煤矿井下无轨辅助运输技术现状及展望

2024-01-29赵文波

中国科技纵横 2023年23期

赵文波

（中煤华晋集团王家岭矿，山西河津 043300）

1 煤矿井下无轨辅助运输概述

1.1 无轨辅助运输系统的工作原理

防爆无轨胶轮车是煤矿井下无轨辅助运输的主要方式，在井下巷道坡度较小的矿井，可将人员、材料、设备等采用防爆无轨胶轮车直接运输到工作地点，减少运输过程中转换运输环节，节约时间，提高效率。无轨辅助运输系统的工作原理主要基于防爆柴油车和防爆蓄电池车等运输设备。这些设备在地下巷道或采场内，采用胶轮或履带为行走机构，以实现矿岩的自装自卸。无轨辅助运输系统具有安全、高效和人员数量少等优势，可提升辅助系统工作效率，并降低作业人员的劳动强度。

1.2 无轨胶轮车辅助运输系统的作业流程

（1）无轨胶轮车司机驾驶运输车辆在存储场地或车间，根据井下现场的需求选择合适的车型进行装车、封车，然后将车辆驾驶至井口，安全员对入井车辆及司机进行入井安全检查，符合要求后司机方可驾驶车辆入井，实现高效运行。

（2）无轨胶轮车司机将车辆开至停车点停稳，实现安全驻车后，主动下车，负责打开车门，待人员上车或下车后，关闭车门，确认安全，发出警示后，方可再次开车，实现安全运行。

（3）从井口到井下各运输卸车点或人员上、下车候车点，所有无轨胶轮车司机必须服从车辆调度中心集中调配，实现有序运行[1]。

1.3 无轨胶轮车的车型

目前，市场上常见的煤矿井下防爆无轨胶轮车，按照动力源划分，主要有防爆柴油机无轨胶轮车和防爆蓄能电池无轨胶轮车两种；按照车辆底盘形式划分，主要有整体底盘无轨胶轮车、铰接底盘车架防爆无轨胶轮车；按照传动方式划分，主要有机械传动无轨胶轮车、液压传动无轨胶轮车；按照用途划分，主要有运送人员的防爆无轨胶轮车、运输材料（小型设备）的防爆无轨胶轮车、特种作业防爆无轨胶轮车等；运送人员的防爆无轨胶轮车根据生产厂家不同，准乘人员也不同，常见的可乘5～29人不等；运输材料（小型设备）的防爆无轨胶轮车，根据生产厂家不同，准装吨位也不同，常见的有可装0.5～10t不等；特种作业防爆无轨胶轮车是指根据井下需要无轨胶轮车特殊作业的环境而研发生产的特种作业车辆，主要有支架运输车、铲（叉）运车、装载车、平台升降车、加油车、运送爆炸物品车、多功能遥控模块车（根据需要，功能模块可切换）、路面清扫车、巷道修复（破、挖、刨、铣）、专用牵引车等。常见的无轨胶轮车如图1所示。

图1 无轨胶轮车

2 煤矿井下无轨辅助运输管理的技术及功能

煤矿井下无轨辅助运输管理在实际的操作过程中主要借助软件，在控制过程中通过屏幕地图收集各个区域的相关资料，对车辆情况以及交叉路口的情况实时显现。

2.1 巷道交通管理

首先，在该模块的管理过程中，借助车辆定位软件以及监测器能够对车辆在煤矿井下的工作情况进行实时监测，明确车辆的运行速度。同时，能够及时明确车辆的线路是否合理，对车辆路线进行准确规划和引导。其次，通过对车辆运行数据的实时采集，并对区域内车辆运行各数据信息的分析，判断车辆是否在规定的速度内。经分析，如果判断车辆速度过高，系统会智能地查询车辆位置，并发出警告提示司机减缓速度[2]。最后，当车辆在煤矿井下运输环节中有大型车辆或者车辆面临其他非常规情况时，指挥中心能够开展调度工作，控制红绿灯，实现对车辆的疏导，并借助语音通话系统提醒司机。

2.2 车辆运行信息管理

在智能煤矿无轨运输辅助系统中，首先，可以对车辆运行工作的相关数据进行管理，利用智能化的操作系统，管理人员能够查询车辆的具体信息，对井下工作车辆的关键部位温度、工作速度等进行精准分析，并且对车辆的功能进行查询，提高车辆运行环节的安全性。其次，在对车辆运行信息进行管理时，可以对车辆选定区间内出车时间、次数、车辆运行公里数、油耗、发车时间以及违反行驶规则的情况进行观察。最后，在对车辆运行信息进行管理时，可以对人员进行定位，在确定位置的前提下，对行驶车辆上承载的人数进行计算，明确每个人员的信息，方便指挥中心进行查询。除此之外，系统可参考人员定位分析车辆是否存在超载现象[3]。

2.3 声光报警

首先，突发情况预警。在智能无轨辅助运输模式中设置报警模式，在突发情况下指挥中心可以发布系统的救援指挥，根据具体的情况对各分站分别进行“水、火、煤尘、瓦斯、顶板”等各类灾害事故的预警，在此基础上播报避灾路线。其次，轨迹查询。在声光报警系统中，指挥中心可以对工作过程中的车辆运行路线及超速情况进行查询，在此前提下开启分站指示灯系统，使井下车辆能够按照避灾路线进行行驶。最后，系统呼叫管理。在声光报警系统中指挥中心工作人员还可以借助车辆语音通话系统对工作中的人、行驶的车辆、地面进行呼叫，使整个区域接收相关的预警信息，提示地面监控指挥人员及时提供救援。

