千米立井無(wú)軌輔助運(yùn)輸系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)

楊壯

(國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局 信息研究院，北京 100029)

[摘要]礦井輔助運(yùn)輸是整個(gè)煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)不可或缺的重要組成部分，膠輪車(chē)、單軌吊等技術(shù)裝備的快速發(fā)展，促進(jìn)了煤礦生產(chǎn)的高產(chǎn)高效。結(jié)合東部某深部礦井實(shí)際，提出了千米立井宜采用無(wú)軌膠輪車(chē)為主、單軌吊轉(zhuǎn)載為輔的運(yùn)輸模式，對(duì)礦井現(xiàn)階段輔助運(yùn)輸系統(tǒng)提出了改造方案，可以為類(lèi)似礦井無(wú)軌輔助運(yùn)輸設(shè)計(jì)提供借鑒。

[關(guān)鍵詞]千米立井；無(wú)軌膠輪車(chē)；輔助運(yùn)輸；單軌吊

[中圖分類(lèi)號(hào)]TD525[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B

[收稿日期]2014-07-15

DOI[]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2015.01.012

[作者簡(jiǎn)介]楊壯(1983-)，男，山東臨沂人，工程師，國(guó)家安監(jiān)總局信息研究院煤炭產(chǎn)業(yè)分析中心主任，從事煤炭企業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)工作。

Innovation Design for Trackless Auxiliary Transportation System in 1000m Deep Shaft

[引用格式]楊壯.千米立井無(wú)軌輔助運(yùn)輸系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)[J].煤礦開(kāi)采，2015，20(1)：38-40，32.

煤礦輔助運(yùn)輸是整個(gè)煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)不可或缺的重要組成部分，礦井輔助運(yùn)輸方式、裝備水平及技術(shù)管理水平直接影響煤礦的生產(chǎn)效率及安全可靠性。無(wú)軌膠輪車(chē)、單軌吊等技術(shù)裝備的快速發(fā)展，促進(jìn)了煤礦生產(chǎn)的高產(chǎn)高效[1-2]。當(dāng)前，礦井實(shí)現(xiàn)全無(wú)軌化輔助運(yùn)輸大部分應(yīng)用在中西部地區(qū)的斜井、平硐開(kāi)拓的礦井，在東部立井使用較少。

1概況

新巨龍公司礦井位于巨野煤田中南部，礦井系統(tǒng)實(shí)際裝備能力10Mt/a，井田呈寬緩褶曲構(gòu)造，煤層傾角一般在5°左右，局部達(dá)10°。井田以畢垓斷層和馬莊斷層為界將3煤層賦存范圍劃分為東西兩個(gè)分區(qū)。西區(qū)埋藏淺，地質(zhì)構(gòu)造較簡(jiǎn)單，地層傾角平緩，勘探程度高，開(kāi)采條件較好，以主(兩個(gè))、副、風(fēng)井集中開(kāi)發(fā)西區(qū)，在-800m水平沿煤層布置一組大巷。由于該區(qū)南北走向長(zhǎng)度較大，尤其是二、三采區(qū)，距工業(yè)廣場(chǎng)距離大于6km，為減小礦井通風(fēng)阻力，并有利于通風(fēng)降溫，在陳廟斷層以北煤層露頭處建一進(jìn)風(fēng)井，井筒凈直徑3m。東區(qū)煤層埋藏較深，構(gòu)造中等偏復(fù)雜、后期擬在其中部，148號(hào)鉆孔西，鐵路與公路之間的二郎廟村附近建一個(gè)副井和一個(gè)回風(fēng)井，松散層厚約660m，在-950m水平沿煤層布置一組北翼大巷。從而建立東區(qū)獨(dú)立的輔助運(yùn)輸和通風(fēng)系統(tǒng)，形成全井田主井集中出煤、分區(qū)開(kāi)拓的布局。兩水平間利用傾斜大巷聯(lián)系。

