煤礦輔助運輸之人員運輸新型模式芻論

邢曉力,寧振兵

(太原礦機電氣股份有限公司，山西 太原 030032)

0 引言

目前大型煤礦企業已采用了綜合機械化采煤工藝，并且機電設備實現了大型化、高速連續化和自動化。其中煤礦井下的輔助運輸效率成為整個煤礦企業運行效率的最關鍵環節。

煤礦的輔助運輸系統，包括設備運輸、材料運輸與人員運輸。隨著煤礦井下路線越來越長，同時人文關懷和人權意識的提高，國家在《煤礦安全規程》第三百八十二條中規定:長度超過1.5 km的主要運輸平巷或者高差超過50 m的人員上下的主要傾斜井巷,應當采用機械方式運送人員。目前國內煤礦的人員運輸形式主要分為以下三種：①結合現有輔助運輸系統而配套的專用人員運輸人車裝置，比如專用運人膠輪車、單軌吊專用人車、水平巷人車、鋼絲繩牽引人車以及專用異型軌人車等；②基于主運皮帶而衍生的皮帶運人系統；③為解決人員勞動強度，在局部環境惡劣處設置的專用乘人裝置，比如架空乘人裝置(猴車)和斜井專用人車裝置。

1 現狀分析

目前在國內的煤礦，人員運輸問題已經成為制約煤礦輔助運輸發展的最關鍵因素。不論是現有的哪種運輸方式，核心都是集中運輸模式，都是在固定的時間段進行固定路線的運輸。當出現比如配送飯、配送零件等零散運輸以及非主要區域運輸時，還是需要依靠人員的雙腿步行前進，工作效率低，勞動強度大。

在基于現有輔助運輸系統的人員運輸方式中，需要采用膠輪人車、水平巷人車、單軌吊人車等專用人車進行運輸，而且在人員運輸時都需要占用一個主機設備進行工作，運輸中主機能耗大，運輸效率低，同時設備采購成本也非常高昂，給煤礦企業造成了非常大的負擔。而基于無極繩牽引系統的人員運輸，由于占用梭車資源，影響設備及材料的輔助運輸量，同時安全性差；基于主運皮帶機衍生的皮帶運人方式，由于運輸安全性差，占用主運皮帶影響出煤量，目前在國內的大型煤礦企業已經逐步淘汰；為降低人員勞動強度而布置的架空乘人裝置和斜井專用人車裝置，雖然能夠解決問題，但該種設備的使用一般會占用整個巷道資源，有些煤礦為架設該設備需要開通一條獨立巷道，造成極大的資源浪費。

2 新型運人模式

2.1 單人自主運輸模式

目前煤礦企業中的人員運輸形式都是采用集中運輸方式，我們可以稱之為集體被動運輸模式，該運輸方式不隨每個人的狀態和要求而改變，雖然集中運量大，但對于錯位時間段及非固定路線的運輸基本為零。

結合當前市場中各大煤礦企業的輔助運輸方式，解決目前人員運輸所存在的運輸效率低、占用資源多的問題，設計了一種新型的人員運輸模式，即單人自主運輸模式。

單人自主運輸模式以個人的狀態和要求為導向，通過駕駛單人運輸工具，同時結合現成的輔助運輸系統，弱化運輸過程中對時間及區域的要求，實現運輸效率的提高和成本的降低。

2.2 運輸設備選擇及要求

考慮單人運輸的方式與特點，結合之前存在的問題，在井下最好的運輸方式還是軌道運輸，即基于煤礦井下的軌道運輸系統，開發一種結構簡單、使用方便的單人運輸裝置。

針對該種運輸系統，對單人自主運輸裝置提出一些必要要求：

(1) 基于煤礦現有的軌道運輸系統進行開發設計，使運輸系統兼容性強、改造成本低。

(2) 結構簡單輕便，使工作人員能夠將該裝置通過人力與軌道進行脫離與結合。

(3) 安全性強，在裝置與軌道結合時，能夠實現卡軌功能，不存在脫軌現象。

(4) 自帶動力與制動，該裝置最好能夠自帶動力，具有一定爬坡能力，同時在下坡時能夠制動。

3 基于單軌吊軌道系統的單人駕乘裝置

綜合對比國內現有軌道運輸系統，發現從2000年以后國內開始大范圍使用的單軌吊軌道運輸系統能夠使單人自主運輸裝置達到使用要求。其優勢主要體現在以下幾點：

(1) 從2000年以后，單軌吊軌道運輸系統由于其軌道結構簡單、運輸安全、效率高等特點，在國內得到了大范圍的推廣與使用。

(2) 單軌吊軌道系統只有一根運輸軌道，相比地軌的兩根軌道，能夠使運輸設備結構更簡單、更輕便，使工作人員能夠更好地對其進行拆卸與安裝。

(3) 單軌吊軌道為工字鋼結構，運輸過程為卡軌方式，不存在脫軌現象，很安全。

(4) 通過引入輪轂電機及手剎等裝置，能夠很輕易地實現自帶動力及制動功能。

3.1 結構分析

結合技術要求，單軌系統單人駕乘裝置的結構設計需要重點考慮人體工程、載人懸掛及大量存放等問題。

人體工程方面，國內煤礦90%的工作人員的體重在50 kg～100 kg，身高在1.65 m～1.9 m范圍內，根據該數據及參考國內架空乘坐裝置，設計了單人駕乘裝置，如圖1所示。

圖1 單軌系統單人駕乘裝置

結合人員運輸的安全要求，載人懸掛的懸掛材料采用輕量化的碳纖維材質，其屈服強度達到620 MPa。該裝置的受力載荷采用10倍(1 000 kg)的安全系數，利用SolidWorks Simulation仿真軟件對其進行仿真分析，分析結果如圖2所示。由圖2可以看出，其最大應力為272 MPa,滿足強度要求。

圖2 單人駕乘裝置結構受力分析

針對人員未運輸駕乘裝置的集中存放問題，將該裝置設計為彎曲結構，在重疊放置時可以占用最少的空間，如圖3所示。

圖3 單人駕乘裝置集中存放示意圖

3.2 優勢分析

成本優勢：基于煤礦井下現有的單軌吊軌道運輸系統，只需要對單人運輸裝置進行采購，無需對其進行另外布置與安裝，在運輸系統的安裝與布置上具有非常大的優勢；同時由于單人運輸效率高、耗能少，在運營過程中也有明顯的節能效果。

使用范圍優勢：由于采用單軌吊軌道系統，所以該人員運輸裝置可以直達綜采工作面以及掘進面，將人員直接運輸到第一線，目前不論是膠輪車還是其他軌道輔助運輸系統的人員運輸都無法滿足該要求。

零散運輸優勢：針對個別人員的運輸，比如工作送餐人員以及零配件運送人員，單人自主運輸能夠快速高效地完成任務，不需要等待統一的運輸機車及調度安排。

4 結語

隨著煤礦井下系統的不斷發展與完善，綜采自動化水平會不斷提高，需要大量人員工作的綜采工作面和掘進工作面等環境中的工作人員會越來越少，煤礦井下人員會更多地從事檢查、檢測、檢修等輔助性崗位工作，那么在未來煤礦井下的人員運輸會更加地零散而不集中，應用于單人的自主式運輸模式會隨著單人駕乘裝置的開發與完善得到應用與推廣。