大倾角煤层无轨胶轮车运输的适用性

王宇鹏

摘 要：针对106煤矿辅助运输环节多，单轨吊不能整体运输支架等问题，对于矿井接续采区二采区煤层倾角大，对无轨胶轮车运输的适用性进行了详尽分析，提出了两种布置方式。通过对106煤矿大倾角煤层使用无轨胶轮车运输的方案对比及研究，对类似条件的矿井有了更深刻的认识，可为此类矿井辅助运输提供借鉴意义。

关键词：大倾角煤层;无轨胶轮车;S型展线;“之”字型

中图分类号：U455.3;TD534 文献标识码： A 文章编号：1671-2064（2020）08-0159-02

无轨胶轮车运输普遍使用在近水平煤层的矿井，胶轮车的一站式运输大大提高了辅助运输效率，相比传统轨道运输跨入了另一个阶段。受到胶轮车运输角度的限制，在大倾角煤层矿井应用较少。

新疆106煤矿开采煤层倾角15°～18°，采用平硐开拓方式，进入采区后采用上下山布置采区巷道。平硐内采用电机车运输，采区上下山采用传统滚筒绞车提升，工作面采用连续牵引车运输，辅助运输环节较多，中部车场多，给矿方管理也带来一定困难。

为实现运输连续化，提高辅助运输效率，针对该矿的特殊情况，对于目前应用较多的辅助运输方式进行对比分析，提出了切合实际有效的解决方案[1-4]。

1 矿井辅助运输系统现状

目前，矿井一采区辅助运输采用电机车+提升绞车+无极绳连续牵引车运输方式。

1.1设备、材料的运输

铲车或叉车将所用材料、设备装到矿车中，然后用蓄电池电机车将材料车牵引至一采区下部车场，然后经辅助运输上山提升绞车提至各甩车场，再人工推至无极绳绞车挂车点经无极绳绞车运至用料地点。

1.2人员运输

人员通过平硐内人车运至一采区下部车场，然后乘坐架空乘人装置至各甩车场，再步行至作业地点。

目前矿井的辅助运输系环节多、设备多、人员多、运输效率低、安全可靠性差，不能实现直達运输。为实现直达运输，针对矿井的接续采区二采区的辅助运输需提前筹划，做好方案论证。

2 二采区煤层赋存特征

二采区总体为一单斜构造，岩层倾向北东，倾角15°～17°，局部最大接近20°。

采区内可采煤层共4层，自上而下分别为6、7、8号煤层。

（1）6号煤层厚度2.15～8.74m，平均厚度3.09m。与下部7号煤层间距10.99～28.42m，平均18.10m。

（2）7号煤层厚度7.28～9.54m，平均厚度8.76m。与下部8号煤层间距17.2～29.66m，平均21.07m。

（3）8号煤层厚度4.56～7.14m，平均厚度5.67m。

各煤层属近距离煤层，设计的采区巷道沿煤层倾向布置，倾角较大。

3 辅助运输方式比选

3.1 原设计辅助运输方式

二采区辅运系统原设计为单轨吊运输，在副平硐尽头向东以12°倾角上坡（150m）进入8号煤层，沿8号煤层底板布置东翼辅运大巷。东翼大巷在到达井田边界后，进入采区。在东翼辅运大巷尽头向北布置石门巷道至7号煤层，采区辅运巷沿7号煤层底板布置至二水平，沟通采区运输巷。

原设计为单轨吊直达运输，但受支架重量影响，大倾角大吨位长距离运输支架存在一定的问题，国内外没有实际应用的案例。为实现大件的直达运输，考虑另外一种方式——无轨胶轮车运输。

3.2 无轨胶轮车运输方案

在已有副平硐尽头向东布置东翼辅运大巷，大巷以6°向上穿层至8号煤层，长度590m。沿8号煤层至井田边界，向北进入二采区。

二采区巷道沿煤层布置，在井田边界侧的倾角为17°～18°，考虑胶轮车运输角度不大于6°，考虑两种布置形式，一种为S型展线布置，另一种为“之”型穿层布置。

3.2.1 S型展线布置（方案一）

S型展线布置出发点为尽可能多的布置煤层巷道。S型展线，沿着煤层伪倾斜方向布置段均为煤巷;巷道水平段后穿入顶板后，需要沿着近走向找到煤层底板，此段巷道为岩巷（包含部分半煤岩巷）。由于7号煤层最厚，考虑S型展线巷道布置在7号煤层。

在东翼辅运大巷合适位置开口，以石门进入7号煤层底板，进入煤层后以伪倾斜布置，倾角不超过6°，S型展线。由于设计规范要求胶轮车巷道超过800m要设置水平缓冲段，且煤层倾角较大，本着尽量布置煤巷的原则，S转弯段以3°倾角布置，巷道穿入煤层顶板后以6°下坡找煤层底板，每一段S弯均采用同一布置原则。经10处转弯后S型展线巷道到达二水平井底，与井底车场巷道沟通。

