立井开采特大型矿井无轨胶轮车与单轨吊接力高效运输模式的研究与应用

王龙生

（山东能源新矿集团公司机电部，山东省新泰市，271233）

立井开采特大型矿井无轨胶轮车与单轨吊接力高效运输模式的研究与应用

王龙生

（山东能源新矿集团公司机电部，山东省新泰市，271233）

研究了解决立井开采特大型矿井无轨胶轮车与单轨吊机车接力高效运输的新模式，并详细介绍了应用该高效运输模式在地面辅助运输、副立井物料设备下井方式、井底车场如何与无轨胶轮车换装、大巷和采区上下山以及回采工作面运输方式、采区掘进巷道及其它非全负压通风巷道运输方式等方面的应用。

立井开采 特大型矿井 单轨吊机车 高效运输

目前，国内外现有矿井采用的无轨胶轮车运输系统基本分为平硐和缓坡斜井井型，无轨运输车辆可以由地面直达井下工作地点。立井开采矿井辅助运输方式一般采用地轨或单轨吊运输，但是速度慢且效率低，并不适合特大型矿井的远距离快速运输。新矿集团新巨龙公司目前采用地轨与单轨吊机车接力运输的方式进行物料运输，随着矿井开拓的延深，物料运输距离越来越长。由于单轨吊换装站至采区工作地点距离过长，而且地轨与单轨吊接力运输方式速度较慢，导致物流运输单程运行时间过长，无法满足新巨龙公司下一步长距离快速运输的要求。

针对新巨龙公司物料运输系统复杂、物料运输速度慢且无法满足矿井中长期发展要求的问题，研究了与立井开采特大型矿井现场条件相适应的高效运输系统，以此解决此类矿井的辅助运输难题，为国内同类矿井提供高效辅助运输的新模式。

1 总体方案

本着 “减化系统、优化环节、提高效率”的原则，立足规划设计的先进性，以矿井近期及远景生产系统分析为基础，通过开展矿井材料分析、人员运输量分析、换装方式及车场研究、输料孔可行性分析以及运输模式创建等工作，提出了辅助运输方式设计，并确定实施方案及设备投入。实施对全矿井辅助运输系统进行技术改造，改进完善无轨胶轮车运输系统，优化改造单轨吊运输系统，研究应用单轨吊重轨和新型轨道连接扣件，建设高速单轨吊示范线，大幅度提高单轨吊运行速度和效率。地面物料采用轨道运输，由副井下井后在井底车场换装硐室与无轨胶轮车换装并采用无轨胶轮车运输，经大巷、采区上下山和回采工作面巷道运送到各采区换装站或使用地点。采区换装站至各掘进工作面及其他非全负压通风巷道物料运输采用单轨吊运送至使用地点，实现单轨吊运输终点距各掘进工作面不超过50 m，解决无轨胶轮车进入掘进工作面等非全负压通风巷道不符合煤矿运输质量标准化标准规定的问题。单轨吊运行区域控制在采区内部，解决单轨吊速度慢和长距离运输时间过长的问题。掘进喷浆用散料从地面输料钻孔直接向井下快速输送喷浆混合料，用无轨胶轮车运至采区喷浆迎头或二次支护作业地点，减少副井提升量，解决工作面安装和撤除期间的设备和材料上下井困难的问题，提高运输效率，缩短工作面安装和撤除时间。

2 具体方案实施情况

2.1 物料及设备运输

2.1.1 掘进喷浆用散料下井

为了解决副立井提升瓶颈，施工由地面直通井下的输料钻孔，掘进喷浆用散料从地面输料钻孔直接向井下提供喷浆混合料，并用无轨胶轮车和单轨吊接力运输至各掘进工作面喷浆地点或二次支护作业地点，从而减少副立井提升量，解决工作面安装和撤除期间的设备和材料上下井困难的问题，提高运输效率，缩短工作面安装和撤除时间。输料钻孔地面建筑设在郭坊工业广场内，井下钻孔位于北区辅助运输巷道与北区带式输送机巷道之间，立孔上口安装铁篦子，防止大块物料堵塞立孔。立孔内安装ø600 mm的厚壁钢管，保证输料畅通无阻。立孔底部设储料仓和闸门，方便装车。