根據(jù)通風(fēng)和運(yùn)輸?shù)囊螅鲄^(qū)的北翼布置4條大巷，其中2條為輔助運(yùn)輸大巷兼進(jìn)風(fēng)，另1條為膠帶輸送機(jī)大巷兼回風(fēng)，第4條為回風(fēng)大巷。其他塊段均設(shè)3條，分別為輔助運(yùn)輸大巷、膠帶輸送機(jī)大巷及回風(fēng)大巷。在初設(shè)過(guò)程中，充分考慮到無(wú)軌膠輪車(chē)的技術(shù)要求，巷道坡度一般不大于6°，局部坡度較大時(shí)，采取挑頂和臥底的方式以降低坡度，使之不大于7°。采區(qū)布置3條上(下)山，分別用于煤炭運(yùn)輸、輔助運(yùn)輸和回風(fēng)，3條上(下)山原則上布置在煤層之中，其中為滿(mǎn)足無(wú)軌運(yùn)輸要求，輔助運(yùn)輸上山局部地段通過(guò)挑頂或臥底使巷道坡度不超過(guò)7°。巷道帶式輸送機(jī)與上山帶式輸送機(jī)直接搭接，不設(shè)溜煤眼；輔助運(yùn)輸上山與輔助運(yùn)輸巷采用平車(chē)場(chǎng)聯(lián)系。

2輔助運(yùn)輸系統(tǒng)分析

2.1　材料、設(shè)備運(yùn)輸

現(xiàn)階段礦井輔助運(yùn)輸有地軌機(jī)車(chē)、單軌吊、無(wú)軌膠輪車(chē)3種運(yùn)輸方式，目前礦井物料運(yùn)輸采用地軌機(jī)車(chē)與單軌吊換裝、轉(zhuǎn)載接力運(yùn)輸模式；液壓支架、大型設(shè)備采用支架搬運(yùn)車(chē)運(yùn)輸，工作面附近安裝的模式。隨著礦井不斷延深，運(yùn)輸距離越來(lái)越遠(yuǎn)，多種運(yùn)輸形式、多個(gè)運(yùn)輸環(huán)節(jié)的互相配合、銜接難度越來(lái)越大，運(yùn)輸效率降低，在日常生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)運(yùn)輸計(jì)劃完不成的情況。以三采區(qū)、北翼二采區(qū)材料運(yùn)輸為例，三采區(qū)下部車(chē)場(chǎng)、北翼二采區(qū)一中車(chē)場(chǎng)距離井底車(chē)場(chǎng)5km左右，車(chē)輛往返距離約11km，經(jīng)測(cè)算，采用地軌機(jī)車(chē)+單軌吊運(yùn)輸模式，單趟運(yùn)輸時(shí)間約為2h左右。按每班供料48車(chē)，每列車(chē)15車(chē)計(jì)算，需要4列車(chē)才能滿(mǎn)足運(yùn)輸需要。礦井不斷延深使運(yùn)輸距離越來(lái)越遠(yuǎn)，到礦井輔助運(yùn)輸最困難時(shí)期，用料地點(diǎn)距離井底車(chē)場(chǎng)超過(guò)12km，車(chē)輛往返距離在25km左右，采用地軌機(jī)車(chē)+單軌吊運(yùn)輸模式，單趟運(yùn)輸時(shí)間約為3.5h左右。

地軌機(jī)車(chē)具有對(duì)巷道坡度適應(yīng)性較強(qiáng)、設(shè)備投資較低等優(yōu)點(diǎn)，但地軌機(jī)車(chē)依賴(lài)于軌道，一旦運(yùn)輸軌道出現(xiàn)問(wèn)題，將會(huì)造成輔助運(yùn)輸?shù)娜€崩潰，進(jìn)而影響礦井的施工進(jìn)度，增加成本。多列地軌機(jī)車(chē)的密集運(yùn)輸，會(huì)造成工人工作量分布不均，增加輔助運(yùn)輸調(diào)度難度，一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，將嚴(yán)重影響礦井的采掘作業(yè)。這些因素都會(huì)為礦井的安全生產(chǎn)帶來(lái)隱患。單軌吊具有對(duì)巷道坡度的適應(yīng)性相對(duì)較強(qiáng)，基本不受巷道底板變形的影響的優(yōu)點(diǎn)，但運(yùn)行速度太慢，不適合長(zhǎng)距離運(yùn)輸。因此，為保障礦井的用料需求，提高輔助運(yùn)輸效率，促進(jìn)礦井的安全生產(chǎn)，很有必要對(duì)礦井的輔助運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行分析，在立足礦井實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，合理選定輔助運(yùn)輸模式，并對(duì)輔助運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行一系列地改造。

