潞安王庄煤矿辅助运输系统能力量化分析方法实例研究

赵玉栋

(中国煤炭科工集团 北京华宇工程有限公司，北京 100120)

1 王庄煤矿+540m水平辅助运输概况

潞安王庄煤矿被誉为“中国煤炭工业现代化的发祥地”、“中国煤炭战线的一盏明灯”，先后荣获130多项国家和省部级荣誉[1]。近年来，王庄煤矿在开发其+540m水平时，井下出现了材料、设备等“供不应求”的现象，生产受到辅助运输“瓶颈”问题的严重影响，最终导致工作面衔接紧张。为了找到问题症结，文章从源头开始对辅助运输的诸多影响因素进行了量化分析和计算，为王庄煤矿下一步对辅助运输的改造和优化理清了思路。

1)王庄煤矿+540m水平系统介绍。+540m水平属综合开拓方式，全水平设置一处工业场地和后期北栗风井场地，一组水平大巷沿井田内部的太长高速从东北向西南向延伸至井田边界，并通过暗斜井与上水平(+630m水平)联系。+540m水平划分为71采区、81采区、91采区，采用长壁综采放顶煤一次采全高采煤法[3，4]。

2)王庄煤矿+540m水平采掘分析。+540m水平共规划29个回采工作面，其中6个工作面已经回采结束，目前形成了最多4个工作面回采、1个工作面安装、20个掘进工作面的局面。

2 王庄煤矿+540m水平辅助运输设备分析

+540m水平辅助运输系统涉及暗斜井提升系统、 71采区辅助运输系统、 81采区辅助运输系统和91采区辅助运输系统，辅助运输设备及服务范围见表1。

表1 +540m水平井下辅助运输设备及服务范围

从表1可见，井下目前存在蓄电池电机车、无轨胶轮车、无极绳连续牵引车、单轨吊、卡轨车等共计9种类型辅助运输设备，基本涵盖国内较为先进的辅运装备。

目前+540m水平的生产以91采区为主，主要运输路线为：①设备(含支架)、一般材料等物料，罐笼(副立井)→蓄电池电机车(蓄电池电机车辅助运输大巷)→绳牵引卡轨车(辅助运输巷2)→单轨吊(换装车场)→工作面；②人员，罐笼(副立井)→蓄电池电机车(蓄电池电机车辅助运输大巷)→无轨胶轮车(辅助运输大巷1)→北栗进风井底附近，之后步行到工作面。

3 王庄煤矿+540m水平物料需求分析

辅助运输对象主要有：将巷道支护材料从地面运到采掘使用地点，把支架、设备等运送到工作面，把待修理(或者待回收)的支架、设备从工作面运到地面，把从工作面采掘下来的矸石运送到地面，以及部分材料、设备在井下的周转使用等。

3.1 掘进工作面物料分析

+540m水平以工作面巷道全煤巷掘进为主，支护方式为“锚杆+金属网+锚索”，少数硐室掘进为岩巷及半煤岩巷，经计算，每米典型巷道消耗锚杆18.75套，锚索1.875套，金属网68.625kg，钢筋托梁104.92kg，混凝土体积2m3。单套锚杆的重量计算见表2，单套锚索的重量计算见表3。

表2 单套锚杆材料计算

备注：标准MT 146.2—2011，规定厚度不小于6mm。

表3 单套锚索材料计算

注：标准MT 942—2005，GB/T 5224—2003。

3.2 回采工作面物料分析

回采工作面正常生产时常遇见的问题有：片帮、漏冒顶、遇断层、支架下陷、工作面积水、夹矸严重采煤机截割困难、歪架、倒架、单体支柱失效等，需要材料设备的协调处理，另外，工作面到达止采线进行收尾工作时，需要锚喷护和铺网等辅助材料。一般工作面正产生产时常用的有原木、半圆木、方木、逼帮板、斜板等，在开切眼和收尾时常见的有锚杆、锚索、金属梁、金属网、喷射混凝土等[5，6]。作者从现场收集最近3个月的消耗汇总和单日消耗量分析对比，将特殊情况下的材料消耗进行了均化处理后，回采工作面常用材料消耗量为：半圆木1～2车，道木1～2车，斜板1～2车，料石3～4车，水泥10车，河北砂5车，其它零星物资如工具、零配件、工作面止采及密闭等耗材平均15车。

3.3 矸石运量分析

潞安集团下属各煤矿工作面布置多采用“U+高抽巷”布置形式[7]，高抽巷是井下矸石的主要来源。王庄煤矿+540m水平高抽巷为半煤岩巷，掘进断面10m3，日进度为6m，井下目前共计2条高抽巷掘进，则矸石量为6×10×2×0.3×2.4=100t/d(0.3为矸石所占实际比例)，考虑其他地点如硐室、风桥立交等合计实际井下矸石量为110t/d。

