蔡曉煌

（山西焦煤汾西礦業(yè)賈郭煤礦， 山西 沁源 046500）

引言

無軌膠輪車可將物料、人員以及設(shè)備等由地面直接運(yùn)輸至井下作業(yè)點(diǎn)，期間物料不需要轉(zhuǎn)運(yùn)、等待，可大幅提升礦井輔助運(yùn)輸效率并減少輔助人員數(shù)量[1-2]。如山西大同云崗礦通過引進(jìn)采用柴油防爆無軌膠輪車，實(shí)現(xiàn)了采面重型液壓支架快速搬家，無軌輔助運(yùn)輸設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過程中表現(xiàn)出顯著的安全與效率優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)階段，國內(nèi)煤礦井下使用的各類無軌膠輪車數(shù)量已超過4 萬臺(tái)[3-6]。為此，推廣應(yīng)用以電能、空氣動(dòng)力等為核心的無軌膠輪車，并實(shí)現(xiàn)無軌膠輪車精準(zhǔn)化調(diào)度，對(duì)提高無軌膠輔助運(yùn)輸工作效率具有重要意義。

1 礦井無軌輔助運(yùn)輸工藝應(yīng)用分析

國內(nèi)廠商不斷推出礦井無軌輔助運(yùn)輸設(shè)備，并在安全防護(hù)、使用工藝以及節(jié)能減排等方面進(jìn)行改進(jìn)。礦井無軌輔助運(yùn)輸設(shè)備，包括有多功能車、材料車、罐籠人車等。礦井（包括斜井、立井）無軌運(yùn)輸系統(tǒng)模型圖如圖1 所示。

圖1 礦井（包括斜井、立井）無軌運(yùn)輸系統(tǒng)模型圖

1.1 無軌運(yùn)輸系統(tǒng)人員運(yùn)輸

國內(nèi)井下作業(yè)人員數(shù)量相對(duì)較多，一般情況下一個(gè)綜采作業(yè)班組人員數(shù)量可達(dá)到20 人，同時(shí)需大量的輔助人員。采用無軌運(yùn)輸系統(tǒng)時(shí)，上下班需要采用20 座甚至30 座人車，并配備有專業(yè)的人車駕駛員?，F(xiàn)階段礦井使用的人車類型主要有20 座人車以及5～9 座指揮車兩種類型，30 座人車和2 座巡檢車應(yīng)用較少。礦井無軌輔助運(yùn)輸系統(tǒng)人員運(yùn)輸流程如圖2所示。

圖2 無軌輔助運(yùn)輸系統(tǒng)人員運(yùn)輸流程圖

1.2 無軌運(yùn)輸系統(tǒng)材料運(yùn)輸

國內(nèi)煤礦井下生產(chǎn)環(huán)節(jié)較多，包括有巷道底板硬化（底板鋪設(shè)混凝土）、頂板以及巷幫圍巖支護(hù)（錨網(wǎng)索支護(hù)）、避難硐室施工及維護(hù)、井下降塵等，生產(chǎn)環(huán)節(jié)需要的材料類型以及數(shù)量等均較多，對(duì)材料運(yùn)輸系統(tǒng)有更高的要求。采用無軌運(yùn)輸系統(tǒng)時(shí)，不僅需要運(yùn)輸常規(guī)的管線、網(wǎng)片、錨桿索以及相關(guān)配件等，同時(shí)還需大量運(yùn)輸砂、石、混凝土等。井下運(yùn)輸使用的材料數(shù)量大、類型多，因而對(duì)無軌運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)輸車輛要求較高。現(xiàn)代化礦井無軌運(yùn)輸系統(tǒng)材料運(yùn)輸流程如圖3 所示。

圖3 無軌輔助運(yùn)輸系統(tǒng)材料運(yùn)輸流程圖

1.3 無軌運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)輸

隨著礦井生產(chǎn)能力以及采掘設(shè)備功率的不斷提升，綜采設(shè)備的噸位、體積也不斷增加，對(duì)開采設(shè)備井下運(yùn)輸、安裝以及回撤等提出了更高要求。針對(duì)礦井井下設(shè)備運(yùn)輸需求，相繼研發(fā)有25～100 t 設(shè)備運(yùn)輸車輛。通過采用無軌運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)輸系統(tǒng)后，采煤工作面設(shè)備安裝、回撤等工作耗時(shí)可控制在2 周以內(nèi)，工作效率大幅提升，并降低了作業(yè)人員的工作強(qiáng)度。

現(xiàn)階段采煤工作面設(shè)備常用的運(yùn)輸車輛包括有防爆蓄電池鏟板車、多功能鏟運(yùn)車和防爆支架搬運(yùn)車等。現(xiàn)階段礦井采煤工作面煤炭開采設(shè)備雙向回撤運(yùn)輸工藝流程如圖4 所示。

圖4 無軌運(yùn)輸雙向回撤運(yùn)輸工藝流程

1.4 防爆蓄電池車使用工藝

為了更好地改善井下空氣環(huán)境質(zhì)量，部分礦井在使用大運(yùn)量防爆鉛酸電池鏟板車的同時(shí)，開始推廣應(yīng)用防爆鋰電池鏟板車，并在山東、陜西、新疆以及內(nèi)蒙古等煤炭主產(chǎn)區(qū)礦井使用。采用防爆電池后，電池質(zhì)量大幅增加，從而導(dǎo)致整車質(zhì)量過大、運(yùn)輸里程較短，一般情況下防爆鋰電池電車、防爆鉛酸電池電車行駛里程分別在100 km、30 km 左右，行駛里程明顯低于防爆柴油車，加之電池充電時(shí)間較長，因此在防爆蓄電池車使用時(shí)，協(xié)調(diào)好充電、作業(yè)時(shí)間成為關(guān)鍵。一般情況下鉛酸電池充電時(shí)間在6～8 h，因此防爆鉛酸電池車使用時(shí)一般配備3 塊電池，一塊充電、一塊使用、一塊充電后冷卻，通過采用換電池方式，可提高車輛使用效率。

