無軌膠輪車在煤礦輔助運輸系統(tǒng)中的應(yīng)用

李竹年

(中煤新集能源股份有限公司 劉莊煤礦， 安徽 阜陽 236200)

0 引言

煤礦輔助運輸?shù)闹饕蝿?wù)是運送除煤炭以外的其他物料和人員等。隨著大型礦井的建設(shè)發(fā)展，煤礦裝備的科學(xué)技術(shù)水平在不斷提升，煤礦井下作業(yè)逐漸向機械化、自動化發(fā)展，煤礦機械化開采水平有了很大提高。為充分發(fā)揮大型機械設(shè)備的技術(shù)性能，提高設(shè)備的利用率，選用科學(xué)合理的輔助運輸方式，縮短輔助運輸時間是現(xiàn)代化高產(chǎn)高效礦井必須解決的問題。

井下無軌膠輪車與傳統(tǒng)的煤礦井下有軌輔助運輸相比，有著機動靈活、速度快、效率高、爬坡能力強、安全性能好、用人少等一系列優(yōu)點，是煤礦輔助運輸?shù)陌l(fā)展方向，能為實現(xiàn)礦井高產(chǎn)高效創(chuàng)造條件[1]。劉莊煤礦作為國家大型現(xiàn)代化礦井，輔助運輸系統(tǒng)采用有軌輔助運輸，使用防爆特殊型蓄電池電機車、1.5 t固定車箱式礦車與平巷人車作為主要運輸設(shè)備。隨著礦井開拓距離的不斷延伸，現(xiàn)有的有軌輔助運輸方式存在的效率低、換裝環(huán)節(jié)多等一系列弊端也逐漸顯現(xiàn)，這些弊端嚴(yán)重制約著礦井高產(chǎn)高效發(fā)展水平。因此，迫切需要改變現(xiàn)有的輔助運輸方式，以適應(yīng)礦井發(fā)展需要。而無軌膠輪車正好能夠彌補有軌輔助運輸系統(tǒng)的不足，實現(xiàn)更加高效、便捷、安全的生產(chǎn)作業(yè)，提升生產(chǎn)效率，為煤礦企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益[2]。由此，本文就無軌膠輪車輔助運輸在劉莊煤礦的探索應(yīng)用進(jìn)行研究，結(jié)合實際情況，列舉出無軌膠輪車輔助運輸方式改造方案，對主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行計算分析，并提出意見與建議，為提高礦井生產(chǎn)效率與新建礦井輔助運輸方式的選擇提供新思路。

1 改造的可行性分析

1.1 礦井概況

劉莊煤礦于2003年初開工建設(shè)，2007年6月23日正式投產(chǎn)，礦井2013—2017年實際生產(chǎn)煤炭約9.0 Mt/a。井田東西走向長16.0 km，南北傾斜寬3.5～8.0 km，面積82.2 km2，一水平剩余服務(wù)年限約27 a。礦井分為東區(qū)和西區(qū)兩部分，東區(qū)工業(yè)場地設(shè)有主井、副井及矸石井提升系統(tǒng)，西區(qū)工業(yè)場地設(shè)有西區(qū)進(jìn)風(fēng)井提升系統(tǒng)。

1.2 輔助運輸系統(tǒng)概況

礦井建設(shè)之初，石門及大巷采用蓄電池電機車牽引礦車運輸，上山采用滾筒絞車，工作面采用無極繩連續(xù)牽引車，中部車場采用小絞車調(diào)度。

東區(qū)設(shè)置矸石井，大巷及采區(qū)巷道掘進(jìn)矸石由礦車運輸至翻矸機硐室，然后進(jìn)入矸石系統(tǒng)由矸石井提升至地面；西區(qū)大巷及采區(qū)巷道掘進(jìn)矸石由礦車經(jīng)西進(jìn)風(fēng)井提升至地面。高抽巷掘進(jìn)矸石進(jìn)入主煤流系統(tǒng)，與煤炭一并提升至地面。

2013年礦井引入單軌吊車，并逐步在西區(qū)采區(qū)內(nèi)實施。目前，西區(qū)各采區(qū)和東區(qū)東一采區(qū)已實現(xiàn)了采區(qū)內(nèi)單軌吊運輸，有效減少了環(huán)節(jié)及作業(yè)人員，提高了效率，提升了效益。