3.4 井下人员分析

统计目前王庄煤矿单班下井人数700人，其中采掘区域人员420人，占总人数比例60%；辅助运输巷道180人，占总人数比例40%；交接时总人数约900人，采掘区域人员450 人，占总人数比例50%；升入井巷道360人，占总人数比例40%；回风区域、回风巷等90人，占总人数10%。检修班总人数约700人，采掘区域人员455人，占总人数比例65%；辅助运输巷道245人，占总人数比例35%。

3.5 安装工作面设备运输量

+540m水平的9102工作面为安装面，三机设备为安装工作面的主要运输对象，包括液压支架，型号ZF8000/20/38，单重25.5t，共计161架；采煤机型号MG400/930-WD，单重59.6t，以及刮板输送机、转载机、破碎机、泵站、负荷中心等。

3.6 井下辅助运输物料消耗量汇总

+540m水平煤巷采用综掘机掘进，一般为250～280m/月，日均掘进速度8m/d，高抽巷日均掘进速度6m/d，结合采掘分配和调研分析，+540m水平的材料、设备等物料日消耗量见表4。

表4 +540m水平井下物料、矸石等日消耗(d)量估算汇总表

4 王庄煤矿+540m水平物料运输时间分析

4.1 井筒内运输时间

+540m水平副立井担负提升任务，根据最大运输量确定的最大班作业时间表见表5。由表5可见，每班提升时间合计为268.31min，即4.47h，满足规范要求[8]。

4.2 井下辅助运输时间

+540m水平生产重点在91采区，其主要辅助运输设备为蓄电池电机车和单轨吊、卡轨车，单轨吊空载最大速度2.2m/s，重载最大运行速度为2.15m/s。绳牵引卡轨车最大爬坡25°，牵引速度一般为0～2.0m/s。蓄电池电机车运人时最快速度4m/s，运送爆破材料或大型材料时，不超过2m/s，车场调车时不超过1.5m/s。

+540m水平相关工作地点的设备、人员、材料等的运距、运量见表6。由表6可见，井下存在25个主要作业点，最大87运次，按照平均运距4680m和物料的实际运行平均速度1.2 m/s计算，一次运输的纯在途时间为4680/1.2/3600=1.08h，除此以外，井下存在2个换装环节，即：蓄电池电机车→卡轨车及卡轨车→单轨吊，换装环节时间约为0.5h，则一次运输的时间为1.58h，考虑25个作业点的并发数为下表所列的13个，则78次(暂不计工作面搬家9次)纯运输时间为78×1.58/13×K1=9.84×1.4=13.27h(K1为不均衡系数)，可见运输时间已远超最大班时间，若计入回采工作面搬家或者大型设备升井检修，则运输时间更长，作业时序更加紧张。

表5 最大班作业时间表

5 辅助运输主要特点及存在问题

根据上述物料需求和运输时间的分析，王庄煤矿+540m水平辅助运输存在如下特点及问题：

1)辅助运输的品种繁多、形态各异、大小不同。重量大的放顶煤综采支架重达25.5t，重量小的如砂子、碎石等单件轻，且形状可塑。

2)装载要求不一。综采支架、采煤机等可以单件接装载运输，或者局部拆解运输，有的则要求装箱或包扎成捆，火工品或油脂需要专运。

3)短时运量不均。如综采设备搬家时运力需求大，则短时辅助运输出现运量不足、不均。

4)井下辅助运输系统复杂，运输环节多，运输时间长。+540m水平井下以有轨运输为主，由井底车场到工作面之间的辅助运输设备涵盖了共计9种类型现代化辅助运输设备，在各类辅运设备之间需经过多次转运，环节多，系统复杂。

5)井下机械运人服务范围有限。国家和行业规定，井下超出一定距离必须采用机械运人[9]，+540m水平井下人员采用电机车+胶轮车运输方式，不但占用了辅助运输线路和车辆，人员下车后存在长距离步行。

6)井下无轨胶轮车适用范围受限。无轨胶轮车有着诸多的优点，但同时也存在不容忽视的缺点[10]。王庄煤矿+540m水平井下主要利用无轨胶轮车运人和少量材料，但由于底板坡度起伏，且巷道底板遇水易泥化，导致胶轮车车况不稳，车辆耗材大，维修频率高。

6 结 语

我国矿井向井型大型化、生产环节集中化、生产工序机械化智能化的方向发展要求矿井的辅助运输系统必须向高效率、高可靠、高安全性方向发展。通过上述系统计算和统计分析，王庄煤矿+540m水平辅助运输系统冗长环节多、运输效率低、可靠性和安全性不高，因此急需对辅助运输系统进行再升级，找出一种既符合生产实际，同时又能发挥辅运设备最大效能的优化配置方案。