矿井辅助运输系统升级及其效益分析

吕泽波

（山西阳城阳泰集团晶鑫煤业股份有限公司， 山西 晋城 048105）

0 引言

煤矿井下辅助运输系统作为煤炭生产系统的重要部分，对提高煤炭资源的开采效率具有重要影响。目前，国内外大型煤炭企业辅助运输系统大多采用无轨式，各类无轨胶轮车代替了有轨机车，运输效率和安全性显著提高，有力地保障了煤矿安全、高效开采[1-3]。目前，武甲煤业井下3 号煤辅助运输系统大巷采用无极绳连续牵引车运输方式，顺槽采用调度绞车接力运输方式，井下辅助运输系统存在运输环节多、运输时间长、运输效率低、运输人员杂以及安全状安全状况差等诸多问题。为提高矿井辅助运输效率，本文对井下辅助运输系统进行优化调整，确保井下辅助运输的连续化、智能化，实现安全、高效运行。

1 矿井辅助运输系统现状

3 号煤西轨道大巷辅助运输采用SQ-90/110B 型无极绳连续牵引车，采用26ZBB6×19S+FC1670-SZ-373-243 型钢丝绳，钢丝绳直径为Φ26 mm，抗拉强度为1 670 MPa。

北翼进风材料巷采用JSDB-30 特制双速绞车，慢速时，最大牵引力为300 kN，最大绳速为0.235 m/s。快速时，最大牵引力为40 kN，最大绳速为1.51 m/s。

3106 进风材料巷辅助运输采用JD-1.6（25 kW）型调度绞车，滚筒直径为Φ310 mm，最大牵引力为16 kN，最大绳速为1.4 m/s。

3106 工作面轨道顺槽使用JD-4（55 kW）型调度绞车，最大绳速为1.4 m/s。

2 矿井辅助运输方案初步确定

结合武甲煤业的井下辅助运输系统现状，初步提出了两种辅助运输方案进行比选。

方案1：前期一采区生产时，采用“无轨胶轮车运料+架空乘人装置运人”方案。后期二采区生产时，采用“无轨胶轮车运料、运人”方案。

方案2：前期一采区生产时，采用“单轨吊运料+架空乘人装置运人”方案。后期二采区生产时，采用“单轨吊运料、运人”方案。

采用方案1 时，现有的大巷坡度较缓，不超过5°，巷道无需大规模改造，即可满足无轨胶轮车运行的要求。此外，运输灵活、运输环节少，运输速度快、运输效率高、搬家速度快，可实现连续运输直达工作地点。但方案1 对巷道底板要求较高，局部顺槽巷道坡度较大时，需进行底板硬化或局部调整坡度，且尾气排放有一定污染，运行费用较高。

采用方案2 时，不受底板条件限制，可实现自动起吊、装卸方便，人员运输可充分利用矿方现有架空乘人装置，减少前期一次性投资。但该方案需要可靠的吊轨悬吊承力装置，对巷道顶板要求较高，要求辅运巷巷道净高度至少在4.0 m 以上。巷道需大规模改造，增加了巷道支护的难度，对矿井现有生产系统影响较大。此外，该方案运行速度相对较慢，运行效率相对较低。

通过对比分析可知，无轨胶轮车相比于单轨吊，运输速度更快、运输效率更高，运输也更加灵活，使用更加方便[4-5]。同时，结合武甲煤业巷道布置情况，倾角普遍在5°以下，适合采用无轨胶轮车运输方式。而单轨吊运输方式，需顶板承载较大载荷，对煤层顶板要求较高。另外，运输单轨吊时要求巷道高度较大、需对现有辅运巷道进行大量改造，影响生产。根据本矿提供的巷道实测标高及煤层底板等高线计算，3 号煤辅运大巷和工作面运输顺槽均在5°以下，局部经铺底硬化后，即可满足无轨胶轮车使用要求。同时，大巷及工作面顺槽断面设计较宽，局部刷扩后，可满足无轨胶轮车运行要求。综上，初步确定井下辅助运输方式采用方案1。

3 矿井辅助运输系统研究

3.1 物料运输系统

井下辅助运输系统由井底车场、换装站、辅运大巷、综采工作面顺槽和各掘进工作面巷道组成，普通物料、小型设备及水泥砂石等物料由矿车经副斜井提升机下放至井底车场，进入换装站，换装完成后经后翻自卸式无轨胶轮材料车装载，运送至井下各工作点。支架运输车、铲运车等大型无轨胶轮车（最大不可拆卸件）、综采工作面液压支架以及井下大型设备由矿用平板车经副斜井提升机下放至井底车场，进入换装站。换装完成后，经无轨胶轮支架搬运车和支架拖车运至井下各工作点。

3.2 人员运输系统

现阶段，一采区采掘工作面距离井底较近，人员由井口至工作地点耗时较短，暂不考虑无轨胶轮车运输人员，维持矿井现有架空乘人装置运输人员系统。未来规划二采区生产时，由于下井人员从井口至工作地点距离远、耗时长，在维持矿井现有西胶带大巷架空乘人装置运输人员的同时，设计新增无轨胶轮车人员运输方式。

一采区生产时，下井人员乘坐主斜井架空乘人装置达到井底后，换乘西胶带大巷架空乘人装置到达采掘工作面巷口，随后步行至各工作地点。未来规划二采区生产时，下井人员乘坐主斜井架空乘人装置达到井底后，可直接换乘无轨胶轮人车到达各工作地点，也可换乘西胶带大巷架空乘人装置达到南胶带大巷北口，随后步行至各工作地点。

