郭屯煤矿辅助运输系统优化设计

陈 顺 康传山

（山东能源集团鲁西矿业有限公司）

煤矿的开拓方式决定了矿井辅助运输系统方式的选择［1-3］，目前矿井的辅助运输方式主要分为有轨辅助运输和无轨辅助运输［4-6］，当前有轨运输是矿井辅助运输的主要运输方式，近年新矿井设计建设中无轨辅助运输得到重视和发展，取得了更好的经济和社会效益［7-8］。本文以郭屯煤矿为背景，原有辅助系统存在工艺复杂、安全性差、运输效率低等问题，对单轨吊运输系统、监测系统进行优化，以期提高运输效率、安全性能、智能化水平。

1 工程概况

郭屯煤矿原有提升运输系统为地面斜井提升机→井下各车场电机车运输→井下采区轨道下山提升机→采区一煤组轨道下山双速绞车→采掘工作面无极绳连续牵引绞车。副斜井安装1 台JK-3×2.5E 型缠绕式提升机，最大提升速度3.69 m/s；采区轨道下山安装1 台JKB-3×2.5P 型缠绕式提升机，最大提升速度3.7 m/s；采区一煤组轨道下山安装1 台JSDB-25AY 型双速多用绞车；井下各车场均采用电机车运输。这种传统接力提升运输模式，存在占用人员多，设备安全性能较低，运输效率低，人员劳动强度大，转载倒车环节多、安全隐患多、运维投入大、管理难度大等因素，多数安全事故均与落后的运输方式有关，这一问题，长期困扰着提升运输。

原有辅助运输系统不能应对郭屯煤矿复杂地质条件，无法实现智能实时监控和定位。为了优化运输系统，采用单轨吊运输系统与井下智能监控设备相结合的方法。

2 辅助运输系统优化

2.1 单轨吊运输优化方案

郭屯煤矿在矿井智能辅助系统的基础上升级辅助运输子系统，对矿井主运输系统及辅助运输系统进行实时监测监控，采用车辆定位卡，对井下运输车辆进行精确定位，通过调度指挥中心上位机软件模拟显示，基于运输状态大数据分析运输状况，精准调度物料及人员运输［9-10］，实现安全有序且精准调度运输。

（1）运输系统升级改造。地面调度中心安装数据感知系统（PPC Center）与自助服务系统（Biz Center）紧密相接实现高频通信，单轨吊安装车载基站、车载交换机、车辆定位卡、机车视距遥控系统、显示系统、车载视频监控系统。单轨吊机车电控系统具备车辆方向控制、启停调速控制、照明、急停、甩驱、遥控控制以及参数监控保护与车载视频监控等功能，并与地面控制中心服务器进行无线数据传输交互，地面控制中心显示单轨吊运行参数及状态，按照运输情况实时调度控制物料运输，同时，具备单车智能运行与遥控驾驶、无人驾驶等功能。

（2）单轨吊远程控制系统主要由服务器、整车控制系统、KJ602-K1 车辆标识卡、UWB 精确定位站、本安型LCD 彩色图形化界面液晶显示屏、KJJ660 系列矿用防爆环网交换机、矿用机车视频监控装置、具有2路车载本安摄像仪等构成（图1）。通过井下覆盖的WIFI6 信号，执行TCP/IP 通信协议。WIFI6 基站通过光缆级联接方式接入环网，传输至多功能分站中，实现车载视频、语音通话、机车运行参数、运行状态的智能监测功能。运输机车具备无线移动通信功能，实现机车的精准定位（静态定位精度0.3 m、动态定位精度7.3 m）。

2.2 井下智能监测优化方案

在南翼集中装载点、三采区单轨吊检修硐室、三采区上下人站点、一中车场三岔口、副井三岔口交叉点、检修硐室等集中装载点，安装KBA12R 矿用本安型360°摄像仪，用于采集机车行驶过程中需要监控区域的视频图像信号，实现实时视频监测监控（图2）。

机车通过风门可实现司机遥控或自动控制。通讯部分使用信号转换器采集数据，通过CAN 信号传输到地面环网。主要运输线路的道岔、阻车器等安全设施实现远控、司控遥控，机车通过风门可实现司机遥控或自动控制，巷道口、硐室口、弯道处实现声光报警，主要轨道运输提升斜巷具有防跑车装置，与提升绞车连锁自动控制、自动报警、自动停车。绞车房、各车场和跑车防护装置实现视频监控，连续牵引绞车具备断绳自动阻车功能，其保护设施实现自动监测、自动报警、自动停车，具有运行状态监测、异常报警、停车等功能。

