司馬礦齒軌式卡軌車輔助運輸設計

王亭亭

(山西潞安司馬煤業有限公司，山西 長治 046000)

0 引言

隨著世界煤炭開采技術的突飛猛進，國外有些煤礦已達到較高水平，我國采礦技術部分專業達到了國際領先水平，但煤礦輔助運輸機械化水平總體上仍然落后，嚴重影響了煤礦安全生產和礦井全員效率的提高[1-3]。如司馬礦井利用絞車作為運輸設備，存在投入作業人員多，危險源較多，危險系數高，運輸成本大，采礦成本高，直接影響礦井生產效率和生產效益的提升。煤炭企業要想有更大的發展空間，就必須立足長遠，增強競爭力，從提高自身的管理水平、裝備水平、降低成本和提高勞動效率入手。礦井輔助運輸方式起著至關重要的作用，這就要求提高輔助運輸的機械化程度，對設備的合理選型有及其深遠的意義。

1 工程概況

司馬煤業公司位于山西省長治市西南部，沁水煤田長治勘探區的東部邊緣地段，礦井工業場地位于長治縣蘇店鎮西申家莊村西北側、經坊煤礦鐵路專用線以東的開闊地上，場地距長治市約8.5 km，南距長治縣約4 km。礦井地處太行山西側，屬長治斷陷堆積盆地。地勢較為平坦，最高點位于西南角，標高+993.33 m，最低點位于西北部，標高+930.79 m，地形最大高差62.54 m。

司馬煤礦礦井生產能力3.0 Mt/a，屬大型礦井。礦井上組煤(3、8-2、9號煤層)設計服務年限為50.6 a，其中3號煤層設計服務年限為35.10 a，采煤方法采用走向長壁綜采放頂煤一次采全高的采煤方法。8-2、9號煤層設計服務年限為15.50 a(儲量備用系數取1.3)。現開采3號煤層，礦井分為3個采區，+666水平軌道大巷布置在3號煤層底板巖層中，二采區軌道巷和三采區軌道巷布置在3號煤層頂板中。

根據現代化礦井高產高效的特點，借鑒德國沙爾夫公司設備并結合礦井實際情況因地制宜地選擇適合本礦的輔助運輸方式，設計中將目前比較先進的齒軌式卡軌車替代絞車作為司馬煤礦的主要輔助運輸方式。系統升級改造前，礦井輔助運輸方式主要有以下2種：軌道大巷采用電機車運輸；采區巷道及工作面順槽采用無極繩絞車加小絞車接力運輸。系統升級改造后，礦井輔助運輸方式主要采用一種為蓄電池電機車，服務于軌道大巷；另一種為齒軌式卡軌車，服務于二采區、三采區軌道巷至工作面順槽，同時在三采區還擔負上下班人員的接送任務(由德國沙爾夫公司生產的2輛與齒軌式卡軌車配套的運人車廂)。

2 運輸設備的優缺點

2.1 齒軌式卡軌車輔助運輸裝備

齒軌式卡軌車屬于井下輔助運輸設備的一種先進設備，它具有承載能力大、爬坡能力強、既可進行物料的運輸又可作為人員的運送等特點[4-5]。機車前后各有一個駕駛室，雙向運行，操作簡單，安全可靠。運輸大型設備的安全性、可靠性更高，普通物料一次性貨載運輸量大；具有較大的爬坡能力，機車運輸的最高爬坡角度可達30°，司馬煤礦設計取值最大20°，滿足要求；系統可進入多條分支巷道，物料可以一次連續性運輸到位或指定地點，減少了運輸過程中的中轉或摘掛鉤環節，可以實現采區大巷至工作面一條龍不轉載運輸；機械化程度較高，生產效率高，可方便快速進行物料轉載；井下輔助運輸作業人員少，大大減少了井下作業人數，符合現代化礦井高產高效限制井下作業人員的大趨勢；若機車發生故障時，能夠隨時顯示出故障位置，立即發出故障報告，并自動停車或熄火。超速、超溫等報警裝置齊全，系統本質安全性更高；一車有多種用途，如齒軌式卡軌車可設置配套的運人車廂，進行人員的運輸。

缺點主要在于，軌道屬于異型軌，道軌安裝標準要求嚴格，對巷道底板的穩固性要求較高；機車排放的尾氣雖層層凈化處理，但仍然會對礦井井下空氣質量造成一定的污染；與其它地軌式輔助運輸設備相比，初期投資大，維護精細。

2.2 無極繩絞車等地軌式軌道輔助運輸裝備

無極繩絞車等地軌式軌道輔助運輸裝備優點主要在于，車輛沿固定線路行駛，可靠性高，結構簡單，維護量小[6-7]。井下開拓運輸系統復雜，無極繩絞車運輸時(因容繩量有限)不需要接力運輸，安全隱患小。適應性強，用途廣，既可在順槽使用，又可用在采區上(下)山，還可布置在集中軌道巷，又能為巷道形成后配套服務，如選用雙速無極繩絞車，還可適應低速重載、高速輕載的運輸需求。