S型展线巷道工程量共计4028m，其中煤巷为2224m，岩巷为1804m。

由于S型展线平面布置间距较大，二采区巷道煤柱宽度为400m，压煤量较原设计（单轨吊）多约500万t。

按岩巷100m/月，煤巷200m/月掘进指标，采区巷道掘进工期为29个月。

S型展线布置见图1。

3.2.2 “之”型布置（方案二）

“之”型布置出发点是在满足胶轮车运行角度的前提下，尽量少压煤。巷道以6°倾角沿着煤层倾向布置，在穿过6号煤层顶板后折返至8号煤层底板布置，从煤层倾向的剖面看，巷道近似“之”字型。

在东翼辅运大巷合适位置开口，以石门进入7号煤层底板，进入煤层后以6°倾角进入6号煤层顶板后折返至8号煤层底板，往复循环布置，斜巷长度均控制在800m以内。经8处折返巷道到达二水平井底，与井底车场巷道沟通。

“之”型巷道工程量共计4600m，均为岩巷。

压煤量较原设计（单轨吊）多约100万t。

按岩巷100m/月掘进指标，采区巷道掘进工期为46个月。

“之”型布置见图2。

3.3 无轨胶轮车运输方案比选

从工程量看，两个方案总体工程量相差不多，方案一煤巷与岩巷基本各占50%，方案二基本全为岩巷。

从工期看，方案二由于岩巷工程量大，工期稍长。由于采区下山先行掘进，可以通过施工措施巷，对胶轮车巷道实现对掘，可缩短工期。

从压煤量看，方案一压煤量较大，且二采区最浅部的两个工作面推进长度仅为420m，工作面推进长度较短，造成工作面频繁搬家倒面，给矿井稳产造成一定困难。

从与工作面巷道联系看，方案一由于S型展线布置，且采区为单翼采区，造成工作面联络巷长，联系不便;方案二由于“之”型展線布置，工作面顺槽联络巷可以选择在“之”字型合适标高开口，工作面联络巷短，联系方便。

综上分析，在考虑工程量的同时，重点应考虑与工作面的联系、煤柱压煤量，能够给矿井生产提供更多的便利和效益。因此推荐采用方案二。

4 配套改造工程

4.1 地面库房设置

由于106煤矿所在地区冬季较为寒冷，胶轮车应考虑存放在库房内;另考虑到胶轮车的检修、定期保养等，地面设置胶轮车库是必要的。

根据胶轮车初步配备数量，本矿井共需配备胶轮车共计43辆。由于本矿井工业场地布局已经形成，目前可利用作为库房的区域有限且范围较小，地面库房仅能满足存放大型车辆和检修的功能。考虑在副平硐设置井下胶轮车存放硐室以满足材料车、人车等车辆的存放。

矿井工业场地分区河东区和河西区两个区域，将胶轮车地面库房布置在河东区空压机站与皮带栈桥间，该区域相对宽阔，可布置1个胶轮车库，尺寸为30m×20m，可满足大型车辆存放及检修。

4.2 副平硐改造

副平硐断面为半圆拱型断面，净宽4.8m，净高3.8m，铺设双轨，巷道顶部挂有四趟管路，电缆沿巷道壁敷设。铺底厚度200mm，铺底混凝土强度等级为C15。

副平硐铺底混凝土强度较低，不能满足胶轮车运行，需将铺底厚度调整为300mm，铺底混凝土强度等级为C30。

副平硐管线的高度满足7号煤放顶煤支架运输的要求，若8号煤改为大采高采煤法，支架高度变大，副平硐上部的管线需进行调整，以满足支架的运输要求。

副平硐只能单车行驶，在合适位置应增设错车硐室;利用已有联络巷作为倒车硐室。

5 结语

（1）受矿井地面条件限制，支架运输考虑采用“有轨+无轨”运输方式，即河东区和河西区两个区之间联系仍采用电机车轨道运输，河东区和井下采用无轨胶轮车运输。

在河东区设置1个胶轮车库，满足大型车辆存放及检修，其他车辆考虑在井下设置存放硐室。

（2）二采区煤层倾角较大，为解决矿井辅助运输环节多，单轨吊不能整体运输支架等问题，考虑采用无轨胶轮车运输。通过对布置形式的比较，综合矿井现状，推荐采用“之”字型布置形式。

（3）提前筹划副平硐的改造工程，尽量做到对生产影响最小，保障矿井生产与改造协调、有序进行。

（4）提前做好无轨胶轮车运行及管理的技术储备工作。

（5）通过对106煤矿大倾角煤层使用无轨胶轮车运输的方案对比及研究，对类似条件的矿井有了更深刻的认识，可为此类矿井辅助运输提供借鉴意义。

参考文献

[1] 王少青.煤矿辅助运输方式转变的可行性研究[J].河南科技，2018（029）：92-94.

[2] 李全喜.我国无轨胶轮车的现状及发展方向[J].技术与市场，2020，27（2）：173-175.

[3] 田山军.探讨无轨胶轮车在煤矿辅助运输系统中的应用[J].山东煤炭科技，2020（1）：125-126.

[4] 刘海龙.无轨胶轮车在煤矿辅助运输中的设计研究[J].煤矿机械，2018，39（12）：124-125+255.