蔣 兵,段 瑞,謝 苗

(1.潞安集團(tuán)余吾煤業(yè)有限責(zé)任公司,山西 長治 046100;2.遼寧工程技術(shù)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,遼寧 阜新 123000)

煤礦輔助運(yùn)輸是指煤礦井下的運(yùn)輸,包括人員、材料、設(shè)備和矸石等各種除煤炭以外的運(yùn)輸[1]。近年來我國大力發(fā)展建設(shè)大型礦井,煤礦企業(yè)以及相關(guān)的設(shè)備生產(chǎn)廠家也逐步加大對(duì)煤礦輔助運(yùn)輸設(shè)備建設(shè)的力度,但是,由于忽視了各種設(shè)備之間的適應(yīng)性問題,導(dǎo)致了目前煤礦輔助運(yùn)輸裝備系統(tǒng)的多樣性和復(fù)雜性[2]。為充分發(fā)揮大型輔助運(yùn)輸設(shè)備的性能,提高相關(guān)設(shè)備的利用率,選擇科學(xué)合理的輔助運(yùn)輸系統(tǒng)和提高輔助運(yùn)輸效率成為加快建設(shè)大中型煤礦安全高效礦井必須解決的問題[3]。

柴油機(jī)齒軌車輔助運(yùn)輸系統(tǒng)與傳統(tǒng)的煤礦井下輔助運(yùn)輸系統(tǒng)相比,具有牽引能力大、機(jī)動(dòng)靈活、適應(yīng)長距離采區(qū)等特點(diǎn)[4]。柴油機(jī)齒軌車輔助運(yùn)輸系統(tǒng)能夠適應(yīng)起伏不平和坡度不同的巷道,可以在近水平煤層礦井中實(shí)現(xiàn)矸石、材料、設(shè)備和人車直達(dá)的一條龍運(yùn)輸,是輔助運(yùn)輸發(fā)展的新方向,能為大中型煤礦安全高效礦井建設(shè)提供有利條件。余吾煤業(yè)作為現(xiàn)代化大型煤礦企業(yè),隨著礦井開采距離的不斷延伸,現(xiàn)有的一些輔助運(yùn)輸裝備不能適應(yīng)長距離采區(qū)的輔助運(yùn)輸,而柴油機(jī)齒軌車輔助運(yùn)輸系統(tǒng)正好能夠彌補(bǔ)現(xiàn)有輔助運(yùn)輸系統(tǒng)存在的不足,實(shí)現(xiàn)建設(shè)高效、安全、現(xiàn)代化的礦井,為企業(yè)創(chuàng)造更多的效益[5]。

1 工程概況

余吾煤業(yè)礦井井田面積約161.2 km2,地質(zhì)儲(chǔ)量約15.3億t,可采儲(chǔ)量約6.8億t。南一采區(qū)3號(hào)煤層賦存穩(wěn)定,傾角平緩,構(gòu)造簡單,開采條件優(yōu)越。根據(jù)余吾煤業(yè)的產(chǎn)量計(jì)劃安排和實(shí)際采掘能力核算,南一采區(qū)生產(chǎn)規(guī)模為300萬t/a。

南一采區(qū)運(yùn)輸現(xiàn)狀:從副立井下井后,在+400 m南翼水平軌道大巷內(nèi)由電機(jī)車將物料、設(shè)備運(yùn)送至南翼軌道進(jìn)風(fēng)聯(lián)絡(luò)平巷,再經(jīng)南翼進(jìn)風(fēng)大巷、南一采區(qū)1#措施巷、南一采區(qū)進(jìn)風(fēng)上山等巷道運(yùn)輸至用料地點(diǎn);其中,南翼進(jìn)風(fēng)大巷運(yùn)輸距離約為500 m(最大坡度8°),南一采區(qū)1#措施巷運(yùn)輸距離約為150 m(最大坡度8°),南一采區(qū)進(jìn)風(fēng)上山Ⅰ段運(yùn)輸距離約為2 400 m(最大坡度22°),南一采區(qū)進(jìn)風(fēng)上山Ⅱ段運(yùn)輸距離約為2 300 m(最大坡度21°)。

該采區(qū)煤層賦存穩(wěn)定,傾角平緩,構(gòu)造簡單,巷道坡度多為12°～25°。采區(qū)運(yùn)輸線路共存在3處轉(zhuǎn)彎?，F(xiàn)有的主要設(shè)備運(yùn)輸車輛為繩牽引卡軌車,主要的運(yùn)人設(shè)備為架空人車裝置。圖1為南一采區(qū)巷道布置圖。

圖1 南一采區(qū)巷道布置圖Fig.1 Roadway layout of No.1 south mining area

2 齒軌車主要技術(shù)參數(shù)