2.3 单轨吊安装

根据顶板完整性，使用锚杆对单轨吊进行安装。在巷道顶板上拉好线绳，每隔2 000 mm 在巷道顶板锚固点进行标记，便于打顶板吊挂锚杆，采用双锚链、四锚索悬挂，为保证锚固强度，采用ϕ21.6 mm×6 m 规格锚杆，单点锚荷要求不低于190 kN，确保施工质量。根据顶板完整程度分为以下3种：一是在平整坚硬的巷道顶板上横向打2 个眼，并安装2 根ϕ22 mm×2 400 mm 全螺纹钢高强度金属螺纹锚杆，每根锚杆配合使用2根树脂锚固剂；二是在顶板不完整破碎地段打设3 300 mm 高强金属螺纹锚杆，每根锚杆配合使用2 根MSK 2570 型树脂锚固剂，锚固力不小于190 kN；三是锚索应固定在特殊地段，锚索的预紧力不得小于270 kN。

轨道是单轨吊重要组成部分，根据轨道的重量可分为轻型轨道（每米质量小于30 kg）和重型轨道（每米质量不小于30 kg）。

（1）轻型轨道吊挂方式：可采用高强度全螺纹（高强）锚杆，直径不小于20 mm，长度不小于2 m，单根锚杆锚固力不得小于190 kN，通过卸扣、吊挂链、吊座连接在锚杆上将轨道吊起，专用吊挂链采用ϕ18 mm×64 mm规格，吊链铅垂偏角低于60°。

（2）重型轨道吊挂方式：采用高强锚杆，直径不小于22 mm，长度不小于2.2 m，单根锚杆锚固力不得小于190 kN，2 根锚杆通过专用卸扣和吊挂链将轨道平衡板吊起，采用规格ϕ18 mm×90 mm 专用起吊链，吊链夹角不得大于60°。特殊地点施工选用吊挂板、锚索、40 t链环及架棚等方式吊挂。

3 辅助运输系统优化结果

郭屯煤矿现有5台CTL8/6GB 型防爆特殊型蓄电池 电 机 车、3 台DLZ130F-8P/200 柴 油 单 轨 吊、2 台DC160/129.5Y 型柴油单轨吊、4 台DL100/60P 型锂电单轨吊，共敷设单轨吊梁38 160 m、单轨吊道岔36组，形成了电机车、单轨吊机车分段连续运输模式，实现单轨吊采区网络化“无地轨运输”，优化了运输环节，提高了运输效率。

采用WIFI 无线通信技术、UWB 精确定位技术、车辆信号安全处理技术和移动视频监控技术，建设了电机车、单轨吊智能调度与物联网管理系统，如图3 所示，配合地面监控中心服务器及软件，实现辅助运输智能调度监控、车辆精准定位、车辆物料自动跟踪、视频录制、语音通话、移动视频无线传输、应急群呼等多项功能。该基站组建的WIFI6无线网络，在覆盖范围内形成开放式的WIFI6网络通道，用以传输图像、数据。该基站配备UWB精准定位模块，实现对车辆的精确定位。

4 结论及建议

（1）按照现代矿井设计理念、设计规范及郭屯煤矿的实际条件，在满足巷道设计规定条件的前提下，郭屯煤矿采用单轨吊辅助运输具有科学性合理性。通过WIFI6 信号，能够实现对井下现场的实时监控，并显示交通状态，实现精准配送。同时井下工作人员配备KJ602-K4 应急呼救卡片，能够随时进行紧急呼救。单轨吊运输适用于高边坡的辅助运输。在使用提升机和无极绳牵引车进行轨道运输的生产矿井中，如果顶板和支架满足要求，可以使用单列筛网进行连续运输，这可以提高运输效率，工程的重新设计量小，过渡期短。

（2）在施工前所有器具都必须经过严格检验，经确认没有问题方能使用。施工期间注意好行人安全，做好防护措施。高空作业必须佩戴和使用好保险带，保险带要高挂低用，人要站稳，注意防滑，现场安全负责人负责监督。工作中明确互保联保，必须做到三不伤害和人员站位。在单轨吊梁装、卸点必须派专人监护安全工作，严禁吊装物下方和起吊点下及侧面停留人员。单轨吊梁安装后，进行全面排查链接螺栓、链子和防脱销，链接螺栓、链子必须紧固，严禁不使用防脱销。