礦井輔助運輸系統升級及其效益分析

呂澤波

（山西陽城陽泰集團晶鑫煤業股份有限公司， 山西 晉城 048105）

0 引言

煤礦井下輔助運輸系統作為煤炭生產系統的重要部分，對提高煤炭資源的開采效率具有重要影響。目前，國內外大型煤炭企業輔助運輸系統大多采用無軌式，各類無軌膠輪車代替了有軌機車，運輸效率和安全性顯著提高，有力地保障了煤礦安全、高效開采[1-3]。目前，武甲煤業井下3 號煤輔助運輸系統大巷采用無極繩連續牽引車運輸方式，順槽采用調度絞車接力運輸方式，井下輔助運輸系統存在運輸環節多、運輸時間長、運輸效率低、運輸人員雜以及安全狀安全狀況差等諸多問題。為提高礦井輔助運輸效率，本文對井下輔助運輸系統進行優化調整，確保井下輔助運輸的連續化、智能化，實現安全、高效運行。

1 礦井輔助運輸系統現狀

3 號煤西軌道大巷輔助運輸采用SQ-90/110B 型無極繩連續牽引車，采用26ZBB6×19S+FC1670-SZ-373-243 型鋼絲繩，鋼絲繩直徑為Φ26 mm，抗拉強度為1 670 MPa。

北翼進風材料巷采用JSDB-30 特制雙速絞車，慢速時，最大牽引力為300 kN，最大繩速為0.235 m/s。快速時，最大牽引力為40 kN，最大繩速為1.51 m/s。

3106 進風材料巷輔助運輸采用JD-1.6（25 kW）型調度絞車，滾筒直徑為Φ310 mm，最大牽引力為16 kN，最大繩速為1.4 m/s。

3106 工作面軌道順槽使用JD-4（55 kW）型調度絞車，最大繩速為1.4 m/s。

2 礦井輔助運輸方案初步確定

結合武甲煤業的井下輔助運輸系統現狀，初步提出了兩種輔助運輸方案進行比選。

方案1：前期一采區生產時，采用“無軌膠輪車運料+架空乘人裝置運人”方案。后期二采區生產時，采用“無軌膠輪車運料、運人”方案。

方案2：前期一采區生產時，采用“單軌吊運料+架空乘人裝置運人”方案。后期二采區生產時，采用“單軌吊運料、運人”方案。

采用方案1 時，現有的大巷坡度較緩，不超過5°，巷道無需大規模改造，即可滿足無軌膠輪車運行的要求。此外，運輸靈活、運輸環節少，運輸速度快、運輸效率高、搬家速度快，可實現連續運輸直達工作地點。但方案1 對巷道底板要求較高，局部順槽巷道坡度較大時，需進行底板硬化或局部調整坡度，且尾氣排放有一定污染，運行費用較高。

采用方案2 時，不受底板條件限制，可實現自動起吊、裝卸方便，人員運輸可充分利用礦方現有架空乘人裝置，減少前期一次性投資。但該方案需要可靠的吊軌懸吊承力裝置，對巷道頂板要求較高，要求輔運巷巷道凈高度至少在4.0 m 以上。巷道需大規模改造，增加了巷道支護的難度，對礦井現有生產系統影響較大。此外，該方案運行速度相對較慢，運行效率相對較低。

通過對比分析可知，無軌膠輪車相比于單軌吊，運輸速度更快、運輸效率更高，運輸也更加靈活，使用更加方便[4-5]。同時，結合武甲煤業巷道布置情況，傾角普遍在5°以下，適合采用無軌膠輪車運輸方式。而單軌吊運輸方式，需頂板承載較大載荷，對煤層頂板要求較高。另外，運輸單軌吊時要求巷道高度較大、需對現有輔運巷道進行大量改造，影響生產。根據本礦提供的巷道實測標高及煤層底板等高線計算，3 號煤輔運大巷和工作面運輸順槽均在5°以下，局部經鋪底硬化后，即可滿足無軌膠輪車使用要求。同時，大巷及工作面順槽斷面設計較寬，局部刷擴后，可滿足無軌膠輪車運行要求。綜上，初步確定井下輔助運輸方式采用方案1。