缺點主要在于，絞車運輸時，運輸作業環節多，工藝復雜，受坡度和設備重量限制，有時需要接力運輸。無極繩絞車占用作業人員多，對牽引鋼絲繩要求高，安全性小，給長距離運輸帶來諸多困難。對巷道坡度要求苛刻，見坡就得設置一臺小絞車，不適應煤層底板上下起伏的變化。運輸人員作業程序和現場管理存在諸多隱患。

3 經濟比較及設備選型計算

綜合分析，齒軌式卡軌車運輸前期投資上比無極繩絞車、小絞車等運輸設備多1 000萬元左右，但是齒軌式卡軌車運輸方式的快捷和連續化，使其在運輸時間上比其它地軌式輔助運輸設備節省了30%～40%，比如工作面安裝回撤(搬家倒面)，比其它地軌式運輸方式節省時間10～13 d，而司馬礦井每天采煤1萬t，10～13 d可以多采出10～13萬t煤，結合礦井地質條件，齒軌式卡軌車使用年限為50 a，也可繼續服務于開采8-2、9號煤層，所以設計推薦輔助運輸系統采用柴油齒軌式卡軌車運輸方式。

司馬礦井輔助運輸采用齒軌式卡軌車牽引方式，完成礦井二采區、三采區及工作面輔助運輸任務。

3.1 設計依據

礦井以“一井一面”保證礦井生產能力，現采3號煤層，二采區1211工作面為回采工作面和2個掘進工作面保證礦井生產能力和采掘銜接。二采區軌道巷及二采區軌道巷里段全程4 400 m，至工作面最遠距離為5 600 m，實際最大坡度為16°。三采區軌道巷及三采區軌道巷里段全程2 400 m，至工作面最遠距離為3 600 m，實際最大坡度為12°。

工作制度：年工作日276 d，每天四班作業，三班生產，一班準備及檢修維護。

選用車型：礦井運輸礦車有MGC1.7-9B罐車、MLC5-9材料車和MPC25-9平板車。

每班最大運輸量：①人員25人；②矸石45 t/班；③材料70車/日；④設備10車/日；⑤其它30 t/班；⑤運輸最重件重量31.5 t(ZFS7500/22/35排頭尾液壓支架)。

3.2 齒軌式卡軌車選型及校驗

設備選型：齒軌式卡軌車是一種在異型軌上運行的、通過柴油機液壓驅動的機車。

機車結構：一個主機部分、一個獨立的冷卻單元、一個數量可變的機車驅動部、2個司機操作室及機械連接元件構成。

主要技術參數：

額定牽引力 200 kN±10%

功率 80 kW

柴油發動機 4氣缸渦輪發動機

最小轉彎半徑 4 775 mm

水平與垂直轉向 ±4°

總排量 6 640 cm3

冷卻裝置 水循環

廢氣冷卻水含水量 200 L

剎車類型 盤式制動閘瓦、制動力300 kN

最大速度 2.0 m/s(國際先進為2.6 m/s)

3.3 機車牽引力驗證(只對牽引液壓支架校驗)

驗證計算A：已知機車牽引總重量(ZFS7500/22/35排頭尾架)32 t，以最大坡度20°(實際最大16°)，要求速度能達到多少？

已知機車總重量為32 t，在圖表中向上走，一直到20°切點處；向左走一直到功率曲線切點處；向下走一直到軸線(行駛速度)；結果是0.47 m/s。

驗證計算B：已知坡度為20°，要求機車牽引總重的最大值是多少？

以最大牽引力向右走，一直到20°切點處；向下走到軸線(牽引總重量)；結果是55 t。

驗證結論：55 t>32 t，齒軌式卡軌車選型符合司馬煤業輔助運輸要求。

4 結論

(1)該設備機械化程度較高，運輸效率高，可以方便快速的一次性將車輛運輸至工作面，極大地提高了礦井整體生產效率。

(2)具備運輸系統無邊界限制擴充及多點可共同作業等優點。

(3)解決了三采區作業人員上下班徒步行走問題，減少了員工非生產期間的體力消耗，實現了采區機械化運送人員工作的目標，為生產任務的完成提供了強有力保障，符合現代化礦井高效生產的特點。

(4)該系統使得井下輔助工作人員少，操作簡單，機動靈活，安全性能高，更貼近現代化礦井安全生產理念。

(5)機車使用年限長，可繼續用于礦井開采下一水平煤層。

(6)該設備總體投資高，但后期投資少，軌道維護量小，可重復永久使用，便于礦井長遠發展。