L煤矿辅助运输优化方案设计浅析

冯永波

摘要：文章以L煤矿辅助运输优化方案设计为背景，对设计指导思想及设计方案内容进行了详细的介绍，对煤矿辅助运输方案设计有一定的参考作用。

关键词：L煤矿、指导思想、辅助运输、方案设计

1 前言

L煤矿位于元宝山露天矿与风水沟煤矿之间，元宝山煤田的北部，行政区划属赤峰市元宝山区风水沟镇。

矿井采用立井多水平开拓，场地内布置有主立井、副立井及回风立井三条井筒，其中主立井净直径4.5m，净断面15.9m2，垂深377.5m，装备一对9t箕斗，担负矿井的主提升任务；副立井净直径6.5m，净断面33.17m²，垂深444m，装备一个1t矿车单层双车加宽罐笼，同时配一个1t矿车单层双车普通罐笼，担负矿井人员、设备、材料、矸石的提升任务；回风立井净直径4.0m，净断面12.56 m²，垂深444m，装备玻璃钢梯子间，担负矿井回风任务兼作安全出口。矿井采用多水平开拓，一水平位于5号煤层，水平标高+160m，开采5号煤组；第一辅助水平位于3号煤层，水平标高+256m，开采3、4号煤组；二水平位于6号煤层，水平标高+42m，开采6号煤组；第二辅助水平位于7号煤层，水平标高-20m，开采7、8号煤组。目前，矿井一主水平已基本回采完毕，二水平开拓巷道已形成，正在回采。

由于矿井现有辅助运输系统已无法满足高产、高效矿井的生产需求。辅助运输系统成为矿井整体下放液压支架、实现矿井机械化、自动化、实现机械化人员运输、提高辅助运输系统效率的制约因素。为了解决老公营子煤矿辅助运输存在的问题，配合“一优三减”、“四化”产业政策，提升辅助运输系统的自动化、机械化、高效性，老公营子煤矿应进行辅助运输系统优化改造。

2 设计指导思想

安全、高效、经济是本报告编制的首要指导思想、基本要求。本项目秉承安全基础建设的发展理念，旨在推进煤矿“四化”建设，注重科技保护环境的“绿色”发展理念，因地制宜地采用新理念、新技术、新工艺优化矿井系统，在经济效益的基础下，对辅助运输系统进行智能化优化，力争最大限度的集中生产，提高矿井辅助运输效率、改善了作业环境，提高了工人幸福感，促进企业安全、可持续发展。

3 矿井辅助运输现状

3.1 辅助运输现状

矿井工业场地内现布置有一个副立井，井筒净直径6.5m，净断面33.17m2；副立井井口标高+486m，井底标高+42m，垂深444m（不含井底水窝）。表土段采用钢筋混凝土复合井壁，井壁厚度为内950mm，基岩段井壁厚度为600mm。井筒装备1个1t矿车单层双车加宽罐笼和1个1t矿车单层双车普通罐笼，井筒内设玻璃钢梯子间，担负全矿井人员、设备、材料、矸石的升降任务并兼作进风及安全出口；井筒内敷设有压风、供水、排水管路，并吊挂动力、通信及信号电缆。

副立井装备1台JKM-3.25×4（III）E型井塔式多绳摩擦式提升机，单机低速直联直流拖动，最大提升速度8.16m/s，配1台ZKTD215/50型直流电动机，功率1000kW、电压660V、额定转速48r/min。提升容器为1个1t矿车单层双车宽罐笼和1个1t矿车单层双车普通罐笼，宽、窄罐笼自重均为6t，其中宽罐笼最大承乘人数40人，普通罐笼最大乘人数30人。副立井提升机最大提升载荷19.01t。

副井井底车场形式选用刀把式环形车场，车场布置有中央水泵房、中央变电所、水仓、医疗等候硐室等。

3.2 辅助运输存在的问题

（1）副立井提升系统不能整体下放液压支架

矿井辅助提升任务由既有的副立井担负，材料、设备及液压支架均通过副立井井筒运至井下。2022年计划采购型号为ZF10000/22/42D的智能综放液压支架以满足智能化矿山建设需要，中部支架运输尺寸：8500×1500×2200mm（长×宽×高），现副立井限于设备的提升能力和井筒断面、罐笼尺寸等因素，不能满足整体上下井要求，均需解体入井。特别是综放支架重量达33t，一台液压支架需解体3～4部分升入井，一个工作面需132部架液压支架，这无疑增加了工作面搬家时间，而且液压支架先解体再组装不但占用人力多、耗费时间长，也为现场管理带来了较大难度。目前既有的副立井提升系统已经成为制约智能化矿井达标的重要因素。

（2）系统复杂、转载环节多、系统机械化、自动化水平低

辅助运输材料从地面至工作面至少需4次转载，环节多，不能实现连续运输，经地面↔副立井↔副立井井底车场蓄电池机车牵引↔大巷无极绳连续牵引车↔工作面无极绳连续牵引车多次转载，且井下辅助运输方式四种以上（蓄电池电机车、无极绳连续牵引车、调度绞车等），致使系统复杂，效率低。

