潞安王莊煤礦輔助運輸系統(tǒng)能力量化分析方法實例研究

趙玉棟

(中國煤炭科工集團 北京華宇工程有限公司，北京 100120)

1 王莊煤礦+540m水平輔助運輸概況

潞安王莊煤礦被譽為“中國煤炭工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)祥地”、“中國煤炭戰(zhàn)線的一盞明燈”，先后榮獲130多項國家和省部級榮譽[1]。近年來，王莊煤礦在開發(fā)其+540m水平時，井下出現(xiàn)了材料、設(shè)備等“供不應(yīng)求”的現(xiàn)象，生產(chǎn)受到輔助運輸“瓶頸”問題的嚴重影響，最終導(dǎo)致工作面銜接緊張。為了找到問題癥結(jié)，文章從源頭開始對輔助運輸?shù)闹T多影響因素進行了量化分析和計算，為王莊煤礦下一步對輔助運輸?shù)母脑旌蛢?yōu)化理清了思路。

1)王莊煤礦+540m水平系統(tǒng)介紹。+540m水平屬綜合開拓方式，全水平設(shè)置一處工業(yè)場地和后期北栗風(fēng)井場地，一組水平大巷沿井田內(nèi)部的太長高速從東北向西南向延伸至井田邊界，并通過暗斜井與上水平(+630m水平)聯(lián)系。+540m水平劃分為71采區(qū)、81采區(qū)、91采區(qū)，采用長壁綜采放頂煤一次采全高采煤法[3，4]。

2)王莊煤礦+540m水平采掘分析。+540m水平共規(guī)劃29個回采工作面，其中6個工作面已經(jīng)回采結(jié)束，目前形成了最多4個工作面回采、1個工作面安裝、20個掘進工作面的局面。

2 王莊煤礦+540m水平輔助運輸設(shè)備分析

+540m水平輔助運輸系統(tǒng)涉及暗斜井提升系統(tǒng)、 71采區(qū)輔助運輸系統(tǒng)、 81采區(qū)輔助運輸系統(tǒng)和91采區(qū)輔助運輸系統(tǒng)，輔助運輸設(shè)備及服務(wù)范圍見表1。

表1 +540m水平井下輔助運輸設(shè)備及服務(wù)范圍

從表1可見，井下目前存在蓄電池電機車、無軌膠輪車、無極繩連續(xù)牽引車、單軌吊、卡軌車等共計9種類型輔助運輸設(shè)備，基本涵蓋國內(nèi)較為先進的輔運裝備。

目前+540m水平的生產(chǎn)以91采區(qū)為主，主要運輸路線為：①設(shè)備(含支架)、一般材料等物料，罐籠(副立井)→蓄電池電機車(蓄電池電機車輔助運輸大巷)→繩牽引卡軌車(輔助運輸巷2)→單軌吊(換裝車場)→工作面；②人員，罐籠(副立井)→蓄電池電機車(蓄電池電機車輔助運輸大巷)→無軌膠輪車(輔助運輸大巷1)→北栗進風(fēng)井底附近，之后步行到工作面。

3 王莊煤礦+540m水平物料需求分析

輔助運輸對象主要有：將巷道支護材料從地面運到采掘使用地點，把支架、設(shè)備等運送到工作面，把待修理(或者待回收)的支架、設(shè)備從工作面運到地面，把從工作面采掘下來的矸石運送到地面，以及部分材料、設(shè)備在井下的周轉(zhuǎn)使用等。

3.1 掘進工作面物料分析

+540m水平以工作面巷道全煤巷掘進為主，支護方式為“錨桿+金屬網(wǎng)+錨索”，少數(shù)硐室掘進為巖巷及半煤巖巷，經(jīng)計算，每米典型巷道消耗錨桿18.75套，錨索1.875套，金屬網(wǎng)68.625kg，鋼筋托梁104.92kg，混凝土體積2m3。單套錨桿的重量計算見表2，單套錨索的重量計算見表3。

