的特点，提高运送效率，减少作业人员路途时间。副井罐笼尺寸较小，若采用无轨胶轮车运输设备及材料，需在井底及采区车场进行两次换装，运输环节增多。目前矿井已实现煤矸共用带式输送机运输，电机车能满足东区设备及材料运输需求。因此，材料及设备运输采用无轨胶轮车虽然是可行的，但意义不大。

1.4.2 西区改造的可行性分析

1) 井筒及煤层赋存条件。西区进风井能满足5 t胶轮车的直接升降。西一采区煤层倾角13°～15°，胶轮车不能直接进入工作面；西三11-2煤采区和西四采区各煤层倾角在2°～8°之间，局部在10°左右，可实现胶轮车至工作面的直达运输。

2) 改造的可行性分析。西一采区煤层倾角较大，采区内采用单轨吊运输是适宜的，西进风井井底至西一采区上山下部车场距离为2.0 km，运输距离较短；改用胶轮车运输的意义不大；西三11-2煤采区和西四采区各煤层倾角较缓，胶轮车可直接进入工作面，可减少运输环节，提高运输效率。

根据以上分析，石门及大巷、西三采区具备无轨胶轮车改造的可行性，东区和西一采区煤层倾角大，胶轮车无法进入工作面。

2 辅助运输系统改造方案

结合矿井生产规划、井筒及煤层赋存条件，为减少运输环节、提高运输速度，改造方案论证如下：

1) 东区的东三东采区运人采用无轨胶轮车，提高人员运输速度，东区材料和设备仍采用有轨运输是适宜的。

2) 西区在西三11-2煤采区可实现胶轮车的直达运输，减少运输环节，提高效率；西四采区大巷接于西三采区大巷，西三采区进行无轨化改造后，无轨胶轮车可直接进入西四采区。

3) 东一、东二和西一采区距离井底近，且胶轮车无法进入工作面，改造意义不大。

综合以上情况，提出改造方案如下：

1) 东区运人实现无轨胶轮车运输至东三东采区下部车场，东区材料及设备仍采用轨道运输；西三11-2煤采区实现无轨胶轮车直达运输，东一、东二和西一采区仍采用轨道运输；东、西区联络大巷运人实现无轨运输，材料及设备仍采用轨道运输。

2) 东区存在有轨和无轨两种运输方式，为减少干扰，采取分时运送的原则，同时设置有监控及调度系统，能满足辅助运输系统协调有序运行。西区的西一和西三采区辅助运输系统基本独立，通过合理组织及调度可保障协调有序运行。

3 劳动定员及改造实施规划

3.1 劳动定员

东区采用无轨胶轮车运人后，不增加胶轮车司机，由原运输区电机车司机兼任，一岗多能，在人员运送期间驾驶胶轮车，在物料及设备运输期间驾驶电机车。西三11-2煤采区改造为无轨胶轮车运输后，由原运输区人员负责驾驶及检修任务，一岗多能，不增加人员。

西三11-2煤采区因胶轮车直接进入工作面，按1个回采工作面，3个掘进工作面考虑，可减少采煤工作面顺槽及掘进工作面辅助运输人员23人。同时，西区钉道队减少人员12人，共计减少辅助运输人员35人。

3.2 改造实施规划

根据矿井接续规划，西三采区13-1煤预计于2020年4月回采结束，11-2煤于2022年5月开始回采(该煤层胶轮车可直达工作面)。

根据矿井接续规划和急需解决东三东采区远距离运人的现状，本项目规划3年完成:

1) 第一年完成东区中央轨道石门、东三轨道大巷、东西区轨道大巷的铺底硬化；胶轮车存放及检修硐室的施工；购置部分人员运输车辆，设置东区车辆监控系统。实现东三东采区快速运输人员，东西区互联互通。

2) 第二年完成西区二号轨道石门、西三轨道大巷的改造；购置西三采区人员运输车辆和小型设备及材料运输车辆，完成西区车辆监控系统；完成西区地面胶轮车库和场地硬化改造。实现西三采区无轨胶轮车至11-2煤掘进工作面的直达运输。