（3）未实现机械化人员运输

水平轨道大巷、工作面顺槽未实现机械化人员运输，人员由井底车场步行至工作面需耗时大约1小时。

（4）系统耗时长、效率低

无极绳连续牵引车运行速度较慢，一般运输速度约1m/s，运输大件设备甚至低至0.5m/s。另外因转载环节摘挂钩、矿车调度编组等也耗时较多，整个运输环节耗时较长，效率低，材料和设备无法及时运至工作地点。

综上所述，现有辅助运输系统已无法满足高产、高效矿井的生产需求，甚至已经成为制约矿井生产的瓶颈，因此需对辅助运输系统进行优化提升改造。

4 辅助运输系统优化方案

本方案在已有工业场地原黄泥灌浆站位置新建二号副井井筒，为不影响现有工业场地功能分区，保证地面辅助运输系统的顺畅，拟将封闭选煤厂、矿井水处理站和黄泥灌浆站合围区域作为副井场地。该方案可有效利用现有场地、不增加征地；工业场地建设有完整的生产系统、辅助生产系统和行政福利设施，场地功能设施齐全、功能分区明确，增加二号副立井不影响地面功能分区，有能合理利用现有场地设施，又可与现有地面窄轨系统有效衔接。

4.1 井筒直径选择

根据矿井辅助运输设备选型，各型车辆中JC4(A)型防爆混凝土搅拌运输车尺寸最大，长×宽×高=6900×2100×2250(mm)，最大载重10t，自重9.5t。设计选用WC40E(A)型铲板式防爆支架搬运车外形尺寸：长×宽×高=10030×2630×2180(mm)、自重43.5t，WJ-15FB(A)型多功能防爆运输机外形尺寸：长×宽×高=10200×2550×2250(mm)自重29t。这两种车辆外形尺寸和自重均较大，直接进出罐笼困难。由于这两种车辆均采用中央铰接结构，因此宜解体后置于平板车后方可进出罐笼。车辆最大解体尺寸：长×宽×高=5000×2630×2180(mm)，重量26t。

依据L煤矿提供的拟采购综放工作面设备，综放工作面中部支架选用ZF10000/22/42D型，支架重33t，长×宽×高=8500×1500×2200（mm）。

经方案比较，新增二号副立井井筒净直径10.0m，净断面78.54m²。井筒装备一个特制加长加宽罐笼+一个平衡窄罐笼，担负矿井材料、矸石、设备和大件等辅助提升任务，井筒装备梯子间兼作矿井安全出口。提升大件时液压支架无需调整姿态，直接进出宽罐笼。井筒上段采用冻结法施工，下段采用普通法施工，其中冻结段井壁采用复合井壁，井壁厚度为1300mm，其中内层井壁为800mm，配双层钢筋，外层井壁为500mm，配双层钢筋；基岩段井壁厚度700mm，配双层钢筋。

宽罐笼自重54000kg（包括容器本体、首尾绳悬挂装置、滚轮罐耳等），本体尺寸（净）：长×宽×高=8960×3030×10000（mm）；双层结构：下层净高度4700mm，上层净高2700mm；罐道型式：侧罐道，罐道间距3150mm；罐内设自动罐帘门和自动罐内阻车器。宽罐笼提升有效载荷：提升材料和矸石时，每层装载1辆WCJ5E(H)型自卸式防爆柴油机无轨胶轮车，每辆载重5000kg，自重9000kg；提升混凝土时，每层可承载1辆4m³混凝土搅拌运输车，每辆混凝土搅拌运输车最大载重10000kg，车辆自重9500kg；提升大件时，每次提升1辆PJC-50T型胶轮平板车，载重40000kg，自重5000kg。

平衡窄罐笼自重54000kg（包括容器本体、首尾绳悬挂装置、滚轮罐耳等），本体尺寸（净）：长×宽×高=4950×1276×10000（mm）；双层结构：下层净高度4700mm，上层净高2700mm；罐道型式：端罐道，罐道间距5100mm；罐内设自动罐帘门和自动罐内阻车器；罐内铺设1股轨距900mm的轨道。提升材料和矸石时，装载平衡配重车组总重14000kg；提升混凝土时，装载平衡配重车组总重19500kg；提升大件时，装载平衡配重车组总重22500kg。

罐笼首绳悬挂装置型号：XSZ3000，数量12套，并配备提升载荷监测装置。尾绳悬挂装置型号：XWB200（B），数量6套。罐笼采用端面冷弯方钢罐道。井上下进出车方向为异侧。

4.2 井筒布置

二号副立井井筒布置在9111钻孔附近，原黄泥灌浆站北侧，即回风大巷东侧，距离回风大巷40m。设计井筒净直径10.0m，净断面78.54m2，井筒井口标高+486m，井底标高+49m，落底于二水平，马头门位于6煤组煤层中，垂深437m（不含井底水窝）。井筒装备1个双层宽罐笼+1个双层平衡窄罐笼，担负矿井材料、矸石、设备和液压支架等辅助提升任务。另在井筒内装备梯子间兼作矿井安全出口。