2.1.2 综采支架及大型设备运输

综采支架及大型设备在地面解体后，经副井下井后组装，然后由重型无轨胶轮车整体运输至工作地点，或用中型无轨胶轮车分体运送到采区组装点，组装后再整体运至工作地点。在工作面切眼处建设支架快速组装 （或分拆）站，实行机械化组装（或分拆），提高拆装效率。

2.1.3 其他物料设备运输

（1）上下车场在地面采用轨道运输，配建一处装料轨道车场，物料设备在地面装集装箱或直接装平板车，通过柴油轨道机车运输至副井口填罐下井。井底设换装站，用柴油轨道机车将副井底出车线物料运输至换装硐室内地轨车场重车线，使用行车起吊物料装载胶轮车或集装箱车自行装卸。空车及升井旧料用轨道柴油机车牵引出换装硐室，并由进车线填罐升井。

（2）大巷、采区上下山及回采工作面采用无轨胶轮车运输，无轨胶轮车实行由辅一大巷进车和辅二大巷出车的循环运行方式，将物料由井底换装硐室运至采区换装站和回采工作面使用地点。大巷内以就近联巷作为调向硐室，回采工作面巷道增设车辆调向硐室，避免逆向行驶。

（3）采区掘进巷道及其他无负压通风巷道采用单轨吊运输，在采区换装站内换装物料，并直接运输至采区使用地点，尽量避免单轨吊出采区，从而提高运输效率。

2.2 人员运输

进一步优化运人系统，投入大型无轨运人车，提高人员集中运输能力，杜绝人员在井底大量积压，采用大巷内大型无轨运人车集中运人、采区使用中型人车转运的运行模式，建立半小时运人圈，实现人员由井底乘车半小时内到达各工作地点。按照目前矿井采场的布置情况，合理组织以下运人车辆的运行模式来提高运人效率：

（1）单行线大循环运行，辅一大巷进车，辅二大巷出车，严禁逆向行驶；

（2）大型无轨运人车运行范围为辅一大巷和辅二大巷，不能进入采区上下山；

（3）北翼一采区和南翼边界二采区人员由中型人车负责运送，该范围人员不得乘坐大型无轨运人车；

（4）三采区和北翼二采区内人员由大型无轨运人车负责运送，该范围人员进入采区换乘站后改乘中型人车，中型人车不能在采区以外运行。

2.3 矸石运输

矸石运输采用带式输送机运输至主运系统，不单独设置矸石运输系统。

2.4 运输车辆及采用的配套设备

（1）无轨胶轮车。根据矿井运输量计算，初步需配备无轨胶轮车81辆。其中，为了实现物料设备的快速换装，研制专用的集装箱和集装箱车，共需配备18辆集装箱运输车运送散料和小型设备，配备运人车辆25辆，普通物料车16辆，支架搬运车9辆，多功能装载机5辆，铲运车3辆，加油车2辆，洒水车1辆，垃圾清理车2辆。根据矿井中长期开采需要，以后需再增加15～20辆无轨胶轮车。车型需要重型、中型和轻型3类，重型和中型无轨胶轮车用于运送综采支架等大型设备，轻型无轨胶轮车可以运载部分小型设备经副立井罐笼快速上下井，为关键设备检修快速运输提供便利。研究应用大型无轨运人车，每车每次可运输20～30人到采区集中乘人车场，再利用中型运人车将人员由采区集中车场运送到工作地点，实现人员运输的快捷高效。

（2）单轨吊机车。根据分采区运行及工作面安装和撤除需要，配置14台单轨吊机车，以完善采区内物料运输系统。优化单轨吊轨道系统，在二采区辅二大巷下山和二采区边界进风下山等单轨吊机车运行频繁的采区上下山应用I140V型重轨，采用新型扣件，改善单轨吊机车线路状况，大幅度提高单轨吊机车的运行速度。

