巴彦高勒矿井集装箱辅助运输系统研究

2021-05-08张明鹏曹连民

煤炭工程 2021年4期

张明鹏，曹连民

(1.内蒙古黄陶勒盖煤炭有限责任公司巴彦高勒煤矿，内蒙古鄂尔多斯 017300；2.山东科技大学机械电子工程学院，山东青岛 266590)

随着矿井综采技术的不断完善，矿井采煤效率得到大幅提升，矿井辅助运输效率成为制约矿井高产的重要因素。辅助运输是将煤矿生产中除煤炭运输之外的各种回收材料、采煤装备、工作人员和煤矸石等物料的运输[1-3]。

在巴彦高勒矿井辅助运输过程中，换装站的作用尤为重要，其作为各类运输方式转换的中转环节，是辅助运输过程能否迥然有序，安全高效进行的基本保障[4，5]。

巴彦高勒矿井辅助运输效率和煤矿产出难以匹配，井下集装箱的结构种类单一化，同时伴随着井下煤矿开采深度加深，辅助运输时间变长，严重制约了辅助运输高效安全的进行[6]。因此就必须对煤矿辅助运输设备进行优化升级改造才能进一步提升整体运输系统的合理性、可靠性[7]。针对巴彦高勒矿井运输路线冗长、运输类型多样化、施工难度大等问题，结合“巴彦高勒运输系统新发展布局”，要着力增强煤矿开采工作人员的工作效率，确保换装过程合理、稳定、高效[8]。

1 巴彦高勒煤矿辅助运输概况

巴彦高勒矿井构造形态总体为简单的向西北倾斜的单斜构造布局，倾向角度300°～320°，地层倾角1°～3°，地层产状沿走向及倾向均有一定变化，但变化不大，地质构造简单，沿走向发育有宽缓的波状起伏，区内未发现断裂和褶皱构造，岩浆岩无法侵入，岩石的抗压强度较低[9，10]。根据矿井的开拓分布构式、巷道水平划分方式及井下主辅运输方式，主要大巷水平于3-1煤层中，每一水平方向上布置有2组大巷：中部大巷和北部大巷，第1组大巷—中部大巷位于井田中部位置沿从东向西构式开拓，第2组大巷—北部大巷位于工业广场的煤柱边界位置呈正北向构式开拓。矿井各水平开拓巷道布置剖面图如图1所示。

图1 矿井各水平开拓巷道布置剖面(m)

巴彦高勒矿井目前推广使用胶轮车运输物料的单位有30家左右，现有胶轮车100多辆，将胶轮车运输模式全部升级为集装箱辅助运输模式，减少劳动力，提高辅助运输效率。随着各换装站等巷道连通不同盘区辅助运输路线，各盘区可结合实际工况需要按就近原则选择运输路线，减少不必要的运输环节，极大程度上确保了巴彦高勒矿井合理均衡、高效有序的生产[11，12]。

2 井下物料集装化运输换装方案

2.1 井下物料集装化运输换装现状及原理

目前巴彦高勒矿井物料集装化辅助运输过程中，对于一般的物料如煤矸石、入井材料设备、回收材料等在井上装箱都要进入换装站进行换装环节。

由于入井材料装备都需在换装站进行换装，通常因管理不当极易造成换装站的拥堵，这就容易导致整个运输系统的停滞，严重时导致安全隐患[13]。

换装站在各类运输方式转换中起到中转的作用，在传统运输方式下车辆装车大致分为两种：一种是人工装装卸至胶轮车，另外一种则是借助起吊装置将物料吊出后再装卸至胶轮车。而采用物料集装化运输模式之后，只需要将集装箱从副井运送到地下，再装上改装过的无轨胶车至各个中转站，由中转站运输到所需要的采煤区域[14]。