2014年開始對矸石運輸系統(tǒng)進(jìn)行改造，矸石由礦車運輸變更為帶式輸送機連續(xù)運輸，矸石與煤炭分時分運，實現(xiàn)煤矸分離。矸石運輸系統(tǒng)改造后，大幅度減少了輔助運輸量，提升了效益。

目前，東、西區(qū)運輸系統(tǒng)基本獨立，日常材料、大型設(shè)備及人員均由東、西區(qū)分別下井。東西區(qū)之間由軌道大巷聯(lián)絡(luò)，電動機、水泵等小型設(shè)備需由東區(qū)下井后運至西區(qū)，西區(qū)雜物需運至東區(qū)升井，每班有50余人需由東區(qū)至西區(qū)跨區(qū)作業(yè)。石門及大巷均采用蓄電池電機車運輸。東區(qū)采區(qū)上山均采用滾筒絞車提升物料，人員運輸采用架空乘人裝置，走向長壁工作面順槽采用無極繩連續(xù)牽引車運輸，傾斜長壁工作面順槽采用單軌吊運輸。西區(qū)采區(qū)內(nèi)已實現(xiàn)單軌吊運輸。

1.3 改造的必要性

通過近幾年的系統(tǒng)改造，輔助運輸效率得以提升，但隨著礦井的開拓延伸，礦井輔助運輸系統(tǒng)仍存在以下突出問題：

1) 遠(yuǎn)距離運人問題。東區(qū)副井井底至東三東采區(qū)下部車場距離為6.0 km，工人從井口至工作面單程時間約為2 h，工人路途消耗時間長，有效作業(yè)時間短，作業(yè)效率低。西四采區(qū)開采時，大巷長度也將達(dá)到6.0 km，同樣存在遠(yuǎn)距離運人問題。

2) 環(huán)節(jié)多、效率低。東區(qū)采區(qū)上山采用滾筒絞車提升，中部車場采用小絞車調(diào)度，順槽采用無極繩連續(xù)牽引車運輸，環(huán)節(jié)多、效率低；西區(qū)采區(qū)內(nèi)采用單軌吊連續(xù)運輸，但大巷與采區(qū)之間仍需換裝，不能實現(xiàn)直達(dá)運輸。

3) 工作面安撤時間長。根據(jù)目前的運輸方式，綜采大件運輸速度慢。西三11-2煤采區(qū)及西四采區(qū)輔助運輸系統(tǒng)改造后，可實現(xiàn)液壓支架整架直接運至工作面，減少倒轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)，可提高運輸速度，為工作面設(shè)備安、撤節(jié)約時間。

4) 可建立井下快速通道。東西區(qū)井底距離約3.3 km，目前東西區(qū)聯(lián)絡(luò)大巷采用電機車運送跨區(qū)作業(yè)人員和部分材料配件，進(jìn)行輔助運輸系統(tǒng)改造后，可快速運送人員和小型材料，形成東西區(qū)井下快速通道。

綜合上述分析，劉莊煤礦現(xiàn)有的輔助運輸系統(tǒng)與國內(nèi)高效輔助運輸系統(tǒng)尚有差距，與劉莊煤礦安全高效現(xiàn)代化千萬噸礦井的定位不協(xié)調(diào)、不匹配。因此，輔助運輸系統(tǒng)的改造和繼續(xù)優(yōu)化是必要的。隨著礦井的開拓延深，輔助運輸效率低下將成為制約礦井產(chǎn)量及企業(yè)效益的瓶頸，本次輔助運輸改造可為高水平、高效輔助運輸系統(tǒng)實施積累經(jīng)驗。

1.4 改造的可行性分析

無軌膠輪車是目前最先進(jìn)的輔助運輸方式，具有運輸速度快、靈活、高效的優(yōu)勢，在國內(nèi)新建大型礦井得到廣泛使用，下文就劉莊煤礦輔助運輸系統(tǒng)進(jìn)行無軌膠輪車運輸改造進(jìn)行論證。

