煤礦井下輔助運輸的現狀分析與發展趨勢

何學龍 楊志強

(安徽淮海實業發展集團有限公司,安徽淮北 235000)

煤礦井下輔助運輸的現狀分析與發展趨勢

何學龍 楊志強

(安徽淮海實業發展集團有限公司,安徽淮北 235000)

本文首先對國內外煤礦井下輔助運輸的現狀進行了簡要的分析,闡述煤礦輔助運輸的特點,然后介紹了當前國內外煤礦比較實用的幾種新型高效輔助運輸設備,提出我國煤礦井下輔助運輸的發展趨勢。

煤礦井下 輔助運輸 設備 發展趨勢

1 概述

煤礦輔助運輸泛指煤礦生產中除煤炭運輸之外的各種運輸的總和，主要包括材料、設備、人員和矸石等的運輸。它是整個煤礦運輸系統不可或缺的組成部分。煤礦井下輔助運輸按運行方式分為牽引式和自行式兩大類，按軌路系統則分為吊軌式、卡軌式、齒軌式、無軌式、地軌式等。輔助運輸一般以架線電力、防爆柴油機、蓄電池和鋼絲繩為牽引動力。

2 煤礦輔助運輸發展現狀

2.1 國外輔助運輸系統發展現狀

世界一些主要采煤國家國早在上世紀50、60年代就開始著手解決本國煤礦井下輔助運輸機械化問題，如德國、英國、捷克、俄羅斯、美國等發達國家。目前，這些國家已有單軌吊車、卡軌車、輪胎式運輸車、架棚機等與集裝箱、人車等配合作為采區運送人員、設備、材料的主要運輸工具，較好地解決了輔助運輸問題。比如美國和澳大利亞采用無軌膠輪車，綜采工作面支架拆搬遷僅需7人，并在一周內完成；美萊克維爾2號井采用英格索蘭公司生產的無軌鏟運車創下了48小時搬遷完一個綜合工作面的世界最高紀錄，大大降低了成本和人力消耗。由于各國煤礦井下條件不同，因而側重發展的輔助運輸方式也各有所異。但總的發展趨勢為：由鋼絲繩牽引向柴油機牽引至蓄電池牽引，由輕型設備向重型設備，由單一功能向多種功能和由有軌運輸向無軌運輸的方向發展。

2.2 國內輔助運輸系統發展現狀

目前，我國煤礦大部分礦井的輔助運輸系統仍然相當落后。據統計，我國煤礦輔助運輸人員約占井下職工總數的30%～40%。綜采工作面搬家，國外一般僅需l～2周即可完成，用工200～500個，而我國煤礦采用傳統方式需要25～45d，用工5000個以上，綜采礦井每采百萬噸煤輔助運輸用工800～1200人·班，是先進國家的7～10倍。不僅如此，其事故率約占井下工傷事故總數的30%，僅次于頂板事故。其主要原因就是我國煤礦輔助運輸系統落后，效率太低，且不安全。

我國煤礦輔助運輸機械化起步較晚，直至20世紀70年代后期，通過成套引進國外的裝備和技術，才開始輔助運輸國產化研制工作。到目前為止，我國已先后研制成功并定型生產了一批新型高效的煤礦輔助運輸設備，如防爆柴油機單軌吊、繩牽引卡軌車、柴油機膠套輪齒軌卡軌車、無軌膠輪車、無極繩巷道連續牽引車等。有些設備在我國許多煤礦生產實踐中已經得到了應用，并產生了巨大的經濟和社會效益，部分設備的主要技術性能已經達到國外同類產品的先進水平。但總的來看，由于設備品種少未形成系列化，產品質量也不穩定，先進高效輔助運輸設備關鍵控制技術(如液壓控制系統技術、電液控制系統技術、制動系統、保護系統等)和關鍵零部件(如低污染防爆柴油機、油泵、液壓馬達等)制造技術還不過關，導致國內輔助運輸設備與國外產品還存在較大差距。目前國內除少數礦井外，絕大多數煤礦尚未實現從地面或從井底車場直至采區工作面端頭不經轉載的直達運輸，而是分階段運輸，從井下材料、設備供應點到井下工作面使用地點仍要經過多次轉載，運輸效率低，事故多，占用設備和用工人數也多。特別是采區的輔助運輸機械化程度低這種狀況還未得到改變。另外，有些關鍵零部件需要從國外進口，增加了設備的制造成本，銷售價格偏高，也妨礙了輔助運輸設備的推廣應用。

