司马矿齿轨式卡轨车辅助运输设计

王亭亭

(山西潞安司马煤业有限公司，山西 长治 046000)

0 引言

随着世界煤炭开采技术的突飞猛进，国外有些煤矿已达到较高水平，我国采矿技术部分专业达到了国际领先水平，但煤矿辅助运输机械化水平总体上仍然落后，严重影响了煤矿安全生产和矿井全员效率的提高[1-3]。如司马矿井利用绞车作为运输设备，存在投入作业人员多，危险源较多，危险系数高，运输成本大，采矿成本高，直接影响矿井生产效率和生产效益的提升。煤炭企业要想有更大的发展空间，就必须立足长远，增强竞争力，从提高自身的管理水平、装备水平、降低成本和提高劳动效率入手。矿井辅助运输方式起着至关重要的作用，这就要求提高辅助运输的机械化程度，对设备的合理选型有及其深远的意义。

1 工程概况

司马煤业公司位于山西省长治市西南部，沁水煤田长治勘探区的东部边缘地段，矿井工业场地位于长治县苏店镇西申家庄村西北侧、经坊煤矿铁路专用线以东的开阔地上，场地距长治市约8.5 km，南距长治县约4 km。矿井地处太行山西侧，属长治断陷堆积盆地。地势较为平坦，最高点位于西南角，标高+993.33 m，最低点位于西北部，标高+930.79 m，地形最大高差62.54 m。

司马煤矿矿井生产能力3.0 Mt/a，属大型矿井。矿井上组煤(3、8-2、9号煤层)设计服务年限为50.6 a，其中3号煤层设计服务年限为35.10 a，采煤方法采用走向长壁综采放顶煤一次采全高的采煤方法。8-2、9号煤层设计服务年限为15.50 a(储量备用系数取1.3)。现开采3号煤层，矿井分为3个采区，+666水平轨道大巷布置在3号煤层底板岩层中，二采区轨道巷和三采区轨道巷布置在3号煤层顶板中。

根据现代化矿井高产高效的特点，借鉴德国沙尔夫公司设备并结合矿井实际情况因地制宜地选择适合本矿的辅助运输方式，设计中将目前比较先进的齿轨式卡轨车替代绞车作为司马煤矿的主要辅助运输方式。系统升级改造前，矿井辅助运输方式主要有以下2种：轨道大巷采用电机车运输；采区巷道及工作面顺槽采用无极绳绞车加小绞车接力运输。系统升级改造后，矿井辅助运输方式主要采用一种为蓄电池电机车，服务于轨道大巷；另一种为齿轨式卡轨车，服务于二采区、三采区轨道巷至工作面顺槽，同时在三采区还担负上下班人员的接送任务(由德国沙尔夫公司生产的2辆与齿轨式卡轨车配套的运人车厢)。

2 运输设备的优缺点

2.1 齿轨式卡轨车辅助运输装备

齿轨式卡轨车属于井下辅助运输设备的一种先进设备，它具有承载能力大、爬坡能力强、既可进行物料的运输又可作为人员的运送等特点[4-5]。机车前后各有一个驾驶室，双向运行，操作简单，安全可靠。运输大型设备的安全性、可靠性更高，普通物料一次性货载运输量大；具有较大的爬坡能力，机车运输的最高爬坡角度可达30°，司马煤矿设计取值最大20°，满足要求；系统可进入多条分支巷道，物料可以一次连续性运输到位或指定地点，减少了运输过程中的中转或摘挂钩环节，可以实现采区大巷至工作面一条龙不转载运输；机械化程度较高，生产效率高，可方便快速进行物料转载；井下辅助运输作业人员少，大大减少了井下作业人数，符合现代化矿井高产高效限制井下作业人员的大趋势；若机车发生故障时，能够随时显示出故障位置，立即发出故障报告，并自动停车或熄火。超速、超温等报警装置齐全，系统本质安全性更高；一车有多种用途，如齿轨式卡轨车可设置配套的运人车厢，进行人员的运输。

缺点主要在于，轨道属于异型轨，道轨安装标准要求严格，对巷道底板的稳固性要求较高；机车排放的尾气虽层层净化处理，但仍然会对矿井井下空气质量造成一定的污染；与其它地轨式辅助运输设备相比，初期投资大，维护精细。

2.2 无极绳绞车等地轨式轨道辅助运输装备

无极绳绞车等地轨式轨道辅助运输装备优点主要在于，车辆沿固定线路行驶，可靠性高，结构简单，维护量小[6-7]。井下开拓运输系统复杂，无极绳绞车运输时(因容绳量有限)不需要接力运输，安全隐患小。适应性强，用途广，既可在顺槽使用，又可用在采区上(下)山，还可布置在集中轨道巷，又能为巷道形成后配套服务，如选用双速无极绳绞车，还可适应低速重载、高速轻载的运输需求。