1.4.1 東區(qū)改造的可行性分析

1) 井筒及煤層賦存條件。東區(qū)副井罐籠尺寸較小，不能滿足膠輪車升降,若采用無軌膠輪車，需在井底及采區(qū)車場進(jìn)行兩次換裝，環(huán)節(jié)多；東區(qū)煤層傾角均在15°左右，膠輪車無法直接進(jìn)入工作面。

2) 改造的可行性分析。因東區(qū)各采區(qū)煤層傾角較大，膠輪車無法進(jìn)入工作面，采區(qū)內(nèi)推行單軌吊運輸是適宜的。東區(qū)石門及大巷均為水平巷道，能滿足膠輪車運輸需要，能發(fā)揮膠輪車速度快的特點，提高運送效率，減少作業(yè)人員路途時間。副井罐籠尺寸較小，若采用無軌膠輪車運輸設(shè)備及材料，需在井底及采區(qū)車場進(jìn)行兩次換裝，運輸環(huán)節(jié)增多。目前礦井已實現(xiàn)煤矸共用帶式輸送機運輸，電機車能滿足東區(qū)設(shè)備及材料運輸需求。因此，材料及設(shè)備運輸采用無軌膠輪車雖然是可行的，但意義不大。

1.4.2 西區(qū)改造的可行性分析

1) 井筒及煤層賦存條件。西區(qū)進(jìn)風(fēng)井能滿足5 t膠輪車的直接升降。西一采區(qū)煤層傾角13°～15°，膠輪車不能直接進(jìn)入工作面；西三11-2煤采區(qū)和西四采區(qū)各煤層傾角在2°～8°之間，局部在10°左右，可實現(xiàn)膠輪車至工作面的直達(dá)運輸。

2) 改造的可行性分析。西一采區(qū)煤層傾角較大，采區(qū)內(nèi)采用單軌吊運輸是適宜的，西進(jìn)風(fēng)井井底至西一采區(qū)上山下部車場距離為2.0 km，運輸距離較短；改用膠輪車運輸?shù)囊饬x不大；西三11-2煤采區(qū)和西四采區(qū)各煤層傾角較緩，膠輪車可直接進(jìn)入工作面，可減少運輸環(huán)節(jié)，提高運輸效率。

根據(jù)以上分析，石門及大巷、西三采區(qū)具備無軌膠輪車改造的可行性，東區(qū)和西一采區(qū)煤層傾角大，膠輪車無法進(jìn)入工作面。

2 輔助運輸系統(tǒng)改造方案

結(jié)合礦井生產(chǎn)規(guī)劃、井筒及煤層賦存條件，為減少運輸環(huán)節(jié)、提高運輸速度，改造方案論證如下：

1) 東區(qū)的東三東采區(qū)運人采用無軌膠輪車，提高人員運輸速度，東區(qū)材料和設(shè)備仍采用有軌運輸是適宜的。

2) 西區(qū)在西三11-2煤采區(qū)可實現(xiàn)膠輪車的直達(dá)運輸，減少運輸環(huán)節(jié)，提高效率；西四采區(qū)大巷接于西三采區(qū)大巷，西三采區(qū)進(jìn)行無軌化改造后，無軌膠輪車可直接進(jìn)入西四采區(qū)。

3) 東一、東二和西一采區(qū)距離井底近，且膠輪車無法進(jìn)入工作面，改造意義不大。

綜合以上情況，提出改造方案如下：

1) 東區(qū)運人實現(xiàn)無軌膠輪車運輸至東三東采區(qū)下部車場，東區(qū)材料及設(shè)備仍采用軌道運輸；西三11-2煤采區(qū)實現(xiàn)無軌膠輪車直達(dá)運輸，東一、東二和西一采區(qū)仍采用軌道運輸；東、西區(qū)聯(lián)絡(luò)大巷運人實現(xiàn)無軌運輸，材料及設(shè)備仍采用軌道運輸。

2) 東區(qū)存在有軌和無軌兩種運輸方式，為減少干擾，采取分時運送的原則，同時設(shè)置有監(jiān)控及調(diào)度系統(tǒng)，能滿足輔助運輸系統(tǒng)協(xié)調(diào)有序運行。西區(qū)的西一和西三采區(qū)輔助運輸系統(tǒng)基本獨立，通過合理組織及調(diào)度可保障協(xié)調(diào)有序運行。