3 煤礦輔助運輸的特點

目前，煤礦輔助運輸系統及其設備具有復雜性和類型的多樣性，具體表現為：①運輸線路隨工作地點的延伸(縮短)或遷移而經常變化；②運輸線路水平和傾斜相互交錯連接；③工作地點分散，運輸線路復雜，運輸環節多；④待運物料品種繁多，形狀各異；⑤井下巷道空間受限制，并有瓦斯和煤塵等爆炸性物質，且瓦斯為有毒氣體，故需要防爆凈化設備。

4 幾種新型高效輔助運輸設備的性能與特點

當前國內外煤礦比較實用的新型高效輔助運輸設備主要有無軌運輸設備(無軌膠輪車)、軌道運輸設備和單軌吊車等三大類。與傳統的輔助運輸設備相比，這些設備在技術特性、運輸效率和安全性能方面都具有許多明顯的優點。

4.1 無軌運輸設備(無軌膠輪車)

無軌膠輪車是一種井下膠輪運輸車，該車不在軌道上運行，由承載車和牽引車構成，承載車在后部，牽引車在前部，前后車鉸接，動力為蓄電池或者柴油機。其特點是裝卸方便，運行靈活，水平轉彎半徑小，基本在3～6米；載重力大，能夠運送液壓支架等整體設備部件；爬坡能力很強，最大能夠達到14°；運行速度很快，支架車可以達到1～4m/s，而人車和運料車高達2～8m/s，不過以蓄電池為動力車速相對較慢；對巷道底板不平度和硬度要求高，其抗壓強度應不小于10～25N/cm2之間，如果條件允許最好是砂質巖或砂巖；實現從地面到采區直接運輸，巷道面寬度不能低于3.6米。如果底板破碎需要及時清理，必要時使用混凝土對路面進行硬化處理。該設備特別適合于賦存較淺、傾角不大的近水平煤層礦井，也可用于頂、底板條件較好的豎井開拓方式的礦井。

4.2 軌道運輸設備

4.2.1 防爆柴油機車

目前煤礦井下水平運輸大巷的運輸，主要以架線電機車及蓄電池機車為主。架線電機車由于是以井下整流電源驅動直流電機作為機車動力，需要大量的前期投資周期長，并且使用范圍受到限制。防爆柴油機軌道機車牽引能力大、機動靈活，應用較為廣泛。國內各研究部門及生產廠家先后研制開發了從1.5t到14t系列的防爆柴油機軌道機車。

4.2.2 齒軌車

一般指的是帶鋼輪和齒軌輪的機車。在平道上靠鋼輪與軌道的粘著力高速運行。在斜巷上(小于10°)靠齒軌輪與齒軌的嚙合低速牽引。因此這種機車能直接進入上下山斜巷和起伏不平的工作面運輸巷和回風巷。缺點是自重和轉彎半徑較大，不大適合在采區運行。如果變坡較多，則鋪設齒軌較長，影響成本和車速，只宜用于水平大巷及與其相連的坡度不大的主要上下山巷道使用。

4.2.3 卡軌車

包括繩牽引和柴油機牽引卡軌車，其特點是全部載重都落在巷道底板的的雙軌上。與巷道支護條件無關，但對底板有一定要求。底鼓明顯，積水較多的巷道不適合使用。因具有防掉道的卡軌輪及可靠的制動系統，能以較高的速度安全可靠的在軌道上運行。卡軌車的突出優點是承載能力大，爬坡能力強，運行速度快，安全性好。在失控等危險情況下也能自動緊急制動停車，特別適合于采區運輸。近年來國外在綜采設備搬家、材料和人員運輸等方面都在大力發展卡軌車。在我國煤礦開采深度較淺，礦壓較小，底鼓現象少，巷道斷面小，支護條件差，采用液壓支架等大型綜采設備的礦井，適宜于卡軌車的發展。

4.2.4 無極繩連續牽引車

這是常州科研試制中心有限公司首創的一種新型高效的煤礦輔助運輸設備。其主體的結構和工作方式結合了無極繩絞車與調度絞車的優點，主要用于采區集中運輸巷和工作面順槽的輔助運輸。與傳統的無極繩絞車相比較，無極繩連續牽引車具有運輸距離長，運輸能力大，速度可調，可變向，具有后備保護等特點。特別適用于坡度較小、曲線多、傳統絞車布置困難的巷道，在礦井開采邊角煤、煤柱煤等開采條件較差的資源時可以更好地發揮其優越性，充分體現其經濟、實用、安全、高效的特性。可直接利用井下現有的軌道系統，不需對軌道及巷道進行改造，設備售價不高，特別適合我國煤礦的需要，是一種經濟實惠的煤礦輔助運輸設備，在國內迅速得到推廣使用，可取代目前順槽的調度絞車接力運輸。