根據(jù)南一采區(qū)的運(yùn)輸現(xiàn)狀,采用德國沙爾夫集團(tuán)公司生產(chǎn)的ZL 200-130-900 D型柴油機(jī)齒軌式卡軌車(見圖2)。該設(shè)備為柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的齒軌式卡軌車,采用盤式液壓制動(dòng),機(jī)械傳動(dòng)方式。軌道系統(tǒng)采用SMT-140型軌道,牽引力為200 kN,制動(dòng)力大于300 kN,機(jī)車最大速度為3 m/s,可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速;最大爬坡角度達(dá)到30°,水平轉(zhuǎn)彎半徑為大于4.7 m,垂直轉(zhuǎn)彎半徑20 m。其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

圖2 ZL 200-130-900 D型柴油機(jī)齒軌車Fig.2 ZL 200-130-900 D diesel rack rail vehicle

表1 ZL 200-130-900 D型齒軌卡軌車主要技術(shù)參數(shù)Table 1 Main technical parameters of ZL 200-130-900 D rack rail vehicle

3 齒軌車輔助運(yùn)輸系統(tǒng)適應(yīng)性分析

針對(duì)該礦基礎(chǔ)地質(zhì)條件及輔助設(shè)備性能特點(diǎn),我們從安全性、技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性等方面將齒軌車輔助運(yùn)輸系統(tǒng)與繩牽引卡軌車和架空乘人裝置系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析[6]。

3.1 安全性對(duì)比分析

1)繩牽引卡軌車運(yùn)行和架空乘人裝置運(yùn)人時(shí),巷道內(nèi)有鋼絲繩運(yùn)行,對(duì)巷道頂板及巷幫的要求高,且存在斷繩傷人的風(fēng)險(xiǎn)。而齒軌車沒有斷繩的風(fēng)險(xiǎn),運(yùn)輸安全性好。

2)南一采區(qū)進(jìn)風(fēng)上山巷道全長約4 720 m,如使用繩牽引卡軌車運(yùn)輸,至少要3部卡軌車接力運(yùn)輸,且在卡軌車之間需要布置車場和對(duì)拉絞車,中間環(huán)節(jié)多,安全系數(shù)低;架空乘人裝置在膠帶巷內(nèi)運(yùn)行,乘車人員分布較散,管理難度增加。而齒軌車可進(jìn)行長距離運(yùn)輸,且不需要轉(zhuǎn)載,能實(shí)現(xiàn)集中運(yùn)輸,安全管理難度小,中間環(huán)節(jié)少,運(yùn)輸安全有保障。

3)繩牽引卡軌車運(yùn)行時(shí),整個(gè)巷道內(nèi)都有鋼絲繩運(yùn)行,運(yùn)輸涉及的線路長;使用架空乘人裝置運(yùn)行易出現(xiàn)吊椅脫落、搖擺的情況,會(huì)影響帶式輸送機(jī)的運(yùn)行,甚至出現(xiàn)吊椅撕扯皮帶的情況。而使用齒軌車運(yùn)行時(shí),只是一個(gè)點(diǎn)的運(yùn)輸,不受巷道內(nèi)其他區(qū)段的影響,運(yùn)輸安全有保障。

3.2 技術(shù)性對(duì)比分析

1)齒軌車能適應(yīng)巷道多轉(zhuǎn)彎、多起伏、大坡度的運(yùn)輸條件,無需管理且通訊準(zhǔn)確,可隨時(shí)停車,將工作人員直接運(yùn)送至作業(yè)地點(diǎn),使用更靈活。而卡軌車受鋼絲繩影響,轉(zhuǎn)彎時(shí),鋼絲繩受力增加,安全系數(shù)降低,且不能連續(xù)轉(zhuǎn)彎,在巷道起伏嚴(yán)重時(shí),對(duì)托壓繩輪的使用要求高,鋼絲繩磨損嚴(yán)重,安全性較差;架空乘人裝置只能將工作人員運(yùn)送至膠帶上山巷道沿線的各個(gè)貫眼口,工作人員還需要步行至作業(yè)地點(diǎn)。

2)齒軌車不用考慮驅(qū)動(dòng)部分的巷道設(shè)置,直接安上軌道并與地面軌道對(duì)接即可使用,與電機(jī)車實(shí)現(xiàn)無縫對(duì)接,方便管理。而卡軌車需要考慮機(jī)頭設(shè)備位置,設(shè)置專門的機(jī)頭硐室和機(jī)尾墜砣坑等,且需要安裝專門的供電線路,現(xiàn)場布置較為復(fù)雜。