2.5 建设各类无轨胶轮车硐室

2.5.1 井底换装硐室

在井底施工一处长200 m的换装硐室，并对辅二大巷门口向南约200 m巷道刷帮，分别用作日常物料换装及工作面安装和撤除期间的支架组装和换装。由井底车场9＃交岔点开门，与临时水仓通道贯通，巷道总长度为213.04 m，同时将水仓通道门口开帮和挑顶。对新施工换装硐室东侧对应的辅二大巷 （从辅二大巷门口向北200 m）进行刷帮扩宽 （与新施工换装硐室宽度相同），用作日常物料换装及工作面安装和撤除期间的支架组装和换装。在换装硐室内安装1部LHB10+10型行车和1部LHB25+25型行车用于起吊换装。在巷道内铺设双轨200 m、2组DK930-4-15型单开道岔和3组DX930-4-1519型渡线道岔，运行方式为：胶轮车由辅二大巷行驶至水仓通道进入换装硐室，卸载升井物料并装载下井物料，从井底车场9＃交岔点处驶出，经11＃交岔点进入辅一大巷车。上井人员在-810调向硐室西侧三岔门下车，下井人员在-810调向硐室东侧三岔门上车。

2.5.2 加油硐室

根据 《AQ1064-2008煤矿用防爆柴油机无轨胶轮车安全使用规范》中的相关规定，制定矿井加油硐室的建设方案为：在-810沉淀池南通道内开门与辅一大巷形成环形通道，巷道中部与沉淀池通道贯通作为回风通道，形成由辅一大巷进风并通过沉淀池通道向北回大巷回风的独立通风系统。施工巷道总长度为80 m，采用锚喷支护方式，其中加油硐室宽度为10 m、长度为10 m、高度为4 m，其他地点巷道宽度为4.5 m，巷道高度为3.8 m。硐室两端各安装一扇向外开启的防火栅栏门，在硐室内安装2个GHG5矿用本安型火焰传感器。室内配备1个消防沙箱 （1.2 m×0.6 m×0.6 m）、2把消防锹、4个8 kg的干粉灭火器和2个35 kg的ABC干粉灭火器。

2.5.3 胶轮车检修存放硐室

根据 《AQ1064-2008煤矿用防爆柴油机无轨胶轮车安全使用规范》中的规定设置无轨胶轮车检修存放硐室，在2301S工作面上巷新施工一条与辅二大巷相通的联络巷，长度为189 m。在新施工联络巷内距东端80 m处施工一条长度为135 m的南北方向巷道，并与现有辅二大巷和2301S工作面上巷联络巷贯通，用于存放车辆；在巷道内两帮开设5处深为5 m、宽为4 m、高为3.6 m的小型检修硐室，硐室内设有检修地沟且地沟内有集油坑，并安设有气泵和千斤顶等检修工具。

2.5.4 采区换装站

每个采区建立一处无轨胶轮车与单轨吊机车的换装站 （矩形断面），进口和出口两侧曲率半径不小于9 m，长度不小于120 m，净宽不小于5.3 m，净高不低于4.5 m。

2.5.5 开拓巷道临时换装站

开拓巷道在片口车场不具备建立换装站的条件时，在开拓巷道平段一侧开宽，建立一处临时换装站，临时换装站处巷道净宽达到5.3 m，净高达到4.5 m，长度达到80 m，出口侧曲率半径不小于9 m，以满足无轨车与单轨吊换装要求。

2.5.6 车辆失控避险硐室

无轨胶轮车运行巷道坡度达到5°以上且斜坡长度超过1 km以上时，在沿下山方向车辆行驶右侧设置车辆失控避险硐室，硐室间距不超过1 km，硐室位置设在巷道片口和下车场以上50 m处，防止失控车辆影响片口和下车场工作人员的安全。硐室尺寸必须满足最大车辆避险要求，硐室正面和侧墙悬挂废旧轮胎作为车辆减速和缓冲设施，底板铺设厚度在0.5 m以上的沙子或细石子，还要设置以下3道减速装置：

