矿井辅助运输的系统化技术与设备应用研究

2014-04-17曹永乐高亮亮

技术与市场 2014年6期

曹永乐，高亮亮

(太原矿机电气发展有限公司，山西太原030032)

1 矿井辅助运输系统的影响因素分析

经过多年的努力，目前我国煤矿的开采技术有了长足的进步，采掘机械化程度有了很大的提高，无论在矿井总产量和工作面单产方面，都已接近或达到世界先进水平。我国的许多煤矿企业回采效率与英国、德国高产综采工作面基本相当，但在从事辅助运输的人员方面，存在较大的差距。我国掘进队中一般有30% ～50%的人员从事辅助运输，比国外高出1～2倍，而且仍然不能保证正常工作。据统计，我国煤矿辅助运输人员约占井下职工总数的1/3以上，有些矿甚至达到50%，与国外先进采煤国家相比差距很大。综采工作面搬家，国外一般仅需7～14 d即可完成，用工200～500个，而我国煤矿传统方式需要25～45 d，用工5000个以上。综采矿井每采百万吨煤辅助运输用工为800～1200人班，是先进国家的7～10倍。近年来，我国除了少数几个煤矿采用了一些新型高效的辅助运输设备以外，大多数煤矿的辅助运输系统仍然是小绞车、小蓄电池机车等多段分散落后的传统方式，严重影响了矿井全员效率的提高和煤矿的安全生产。

矿井辅助运输系统具有整体性、多计阶梯性以及过程连续性等显著特征。全面分析影响辅助运输系统运行的各种要素，准确地认识问题和把握问题，是有效解决辅助运输系统中存在问题的重要途径。影响辅助运输系统运行的因素具体表现在以下几个方面:

1)运输设备的性能。设备优越的性能应该具备适应性、机动性、可靠性、经济性以及安全性等性能。适应性是指运输设备能够在平巷、斜巷以及独头巷道中使用，在装卸地点至卸载地点的距离中，不再使用其他任何的运输设备;机动性是指运输设备能够充分地满足各种不同的用途、不同重量、不同形状和大小的材料以及运输设备的具体需要，并且要求巷道的水平以及垂直曲率半径较小;可靠性主要是指运输设备的技术比较成熟，设备性能可靠;经济性主要是指使用此种运输设备有助于降低成本;安全性主要是指运输设备的安全保护比较齐全，具有本质安全性。

2)矿井的生产布局。主要分析是采用局部生产还是分布生产，以往在解决辅助运输设定运输问题时忽视了对这一方面的考虑。实际上，随着矿井采掘工作面的增加，从而导致辅助运输的点多、面宽，极大地增加了辅助运输的工作量和工作难度。

3)巷道布置方式。矿井开拓系统以全煤巷或者是煤巷还是岩巷为主，对辅助运输系统有着重要的影响。因为，如果是以岩巷为主的布置方式，则会增加辅助运输系统的复杂性，并且产生大量的岩石，极大地增加了辅助运输的工作量和工作难度，同时还需要进行相应的转载、卸载工作，有效地增加了辅助运输的复杂性。

4)巷道支护方式。对于井下巷道而言，大部分需要设置支护，传统的材料种类较多，比如木材、钢材、混凝土以及砂石等。近几年，发展速度最快的支护技术是锚杆，将锚杆与锚梁、锚网、锚索以及喷射混凝土进行不同的组合，基本可以解决煤矿中所有的井巷支护问题。目前，锚杆支护技术得到了广泛地推广，已经应用到采掘巷道领域，加强锚杆支护技术的应用和推广，有助于减少甚至淘汰其他的各种支护技术，有效地解决了传统支护技术中存在的问题和缺陷，比如品种、型号以及规格比较复杂等，这样便有效减轻了辅助运输的压力。

5)煤层的埋藏状态。煤层的埋藏状态主要是指煤层的倾角以及褶曲构造的具体幅度和频率。如果将其限制在缓斜率规定的范围内，则不存在煤层倾角的问题;如果出现倾斜或者是急倾斜，则这个影响具有决定性作用，在这种状况下，大部分具备较强机动性的运输设备受到限制;随着褶曲构造的幅度与频率的不断增加，其对辅助运输造成的不利影响也在逐渐增加。