3 礦井輔助運輸系統研究

3.1 物料運輸系統

井下輔助運輸系統由井底車場、換裝站、輔運大巷、綜采工作面順槽和各掘進工作面巷道組成，普通物料、小型設備及水泥砂石等物料由礦車經副斜井提升機下放至井底車場，進入換裝站，換裝完成后經后翻自卸式無軌膠輪材料車裝載，運送至井下各工作點。支架運輸車、鏟運車等大型無軌膠輪車（最大不可拆卸件）、綜采工作面液壓支架以及井下大型設備由礦用平板車經副斜井提升機下放至井底車場，進入換裝站。換裝完成后，經無軌膠輪支架搬運車和支架拖車運至井下各工作點。

3.2 人員運輸系統

現階段，一采區采掘工作面距離井底較近，人員由井口至工作地點耗時較短，暫不考慮無軌膠輪車運輸人員，維持礦井現有架空乘人裝置運輸人員系統。未來規劃二采區生產時，由于下井人員從井口至工作地點距離遠、耗時長，在維持礦井現有西膠帶大巷架空乘人裝置運輸人員的同時，設計新增無軌膠輪車人員運輸方式。

一采區生產時，下井人員乘坐主斜井架空乘人裝置達到井底后，換乘西膠帶大巷架空乘人裝置到達采掘工作面巷口，隨后步行至各工作地點。未來規劃二采區生產時，下井人員乘坐主斜井架空乘人裝置達到井底后，可直接換乘無軌膠輪人車到達各工作地點，也可換乘西膠帶大巷架空乘人裝置達到南膠帶大巷北口，隨后步行至各工作地點。

3.3 蓄電池機車設備

井下輔助材料、設備、無軌膠輪車及大型液壓支架經副斜井提升機提升或下放至井底車場。副斜井落底點與換裝站之間的設備及輔助材料運輸采用蓄電池電機車運輸。副斜井落底點至換裝站的井底車場長度為106 m，選用2 輛CTY12/9GP 型礦用防爆特殊性蓄電池電機車，最大牽引力為29.43 kN，牽引速度為8.7 km/h，一用一備，可以滿足生產需求。

3.4 無軌膠輪車

運輸距離：一期工程（一采區）材料、水泥砂石物料及設備運輸由井底換裝站至3106 回采工作面，最遠運輸距離約2 200 m，西輔運大巷傾角為2.5°～4°，3106 回采工作面進風順槽傾角為0°～5°。井底換裝站至3107 掘進工作面最遠運輸距離約2 430 m，井底換裝站至3108 掘進工作面最遠運輸距離約2 800 m。二期工程（二采區）材料、水泥砂石物料及設備運輸，由井底換裝站至回采工作面最遠運輸距離約6 100 m，巷道傾角為0°～7°。

礦井目前開采的是一采區，井下布置1 個回采工作面、2 個掘進工作面。根據礦井正常生產期間每天使用的材料數量統計，一采區每日材料總運輸量為40.1 t。一采區開采完畢后進行二采區生產，后期井下計劃布置1 個回采工作面、2 個掘進工作面和1 個開拓工作面。根據現有礦井正常生產期間每天使用的材料數量進行估算統計，二采區每日材料總運輸量為54.5 t。此外，最大件液壓支架重量為55 t/架。每班下井人數最多為300 人，無軌膠輪車人車選型按照采掘面班下井人數最多94 人進行考慮，每班每個采面或掘面均對應1～2 輛人車，其車輛數量應滿足一次性將采掘面工作人員運送到各工作地點。其余人員應等車輛返回，根據車輛調度情況錯峰乘車。