（1）第一道减速装置。硐室防撞水桶正前方悬挂一排废旧轮胎，用于减缓车辆撞击力。

（2）第二道减速装置。硐室正前方设置2道直径为580 mm、高为820 mm的防撞桶 （里面装满清水），用于车辆碰撞减速。

（3）第三道减速装置。硐室正前方设置2道直径为580 mm、高为820 mm的防撞桶 （里面装满细沙），用于车辆碰撞停车。

2.5.7 存车硐室

辅二大巷与2301S上巷联络巷下段作为存车硐室，暂时不用的车辆也可在此存放。

2.6 建设高标准路面及安全标志

主要运输大巷和主要上下山采用高标准混凝土路面，保证无轨车运行的平稳和高速。采区工作面巷道等临时性巷道采用可回收复用的钢板路面，减少路面投资。沿途按照地面公路标准完善各类安全标志、警示牌和信号灯等安全设施，保证车辆运行安全。

2.7 建设运输信息化管理系统

建设运输信息化管理系统，完善全矿井车辆集中控制指挥、车辆定位、运行状态实时显示、自动交通信号和通讯等系统及时监控和调度车辆，提高运输效率和安全性。该系统包含基础信息录入功能、可视化跟踪及监测功能、用料申请查询及配料计划下发功能、出入井车辆统计功能、电子交接功能、二次交接功能、防误读和误写功能、辅助调度功能、调度请求功能、区域划分设计功能、轨迹查询功能、报警提示功能、车辆检修信息管理功能（车辆生命档案管理）、其他统计报表功能、故障诊断功能、重演功能、联网功能以及扩容功能等，该系统能够实现人员和车辆的可视化管理，及时了解人员和车辆的具体位置，对人员的安全和井下车辆高效运输具有重要意义。其拓扑结构如图1所示。

图1 运输信息化管理系统拓扑结构图

3 预期效益

3.1 社会效益

（1）无轨胶轮车与单轨吊接力高效运输模式可以解决立井开采特大型矿井井下辅助运输的一系列难题，可大大提高矿井的运输速度、运输安全性和运输效率，减少地轨机车和无轨运人车辆，简化运输系统，改善运输环境，降低运输工作人员的劳动强度。

（2）无轨胶轮车与单轨吊接力高效运输模式可以解决工作面安装撤除期间影响掘进运料的问题，可大幅度提高掘进速度。

（3）无轨胶轮车与单轨吊接力高效运输模式为国内同类矿井提供了高效辅助运输的新模式，能够促进国内外煤矿辅助运输技术的发展。

3.2 经济效益

无轨胶轮车与单轨吊接力高效运输模式应用后，可使每个工作面安装 撤除时间减少10 d以上，按每年至少安装撤除工作面3次计算，可增加有效生产天数30 d，新巨龙公司每天产煤2万t，每年可多生产原煤60万t，按照目前市场价格计算，价值约为3.78亿元，净利润约为1.08亿元。

［1］张广文 .多种辅助运输方式在济三矿的应用分析［J］.中国煤炭，2008 （12）

［2］宋河清，阎建国，赵小旗等 .煤矿辅助运输事故原因分析及解决对策 ［J］.煤，2004（4）

［3］陈志辉，门志顺，刘斌 .无轨运输在我国煤矿的应用 ［J］.中国煤炭，2001 （1）

［4］陈雷，苏吉佩 .煤矿井下辅助运输的现状分析与发展方向 ［J］.淮北职业技术学院学报，2009（5）

Research and application of high efficient transportation mode of trackless vehicles and monorails for shaft mining in large mine

Wang Longsheng
（Department of Machinery and Electronics，Shandong Energy Xinwen Mining Group，Xintai，Shandong 271233，China）

The new high efficient transportation mode of trackless vehicles and monorails for shaft mining in large mine was studied.Its application to different sites were introduced in detail，including the ground support transportation，descenting mode of materials and equipments in vice shaft，reloading from trackless vehicles in shaft bottom yard，transportation modes for main roadway，mining area，working face，excavation roadway，and other airways in non-full negative pressure.

shaft mining，oversize mine，monorail crane，high efficient transportation

TD524.3

A

王龙生 （1961-），男，山东青州人，工程师，大学本科学历，现任职于山东能源新矿集团机电部运输科科长，主要从事煤矿机电运输专业技术管理工作。

（责任编辑 路 强）