骆驼山煤矿辅助运输系统优化设计

孙 露

(中煤西安设计工程有限责任公司，陕西 西安 710054)

0 引言

煤矿井下辅助运输是指井下人员、设备、辅助材料和矸石等的运输，采用高效的辅助运输设备，可以减少运输时间，提高煤炭产量[1-3]。近年来，国内煤矿比较实用的辅助运输设备有无轨运输设备(无轨胶轮车)、轨道运输设备(无极绳连续牵引车)和单轨吊这3大类，这些设备在技术特性、运行效率和安全性能方面都具有各自的优点[4-6]。设计时需根据开拓布置情况及辅助运输巷道实际条件，选择适合的辅助运输设计方案。

1 原设计辅助运输系统

1.1 工程概况

骆驼山井田位于乌海市海勃湾区，矿井设计生产能力1.5 Mt/a。井下辅助运输系统由缓坡斜井、辅助运输大巷、采区辅助运输上山、综采工作面辅助运输巷道、各掘进工作面巷道组成。缓坡斜井井筒长度为3 926.0 m，倾角为6°；采区辅助运输上山长为1 204 m，倾角为9.3°；综采工作面辅助运输巷长为1 150 m，巷道倾角约为0～3°；其它辅助运输巷道倾角一般约为0～1°。

1.2 辅助运输系统

缓坡斜井、辅助运输大巷采用无轨胶轮车运输人员和物料。人员运输选用防爆运人无轨胶轮车；运输材料和中小型设备选用平板式防爆无轨胶轮材料车；运输水泥、砂石选用自卸式防爆无轨胶轮材料车；水泥砂石等散状物料的装卸选用防爆装载机；运输液压支架、大型设备选用支架搬运车、支架铲运车[4]；配备1辆防爆洒水车，用于降低井下巷道粉尘；配备生产指挥车，用于设备维修、运送少量人员等；共需配备各型无轨胶轮车辆共计30辆。采区辅助运输上山配备1台JKB-2.5×2P型矿井单卷筒防爆变频提升机，用于运输物料。采区带式输送机上山配备架空乘人装置，用于运输人员。工作面辅助运输巷配备1台SQ-60/75B型无极绳连续牵引车，用于运输人员和物料。辅助运输设备型号、数量及购置预算见表1。

表1 辅助运输设备型号、数量及购置预算Table 1 Model，quantity and budget of auxiliary transportation equipment

2 辅助运输系统优化方案

原设计辅助运输系统较为复杂，运行环节多，需多次换装，单个循环运行时间较长，辅运效率较低；辅运系统配套工程多，投资较大；辅助运输系统设备型号多、配套人员多，设备检修和人员管理较为困难，运营费用高。现阶段矿井已复工建设，辅助运输系统优化设计刻不容缓。骆驼山矿井缓坡斜井、辅助运输大巷，采区辅助运输上山及工作面辅助运输巷道已经施工完毕，各辅助运输环节采用的设备均未采购，采区、工作面辅助运输设备配套工程均未完成。根据矿井的建设现状，结合现阶段我国辅助运输方式及发展方向，提出以下2种优化方案。

2.1 无轨胶轮车+单轨吊运输方案

缓坡斜井、辅助运输大巷仍采用无轨胶轮车运输，原设计巷道满足无轨胶轮车运输要求。采区辅助运输上山、工作面辅助运输巷采用单轨吊机车运输。单轨吊机车是一种沿吊挂在巷道上空的轨道运行的运输设备，采用单轨吊机车运输，需对巷道顶板围岩进行稳定性分析、安全支护，当前主要采用锚杆锚索联合支护方式[7-9]。采区辅助运输上山、工作面辅助运输巷道已施工完毕，巷道断面高度为4.2 m。采用单轨吊机车运输时，运输路线中巷道最低高度3.3 m，已有巷道满足单轨吊机车运输高度要求。需对已有的采区辅助运输上山、工作面辅助运输巷道安装特制工字钢I1140V型轨道，采用全螺纹等强锚杆、锚索固定在巷道顶板上，共需改造巷道3 825 m。缓坡斜井、辅助运输大巷运输，共需配备各型无轨胶轮车辆共计30辆。采区辅助运输上山、工作面辅助运输巷运输配备6辆DC150/160Y型防爆柴油机单轨吊机车，6辆单轨吊机车共需配备单轨吊人车10台，8 t起吊梁10根，40 t起吊梁2根。无轨胶轮车+单轨吊运输设备型号、数量及购置预算见表2。

表2 无轨胶轮车+单轨吊运输设备型号、数量及购置预算Table 2 Model，quantity and budget of trackless rubber tyred vehicle+monorail crane transportation equipment

2.2 全无轨胶轮车运输方案

矿井工业场地到井下各工作面采用无轨胶轮车连续运输。矿井缓坡斜井、辅助运输大巷仍采用无轨胶轮车运输，原设计巷道满足无轨胶轮车运输要求。采区辅助运输上山巷道倾角9.3°，且已施工完毕，采用无轨胶轮车运输，需新掘采区辅助运输上山。新掘采区辅助运输上山倾角6°，断面净宽5.2 m，净高4.2 m，采用半圆拱断面，净断面18.9 m2，本次设计新开凿2 786.0 m。矿井辅助运输共需配置各型无轨胶轮车辆共计35辆。无轨胶轮车运输设备型号、数量及购置预算见表3。

表3 无轨胶轮车运输设备型号、数量及购置预算Table 3 Model，quantity and budget of trackless rubber tyred vehicle transportation equipment

2.3 方案比选

对比2种辅助运输系统优化方案技术特征[10-11]，结果见表4。可以看出，2种辅助运输系统优化方案各有优缺点，需进一步通过各方案的设备选型、配套井巷工程及生产运营情况，对原辅助运输设计及2个优化方案进行经济比较，结果见表5。

表4 优化方案技术特征对比分析Table 4 Comparative analysis of technical characteristics of optimization schemes

通过表5可知，2种辅助运输系统优化方案年运营费用基本相当，且均低于原设计辅助运输系统。2种辅助运输系统优化方案设备、井巷工程总投资均远低于原设计辅助运输系统，全无轨胶轮车运输方案设备低于无轨胶轮车+单轨吊运输方案，但由于新掘采区辅助运输上山井巷工程投资过大，设备、井巷总投资高于无轨胶轮车+单轨吊运输方案2 781万元。最终确定骆驼山煤矿井下辅助运输系统为无轨胶轮车+单轨吊运输方案。

表5 优化方案经济对比分析Table 5 Economic comparative analysis of optimization schemes

3 结论

(1)矿井下辅助运输设备选型受开拓布置及辅助运输巷道实际条件影响巨大，无轨胶轮车可实现从地面至工作面直达运输，运输效率高，缺点是适应坡度小，一般不超过8°，造成配套井巷工程量大，投资较高。

(2)煤矿井下主要辅助运输巷道已按坡度较小适应无轨胶轮车运输的情况设计，其余辅助运输巷道也应该按此设计，不宜为了降低巷道工程量而增大巷道坡度，导致无轨胶轮车无法使用而选择其他的辅助运输设备。虽然减少了部分井巷工程投资，但是辅助运输系统存在换装转载，降低了运输效率。在煤矿生产运营后，发现辅助运输系统复杂、效率低再进行改造时，新掘辅助运输巷道的井巷工程投资会更高。

(3)单轨吊机车适用于坡度较大的辅助运输上山巷道，采用提升机、无极绳牵引车多种轨道运输的生产矿井，在巷道顶板及支护满足要求的情况下，改用单轨吊机车可连续运输，可提高运输效率，巷道工程改造量小，改造周期短。