表2 單套錨桿材料計算

備注：標準MT 146.2—2011，規(guī)定厚度不小于6mm。

表3 單套錨索材料計算

注：標準MT 942—2005，GB/T 5224—2003。

3.2 回采工作面物料分析

回采工作面正常生產(chǎn)時常遇見的問題有：片幫、漏冒頂、遇斷層、支架下陷、工作面積水、夾矸嚴重采煤機截割困難、歪架、倒架、單體支柱失效等，需要材料設(shè)備的協(xié)調(diào)處理，另外，工作面到達止采線進行收尾工作時，需要錨噴護和鋪網(wǎng)等輔助材料。一般工作面正產(chǎn)生產(chǎn)時常用的有原木、半圓木、方木、逼幫板、斜板等，在開切眼和收尾時常見的有錨桿、錨索、金屬梁、金屬網(wǎng)、噴射混凝土等[5，6]。作者從現(xiàn)場收集最近3個月的消耗匯總和單日消耗量分析對比，將特殊情況下的材料消耗進行了均化處理后，回采工作面常用材料消耗量為：半圓木1～2車，道木1～2車，斜板1～2車，料石3～4車，水泥10車，河北砂5車，其它零星物資如工具、零配件、工作面止采及密閉等耗材平均15車。

3.3 矸石運量分析

潞安集團下屬各煤礦工作面布置多采用“U+高抽巷”布置形式[7]，高抽巷是井下矸石的主要來源。王莊煤礦+540m水平高抽巷為半煤巖巷，掘進斷面10m3，日進度為6m，井下目前共計2條高抽巷掘進，則矸石量為6×10×2×0.3×2.4=100t/d(0.3為矸石所占實際比例)，考慮其他地點如硐室、風(fēng)橋立交等合計實際井下矸石量為110t/d。

3.4 井下人員分析

統(tǒng)計目前王莊煤礦單班下井人數(shù)700人，其中采掘區(qū)域人員420人，占總?cè)藬?shù)比例60%；輔助運輸巷道180人，占總?cè)藬?shù)比例40%；交接時總?cè)藬?shù)約900人，采掘區(qū)域人員450 人，占總?cè)藬?shù)比例50%；升入井巷道360人，占總?cè)藬?shù)比例40%；回風(fēng)區(qū)域、回風(fēng)巷等90人，占總?cè)藬?shù)10%。檢修班總?cè)藬?shù)約700人，采掘區(qū)域人員455人，占總?cè)藬?shù)比例65%；輔助運輸巷道245人，占總?cè)藬?shù)比例35%。

3.5 安裝工作面設(shè)備運輸量

+540m水平的9102工作面為安裝面，三機設(shè)備為安裝工作面的主要運輸對象，包括液壓支架，型號ZF8000/20/38，單重25.5t，共計161架；采煤機型號MG400/930-WD，單重59.6t，以及刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機、破碎機、泵站、負荷中心等。

3.6 井下輔助運輸物料消耗量匯總

+540m水平煤巷采用綜掘機掘進，一般為250～280m/月，日均掘進速度8m/d，高抽巷日均掘進速度6m/d，結(jié)合采掘分配和調(diào)研分析，+540m水平的材料、設(shè)備等物料日消耗量見表4。

表4 +540m水平井下物料、矸石等日消耗(d)量估算匯總表

4 王莊煤礦+540m水平物料運輸時間分析

4.1 井筒內(nèi)運輸時間

+540m水平副立井擔(dān)負提升任務(wù)，根據(jù)最大運輸量確定的最大班作業(yè)時間表見表5。由表5可見，每班提升時間合計為268.31min，即4.47h，滿足規(guī)范要求[8]。