3 勞動定員及改造實施規(guī)劃

3.1 勞動定員

東區(qū)采用無軌膠輪車運人后，不增加膠輪車司機，由原運輸區(qū)電機車司機兼任，一崗多能，在人員運送期間駕駛膠輪車，在物料及設(shè)備運輸期間駕駛電機車。西三11-2煤采區(qū)改造為無軌膠輪車運輸后，由原運輸區(qū)人員負(fù)責(zé)駕駛及檢修任務(wù)，一崗多能，不增加人員。

西三11-2煤采區(qū)因膠輪車直接進(jìn)入工作面，按1個回采工作面，3個掘進(jìn)工作面考慮，可減少采煤工作面順槽及掘進(jìn)工作面輔助運輸人員23人。同時，西區(qū)釘?shù)狸牅p少人員12人，共計減少輔助運輸人員35人。

3.2 改造實施規(guī)劃

根據(jù)礦井接續(xù)規(guī)劃，西三采區(qū)13-1煤預(yù)計于2020年4月回采結(jié)束，11-2煤于2022年5月開始回采(該煤層膠輪車可直達(dá)工作面)。

根據(jù)礦井接續(xù)規(guī)劃和急需解決東三東采區(qū)遠(yuǎn)距離運人的現(xiàn)狀，本項目規(guī)劃3年完成:

1) 第一年完成東區(qū)中央軌道石門、東三軌道大巷、東西區(qū)軌道大巷的鋪底硬化；膠輪車存放及檢修硐室的施工；購置部分人員運輸車輛，設(shè)置東區(qū)車輛監(jiān)控系統(tǒng)。實現(xiàn)東三東采區(qū)快速運輸人員，東西區(qū)互聯(lián)互通。

2) 第二年完成西區(qū)二號軌道石門、西三軌道大巷的改造；購置西三采區(qū)人員運輸車輛和小型設(shè)備及材料運輸車輛，完成西區(qū)車輛監(jiān)控系統(tǒng)；完成西區(qū)地面膠輪車庫和場地硬化改造。實現(xiàn)西三采區(qū)無軌膠輪車至11-2煤掘進(jìn)工作面的直達(dá)運輸。

3) 第三年完成大型設(shè)備組裝及換裝硐室，購置大型無軌膠輪車。實現(xiàn)西三11-2煤采煤工作面液壓支架的整體直達(dá)運輸。

3.3 改造實施方案

1) 巷道改造時，先進(jìn)行整道，保障輔助運輸不間斷。鋪底作業(yè)采取與輔助運輸分時集中作業(yè)的方式。首先對生產(chǎn)中掘進(jìn)工作面集中備料，滿足3～5 d的使用需要，保證正常生產(chǎn)用料不受影響，再集中對巷道進(jìn)行鋪底改造。另外，礦井每年停產(chǎn)檢修兩次，每次10～15 d，充分利用檢修時間集中對巷道進(jìn)行鋪底改造。

2) 電纜改造集中在檢修班進(jìn)行。制冷管路改造在非制冷季節(jié)完成。

3) 搖臺和罐籠的更換，在礦井停產(chǎn)檢修期間完成。

根據(jù)以上實施方案，輔助運輸系統(tǒng)改造對礦井正常生產(chǎn)影響較小[3]。

4 投資估算

系統(tǒng)改造項目總造價7 897.85萬元，其中：井巷工程費3 039.22萬元；土建工程費245.61萬元；設(shè)備購置費3 614.64萬元；安裝工程費232.33萬元；工程建設(shè)其他費用611.18萬元；基本預(yù)備費154.86萬元。

根據(jù)項目實施計劃，分年度投資見下表。

分年度投資計劃表 萬元

5 改造效益分析

根據(jù)擬定的改造方案，輔助運輸系統(tǒng)改造完成后，利潤總額增加62.28萬元/a，所得稅為15.57萬元，凈利潤為46.71萬元/a。

無軌膠輪車具有運輸速度快、效率高、適應(yīng)性強等優(yōu)點。除正常完成輔助運輸任務(wù)，減人提效外，還具有其他幾方面的效益:

1) 作業(yè)人員路途時間縮短，班中有效作業(yè)時間增加，生產(chǎn)效率得到提升。[4]目前東三東采區(qū)作業(yè)人員單程路途時間為2 h，采用無軌膠輪車運輸后，單程路途時間可節(jié)約35 min，路途往返時間減少70 min，班中有效作業(yè)時間增加70 min。東三東采區(qū)作業(yè)人員約為240人，增加的班中有效作業(yè)時間折合成工時為105人/a，按在籍系數(shù)1.4、井下人均工資薪酬水平7.68萬元計算，年節(jié)約費用1 129.0萬元。西三采區(qū)和東西區(qū)跨區(qū)作業(yè)人員按路途往返時間節(jié)約25 min計算，折合工時的年節(jié)約費用為451.6萬元。年總節(jié)約費用達(dá)1 580.6萬元。

2) 實現(xiàn)工作面快速安撤。目前，安裝或撤出一個工作面的時間約為2～3個月。西三11-2煤采區(qū)輔助運輸系統(tǒng)改造后，可以實現(xiàn)液壓支架的整體直達(dá)運輸。根據(jù)無軌膠輪車使用經(jīng)驗，工作面安裝或撤出時間預(yù)計節(jié)約30 d，縮短從事生產(chǎn)準(zhǔn)備的綜采安裝隊及生產(chǎn)準(zhǔn)備隊工作時間。綜采安裝隊定員110人，生產(chǎn)準(zhǔn)備隊定員40人，總定員150人。綜采工作面安裝或撤出一次節(jié)約30 d，折合用工工時為14人/a，則每個工作面安裝及撤出可節(jié)約人工費用215.04萬元。

3) 提高掘進(jìn)單進(jìn)水平，為減人提效創(chuàng)造了條件。實現(xiàn)無軌膠輪車運輸后，遠(yuǎn)距離運人時間縮短，職工班中的有效作業(yè)時間增加，掘進(jìn)單進(jìn)水平得以提高，為礦井減人提效創(chuàng)造了條件。

4) 提高礦井搶險抗災(zāi)能力。無軌膠輪車運輸速度快，可實現(xiàn)應(yīng)急物資的快速配送、應(yīng)急搶險期間的快速運輸，滿足人員撤離需要，提高礦井安全保障能力及抗災(zāi)搶險能力。

5) 巷道布置更加靈活。采用無軌膠輪車后，巷道坡度可根據(jù)巖性、構(gòu)造情況及工作面位置進(jìn)行調(diào)整，巷道布置更加靈活，有利于避開斷層等構(gòu)造，減少聯(lián)絡(luò)巷及巷修工程量。

綜上所述，采用無軌膠輪車遠(yuǎn)距離運人，雖然改造的前期投資大，但是能夠減少礦井的人工成本，降低職工勞動強度，減少入井時間，有利于職工身心健康，減少人員流失，保障礦井穩(wěn)定健康發(fā)展。

6 結(jié)論

劉莊煤礦現(xiàn)有輔助運輸系統(tǒng)環(huán)節(jié)多、效率低，進(jìn)行無軌膠輪車改造后，可解決礦井遠(yuǎn)距離運人路途時間長的突出問題，節(jié)約人員運送時間。適宜條件采區(qū)可實現(xiàn)膠輪車直達(dá)運輸，提高運輸效率，實現(xiàn)減人提效。經(jīng)綜合分析，無軌膠輪車改造，方案是可行的。

建議提前籌劃改造期間的施工組織，保障礦井生產(chǎn)與改造協(xié)調(diào)、有序進(jìn)行； 提前做好無軌膠輪車運行及管理的技術(shù)儲備工作； 做好無軌與有軌系統(tǒng)的組織協(xié)調(diào)工作。后續(xù)采區(qū)設(shè)計時，可考慮鄰近煤層采用巷道折返式布置輔助運輸系統(tǒng)，服務(wù)多個煤層，實現(xiàn)煤層傾角較大采區(qū)無軌膠輪車連續(xù)直達(dá)運輸[5]。