2.2 井下物料集装化运输换装方案与优化设计

巴彦高勒副立井担负全矿井的矸石、人员、材料、设备、大件等的升降任务，矿井以无轨辅助运输为主。同时采用无轨胶轮车辅助运输具有几个明显的优势：①无轨胶轮车运行对巷道及底板的要求较小，巷道中若出现底鼓现象时，无轨胶轮车依然能够正常作业，与传统的有轨运输方式相比，此方法不需要进行巷道内的轨道建设，灵活性相比较强，极大的减少成本；②随着煤矿智能化的发展，所采用的无轨胶轮车的运输能力得到极大改善，运输愈发高效便捷，其马力大，从而具有强大的爬坡能力，所需物料可以在第一时间运抵所需位置，进一步解放生产力，减少了传统运输模式下物料运输速度慢的缺陷[15，16]。

巴彦高勒矿井辅助运输大巷设计的换装站平面布置如图2所示，换装站由2个换装硐室和不同吨位的防爆起重机组成，防爆起重机的作用主要负责大型杆状材料的换装工作。

图2 换装站平面布置

在矿井辅助运输过程中，作为连接地面与井下辅助运输作业的重要交通枢纽，井下换装站主要作业流程如图3所示，通常情况下根据换装物料的不同，将换装模式分为两种：散料换装模式和起吊换装模式。

图3 换装作业流程

散料换装：井上的沙石等物料的转运工作均是通过散料换装的方式进行辅助运输，这些物料运抵换装站换装并通过胶轮车运至井下装备工作位置。其中环节需要大量的工作人员进行监工，作业效率低效、占用了井下的运输空间。

大件的起吊换装：随着矿井向井型大型化、机械智能化方向发展，一些支护物件、液压支架、电气元件等大型的设备人为搬运难度太大，为方便运输，节省人力，通常换装作业时借用起吊装备进行装运，运用起吊装备极大的提高换装的效率。

起吊换装硐室如图4所示。起吊换装过程中运用到的机械设备较多，这就需要工作人员和设备辅助进行操作，在进行装车前后需要将一些质量较重的物料进行捆绑，虽然此法作业时间较长，但换装过程适用性强，若组织合理，可以极大程度上保障现场作业人员的施工安全。

图4 起吊换装作业硐室截面示意

为了更好的、安全合理地组织好换装作业，需要拟定改革换装技术方案，达到矿井高效发展的成效。采用了一种将所有入井物料都可以起吊换装，可减少换装站人工换装的环节，大大节省了时间，也就是“集装箱换装模式”，井上井下都安装有不同型号的防爆起重机用于集装箱的装卸工作，井上作业时集装箱中的散料需要通过装卸设备如运输铲车、传送装置等进行装车，当达到换装站时打开集装箱侧边进行散料卸载。

3 优化改造运输系统及装备

根据巴彦高勒矿井现有工况条件，升级优化运输系统、减少辅助运输环节。缩短运输时间及运输距离、提高运输效率和安全性能，广泛应用集装箱运输模式，使其成为提升辅助运输效率的重要保障。

胶轮车改造前后的对比如图5所示，根据需要在底板上制作若干螺栓孔，集装箱示意图如图6所示。其次，制作了多个可重复利用的敞篷式集装箱，从而有利于方便装卸大型物料。

图5 胶轮车改装前后对比

图6 集装箱示意图

集装箱在井上装好物料后通过高强度螺栓将集装箱固定在平板车上，集装箱的起吊工作由防爆起重机进行操作，无轨胶轮车运载集装箱至换装站进行物料的卸载后，将集装箱运回至井上。

4 高效辅助运输设备改装优化效果

巴彦高勒辅助运输车通过升级改造后，采用集装箱辅助运输模式下运输效率得到了显著改善。集装车厢和翻斗矿车不同的运输方式对传统材料消耗形成的经济效益及安全性能的对比分别见表1和表2。以巴彦高勒矿井平均每月下料量为4205车，全年下料约为50646车。见表1，每度电费为0.6元，全年依靠改进后的运输设备可节省电费为50646÷3×12.4=209336.8元。

根据表2两种换装模式的作业效率对比，可以看出“集装箱换装模式”通过分离集装箱和车体，直接在地面往集装箱上装料下井，到达换装站后可以快速起吊集装箱换装，既方便连接，又缩短了换装时间，集装箱在地面装料可以比原先矿车装料更多，提高了一次性运输效率；在集装箱运输过程中捆绑，相比原先矿车运输减少了若干个起吊环节，使整个过程显得更加安全高效。