2.2　人員運(yùn)輸

目前，礦井已實(shí)現(xiàn)無(wú)軌化人員快速運(yùn)輸，建立井下綠色運(yùn)人通道，采用無(wú)軌膠輪車(chē)循環(huán)運(yùn)人?，F(xiàn)已投入WC24R型防爆運(yùn)人車(chē)26輛，將地面公交的理念充分借鑒應(yīng)用到井下，線路上安設(shè)LED巷標(biāo)及站牌、紅綠燈等各類(lèi)交通指揮設(shè)施，構(gòu)建現(xiàn)代化的礦井公交運(yùn)人系統(tǒng)。

通過(guò)對(duì)礦井無(wú)軌膠輪車(chē)運(yùn)人情況分析可知，運(yùn)送人數(shù)在早班最多，達(dá)到960人。從不同采區(qū)運(yùn)人情況來(lái)看，單趟運(yùn)輸時(shí)間在23～44min之間，單趟平均時(shí)間在30min左右，基本可以滿(mǎn)足在0.5h內(nèi)把當(dāng)班人員送到工作地點(diǎn)，總運(yùn)人時(shí)間在2h左右，基本可以滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。隨著礦井開(kāi)拓的不斷延伸，運(yùn)輸距離逐步加大，可以通過(guò)提高無(wú)軌膠輪車(chē)出車(chē)率以及工作時(shí)間利用效率來(lái)解決，在當(dāng)前及今后很長(zhǎng)一段時(shí)間，車(chē)輛可以滿(mǎn)足礦井生產(chǎn)的需要。

3輔助運(yùn)輸系統(tǒng)改造方案

根據(jù)礦井特點(diǎn)，本著立足當(dāng)前、放眼長(zhǎng)遠(yuǎn)，先進(jìn)性與適用性兼得的原則，充分考慮煤礦實(shí)際情況，從提高輔助運(yùn)輸效率的角度出發(fā)，經(jīng)綜合分析論證，確定當(dāng)前一段時(shí)間內(nèi)采用無(wú)軌膠輪車(chē)+單軌吊為礦井輔助運(yùn)輸系統(tǒng)改造實(shí)施方案。

輔助運(yùn)輸改造的工程背景副井井筒凈直徑較小，為7m；巷道采用單巷掘進(jìn)，掘進(jìn)煤巖采用綜掘機(jī)搭接膠帶運(yùn)輸；工作面局部有小斷層存在，部分區(qū)段底板起伏坡度較大；礦井初設(shè)及建設(shè)階段充分考慮到采用無(wú)軌膠輪車(chē)的可能，巷道可以滿(mǎn)足無(wú)軌膠輪車(chē)運(yùn)輸需求；人員全部采用無(wú)軌膠輪車(chē)運(yùn)輸，單軌吊運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)四通八達(dá)，礦井輔助運(yùn)輸人員對(duì)無(wú)軌化運(yùn)輸比較熟悉；完善的監(jiān)測(cè)監(jiān)控及調(diào)度系統(tǒng)，保證礦井輔助運(yùn)輸安全、高效。

