矿井无轨辅助运输工艺分析和发展方向探讨

2022-07-14蔡晓煌

机械管理开发 2022年6期

蔡晓煌

（山西焦煤汾西矿业贾郭煤矿，山西沁源 046500）

引言

无轨胶轮车可将物料、人员以及设备等由地面直接运输至井下作业点，期间物料不需要转运、等待，可大幅提升矿井辅助运输效率并减少辅助人员数量[1-2]。如山西大同云岗矿通过引进采用柴油防爆无轨胶轮车，实现了采面重型液压支架快速搬家，无轨辅助运输设备在现场应用过程中表现出显著的安全与效率优势。现阶段，国内煤矿井下使用的各类无轨胶轮车数量已超过4 万台[3-6]。为此，推广应用以电能、空气动力等为核心的无轨胶轮车，并实现无轨胶轮车精准化调度，对提高无轨胶辅助运输工作效率具有重要意义。

1 矿井无轨辅助运输工艺应用分析

国内厂商不断推出矿井无轨辅助运输设备，并在安全防护、使用工艺以及节能减排等方面进行改进。矿井无轨辅助运输设备，包括有多功能车、材料车、罐笼人车等。矿井（包括斜井、立井）无轨运输系统模型图如图1 所示。

图1 矿井（包括斜井、立井）无轨运输系统模型图

1.1 无轨运输系统人员运输

国内井下作业人员数量相对较多，一般情况下一个综采作业班组人员数量可达到20 人，同时需大量的辅助人员。采用无轨运输系统时，上下班需要采用20 座甚至30 座人车，并配备有专业的人车驾驶员。现阶段矿井使用的人车类型主要有20 座人车以及5～9 座指挥车两种类型，30 座人车和2 座巡检车应用较少。矿井无轨辅助运输系统人员运输流程如图2所示。

图2 无轨辅助运输系统人员运输流程图

1.2 无轨运输系统材料运输

国内煤矿井下生产环节较多，包括有巷道底板硬化（底板铺设混凝土）、顶板以及巷帮围岩支护（锚网索支护）、避难硐室施工及维护、井下降尘等，生产环节需要的材料类型以及数量等均较多，对材料运输系统有更高的要求。采用无轨运输系统时，不仅需要运输常规的管线、网片、锚杆索以及相关配件等，同时还需大量运输砂、石、混凝土等。井下运输使用的材料数量大、类型多，因而对无轨运输系统运输车辆要求较高。现代化矿井无轨运输系统材料运输流程如图3 所示。

图3 无轨辅助运输系统材料运输流程图

1.3 无轨运输系统设备运输

随着矿井生产能力以及采掘设备功率的不断提升，综采设备的吨位、体积也不断增加，对开采设备井下运输、安装以及回撤等提出了更高要求。针对矿井井下设备运输需求，相继研发有25～100 t 设备运输车辆。通过采用无轨运输设备运输系统后，采煤工作面设备安装、回撤等工作耗时可控制在2 周以内，工作效率大幅提升，并降低了作业人员的工作强度。

现阶段采煤工作面设备常用的运输车辆包括有防爆蓄电池铲板车、多功能铲运车和防爆支架搬运车等。现阶段矿井采煤工作面煤炭开采设备双向回撤运输工艺流程如图4 所示。

图4 无轨运输双向回撤运输工艺流程

1.4 防爆蓄电池车使用工艺

为了更好地改善井下空气环境质量，部分矿井在使用大运量防爆铅酸电池铲板车的同时，开始推广应用防爆锂电池铲板车，并在山东、陕西、新疆以及内蒙古等煤炭主产区矿井使用。采用防爆电池后，电池质量大幅增加，从而导致整车质量过大、运输里程较短，一般情况下防爆锂电池电车、防爆铅酸电池电车行驶里程分别在100 km、30 km 左右，行驶里程明显低于防爆柴油车，加之电池充电时间较长，因此在防爆蓄电池车使用时，协调好充电、作业时间成为关键。一般情况下铅酸电池充电时间在6～8 h，因此防爆铅酸电池车使用时一般配备3 块电池，一块充电、一块使用、一块充电后冷却，通过采用换电池方式，可提高车辆使用效率。

2 无轨辅助运输系统发展方向

2.1 防爆柴油车发展分析

随着对煤矿井下空气质量重视程度的不断提升，相关要求规范以及文件等对井下防爆柴油车柴油机排放标准有了新的要求，禁止国三排放标准采油机在煤矿井下使用。为此，相关厂家强化对防爆柴油车的研究，并将研究重点放在尾气后处理技术、电喷发动机技术、油气混动技术等方面。

电喷发动机技术将实时监测获取到的喷油时刻、转速、进气温度和氧气浓度等参数传输给ECU（计算机），将监测参数与MAP（参数图谱）或者设定参数值进行比对，经处理后获取最佳值，并将控制指令发送给执行器。执行器按照ECU 指令调整喷油量，使柴油机处于最佳工作状态。相关研究成果以及应用实践表明，采用电喷发动机技术可降低CO、颗粒物以及NOx等排放量，但未能有效降低油耗。

尾气后处理技术包括有SCR（选择性催化还原）、EGR（废弃再利用）技术等，EGR 技术可有效降低NOx排放量，但是也会增大CO 排放，并增加烟度值。SCR以及EGR 与电喷发动机技术相配合，可有效控制排放标准，使防爆采油发动机排放满足国三排放标准要求。

油电混动技术应用相对成熟，但近些年来发展相对缓慢。经过相关研究成果表明，采用油电混动技术后，燃油消耗降低约10%～20%，可改善发动机排放，但还需解决成本高、电池充电等待等问题。

2.2 防爆蓄电池车发展分析

现阶段，煤矿井下电动车多采用铅酸电池，同时采用快速换电池方式，也解决了充电等待问题，可满足短途往返运输需求，同时经过专业化维护可提升电池使用寿命，并减少电池衰减。

防爆锂电池目前在地面应用相对广泛，配合车身轻量化技术、高效永磁电机以及变频控制技术等，可实现尾气零排放，并增大使用里程。为了提高电动车使用效率，可借鉴采用多电池快速更换方法，提高车辆使用效率。但是锂电池也存在需专业保养、使用成本高等问题，因此在矿井使用防爆锂电池车时，需要配备足够的锂电池以及专业化的队伍，方可提高防爆锂电池车在井下使用效率，降低车辆使用故障率。

2.3 无轨辅助运输智能化

为解决井下防爆柴油车尾气排放污染、提高车辆使用效率，可通过智能化调度方式合理分配防爆蓄电池车以及防爆柴油车使用时间、使用路线，将井下有害气体成分控制在安全范围内。同时随着矿井安全要求的不断增加，需要扩大智能化调度、自动化控制以及远程遥控等技术在井下的应用，减少井下辅助人员数量，并提高辅助系统工作效率。辅助运输车辆无人驾驶以及运输智能化，将是矿井无轨辅助运输的重要发展方向。

现阶段，在一些先进的矿井已部分实现无轨辅助运输智能化，如神东煤炭下属矿井、山西王家岭矿等企业，通过应用智能化技术，提高了驾驶员管理、通信、定位和调度等效率，并提升了矿井辅助运输效率以及安全保障能力。