4.2 井下輔助運輸時間

+540m水平生產(chǎn)重點在91采區(qū)，其主要輔助運輸設(shè)備為蓄電池電機車和單軌吊、卡軌車，單軌吊空載最大速度2.2m/s，重載最大運行速度為2.15m/s。繩牽引卡軌車最大爬坡25°，牽引速度一般為0～2.0m/s。蓄電池電機車運人時最快速度4m/s，運送爆破材料或大型材料時，不超過2m/s，車場調(diào)車時不超過1.5m/s。

+540m水平相關(guān)工作地點的設(shè)備、人員、材料等的運距、運量見表6。由表6可見，井下存在25個主要作業(yè)點，最大87運次，按照平均運距4680m和物料的實際運行平均速度1.2 m/s計算，一次運輸?shù)募冊谕緯r間為4680/1.2/3600=1.08h，除此以外，井下存在2個換裝環(huán)節(jié)，即：蓄電池電機車→卡軌車及卡軌車→單軌吊，換裝環(huán)節(jié)時間約為0.5h，則一次運輸?shù)臅r間為1.58h，考慮25個作業(yè)點的并發(fā)數(shù)為下表所列的13個，則78次(暫不計工作面搬家9次)純運輸時間為78×1.58/13×K1=9.84×1.4=13.27h(K1為不均衡系數(shù))，可見運輸時間已遠超最大班時間，若計入回采工作面搬家或者大型設(shè)備升井檢修，則運輸時間更長，作業(yè)時序更加緊張。

表5 最大班作業(yè)時間表

5 輔助運輸主要特點及存在問題

根據(jù)上述物料需求和運輸時間的分析，王莊煤礦+540m水平輔助運輸存在如下特點及問題：

1)輔助運輸?shù)钠贩N繁多、形態(tài)各異、大小不同。重量大的放頂煤綜采支架重達25.5t，重量小的如砂子、碎石等單件輕，且形狀可塑。

2)裝載要求不一。綜采支架、采煤機等可以單件接裝載運輸，或者局部拆解運輸，有的則要求裝箱或包扎成捆，火工品或油脂需要專運。

3)短時運量不均。如綜采設(shè)備搬家時運力需求大，則短時輔助運輸出現(xiàn)運量不足、不均。

4)井下輔助運輸系統(tǒng)復(fù)雜，運輸環(huán)節(jié)多，運輸時間長。+540m水平井下以有軌運輸為主，由井底車場到工作面之間的輔助運輸設(shè)備涵蓋了共計9種類型現(xiàn)代化輔助運輸設(shè)備，在各類輔運設(shè)備之間需經(jīng)過多次轉(zhuǎn)運，環(huán)節(jié)多，系統(tǒng)復(fù)雜。

5)井下機械運人服務(wù)范圍有限。國家和行業(yè)規(guī)定，井下超出一定距離必須采用機械運人[9]，+540m水平井下人員采用電機車+膠輪車運輸方式，不但占用了輔助運輸線路和車輛，人員下車后存在長距離步行。

6)井下無軌膠輪車適用范圍受限。無軌膠輪車有著諸多的優(yōu)點，但同時也存在不容忽視的缺點[10]。王莊煤礦+540m水平井下主要利用無軌膠輪車運人和少量材料，但由于底板坡度起伏，且巷道底板遇水易泥化，導(dǎo)致膠輪車車況不穩(wěn)，車輛耗材大，維修頻率高。

6 結(jié) 語

我國礦井向井型大型化、生產(chǎn)環(huán)節(jié)集中化、生產(chǎn)工序機械化智能化的方向發(fā)展要求礦井的輔助運輸系統(tǒng)必須向高效率、高可靠、高安全性方向發(fā)展。通過上述系統(tǒng)計算和統(tǒng)計分析，王莊煤礦+540m水平輔助運輸系統(tǒng)冗長環(huán)節(jié)多、運輸效率低、可靠性和安全性不高，因此急需對輔助運輸系統(tǒng)進行再升級，找出一種既符合生產(chǎn)實際，同時又能發(fā)揮輔運設(shè)備最大效能的優(yōu)化配置方案。