2 矿井辅助运输系统的优化设计

不断优化采区开拓布局以及巷道布置方式，有助于简化辅助运输系统，减少运输设备和辅助运输工作量，从而为现代化的辅助运输创造有利的条件。创新新型的辅助运输方式，必须加强辅助运输系统的改革，因为目前矿井现有的生产采区辅助运输系统已经定型，因此，可以采用以下方式进行优化。

2．1 优化采区，开拓布局

首先，需要调整采区边界，不断扩大采区范围，尽量减少工作面的搬运次数，有效地缓解辅助运输的压力，采用合并和扩大采区走向长度的方式;其次，实现跨上、下山开采，改变以往的开采方式，由原来的双翼回采改为单翼回采。比如南屯煤矿可以将六、八采区与七采区进行合并，实现跨上、下开采，从而有效地延长了采区的走向长度，由原来500 m延长到2000 m，最长时高达2700 m。又如兴隆庄煤矿的二采区向东扩展。实现跨上、下开采之后，采区的走向长度由原来的500～700 m增加到1800～2000 m。从而有效地减少了联络巷3～5个，减少了绞车3～5部，也减少了辅助运输工人9～15个，同时，也减少了工作面搬运次数2～3次，辅助运输量减少了1200～1800个工作日，从而有效地缓解了辅助运输的压力。

2．2 优化巷道布置方式

由于在早期的采区设计过程中，煤岩巷平行的布置存在缺陷，优化了巷道的布置方式，不仅对生产采区的局部进行有效的改造，同时新采区也形成了自己的独特方式，积极推广了煤层集中巷布置方式、分组上下山巷道布置方式以及边界上下山共巷道布置方式的应用。优化采区巷道布置，在充分保证正常的安全生产接替的基础上，取消岩集巷，降低岩巷的掘进率，由原来的25 m/万t减少到5～10 m/万t，并且逐渐向全煤层过度，有效地简化了采区的生产环节和系统，为辅助运输的现代化发展创造了有利的条件。

例如，东滩矿十四采区下部采区巷道布置，通过8°边界上山直接进入到轨道顺槽，与“煤岩(巷)平行布置”相比，减少了4个联络巷，辅助运输用工量以及绞车占用量也有所减少，从而为运输齿轨机车创造了有利的条件。为了更好地适应新型辅助运输机械设备的实际要求，需要对新采区的巷道设计进行合理的调整，比如可以将南屯矿九采区、兴隆庄矿八、十采区、鲍店矿五采区、东滩矿东翼采区以及十四采扩大区等采区的巷道坡度控制在10°以下，布局地区不能超过12°，增加轨道运输巷道的净断面积，达到12 m2，对于大巷和采区巷道、上下山与顺槽的水平连接，应该按照钝角设计，保证弯道的半径大于设计允许值。

2．3 优化煤巷支护方式

自90年代以来，锚网支护试验逐渐在厚煤层矿井中全面推广。煤巷锚网支护发生了变化，由原来的工字钢被动支护转变为锚梁网支护主动支护，极大地改进了巷道的支护效果，简化了掘进工艺的程序，有效地提高了综采设备的开机率，大大节约了支护材料，降低了支护材料的实际运输量，减少了辅助运输工作人员，同时促进了新型辅助运输设备的安全、高效运行。

3矿井辅助运输设备应用

近几年来，我国主要对无轨胶轮车、无极绳连续牵引车以及架空乘人装置等新型辅助设备进行相关的开发研制，上述新型辅助设备的研制使我国煤矿没有国产辅助运输设备供选择的情况得以改变，形成现阶段国内煤矿辅助运输的新模式。对于设备以及材料运输而言，大多数的老矿井或者是投入能力较小的新建矿井均逐渐采用无极绳连续牵引车，应用于上下山、老矿井采区大巷以及工作面顺槽。辅助运输设备的现代化是辅助运输现代化的核心问题，所以，对于提高井下辅助运输水平而言，新型辅助运输设备的研究以及新型辅助运输设备的应用具有十分重要的意义。我国矿区通过不断的探索以及不断重复性的试验，已经积累了较为丰富的新型辅助设备研发以及应用相关的经验，不仅要对国外先进经验进行较好的吸收，而且还应该不断对安全、可靠以及性能优良的新型辅助运输设备进行相关的开发研究，提高我国矿井辅助运输装备的整体水平，进而达到不断提高我国矿区的辅助运输技术的目的。