輔助運(yùn)輸模式選擇立足礦井客觀實(shí)際，充分發(fā)揮無(wú)軌膠輪車(chē)運(yùn)輸速度快、運(yùn)輸車(chē)型多樣、用途廣泛、機(jī)動(dòng)靈活以及單軌吊對(duì)巷道坡度適應(yīng)性相對(duì)較強(qiáng)、基本不受巷道底板變形影響的優(yōu)點(diǎn)，確定輔助運(yùn)輸改造新模式，即以無(wú)軌膠輪車(chē)運(yùn)輸為主、單軌吊運(yùn)輸為輔。因副井凈直徑偏小，井底車(chē)場(chǎng)仍需保留地軌機(jī)車(chē)。地軌機(jī)車(chē)的服務(wù)范圍為副井到井底車(chē)場(chǎng)換裝硐室之間，無(wú)軌膠輪車(chē)服務(wù)范圍為井底車(chē)場(chǎng)換裝硐室到采區(qū)換裝硐室之間，單軌吊的服務(wù)范圍為從采區(qū)換裝硐室到采掘工作面用料地點(diǎn)。

3.1　無(wú)軌膠輪車(chē)車(chē)輛選型計(jì)算 [3-4]

根據(jù)《煤礦井下輔助運(yùn)輸設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50533-2009)等的規(guī)定，礦井輔助運(yùn)輸掘進(jìn)物料運(yùn)輸采用膠輪車(chē)從井底車(chē)場(chǎng)換裝硐室與平板車(chē)換裝，運(yùn)至采區(qū)中部車(chē)場(chǎng)與單軌吊換裝，單軌吊起吊物料轉(zhuǎn)運(yùn)至采掘面料場(chǎng)的運(yùn)輸模式，對(duì)于散料裝載采用集裝箱運(yùn)輸。根據(jù)《采礦工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》、《煤礦井下輔助運(yùn)輸設(shè)計(jì)規(guī)范》等規(guī)定，結(jié)合礦井輔助運(yùn)輸采用無(wú)軌膠輪車(chē)+單軌吊的運(yùn)輸模式的實(shí)際，按照運(yùn)輸物料箱數(shù)，對(duì)所需車(chē)輛進(jìn)行計(jì)算。

考慮到副井提升能力滿(mǎn)足不了生產(chǎn)需要，礦方擬在郭坊工業(yè)廣場(chǎng)建設(shè)輸料孔的實(shí)際情況，在假設(shè)有輸料孔的情況下，對(duì)所需車(chē)輛進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果為：實(shí)現(xiàn)礦井無(wú)軌化運(yùn)輸，共需配置無(wú)軌膠輪車(chē)92輛，其中運(yùn)料車(chē)以WC10E型集裝箱車(chē)為主力車(chē)型，配置20輛；WC5E型無(wú)軌膠輪車(chē)作為輔助運(yùn)料車(chē)7輛，WC8E型運(yùn)料車(chē)計(jì)劃3輛，其他特種車(chē)輛按實(shí)際情況配置，滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。施工立孔后，混合料59車(chē)從立孔直接下井，同等條件下，可減少WC10E型集裝箱運(yùn)輸車(chē)投入3輛。

3.2　單軌吊運(yùn)輸設(shè)計(jì)

本礦井采區(qū)及延伸大巷開(kāi)拓掘進(jìn)面物料運(yùn)輸方式主要以單軌吊運(yùn)輸為主，礦井井下實(shí)現(xiàn)了單軌吊網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)，現(xiàn)有德國(guó)進(jìn)口DZ1800 3+3型柴油單軌吊9部、DZ2200 3+1+3型柴油單軌吊2部，DZ1500 3+2型柴油單軌吊1部，共敷設(shè)吊軌超過(guò)48km，建有單軌吊換裝車(chē)場(chǎng)3處，實(shí)現(xiàn)了大巷與大巷之間、大巷與采區(qū)之間、采區(qū)與采區(qū)之間的互通互聯(lián)，各采區(qū)之間單軌吊的互相配合、互相備用，提高了礦井運(yùn)輸效率及安全。