4.3 單軌吊車

單軌吊車是一種新型高效的煤礦輔助運輸設備，適用于煤礦井下人員、材料設備和矸石等的輔助運輸，可實現液壓支架的整體搬運，主要用于大巷采區上、下山及采掘工作面的巷道運輸。按牽引動力類別和使用特征分，包括防爆柴油機單軌吊車、防爆特殊蓄電池單軌吊車和鋼絲繩牽引單軌吊車等三個類型。使用最多的是防爆柴油機單軌吊車，其特點是體積小，機動靈活，適應性強，不受底板狀況的影響，過道岔方便；連續運輸距離長，用于掘進巷道時能迅速延伸軌道，既安全可靠，經濟性也好；可以實現從井底車場甚至從地面

(斜井或平巷開拓時)至采區工作面的直達運輸。根據國外經驗，采用單軌吊系統可以基本解決整個礦井的輔助運輸機械化問題。當前我國還存在著大量的中小型礦井，礦井的井筒及巷道斷面也都較小，巷道系統比較復雜，井型及巷道系統又不易改造。如果這些礦的巷道頂板比較穩定，支護條件較好，單件重量不太大(一般不超過15t)，特別是有底鼓的礦井，選用單軌吊運輸系統比較合適。

5 煤礦輔助運輸系統發展趨勢

根據我國具體情況，借鑒國外經驗，研制更多、更新、更高效的煤礦輔助運輸設備來裝備我國煤礦，同時有計劃地加快對我國現有煤礦的技術改造，使其成為高產高效的現代化礦井，加快我國煤礦輔助運輸現代化進程，與我國采掘機械化同步發展。具體如下：

一是加快我國煤礦特別是采區新型高效輔助運輸設備的研制。根據我國礦井類型和生產技術條件，開發多品種、多系列，能夠用于綜采快速搬家、綜掘高效運料和運人的新型高效輔助運輸設備，使不同情況的礦井或采區有相應的設備可選。包括繼續開發無軌膠輪車；加強軌道車輛的研制；完善和提高無極繩連續牽引車運輸系統；復式能源電機車的研發等。

二是有計劃地加快對我國煤礦現有輔助運輸系統的技術改造，使其成為高產高效的現代化礦井。根據我國煤礦目前的實際情況，有條件的礦井可以全部采用無軌運輸方式。設計有軌運輸或改擴建礦井，采用柴油機車+無極繩連續牽引車運輸系統；全部采用無極繩連續牽引運輸系統；無軌車+無極繩連續牽引車有軌加無軌運輸系統。

三是盡快建立起較完善的輔助運輸設備試驗場和檢測中心，加快政策、法規和標準的制定，為保障煤礦的安全生產、提高產品的質量和可靠性提供技術手段。

四是加快新型礦井輔助運輸設備的國產化進程及元部件和可靠性的攻關研究。包括新型防爆啟動電機、監控系統、帶濕式制動的驅動橋、電控系統和通訊信號系統等，提高其安全性和可靠性。

五是加強配套設備的研發和維護使用保養。

6 結語

煤礦輔助運輸是整個礦井運輸中的一個重要環節，尤其是現代化礦井對此更應高度重視。由于輔助運輸由多個環節和各種運輸設備配套而成，如果某個環節中斷，就會使工作面和其他工作地點的作業陷于停頓，因此輔助運輸系統工作的好壞直接關系到生產能否正常進行，而且選擇合理的礦井輔助運輸方式，提高礦井輔助運輸的裝備水平，對礦井的生產和經濟效益起到很大的作用。2013年國家發布《關于推進煤炭裝備制造業“十二五”發展的指導意見》，指出在煤礦高效輔助運輸設備領域，重點研究輔助運輸系統配套設備及工藝，大噸位無軌膠輪車，安全高效無極繩運輸技術與裝備。因而迫切需要建立一套適合我國煤礦井下地質條件的完整的輔助運輸設備設計、加工、試驗、檢測、工業中試的研制開發體系，以滿足國內煤礦對井下高效輔助運輸設備的需求，縮短我國這一領域與國際先進水平的差距，為煤礦安全、高效生產提供裝備保障。

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This article briefly analyzes the present situation at home and abroad of subsidiary transportation of the undergroud coal mine firstly,and explain the characteristics of the coal mine auxiliary transportation,then introduces several pratical new type of high efficient auxiliary transportation equipment domestic and overseas,moreover,the trend of the development of the coal mine auxiliary transportation in china are also put forward.

the coal mine subsidiary transportation equipment development trend

何學龍(1981- ),男,工程師。2003年畢業于合肥學院機械工程系機械設計制造機自動化專業,現主要從事煤機裝備技術研發與管理工作。