设计二号副立井井底车场与原副立井井底车场连接，原井底车场双轨段改造成无轨运输车辆存放硐室，下井人员在井底车场乘坐无轨运输车辆直达工作地点。原副立井井筒担任人员提升任务。

4.3 井下巷道布置

（1）井下辅助运输巷道布置

井下二水平轨道大巷净宽3.8m，净高3.3m，不能满足无轨胶轮车运行要求，而大巷改造需起底和扩巷，将影响矿井生产。为保证井下二水平北翼辅助运输运行要求，平行于二水平大巷，新增二水平无轨运输大巷，长1642m；另外，为保证井下二水平南翼辅助运输运行要求，平行于南大巷新增南无轨运输巷，长461m；保证两无轨运输巷连接，新增南辅助运输联络巷，长229m。新增巷道总长度2332m。

设计二水平无轨运输大巷、南辅助运输联络巷、南无轨运输巷坡度6°，净宽5.4m，净高4.3m，支护厚度150mm，采用半圆拱型断面，锚网喷支护，铺设300mm混凝土底板，满足无轨胶轮车运输，间隔600m设置换向硐室或错车硐室。

（2）回风巷道布置

经计算，无轨系统优化后，矿井现有回风巷风速超速，不满足通风要求，为了尽量利用现有巷道系统改造，减少投资，需将二水平轨道大巷改造为回风巷，增加回风巷通风面积；另外，改造回风立井由单马头门改为双马头门，并新增南集中回风巷，通过南回风大巷，连接二水平轨道大巷。届时构成两进两回的通风系统，其中二水平运输大巷和二水平无轨运输大巷、南无轨运输大巷为进风巷，二水平轨道大巷、南回风大巷和二水平回风大巷为回风巷。

南集中回风巷净宽4.0m，净高3.4m，支护厚度150mm，采用半圆拱型断面，锚网喷支护，铺设300mm混凝土底板。

4.4 设备选型

（1）无轨胶轮车

矿井共配备运人胶轮车、生产指挥车、材料车、混凝土搅拌运输车、顺槽运输车、洒水车、装载机、多功能铲运机和铲板式支架搬运车共51辆。

（2）二号副立井提升设备

经计算，二号副立井选用1台JKM-4.5×6PⅢ型井塔式多绳摩擦提升机，采用悬挂式矿井提升交流变频调速同步电动机直联拖动，配套智能恒减速电液制动系统。选用1台TPBS 型悬挂式矿井提升交流变频调速同步电动机，电机额定功率为2800kW，电压3150V。

5 结论

L煤矿辅助运输系统无轨化优化，新建二号副立井，采用技术成熟的多绳摩擦提升机、配备了智能副井提升监控系统，优化轨道运输系统为无轨运输系统、配备了智能辅助运输监控系统，实现了地面至井下工作面的全门类机械化、自动化运输，实现了提升、运输的智能化控制，提高了矿井辅助运输系统自动化、智能化水平，符合国家安全监察总局关于“一优三减”、“四化”、“三位一体”安全生产标准化体系建设的产业政策要求，为矿井智能化产业升级转型奠定了基础。

辅助运输系统无轨化优化后实现了地面至井下工作面的直达运输，井下工人上下升时间从原来的2-3h缩短至0.2-0.4h，避免了每班近2h的步行时间，大大缩减了井下工人无效作业时间，降低了工人劳动强度；原来辅助运输系统各转载环节的摘挂钩、部分辅助运输环节均需要人力参与，特别是工作面搬家倒面大部分环节无法实现机械化，无形中增加了井下工人的劳动强度、不安全因素，辅助运输系统智能化优化后，实现了全系统的机械化，大大降低了工人劳动强度、改善了作业环境，符合国家煤监局、人社部、国家能源局、中华全国总工会四部门联合印发的《关于进一步规范煤矿劳动用工促进煤矿安全生产的指导意见》中关于工作时间的要求，提高了工人幸福感和安全感，让工人感受到了社会进步带来的实效和福祉，有利践行了习近平总书记关于保障和改善民生的精神。

辅助运输系统无轨化优化后，减少了辅助运输系统各转载环节的摘挂钩人员和蓄电池机车、无极绳连续牵引车及调度绞车等司机的配备，辅助运输系统劳动定员减少约70人，减少约50%，大大降低了人力资源成本，经综合测评，辅助运输系统优化后年经营成本降低约2.62元/t，增加了企业效益。

本设计通过设计方案对矿井辅助运输进行了全面细致的分析，最终得出的设计方案极大的减员增效，提高了工人的幸福感和安全感。本文对该类矿井的辅助运输设计具有一定的参考价值。

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作者简介：冯永波（1981- ），男，汉族，陕西宝鸡人，工程师，从事采矿工程设计工作。2005年毕业于西安科技大学采矿工程专业，从2010年1月至今在中煤科工集团北京华宇工程有限公司西安分公司工作。