根據上述分析，初步確定無軌膠輪車選用情況如下：

1）井下生產指揮、設備維護維修、搶險以及運送井下零散人員，選用WC5/0.5 型生產指揮車。

2）運送各種材料、中小型設備和水泥砂石等散狀物料等，選用WCJ5E（C）/WCJ8E（C）型后翻自卸式無軌膠輪材料車。

3）井下小型設備的檢修選用WCJ5QE（A）型檢修車。

4）工作面巷道物料運輸使用WCJS3E（A）型順槽車。

5）井下裝載、推土、鏟挖和起重等作業，選用ZL20EFB（C）型防爆裝載機，與后翻自卸式無軌膠輪材料車配套完成水泥砂石等散狀物料的裝卸。

6）液壓支架、采煤機、運輸機及其他大型設備和部件長距離運輸，選用WC60Y（A）型支架搬運車。

7）工作面液壓支架、大型設備拆離及就位以及短距離搬運，選用WCJ55E 型鏟板式搬運車。

8）井下管道運輸選用WCJ5GE（A）型防爆管路運輸車。

9）選用WCJ5ES 型防爆灑水車，用來降低井下巷道粉塵。

4 工程投資及其效益分析

4.1 工程投資

武甲礦輔助運輸系統的改造工程是將原有的有軌運輸系統升級為無軌運輸系統，其工程量主要涉及部分巷道的擴幫改造、購置設備和相關材料以及工程施工等費用。其中，巷道改造所需費用為2 691.20 萬元。一期工程礦井投產時，各型無軌膠輪車輛共計需要17 輛（其中：備用1 輛）。二期工程礦井投產時，需新增各型無軌膠輪車輛11 輛（其中：備用1 輛），輔助運輸裝備及相關工器具的購置費用為2 390.80 萬元。設備安裝工程費用為75 萬元，工程建設過程中的其他費用為475.60 萬元，工程預備費為400 萬元，工程總體投資費用為6 032.60 萬元。

4.2 效益分析

武甲礦輔助運輸系統的改造升級前期，投資量較大。但從長遠來看，在礦井安全效益、人員投入、運輸效率和綠色高效生產等方面，均可獲得巨大的效益。

1）安全效益。以往的有軌輔助運輸系統需要用到駐車器、絞車和鋼絲繩等，所需勞動強度大，在作業過程中極易出現人的不安全行為及物的不安全狀態，增大了安全風險，需要投入大量的人力物力來保證礦井安全運輸。輔助運輸系統改造升級后，運輸方式、人員作業方式以及作業環境等得到了根本改變，大幅降低了安全隱患，提高了礦井安全效益。

2）人工成本。以往的有軌運輸系統在使用前需要大量人工鋪設軌道、運輸材料，所需作業人員多、勞動強度大、作業效率低，運輸過程中也需要大量的人工作業。運輸系統改造升級后，可大幅降低用工量，降低人工成本，減輕了工人的勞動強度，提高了煤礦企業的經濟效益。

3）綠色高效生產效益。輔助運輸系統的改造升級，實現了從礦井井底車場到各個采掘工作面的連續、高效運輸，運輸效率顯著提高，實現了機械化減人、自動化換人，為后期礦井進一步智能化升級奠定了基礎，促進了礦井綠色、高效生產，具有良好的技術經濟及社會效益。

5 結語

本文對武甲煤業3 號煤層井下輔助運輸系統進行初步研究，分析了礦井輔助運輸系統改造升級的投入及效益，應用無軌輔助運輸系統可有效節約運輸時間、降低工人勞動強度、提高運輸效率，實現運輸方式連續化。通過機械化減人、自動化換人，提高運輸效率，降低勞動強度，具有良好的安全、技術及經濟效益。后期，應進一步考慮井下部分硐室的改造、井下通風系統及投資估算等因素，并制定相應的安全技術措施，確保礦井安全、高效生產。