3) 第三年完成大型设备组装及换装硐室，购置大型无轨胶轮车。实现西三11-2煤采煤工作面液压支架的整体直达运输。

3.3 改造实施方案

1) 巷道改造时，先进行整道，保障辅助运输不间断。铺底作业采取与辅助运输分时集中作业的方式。首先对生产中掘进工作面集中备料，满足3～5 d的使用需要，保证正常生产用料不受影响，再集中对巷道进行铺底改造。另外，矿井每年停产检修两次，每次10～15 d，充分利用检修时间集中对巷道进行铺底改造。

2) 电缆改造集中在检修班进行。制冷管路改造在非制冷季节完成。

3) 摇台和罐笼的更换，在矿井停产检修期间完成。

根据以上实施方案，辅助运输系统改造对矿井正常生产影响较小[3]。

4 投资估算

系统改造项目总造价7 897.85万元，其中：井巷工程费3 039.22万元；土建工程费245.61万元；设备购置费3 614.64万元；安装工程费232.33万元；工程建设其他费用611.18万元；基本预备费154.86万元。

根据项目实施计划，分年度投资见下表。

分年度投资计划表 万元

5 改造效益分析

根据拟定的改造方案，辅助运输系统改造完成后，利润总额增加62.28万元/a，所得税为15.57万元，净利润为46.71万元/a。

无轨胶轮车具有运输速度快、效率高、适应性强等优点。除正常完成辅助运输任务，减人提效外，还具有其他几方面的效益:

1) 作业人员路途时间缩短，班中有效作业时间增加，生产效率得到提升。[4]目前东三东采区作业人员单程路途时间为2 h，采用无轨胶轮车运输后，单程路途时间可节约35 min，路途往返时间减少70 min，班中有效作业时间增加70 min。东三东采区作业人员约为240人，增加的班中有效作业时间折合成工时为105人/a，按在籍系数1.4、井下人均工资薪酬水平7.68万元计算，年节约费用1 129.0万元。西三采区和东西区跨区作业人员按路途往返时间节约25 min计算，折合工时的年节约费用为451.6万元。年总节约费用达1 580.6万元。

2) 实现工作面快速安撤。目前，安装或撤出一个工作面的时间约为2～3个月。西三11-2煤采区辅助运输系统改造后，可以实现液压支架的整体直达运输。根据无轨胶轮车使用经验，工作面安装或撤出时间预计节约30 d，缩短从事生产准备的综采安装队及生产准备队工作时间。综采安装队定员110人，生产准备队定员40人，总定员150人。综采工作面安装或撤出一次节约30 d，折合用工工时为14人/a，则每个工作面安装及撤出可节约人工费用215.04万元。

3) 提高掘进单进水平，为减人提效创造了条件。实现无轨胶轮车运输后，远距离运人时间缩短，职工班中的有效作业时间增加，掘进单进水平得以提高，为矿井减人提效创造了条件。

4) 提高矿井抢险抗灾能力。无轨胶轮车运输速度快，可实现应急物资的快速配送、应急抢险期间的快速运输，满足人员撤离需要，提高矿井安全保障能力及抗灾抢险能力。

5) 巷道布置更加灵活。采用无轨胶轮车后，巷道坡度可根据岩性、构造情况及工作面位置进行调整，巷道布置更加灵活，有利于避开断层等构造，减少联络巷及巷修工程量。

综上所述，采用无轨胶轮车远距离运人，虽然改造的前期投资大，但是能够减少矿井的人工成本，降低职工劳动强度，减少入井时间，有利于职工身心健康，减少人员流失，保障矿井稳定健康发展。

6 结论

刘庄煤矿现有辅助运输系统环节多、效率低，进行无轨胶轮车改造后，可解决矿井远距离运人路途时间长的突出问题，节约人员运送时间。适宜条件采区可实现胶轮车直达运输，提高运输效率，实现减人提效。经综合分析，无轨胶轮车改造，方案是可行的。

建议提前筹划改造期间的施工组织，保障矿井生产与改造协调、有序进行； 提前做好无轨胶轮车运行及管理的技术储备工作； 做好无轨与有轨系统的组织协调工作。后续采区设计时，可考虑邻近煤层采用巷道折返式布置辅助运输系统，服务多个煤层，实现煤层倾角较大采区无轨胶轮车连续直达运输[5]。