矿井辅助运输系统改造专项设计研究
2023-11-30冯立峰
冯立峰
(山西焦煤山煤国际东古城煤业,山西 大同 037100)
0 引言
山西山煤集团东古城煤业现为生产矿井,开采方式为地下开采,生产能力90 万t/a,批准开采煤层为16~25 号煤层,批采标高+1060~+1330 m。目前,该矿井下采区辅助运输系统还在沿用无极绳连续牵引的传统辅助运输方式,由于设备老旧、运力小、效率低下、维护量大等缺点,已经影响到矿井的生产能力提升。由井底车场至采区工作面巷道,需经多次中转编列,此种方式需占用大量设备和劳动力[1]。
因此,目前急需改变现有辅助运输方式,因地制宜地选用一种先进的且适合于本矿井的辅助运输方式,提高生产效率和经济效益,减少安全事故,使矿井辅助运输系统达到连续、快捷、安全、高效目的。
1 矿井概况
1.1 井田开拓现状
东古城煤业井田采用斜井开拓,布置一个工业场地、三个井筒,即主/副斜井和回风斜井。主斜井井筒内装DTL120/100/4×710S(A)带式输送机和ZR127架空乘人装置,担负煤炭和人员提升任务,并兼做安全出口和进风;副斜井装备JK-3.5×2.5/31.5 型单绳缠绕式提升机,担负材料提升及进风任务;回风斜井担负矿井回风和安全出口任务。由于是单一水平开拓,井下硐室和车场分布在25 号煤层底板,水平高程确定为+1150 m。
1.2 运输系统现状
1.2.1 煤炭运输
井下煤流系统:工作面运输顺槽输送机(DSJ100/80/2 ×250)→集中运输巷输送机(DSJ100/80/2×160)→主水平运输大巷输送机(DTL100/70/2×315)→主斜井输送机(DTL100/70/2×500)→地面筛分系统。
1.2.2 辅助运输
1)井下材料和设备辅助运输采用无极绳牵引运输方式。地面辅助材料及设备通过副斜井下放到井底车场,采用调度绞车将装有辅助材料和设备的矿车牵引到辅助运输大巷,再采用SQ-120/132 型无极绳连续牵引车运往采区运输巷,采区运输巷至回采工作面运输顺槽、采区掘进工作面均采用调度绞车运输[2]。
2)下井人员从主斜井乘坐架空乘人装置到达主斜井井底后,步行至工作面。
2 辅助运输方式比选
2.1 绳牵引辅助运输方式
2.1.1 简述
基于设备、材料、矸石及填充物运输已经选择了无极绳连续牵引车和调度绞车相结合的方式,此方式可用于井下材料和设备的直达运输,适用于井下各种平直巷或地面略有起伏的坡度巷道的轨道运输,其中坡度倾角应≤25°。
绳牵引辅助运输系统包括主机、电气部分和钢缆,其中,主机部分包括主绞车、张紧装置、梭车、尾轮、轮组;电气部分包括变频调速装置、无极绳综合保护装置、通信电路等[3]。
2.1.2 特点
1)可靠性高,操作简单。由于采取的是机械传动原理配合双制动措施,全部采用按钮控制,最大程度降低了对工人操作技能的要求。
2)适用范围广。牵引车能在井下各种平直巷道内使用。
3)布置模式多。系统可以布置成双轨单运输、三轨双运输、四轨双运输三种配置模式。
4)可实现巷道水平转弯运输。
5)容绳量大。采用机械式张紧装置张紧钢缆;采用导向轮分绳,有利于避免咬绳现象,减少钢缆磨损;梭车采用储绳结构,可减少有运距变化巷道的钢缆浪费。
6)连续运输。在区段内可以直达运输,但是区段间可能存在转载情况。
2.2 无轨胶轮车辅助运输方式
2.2.1 简述
防爆无轨胶轮车不仅有较完整的配套设备和各种运输车辆,而且适用范围和条件也不断拓宽,可以涉及煤矿辅助运输的各个领域,能够满足矿井对人员、材料、设备和物料的运输需求,并可实现装卸作业机械化。无轨胶轮车可分为以防爆柴油机为动力的胶轮车和纯电动防爆胶轮车。
2.2.2 特点
1)设备简单,运输高效。防爆无轨胶轮车配套简单,只要一人操作,运载过程中无须换装,可以直接将货物运达目的地。
2)载重量大。防爆无轨胶轮车运力强大,综采工作面的所有设备均可直接运至切眼内,实现设备快速拆除、转运和安装。
3)减员增效。采用无轨胶轮车运输方式,减少了专职运输人员和采掘区队辅助人员,只有胶轮车驾驶员在车内作业,降低了以往工作人员在外的操作的风险。
4)高投入带来高产出。虽然前期投入巨大,但是高运力和高效率带来的经济效益是成倍增加的,往往可以通过租借胶轮车的合作模式来降低生产投入成本。
2.3 比选分析