3)齒軌車運(yùn)行靈活,可以直接將物料、設(shè)備從換裝車場運(yùn)輸至工作面順槽內(nèi),真正實(shí)現(xiàn)一站式運(yùn)輸。而繩牽引卡軌車還需要使用單軌吊進(jìn)行換裝,接替運(yùn)輸,運(yùn)輸效率較低。

4)齒軌車使用工作人員比繩牽引卡軌車少很多,平均每班2人(司機(jī)1人，跟車工1人)，用人成本低，可實(shí)現(xiàn)減人提效。而每部繩牽引卡軌車至少需要4人(司機(jī)1人、跟車工2人,警戒1人)。南一采區(qū)使用卡軌車運(yùn)輸,需要投入3部卡軌車,至少需要12人,而使用齒軌車運(yùn)輸,可直接減少83%的人員投入。一部架空乘人裝置至少需要5人(司機(jī)2人、檢修工2人,變頻器、開關(guān)等電氣設(shè)備維護(hù)工1人),投入2部架空乘人裝置,至少需要7人,而使用齒軌車運(yùn)人,可直接減少57%的人員投入。

5)根據(jù)南一采區(qū)的采掘情況分析,采區(qū)最大班作業(yè)人數(shù)如表2所示。

表2 南一采區(qū)采掘工作面、其他采區(qū)作業(yè)點(diǎn)人員分布情況Table 2 Personnel distribution in the mining face and other mining sites in No.1 south mining area

南一采區(qū)(北區(qū))最大班作業(yè)人數(shù)約為77人,交接班時(shí)約為154人,若使用架空人車裝置運(yùn)送人員,需要布置2部架空人車裝置,且設(shè)備閑置率較高。而使用齒軌車人車配備5節(jié)人車車廂(根據(jù)情況還可增加車廂),可同時(shí)運(yùn)送80人(每節(jié)可乘坐16人),能滿足最大班作業(yè)人數(shù)運(yùn)輸要求,而且齒軌車在不運(yùn)人期間還可以運(yùn)送物料,充分發(fā)揮設(shè)備的功能,不存在閑置的情況。

3.3 經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析

1)南一采區(qū)巷道長達(dá)4 720 m,運(yùn)輸線路共存在3處轉(zhuǎn)彎,若使用卡軌車則需要3部繩牽引卡軌車進(jìn)行接力,且均存在彎道;運(yùn)人時(shí)需要布置2部架空乘人裝置,設(shè)備投資較大。而使用齒軌車的話,一臺(tái)機(jī)車就能滿足巷道多轉(zhuǎn)彎、多起伏的運(yùn)輸狀況,使用齒軌車運(yùn)人,則只需購置人車車廂即可,投資較少。

2)繩牽引卡軌車涉及鋼絲繩、異形軌、托繩輪、壓繩輪和彎道輪等設(shè)備，附屬配件多;架空乘人裝置涉及鋼絲繩、托繩輪、壓繩輪等各類保護(hù)裝置,附屬配件多,檢修強(qiáng)度大、后期配件投入多。而齒軌車整個(gè)運(yùn)輸線路只涉及齒軌道,后期費(fèi)用低。

柴油機(jī)齒軌車與卡軌車、架空人車裝置設(shè)備投資比較情況如表3所示。

表3 設(shè)備投資比較Table 3 Comparison of equipment investment

綜上,使用齒軌車可以解決余吾煤業(yè)輔助運(yùn)輸存在的問題,滿足重型設(shè)備運(yùn)輸需求，保障人員運(yùn)輸安全,實(shí)現(xiàn)人員集中運(yùn)輸，做到節(jié)約資金、減人增效。

4 結(jié)論

基于余吾煤業(yè)南一采區(qū)輔助運(yùn)輸系統(tǒng)現(xiàn)狀,分析了其運(yùn)輸巷道下現(xiàn)有運(yùn)輸設(shè)備存在的問題,提出用防爆柴油機(jī)齒軌車替代部分運(yùn)輸設(shè)備的方案。分析了齒軌車參數(shù)后,將現(xiàn)有輔助運(yùn)輸系統(tǒng)與柴油機(jī)齒軌車輔助運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行安全性、技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性等方面的比對(duì)分析。實(shí)踐證明用齒軌車代替繩牽引卡軌車和架空人車裝置,能夠極大地提高運(yùn)輸線路的效率和安全系數(shù),解決原線路中設(shè)備故障率高、重型設(shè)備運(yùn)輸困難、工人運(yùn)輸過程中人員安全難以保障等問題,滿足了煤礦長距離、大坡度、多彎道環(huán)境下對(duì)于重型設(shè)備和人員的運(yùn)輸要求。