缺点主要在于，绞车运输时，运输作业环节多，工艺复杂，受坡度和设备重量限制，有时需要接力运输。无极绳绞车占用作业人员多，对牵引钢丝绳要求高，安全性小，给长距离运输带来诸多困难。对巷道坡度要求苛刻，见坡就得设置一台小绞车，不适应煤层底板上下起伏的变化。运输人员作业程序和现场管理存在诸多隐患。

3 经济比较及设备选型计算

综合分析，齿轨式卡轨车运输前期投资上比无极绳绞车、小绞车等运输设备多1 000万元左右，但是齿轨式卡轨车运输方式的快捷和连续化，使其在运输时间上比其它地轨式辅助运输设备节省了30%～40%，比如工作面安装回撤(搬家倒面)，比其它地轨式运输方式节省时间10～13 d，而司马矿井每天采煤1万t，10～13 d可以多采出10～13万t煤，结合矿井地质条件，齿轨式卡轨车使用年限为50 a，也可继续服务于开采8-2、9号煤层，所以设计推荐辅助运输系统采用柴油齿轨式卡轨车运输方式。

司马矿井辅助运输采用齿轨式卡轨车牵引方式，完成矿井二采区、三采区及工作面辅助运输任务。

3.1 设计依据

矿井以“一井一面”保证矿井生产能力，现采3号煤层，二采区1211工作面为回采工作面和2个掘进工作面保证矿井生产能力和采掘衔接。二采区轨道巷及二采区轨道巷里段全程4 400 m，至工作面最远距离为5 600 m，实际最大坡度为16°。三采区轨道巷及三采区轨道巷里段全程2 400 m，至工作面最远距离为3 600 m，实际最大坡度为12°。

工作制度：年工作日276 d，每天四班作业，三班生产，一班准备及检修维护。

选用车型：矿井运输矿车有MGC1.7-9B罐车、MLC5-9材料车和MPC25-9平板车。

每班最大运输量：①人员25人；②矸石45 t/班；③材料70车/日；④设备10车/日；⑤其它30 t/班；⑤运输最重件重量31.5 t(ZFS7500/22/35排头尾液压支架)。

3.2 齿轨式卡轨车选型及校验

设备选型：齿轨式卡轨车是一种在异型轨上运行的、通过柴油机液压驱动的机车。

机车结构：一个主机部分、一个独立的冷却单元、一个数量可变的机车驱动部、2个司机操作室及机械连接元件构成。

主要技术参数：

额定牵引力 200 kN±10%

功率 80 kW

柴油发动机 4气缸涡轮发动机

最小转弯半径 4 775 mm

水平与垂直转向 ±4°

总排量 6 640 cm3

冷却装置 水循环

废气冷却水含水量 200 L

刹车类型 盘式制动闸瓦、制动力300 kN

最大速度 2.0 m/s(国际先进为2.6 m/s)

3.3 机车牵引力验证(只对牵引液压支架校验)

验证计算A：已知机车牵引总重量(ZFS7500/22/35排头尾架)32 t，以最大坡度20°(实际最大16°)，要求速度能达到多少？

已知机车总重量为32 t，在图表中向上走，一直到20°切点处；向左走一直到功率曲线切点处；向下走一直到轴线(行驶速度)；结果是0.47 m/s。

验证计算B：已知坡度为20°，要求机车牵引总重的最大值是多少？

以最大牵引力向右走，一直到20°切点处；向下走到轴线(牵引总重量)；结果是55 t。

验证结论：55 t>32 t，齿轨式卡轨车选型符合司马煤业辅助运输要求。

4 结论

(1)该设备机械化程度较高，运输效率高，可以方便快速的一次性将车辆运输至工作面，极大地提高了矿井整体生产效率。

(2)具备运输系统无边界限制扩充及多点可共同作业等优点。

(3)解决了三采区作业人员上下班徒步行走问题，减少了员工非生产期间的体力消耗，实现了采区机械化运送人员工作的目标，为生产任务的完成提供了强有力保障，符合现代化矿井高效生产的特点。

(4)该系统使得井下辅助工作人员少，操作简单，机动灵活，安全性能高，更贴近现代化矿井安全生产理念。

(5)机车使用年限长，可继续用于矿井开采下一水平煤层。

(6)该设备总体投资高，但后期投资少，轨道维护量小，可重复永久使用，便于矿井长远发展。