根据矿井开拓方式,结合矿井主水平辅助运输大巷断面和倾角实际情况可知,主水平辅助运输大巷巷道最小宽度4.0 m,局部最大倾角4°,现对采用绳牵引辅助运输方式和无轨胶轮车辅助运输方式进行如下比选分析。
2.3.1 运输效率
采用无极绳牵引车运输物料的平均速度为0.8 m/s,运行速度慢,运输转载环节多,从井底车场到工作面的运输时间需要超过40 min,中间需要转载,到工作地点还需要调度绞车协助运输。
采用无轨胶轮车运输物料和人员的平均速度为20 km/h(约合5.6 m/s),是无极绳连续牵引车运行速度的7 倍,并且运输物料可直接运至作业地点,中间无转载环节,有效提高了辅助运输的效率。
2.3.2 工作人员劳动强度
采用无极绳牵引车的辅助运输方式,每次运输物料都需要配备跟车工,费工费时,管理复杂,工作效率较低。
而采用无轨胶轮车的辅助运输方式,可以起到减员提效的作用,能为矿井实现高产高效提供可靠的辅助运输保障。
2.3.3 工作面搬家速度和效率
采用无极绳牵引车的辅助运输方式协助进行工作面设备搬家倒面,工作面搬家倒面一次所需时间40~45 d,并且在运输过程中,轨道运输环节多、系统复杂、工人的劳动强度非常大,全员劳动效率低下。
采用支架搬运车和铲板式搬运车配合搬运设备时,支架搬运车每班可搬运5 架支架,工作面设备安装一次所需时间25~30 d。
2.3.4 日常维护和保养
绳牵引设备分布在整个辅助运输线路上,导致巡检路线长、地点多;需要经常添加润滑油脂等,导致日常维护工作量大;维护工作大多需要在井下完成,导致维护工作的难度大。
无轨胶轮车的日常维护和保养相对简单,工作量小;可以升井检修,降低了劳动强度。
2.3.5 吨煤成本
采用无极绳牵引辅助运输方式下的年耗电量为1287768 kWh,吨煤电耗为1.43 kWh/t,用电成本约1.43 元/t;人工成本约为4 元/t。
采用无轨辅助运输方式下的用电负荷的年耗电量为280753 kWh,吨煤电耗为0.31 kWh/t,用电成本约为0.17 元/t;人工成本约为1.6 元/t;油料成本约为1.25 元/t。
从吨煤成本上看,采用无轨辅助运输方式比采用绳牵引辅助运输方式吨煤节约成本2.41 元,每年节约辅助运输成本216.9 万元。
2.3.6 安全方面
采用绳牵引辅助运输方式,每运输一段距离后均需要驻车倒换钩头,易发生摘挂钩伤人和连接不可靠造成跑车等事故。而采用无轨胶轮车的辅助运输方式,一次装车后直接运输到工作面,避免了中间环节的安全风险。
2.3.7 辅助运输能力提升空间
无极绳连续牵引车运输系统的运输能力是固定的,不能跟随矿井产能提升而变化。无轨胶轮车辅助运输方式运输能力提升空间大于有轨方式,灵活经济,可以与生产能力提升相适应。
3 实施方案
3.1 井下巷道分布
井田采煤工作面呈U 型布置,工作面运输顺槽和回风顺槽,分别与主水平带式输送机大巷和主水平回风大巷相连,并通过盘区车场与主水平辅助运输大巷相连,构成工作面的生产系统。辅助运输计划采用无轨胶轮车辅助运输方式,结合矿井生产现状及煤层赋存条件,其主要影响限制因素包括巷道底板条件、煤层条件及现有巷道断面尺寸大小。为保证采区正常接替,矿井目前布置了两个顺槽综掘工作面,分别为Z107 回采工作面运输、回风顺槽综掘面,其中,图1和图2 为两个顺槽综掘面的断面图。
图1 Z107 运输顺槽断面图(单位:mm)
图2 Z107 回风顺槽断面图(单位:mm)
3.2 运输线路
副斜井(JK-3.5×2.5/31.5 型单绳缠绕式提升机)→换装硐室(HB16t 型防爆电动葫芦)→主水平辅助运输大巷(防爆无轨胶轮车)→Z107 掘进工作面运输顺槽/回风顺槽(防爆无轨胶轮运车)→Z107 掘进工作面。
3.3 辅助运输设备选型结果
辅助运输设备的主要参数详见表1。
表1 辅助运输设备明细
4 结语
根据东古城煤业井田实际开拓情况,进行无极绳牵引辅助运输方式和无轨胶轮车辅助运输方式的实用性探索,通过对运输效率、工作人员劳动强度、设备搬家速度和效率、日常维护保养、吨煤成本、安全方面、辅助能力提升空间七个方面的比较分析,得出该矿井下辅助运输方式更适合采用无轨胶轮车辅助运输,不仅能提高矿井的生产和运输效率,而且为矿井的安全生产提供了保障。使用无轨胶轮车后,减少了运输环节和事故点,起到了减员提效的目的,同时也能为工作面快速安装创造优越的条件。