2 無軌輔助運(yùn)輸系統(tǒng)發(fā)展方向

2.1 防爆柴油車發(fā)展分析

隨著對(duì)煤礦井下空氣質(zhì)量重視程度的不斷提升，相關(guān)要求規(guī)范以及文件等對(duì)井下防爆柴油車柴油機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)有了新的要求，禁止國三排放標(biāo)準(zhǔn)采油機(jī)在煤礦井下使用。為此，相關(guān)廠家強(qiáng)化對(duì)防爆柴油車的研究，并將研究重點(diǎn)放在尾氣后處理技術(shù)、電噴發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、油氣混動(dòng)技術(shù)等方面。

電噴發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)獲取到的噴油時(shí)刻、轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣溫度和氧氣濃度等參數(shù)傳輸給ECU（計(jì)算機(jī)），將監(jiān)測(cè)參數(shù)與MAP（參數(shù)圖譜）或者設(shè)定參數(shù)值進(jìn)行比對(duì)，經(jīng)處理后獲取最佳值，并將控制指令發(fā)送給執(zhí)行器。執(zhí)行器按照ECU 指令調(diào)整噴油量，使柴油機(jī)處于最佳工作狀態(tài)。相關(guān)研究成果以及應(yīng)用實(shí)踐表明，采用電噴發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)可降低CO、顆粒物以及NOx等排放量，但未能有效降低油耗。

尾氣后處理技術(shù)包括有SCR（選擇性催化還原）、EGR（廢棄再利用）技術(shù)等，EGR 技術(shù)可有效降低NOx排放量，但是也會(huì)增大CO 排放，并增加煙度值。SCR以及EGR 與電噴發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)相配合，可有效控制排放標(biāo)準(zhǔn)，使防爆采油發(fā)動(dòng)機(jī)排放滿足國三排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

油電混動(dòng)技術(shù)應(yīng)用相對(duì)成熟，但近些年來發(fā)展相對(duì)緩慢。經(jīng)過相關(guān)研究成果表明，采用油電混動(dòng)技術(shù)后，燃油消耗降低約10%～20%，可改善發(fā)動(dòng)機(jī)排放，但還需解決成本高、電池充電等待等問題。

2.2 防爆蓄電池車發(fā)展分析

現(xiàn)階段，煤礦井下電動(dòng)車多采用鉛酸電池，同時(shí)采用快速換電池方式，也解決了充電等待問題，可滿足短途往返運(yùn)輸需求，同時(shí)經(jīng)過專業(yè)化維護(hù)可提升電池使用壽命，并減少電池衰減。

防爆鋰電池目前在地面應(yīng)用相對(duì)廣泛，配合車身輕量化技術(shù)、高效永磁電機(jī)以及變頻控制技術(shù)等，可實(shí)現(xiàn)尾氣零排放，并增大使用里程。為了提高電動(dòng)車使用效率，可借鑒采用多電池快速更換方法，提高車輛使用效率。但是鋰電池也存在需專業(yè)保養(yǎng)、使用成本高等問題，因此在礦井使用防爆鋰電池車時(shí)，需要配備足夠的鋰電池以及專業(yè)化的隊(duì)伍，方可提高防爆鋰電池車在井下使用效率，降低車輛使用故障率。

2.3 無軌輔助運(yùn)輸智能化

為解決井下防爆柴油車尾氣排放污染、提高車輛使用效率，可通過智能化調(diào)度方式合理分配防爆蓄電池車以及防爆柴油車使用時(shí)間、使用路線，將井下有害氣體成分控制在安全范圍內(nèi)。同時(shí)隨著礦井安全要求的不斷增加，需要擴(kuò)大智能化調(diào)度、自動(dòng)化控制以及遠(yuǎn)程遙控等技術(shù)在井下的應(yīng)用，減少井下輔助人員數(shù)量，并提高輔助系統(tǒng)工作效率。輔助運(yùn)輸車輛無人駕駛以及運(yùn)輸智能化，將是礦井無軌輔助運(yùn)輸?shù)闹匾l(fā)展方向。

現(xiàn)階段，在一些先進(jìn)的礦井已部分實(shí)現(xiàn)無軌輔助運(yùn)輸智能化，如神東煤炭下屬礦井、山西王家?guī)X礦等企業(yè)，通過應(yīng)用智能化技術(shù)，提高了駕駛員管理、通信、定位和調(diào)度等效率，并提升了礦井輔助運(yùn)輸效率以及安全保障能力。

3 結(jié)語

通過綜合以往的研究成果與筆者的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)礦井無軌輔助運(yùn)輸系統(tǒng)應(yīng)用情況進(jìn)行分析，并探討其發(fā)展方向。將無軌輔助運(yùn)輸系統(tǒng)應(yīng)用到礦井生產(chǎn)中，可提升輔助系統(tǒng)工作效率，并降低作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，無軌輔助運(yùn)行系統(tǒng)的發(fā)展方向重點(diǎn)是電氣化以及智能化。