馮立峰

（山西焦煤山煤國(guó)際東古城煤業(yè)，山西 大同 037100）

0 引言

山西山煤集團(tuán)東古城煤業(yè)現(xiàn)為生產(chǎn)礦井，開采方式為地下開采，生產(chǎn)能力90 萬(wàn)t/a，批準(zhǔn)開采煤層為16～25 號(hào)煤層，批采標(biāo)高+1060～+1330 m。目前，該礦井下采區(qū)輔助運(yùn)輸系統(tǒng)還在沿用無(wú)極繩連續(xù)牽引的傳統(tǒng)輔助運(yùn)輸方式，由于設(shè)備老舊、運(yùn)力小、效率低下、維護(hù)量大等缺點(diǎn)，已經(jīng)影響到礦井的生產(chǎn)能力提升。由井底車場(chǎng)至采區(qū)工作面巷道，需經(jīng)多次中轉(zhuǎn)編列，此種方式需占用大量設(shè)備和勞動(dòng)力[1]。

因此，目前急需改變現(xiàn)有輔助運(yùn)輸方式，因地制宜地選用一種先進(jìn)的且適合于本礦井的輔助運(yùn)輸方式，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，減少安全事故，使礦井輔助運(yùn)輸系統(tǒng)達(dá)到連續(xù)、快捷、安全、高效目的。

1 礦井概況

1.1 井田開拓現(xiàn)狀

東古城煤業(yè)井田采用斜井開拓，布置一個(gè)工業(yè)場(chǎng)地、三個(gè)井筒，即主/副斜井和回風(fēng)斜井。主斜井井筒內(nèi)裝DTL120/100/4×710S（A）帶式輸送機(jī)和ZR127架空乘人裝置，擔(dān)負(fù)煤炭和人員提升任務(wù)，并兼做安全出口和進(jìn)風(fēng)；副斜井裝備JK-3.5×2.5/31.5 型單繩纏繞式提升機(jī)，擔(dān)負(fù)材料提升及進(jìn)風(fēng)任務(wù)；回風(fēng)斜井擔(dān)負(fù)礦井回風(fēng)和安全出口任務(wù)。由于是單一水平開拓，井下硐室和車場(chǎng)分布在25 號(hào)煤層底板，水平高程確定為+1150 m。

1.2 運(yùn)輸系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.2.1 煤炭運(yùn)輸

井下煤流系統(tǒng)：工作面運(yùn)輸順槽輸送機(jī)（DSJ100/80/2 ×250）→集中運(yùn)輸巷輸送機(jī)（DSJ100/80/2×160）→主水平運(yùn)輸大巷輸送機(jī)（DTL100/70/2×315）→主斜井輸送機(jī)（DTL100/70/2×500）→地面篩分系統(tǒng)。

1.2.2 輔助運(yùn)輸

1）井下材料和設(shè)備輔助運(yùn)輸采用無(wú)極繩牽引運(yùn)輸方式。地面輔助材料及設(shè)備通過(guò)副斜井下放到井底車場(chǎng)，采用調(diào)度絞車將裝有輔助材料和設(shè)備的礦車牽引到輔助運(yùn)輸大巷，再采用SQ-120/132 型無(wú)極繩連續(xù)牽引車運(yùn)往采區(qū)運(yùn)輸巷，采區(qū)運(yùn)輸巷至回采工作面運(yùn)輸順槽、采區(qū)掘進(jìn)工作面均采用調(diào)度絞車運(yùn)輸[2]。

2）下井人員從主斜井乘坐架空乘人裝置到達(dá)主斜井井底后，步行至工作面。

2 輔助運(yùn)輸方式比選

2.1 繩牽引輔助運(yùn)輸方式

2.1.1 簡(jiǎn)述

基于設(shè)備、材料、矸石及填充物運(yùn)輸已經(jīng)選擇了無(wú)極繩連續(xù)牽引車和調(diào)度絞車相結(jié)合的方式，此方式可用于井下材料和設(shè)備的直達(dá)運(yùn)輸，適用于井下各種平直巷或地面略有起伏的坡度巷道的軌道運(yùn)輸，其中坡度傾角應(yīng)≤25°。

繩牽引輔助運(yùn)輸系統(tǒng)包括主機(jī)、電氣部分和鋼纜，其中，主機(jī)部分包括主絞車、張緊裝置、梭車、尾輪、輪組；電氣部分包括變頻調(diào)速裝置、無(wú)極繩綜合保護(hù)裝置、通信電路等[3]。

2.1.2 特點(diǎn)

1）可靠性高，操作簡(jiǎn)單。由于采取的是機(jī)械傳動(dòng)原理配合雙制動(dòng)措施，全部采用按鈕控制，最大程度降低了對(duì)工人操作技能的要求。