根據(jù)礦井采掘布局，從滿(mǎn)足礦井輔助運(yùn)輸需要，提高單軌吊使用效率、減少設(shè)備投入等多個(gè)方面考慮，提出現(xiàn)階段可以將單軌吊運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)形成兩大區(qū)域：包括一采區(qū)、二采區(qū)南翼，以及未來(lái)開(kāi)采的五采區(qū)、八采區(qū)等；包括三采區(qū)、二采區(qū)北翼，以及未來(lái)開(kāi)采的九采區(qū)、七采區(qū)等，以后隨著運(yùn)輸距離的加大以及輸料孔位置的調(diào)整，可以進(jìn)行再次劃分。通過(guò)計(jì)算得知，采取無(wú)軌膠輪車(chē)與單軌吊接力運(yùn)輸方式后，需要配置單軌吊12臺(tái)，其中用于各采區(qū)運(yùn)料單軌吊6臺(tái)，配料單軌吊2臺(tái)，檢修及備用單軌吊3臺(tái)，外委大修1臺(tái)，工作面安撤期間根據(jù)實(shí)際情況調(diào)用。經(jīng)驗(yàn)算，礦方當(dāng)前已裝備的12臺(tái)單軌吊可以滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。

3.3　硐室改造與設(shè)計(jì) [5-6]

本著改動(dòng)量最小，工程量最省的原則，對(duì)井下?lián)Q裝硐室、無(wú)軌膠輪車(chē)檢修與存放硐室、采區(qū)換裝硐室、人員躲避硐室、調(diào)向硐室、會(huì)車(chē)硐室進(jìn)行了設(shè)計(jì)。以下重點(diǎn)介紹換裝硐室、無(wú)軌膠輪車(chē)檢修、加油、存放硐室的設(shè)計(jì)。

3.3.1換裝硐室設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)換裝硐室多方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，最終采用方案為井底車(chē)場(chǎng)和輔二大巷各設(shè)1個(gè)換裝硐室(見(jiàn)圖1)，對(duì)其擴(kuò)幫改造詳述如下。

圖1　換裝硐室改造方案

(1)井底組裝硐室刷擴(kuò)改造對(duì)現(xiàn)有井底車(chē)場(chǎng)組裝硐室(4號(hào)至9號(hào)交岔點(diǎn))進(jìn)行擴(kuò)幫處理，滿(mǎn)足換裝硐室要求，分別作為下井材料、升井材料的換裝地點(diǎn)。巷道設(shè)計(jì)如下：-810換裝硐室刷擴(kuò)為原大斷面位置，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度63.7m，巷道最小斷面凈寬×凈高=5.7m×5.6m，最大斷面凈寬×凈高=6.0m×6.9m，平均巷道凈寬×凈高=6.0m×6.0m。根據(jù)輔助運(yùn)輸要求，安裝寬度為5.7m，兩側(cè)安裝鋼結(jié)構(gòu)柱子，柱子寬度為0.6m×2m，巷道寬度刷擴(kuò)后保證兩側(cè)柱子內(nèi)邊緣凈寬5.7m，巷道兩端分別施工一處檢修點(diǎn)，檢修點(diǎn)巷道高度保證7.1m。

(2)輔二大巷刷擴(kuò)改造輔二大巷自導(dǎo)線點(diǎn)F1以北69m開(kāi)始刷擴(kuò)，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度67m，現(xiàn)巷道凈寬×凈高=5.0m×4.0m，根據(jù)輔助運(yùn)輸要求，刷擴(kuò)后鋼結(jié)構(gòu)立柱內(nèi)沿跨度為6.25m，鋼結(jié)構(gòu)立柱寬度為0.6m×2m，鋼結(jié)構(gòu)立柱距巷幫0.1m，刷擴(kuò)后巷道凈寬為7.65m，凈高為6.0m；巷道南端施工一處檢修點(diǎn)，檢修區(qū)域長(zhǎng)5.0m，巷道高度保證不低于7.1m。