3 煤矿井下无轨辅助运输的现状

3.1 无轨辅助运输系统设计

煤矿井下无轨辅助运输作为一种新型的煤矿技术，主要有以下几个明显的特点。首先，煤矿辅助运输所处的工作地点较为分散，而且各种车辆的线路规划比较复杂，运输过程中需要解决的突发情况较多。其次，煤矿辅助运输并不固定，会随着矿井实际作业地点的变化作出调整，以适应实际工作的需要。再次，煤矿井下无轨辅助运输中各种车型和线路相互重叠或交叉。最后，在煤矿辅助运输模式中，车辆运送物品的类型多样，且形状各异，再加上井下工作过程中巷道空间较小，存在煤尘、瓦斯等危险因素，使煤矿无轨辅助运输面临的环境往往比地面系统更复杂。

3.2 辅助运输系统的信息化建设

为了便于指挥和调动车辆，加强驾驶员的协作，在无轨胶轮车上安装车辆定位装置，可实时掌握车辆的位置和动态。同时，为无轨胶轮车驾驶员配备语音装置，车辆调度人员和指定人员可以随时掌握车辆行驶和驾驶员执行任务的信息，系统地协调车辆。

3.3 无轨辅助运输系统的结构设计

当前，无轨胶轮车在倾角相比较小的煤矿中使用比较普遍，尤其是在倾角8°以内的煤矿中运用相比较多。使用无轨胶轮车能够将人员、物料等运送至采煤工作面，具体的使用情况如下。

就当前无轨胶轮车在矿井中的运用状况来说，在10°范围内的斜坡上工作时，对无轨胶轮车行驶范围内纵向最大斜坡高度应该限制在6°范围内。而如果在巷道底板比较平滑、整体结构比较坚固，并且存在淋水的情况下，无轨胶轮车行驶的最大斜坡高度也需要适度减小。在底板相对疏松的前提下，横向坡度应该限制在5°范围内，巷道纵向坡度应该限制在6°范围内，并且相应的行车信号设备也应齐全[4]。根据无轨胶轮车应用现状进行分析，其对巷道底板通常会形成很大的压力差，约为0.3～0.7MPa，无轨胶轮车对巷道总体的不均匀性和软硬程度都存在着较大的需求，对巷道底板质量要求也相对较高。因此，如果巷道涌水量较大，底板岩性不良，则不适合应用无轨胶轮车。通常情况下，巷道底板必须符合砂页岩、砂岩等基底岩性相对较好的要求，方可通过混凝土进行铺底。无轨胶轮车在综采工作面搬家或倒面过程中，必须对巷道底板进行表面硬化。必要情况下，需要沿着巷道底层开挖下水沟或是在巷道的边角地方设集水池。而如果巷道整体状况比较松软或破碎，则工程施工人员必须对巷道进行铲平处理，再重新铺设砂卵石或加上垫板。

3.4 无轨胶轮车的实际应用

在具体选用无轨辅助运输设备工作时，要结合矿井自身条件，合理选择辅助运输设备。现在很多矿井在技术改扩建过程中，为提高矿井的辅助运输能力及效率，均在后期选择无轨胶轮车作为新投用的辅助运输设备，从而导致此类矿井存在有轨辅助运输设备和无轨辅助运输设备并存使用的现象，使矿井被立井罐笼和无轨辅助运输设备共同使用。为解决有轨、无轨两种辅助运输设备并存使用过程中存在的问题，可以通过在井下建立转换装站，实现车辆间的快捷装卸，从而有效保障井下辅助运输系统连续运行。立井罐笼和无轨辅助运输设备共同使用的矿井，要根据地质条件及矿井井巷施工环境，合理选择立井罐笼，提升机能力，合理选择井下无轨辅助运输设备的型号规格，尽量减少辅助运输车辆和其他大型设备在运输过程中的拆装次数，以提升引进新装备后辅助运输的能力。目前，部分矿井采用单一的无轨胶轮车作为辅助运输设备，但矿井受自身条件影响，运输强度和运输成本不断提高。因此，可以在地面增加投料孔，将部分零散物料直接从地面投放到井下硐室，再用特种车辆将无轨胶轮车运输到施工地点，提升运输效率，降低运输成本。

4 煤矿井下无轨辅助运输技术的展望

未来，随着我国互联网技术的高度发展，智慧矿山和矿山物联网将在煤矿行业得到广泛应用，以智能化互联网平台为依托，与矿山物联网形成高度融合，提高煤炭行业日常工作的规范化程度，为煤矿日常工作以及井下无轨智能操作提供支持，重点对行驶的车辆、人和环境三大要素进行自动化设计，提高整个运输过程的智能化水平和信息化程度，将煤矿井下作业的各个业务流程联系起来，形成“三横四纵”的运输体系。

大力推广当前安全高效矿井，并在工作过程中重视无轨胶轮车技术的改善，在井下辅助运输沿线设置自主化区域控制设备及算法，用于运输的机车端设计要符合矿井实际的车辆算法，重视井下车辆在运行过程中的定位，将5G网络覆盖整个区域，形成高度发达的车联网，形成减人提速、科学闭环的煤矿作业智能辅助机制，并在我国大型煤矿企业推广、普及。这将是煤矿无轨辅助运输在未来的发展趋势，也是必然选择[5]。

无轨胶轮车辅助运输系统，与常规的矿井辅助运输系统手段相比，具有运营安全、移动灵活性、安全系数大、运营成本低等优点。与常规的巷道内运输系统相比，无轨胶轮车辅助运输系统具有结构安全、移动灵活性、有效节省空间的优势。煤矿实行无轨胶轮车辅助输送方法，降低了人员劳动强度，也减少了由于巷道宽度控制带来的物料和装备的外运问题，提高了煤矿安全生产能力[6]。针对煤矿井下无轨辅助运输系统的特性，未来必须设计专门的管理系统，以确保无轨辅助运输系统的顺利运行。