2）適用范圍廣。牽引車能在井下各種平直巷道內(nèi)使用。

3）布置模式多。系統(tǒng)可以布置成雙軌單運(yùn)輸、三軌雙運(yùn)輸、四軌雙運(yùn)輸三種配置模式。

4）可實(shí)現(xiàn)巷道水平轉(zhuǎn)彎運(yùn)輸。

5）容繩量大。采用機(jī)械式張緊裝置張緊鋼纜；采用導(dǎo)向輪分繩，有利于避免咬繩現(xiàn)象，減少鋼纜磨損；梭車采用儲(chǔ)繩結(jié)構(gòu)，可減少有運(yùn)距變化巷道的鋼纜浪費(fèi)。

6）連續(xù)運(yùn)輸。在區(qū)段內(nèi)可以直達(dá)運(yùn)輸，但是區(qū)段間可能存在轉(zhuǎn)載情況。

2.2 無(wú)軌膠輪車輔助運(yùn)輸方式

2.2.1 簡(jiǎn)述

防爆無(wú)軌膠輪車不僅有較完整的配套設(shè)備和各種運(yùn)輸車輛，而且適用范圍和條件也不斷拓寬，可以涉及煤礦輔助運(yùn)輸?shù)母鱾€(gè)領(lǐng)域，能夠滿足礦井對(duì)人員、材料、設(shè)備和物料的運(yùn)輸需求，并可實(shí)現(xiàn)裝卸作業(yè)機(jī)械化。無(wú)軌膠輪車可分為以防爆柴油機(jī)為動(dòng)力的膠輪車和純電動(dòng)防爆膠輪車。

2.2.2 特點(diǎn)

1）設(shè)備簡(jiǎn)單，運(yùn)輸高效。防爆無(wú)軌膠輪車配套簡(jiǎn)單，只要一人操作，運(yùn)載過(guò)程中無(wú)須換裝，可以直接將貨物運(yùn)達(dá)目的地。

2）載重量大。防爆無(wú)軌膠輪車運(yùn)力強(qiáng)大，綜采工作面的所有設(shè)備均可直接運(yùn)至切眼內(nèi)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備快速拆除、轉(zhuǎn)運(yùn)和安裝。

3）減員增效。采用無(wú)軌膠輪車運(yùn)輸方式，減少了專職運(yùn)輸人員和采掘區(qū)隊(duì)輔助人員，只有膠輪車駕駛員在車內(nèi)作業(yè)，降低了以往工作人員在外的操作的風(fēng)險(xiǎn)。

4）高投入帶來(lái)高產(chǎn)出。雖然前期投入巨大，但是高運(yùn)力和高效率帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益是成倍增加的，往往可以通過(guò)租借膠輪車的合作模式來(lái)降低生產(chǎn)投入成本。

2.3 比選分析

根據(jù)礦井開拓方式，結(jié)合礦井主水平輔助運(yùn)輸大巷斷面和傾角實(shí)際情況可知，主水平輔助運(yùn)輸大巷巷道最小寬度4.0 m，局部最大傾角4°，現(xiàn)對(duì)采用繩牽引輔助運(yùn)輸方式和無(wú)軌膠輪車輔助運(yùn)輸方式進(jìn)行如下比選分析。

2.3.1 運(yùn)輸效率

采用無(wú)極繩牽引車運(yùn)輸物料的平均速度為0.8 m/s，運(yùn)行速度慢，運(yùn)輸轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)多，從井底車場(chǎng)到工作面的運(yùn)輸時(shí)間需要超過(guò)40 min，中間需要轉(zhuǎn)載，到工作地點(diǎn)還需要調(diào)度絞車協(xié)助運(yùn)輸。

采用無(wú)軌膠輪車運(yùn)輸物料和人員的平均速度為20 km/h（約合5.6 m/s），是無(wú)極繩連續(xù)牽引車運(yùn)行速度的7 倍，并且運(yùn)輸物料可直接運(yùn)至作業(yè)地點(diǎn)，中間無(wú)轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)，有效提高了輔助運(yùn)輸?shù)男省?/p>

2.3.2 工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度

采用無(wú)極繩牽引車的輔助運(yùn)輸方式，每次運(yùn)輸物料都需要配備跟車工，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，管理復(fù)雜，工作效率較低。

而采用無(wú)軌膠輪車的輔助運(yùn)輸方式，可以起到減員提效的作用，能為礦井實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效提供可靠的輔助運(yùn)輸保障。

2.3.3 工作面搬家速度和效率

采用無(wú)極繩牽引車的輔助運(yùn)輸方式協(xié)助進(jìn)行工作面設(shè)備搬家倒面，工作面搬家倒面一次所需時(shí)間40～45 d，并且在運(yùn)輸過(guò)程中，軌道運(yùn)輸環(huán)節(jié)多、系統(tǒng)復(fù)雜、工人的勞動(dòng)強(qiáng)度非常大，全員勞動(dòng)效率低下。

采用支架搬運(yùn)車和鏟板式搬運(yùn)車配合搬運(yùn)設(shè)備時(shí)，支架搬運(yùn)車每班可搬運(yùn)5 架支架，工作面設(shè)備安裝一次所需時(shí)間25～30 d。

2.3.4 日常維護(hù)和保養(yǎng)