(3)換裝車(chē)輛運(yùn)行方式下井材料從副立井井筒出車(chē)側(cè)出車(chē)，經(jīng)由4號(hào)交叉點(diǎn)至組裝硐室，普軌機(jī)車(chē)卸載物料后拉運(yùn)空平板車(chē)經(jīng)由9號(hào)交叉點(diǎn)至輔二大巷無(wú)軌膠輪車(chē)換裝硐室，將上井物料換裝至平板車(chē)上，再經(jīng)10號(hào)、9號(hào)交叉點(diǎn)到副井底提升至地面。

無(wú)軌膠輪車(chē)由輔二大巷出車(chē)后，在輔二大巷無(wú)軌膠輪車(chē)換裝站將上井物料換裝至平板車(chē)上，空車(chē)經(jīng)10號(hào)、9號(hào)交叉點(diǎn)進(jìn)入-810換裝硐室換裝下井物料，物料換裝完畢后，經(jīng)5號(hào)交叉點(diǎn)、11號(hào)交叉點(diǎn)進(jìn)入輔一大巷，運(yùn)至采區(qū)。

3.3.2無(wú)軌膠輪車(chē)加油、檢修與存車(chē)硐室

無(wú)軌膠輪車(chē)日常檢查、維修及一級(jí)保養(yǎng)、二級(jí)保養(yǎng)的部分工作在井下進(jìn)行，在井下施工建立無(wú)軌膠輪車(chē)檢修與存車(chē)硐室。

根據(jù)《AQ1064-2008 煤礦用防爆柴油機(jī)無(wú)軌膠輪車(chē)安全使用規(guī)范》，結(jié)合本礦井實(shí)際，在輔二大巷與2301S上巷新施工一條聯(lián)絡(luò)巷，形成環(huán)形通道，作為膠輪車(chē)加油、存放及檢修硐室。加油、檢修硐室與存放硐室聯(lián)合布置，且設(shè)有獨(dú)立回風(fēng)巷道與-950邊界回風(fēng)下山相連，見(jiàn)圖2。

圖2　無(wú)軌膠輪車(chē)加油、檢修、存放硐室布置

3.3.3采區(qū)換裝硐室

每個(gè)采區(qū)至少建立一處換裝車(chē)場(chǎng)，矩形斷面，車(chē)輛入口兩側(cè)巷幫曲率半徑不小于9m，長(zhǎng)度70m，凈寬5.3m，凈高4.5m。采區(qū)換裝車(chē)場(chǎng)換裝方式：采用WC10E型集裝箱自卸、自裝；安裝小型風(fēng)動(dòng)或電動(dòng)葫蘆輔助起吊；使用單軌吊輔助起吊；運(yùn)輸

量大、掘進(jìn)面集中的采區(qū)，換裝車(chē)場(chǎng)配置防爆叉車(chē)。

人員躲避硐室、調(diào)向硐室、會(huì)車(chē)硐室按照《采礦工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》、《煤礦用防爆柴油機(jī)無(wú)軌膠輪車(chē)安全使用規(guī)范》、《煤礦井下輔助運(yùn)輸設(shè)計(jì)規(guī)范》等相關(guān)要求進(jìn)行科學(xué)合理布設(shè)，盡可能利用已有硐室，避免重復(fù)建設(shè)。

4結(jié)束語(yǔ)

無(wú)軌膠輪車(chē)運(yùn)輸是條件適合的煤礦輔助運(yùn)輸發(fā)展的一大趨勢(shì)，是礦井高產(chǎn)高效的有利保障。在本礦井初步設(shè)計(jì)以及建造過(guò)程中，充分考慮了采用無(wú)軌膠輪車(chē)運(yùn)輸?shù)目赡埽@為礦井實(shí)現(xiàn)全無(wú)軌輔助運(yùn)輸打下了基礎(chǔ)，加上在單軌吊運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)化以及人員運(yùn)輸全無(wú)軌化的成功應(yīng)用，都為礦井實(shí)現(xiàn) “無(wú)軌膠輪車(chē)+單軌吊”輔助運(yùn)輸提供了條件。這也為千米立井輔助運(yùn)輸創(chuàng)建了新的模式，可以為類(lèi)似的礦井提供借鑒。

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[責(zé)任編輯：周景林]