3.3 蓄电池机车设备

井下辅助材料、设备、无轨胶轮车及大型液压支架经副斜井提升机提升或下放至井底车场。副斜井落底点与换装站之间的设备及辅助材料运输采用蓄电池电机车运输。副斜井落底点至换装站的井底车场长度为106 m，选用2 辆CTY12/9GP 型矿用防爆特殊性蓄电池电机车，最大牵引力为29.43 kN，牵引速度为8.7 km/h，一用一备，可以满足生产需求。

3.4 无轨胶轮车

运输距离：一期工程（一采区）材料、水泥砂石物料及设备运输由井底换装站至3106 回采工作面，最远运输距离约2 200 m，西辅运大巷倾角为2.5°～4°，3106 回采工作面进风顺槽倾角为0°～5°。井底换装站至3107 掘进工作面最远运输距离约2 430 m，井底换装站至3108 掘进工作面最远运输距离约2 800 m。二期工程（二采区）材料、水泥砂石物料及设备运输，由井底换装站至回采工作面最远运输距离约6 100 m，巷道倾角为0°～7°。

矿井目前开采的是一采区，井下布置1 个回采工作面、2 个掘进工作面。根据矿井正常生产期间每天使用的材料数量统计，一采区每日材料总运输量为40.1 t。一采区开采完毕后进行二采区生产，后期井下计划布置1 个回采工作面、2 个掘进工作面和1 个开拓工作面。根据现有矿井正常生产期间每天使用的材料数量进行估算统计，二采区每日材料总运输量为54.5 t。此外，最大件液压支架重量为55 t/架。每班下井人数最多为300 人，无轨胶轮车人车选型按照采掘面班下井人数最多94 人进行考虑，每班每个采面或掘面均对应1～2 辆人车，其车辆数量应满足一次性将采掘面工作人员运送到各工作地点。其余人员应等车辆返回，根据车辆调度情况错峰乘车。

根据上述分析，初步确定无轨胶轮车选用情况如下：

1）井下生产指挥、设备维护维修、抢险以及运送井下零散人员，选用WC5/0.5 型生产指挥车。

2）运送各种材料、中小型设备和水泥砂石等散状物料等，选用WCJ5E（C）/WCJ8E（C）型后翻自卸式无轨胶轮材料车。

3）井下小型设备的检修选用WCJ5QE（A）型检修车。

4）工作面巷道物料运输使用WCJS3E（A）型顺槽车。

5）井下装载、推土、铲挖和起重等作业，选用ZL20EFB（C）型防爆装载机，与后翻自卸式无轨胶轮材料车配套完成水泥砂石等散状物料的装卸。

6）液压支架、采煤机、运输机及其他大型设备和部件长距离运输，选用WC60Y（A）型支架搬运车。

7）工作面液压支架、大型设备拆离及就位以及短距离搬运，选用WCJ55E 型铲板式搬运车。

8）井下管道运输选用WCJ5GE（A）型防爆管路运输车。

9）选用WCJ5ES 型防爆洒水车，用来降低井下巷道粉尘。

4 工程投资及其效益分析

4.1 工程投资

武甲矿辅助运输系统的改造工程是将原有的有轨运输系统升级为无轨运输系统，其工程量主要涉及部分巷道的扩帮改造、购置设备和相关材料以及工程施工等费用。其中，巷道改造所需费用为2 691.20 万元。一期工程矿井投产时，各型无轨胶轮车辆共计需要17 辆（其中：备用1 辆）。二期工程矿井投产时，需新增各型无轨胶轮车辆11 辆（其中：备用1 辆），辅助运输装备及相关工器具的购置费用为2 390.80 万元。设备安装工程费用为75 万元，工程建设过程中的其他费用为475.60 万元，工程预备费为400 万元，工程总体投资费用为6 032.60 万元。

4.2 效益分析

武甲矿辅助运输系统的改造升级前期，投资量较大。但从长远来看，在矿井安全效益、人员投入、运输效率和绿色高效生产等方面，均可获得巨大的效益。

1）安全效益。以往的有轨辅助运输系统需要用到驻车器、绞车和钢丝绳等，所需劳动强度大，在作业过程中极易出现人的不安全行为及物的不安全状态，增大了安全风险，需要投入大量的人力物力来保证矿井安全运输。辅助运输系统改造升级后，运输方式、人员作业方式以及作业环境等得到了根本改变，大幅降低了安全隐患，提高了矿井安全效益。

2）人工成本。以往的有轨运输系统在使用前需要大量人工铺设轨道、运输材料，所需作业人员多、劳动强度大、作业效率低，运输过程中也需要大量的人工作业。运输系统改造升级后，可大幅降低用工量，降低人工成本，减轻了工人的劳动强度，提高了煤矿企业的经济效益。

3）绿色高效生产效益。辅助运输系统的改造升级，实现了从矿井井底车场到各个采掘工作面的连续、高效运输，运输效率显著提高，实现了机械化减人、自动化换人，为后期矿井进一步智能化升级奠定了基础，促进了矿井绿色、高效生产，具有良好的技术经济及社会效益。

5 结语

本文对武甲煤业3 号煤层井下辅助运输系统进行初步研究，分析了矿井辅助运输系统改造升级的投入及效益，应用无轨辅助运输系统可有效节约运输时间、降低工人劳动强度、提高运输效率，实现运输方式连续化。通过机械化减人、自动化换人，提高运输效率，降低劳动强度，具有良好的安全、技术及经济效益。后期，应进一步考虑井下部分硐室的改造、井下通风系统及投资估算等因素，并制定相应的安全技术措施，确保矿井安全、高效生产。