繩牽引設(shè)備分布在整個(gè)輔助運(yùn)輸線路上，導(dǎo)致巡檢路線長(zhǎng)、地點(diǎn)多；需要經(jīng)常添加潤(rùn)滑油脂等，導(dǎo)致日常維護(hù)工作量大；維護(hù)工作大多需要在井下完成，導(dǎo)致維護(hù)工作的難度大。

無(wú)軌膠輪車的日常維護(hù)和保養(yǎng)相對(duì)簡(jiǎn)單，工作量小；可以升井檢修，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

2.3.5 噸煤成本

采用無(wú)極繩牽引輔助運(yùn)輸方式下的年耗電量為1287768 kWh，噸煤電耗為1.43 kWh/t，用電成本約1.43 元/t；人工成本約為4 元/t。

采用無(wú)軌輔助運(yùn)輸方式下的用電負(fù)荷的年耗電量為280753 kWh，噸煤電耗為0.31 kWh/t，用電成本約為0.17 元/t；人工成本約為1.6 元/t；油料成本約為1.25 元/t。

從噸煤成本上看，采用無(wú)軌輔助運(yùn)輸方式比采用繩牽引輔助運(yùn)輸方式噸煤節(jié)約成本2.41 元，每年節(jié)約輔助運(yùn)輸成本216.9 萬(wàn)元。

2.3.6 安全方面

采用繩牽引輔助運(yùn)輸方式，每運(yùn)輸一段距離后均需要駐車倒換鉤頭，易發(fā)生摘掛鉤傷人和連接不可靠造成跑車等事故。而采用無(wú)軌膠輪車的輔助運(yùn)輸方式，一次裝車后直接運(yùn)輸?shù)焦ぷ髅?，避免了中間環(huán)節(jié)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.3.7 輔助運(yùn)輸能力提升空間

無(wú)極繩連續(xù)牽引車運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)輸能力是固定的，不能跟隨礦井產(chǎn)能提升而變化。無(wú)軌膠輪車輔助運(yùn)輸方式運(yùn)輸能力提升空間大于有軌方式，靈活經(jīng)濟(jì)，可以與生產(chǎn)能力提升相適應(yīng)。

3 實(shí)施方案

3.1 井下巷道分布

井田采煤工作面呈U 型布置，工作面運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽，分別與主水平帶式輸送機(jī)大巷和主水平回風(fēng)大巷相連，并通過(guò)盤區(qū)車場(chǎng)與主水平輔助運(yùn)輸大巷相連，構(gòu)成工作面的生產(chǎn)系統(tǒng)。輔助運(yùn)輸計(jì)劃采用無(wú)軌膠輪車輔助運(yùn)輸方式，結(jié)合礦井生產(chǎn)現(xiàn)狀及煤層賦存條件，其主要影響限制因素包括巷道底板條件、煤層條件及現(xiàn)有巷道斷面尺寸大小。為保證采區(qū)正常接替，礦井目前布置了兩個(gè)順槽綜掘工作面，分別為Z107 回采工作面運(yùn)輸、回風(fēng)順槽綜掘面，其中，圖1和圖2 為兩個(gè)順槽綜掘面的斷面圖。

圖1 Z107 運(yùn)輸順槽斷面圖（單位：mm）

圖2 Z107 回風(fēng)順槽斷面圖（單位：mm）

3.2 運(yùn)輸線路

副斜井（JK-3.5×2.5/31.5 型單繩纏繞式提升機(jī)）→換裝硐室（HB16t 型防爆電動(dòng)葫蘆）→主水平輔助運(yùn)輸大巷（防爆無(wú)軌膠輪車）→Z107 掘進(jìn)工作面運(yùn)輸順槽/回風(fēng)順槽（防爆無(wú)軌膠輪運(yùn)車）→Z107 掘進(jìn)工作面。

3.3 輔助運(yùn)輸設(shè)備選型結(jié)果

輔助運(yùn)輸設(shè)備的主要參數(shù)詳見表1。

表1 輔助運(yùn)輸設(shè)備明細(xì)

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)東古城煤業(yè)井田實(shí)際開拓情況，進(jìn)行無(wú)極繩牽引輔助運(yùn)輸方式和無(wú)軌膠輪車輔助運(yùn)輸方式的實(shí)用性探索，通過(guò)對(duì)運(yùn)輸效率、工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度、設(shè)備搬家速度和效率、日常維護(hù)保養(yǎng)、噸煤成本、安全方面、輔助能力提升空間七個(gè)方面的比較分析，得出該礦井下輔助運(yùn)輸方式更適合采用無(wú)軌膠輪車輔助運(yùn)輸，不僅能提高礦井的生產(chǎn)和運(yùn)輸效率，而且為礦井的安全生產(chǎn)提供了保障。使用無(wú)軌膠輪車后，減少了運(yùn)輸環(huán)節(jié)和事故點(diǎn)，起到了減員提效的目的，同時(shí)也能為工作面快速安裝創(chuàng)造優(yōu)越的條件。