陳海亮

（陽泉煤業(yè)集團(tuán)翼城石丘煤業(yè)有限公司， 山西 翼城 043500）

引言

根據(jù)煤礦運(yùn)輸作業(yè)任務(wù)的不同，通常將煤礦運(yùn)輸分為主要運(yùn)輸和輔助運(yùn)輸。煤礦輔助運(yùn)輸指的是在礦場中除了煤炭運(yùn)輸外其他各種運(yùn)輸?shù)目偤?，例如物質(zhì)、設(shè)備、人員和煤矸石的相關(guān)運(yùn)輸。井下輔助運(yùn)輸系統(tǒng)可以分為軌道運(yùn)輸和無軌運(yùn)輸。軌道運(yùn)輸?shù)闹饕卣魇窃O(shè)置雙軌或者懸吊單軌，無軌運(yùn)輸則是采用膠輪或者履帶為行走方式。采區(qū)巷道則采用絞車和蓄電機(jī)車等運(yùn)輸方式。煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)作為礦井建設(shè)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其效率決定了煤礦生產(chǎn)是否高產(chǎn)高效。

目前，國內(nèi)大部分煤礦的輔助運(yùn)輸系統(tǒng)與現(xiàn)代采掘技術(shù)不匹配。落后的輔助運(yùn)輸系統(tǒng)直接影響到煤礦的生產(chǎn)效能和經(jīng)濟(jì)效益，不僅浪費(fèi)大量的人力物力，還帶來了很大的安全隱患。所以煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展和效能革新都成為了煤炭從業(yè)人員需面臨的問題，是實(shí)現(xiàn)煤礦綠色運(yùn)行、高產(chǎn)高效的保證。

1 煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

我國是采煤大國，早在1878 年就建成第一個(gè)新式煤礦。但我國煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)起步比較晚，在20 世紀(jì)70 年代后期才開始相關(guān)工作的研制開發(fā)。到目前為止，我國已自主研制了一些高效節(jié)能的煤礦輔助運(yùn)輸設(shè)備，包括鋼絲繩牽引軌道車、無軌橡膠輪車、柴油橡膠套輪軌道車和無極鋼絲繩巷道連續(xù)牽引車等[1]。這些設(shè)備大部分已經(jīng)達(dá)到了國際的先進(jìn)水平，在生產(chǎn)實(shí)踐中也得到了推廣運(yùn)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。但總的來說，我國的煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的設(shè)備種類還是太單一，沒有形成系統(tǒng)系列產(chǎn)品。從井下工作面至地面目前還是分階運(yùn)輸，需要通過多次轉(zhuǎn)載，運(yùn)輸效率低下，要求的設(shè)備和人力都比較高，井下交叉作業(yè)和道口無序管理導(dǎo)致不安全因素也比較多。

截至目前，我國煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)的技術(shù)運(yùn)用發(fā)布不均衡。一些大型新型的煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)從國外整體購進(jìn)，這些設(shè)備經(jīng)過多年的實(shí)踐和不斷完善，安全性和效能都很高。對(duì)于大多數(shù)煤礦來說，還是傳統(tǒng)的輔助運(yùn)輸系統(tǒng)，大巷道采用機(jī)車，回采區(qū)采用絞車，甚至采用人力推車。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國目前煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)人員占井下人員的1/3，有的甚至占到50%。隨著勞動(dòng)成本的不斷提高，密集勞動(dòng)型的工作方式嚴(yán)重影響了整體的開采效率和安全生產(chǎn)，制約了一些煤礦的發(fā)展和擴(kuò)大。

2 “機(jī)軌合一”的煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的改造實(shí)例

機(jī)軌合一是指在井下將皮帶運(yùn)輸機(jī)和有軌運(yùn)輸機(jī)車布置在同一條運(yùn)輸大巷內(nèi)。皮帶運(yùn)輸機(jī)的作用是將原煤運(yùn)輸至井底車廠的儲(chǔ)煤倉，然后再送往井上，軌道機(jī)車是實(shí)現(xiàn)礦井開采的工具和輔助工作所需要的一些設(shè)備和原材料、設(shè)備等的運(yùn)輸。機(jī)軌合一的巷道要求一定的高度和寬度，所以往往設(shè)置在礦井的主要運(yùn)輸大巷[2]。除此之外，機(jī)軌合一的巷道對(duì)井下的地質(zhì)條件有一定的要求。由于要安裝皮帶運(yùn)輸機(jī)，巷道一定要直。機(jī)軌合一的設(shè)置面比較大，要求巷口的直徑達(dá)到一定水平，所以還要選擇礦壓不大并且?guī)r石比較堅(jiān)硬的巷道。

機(jī)軌合一的運(yùn)輸方式如下頁圖1 所示，目前我國采用該系統(tǒng)的煤礦主要是一些達(dá)到開采瓶頸，傳統(tǒng)輔助運(yùn)輸系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)現(xiàn)狀以及符合改造條件的井下。這些工作巷往往存在運(yùn)輸效率低下，設(shè)備運(yùn)輸環(huán)節(jié)多，生產(chǎn)連續(xù)緊張的狀況。通過開拓巷道，采用新型支護(hù)方式（包括架棚、錨索做加強(qiáng)支護(hù)，永久支護(hù)），提高對(duì)輔助系統(tǒng)的改造力度，在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上，配置新型的電動(dòng)機(jī)和液壓傳動(dòng)，從而形成“機(jī)軌合一“的運(yùn)輸系統(tǒng)。

目前，我國采用“機(jī)軌合一“輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的煤礦有石圪節(jié)煤礦、新汶礦業(yè)集團(tuán)翟鎮(zhèn)煤礦、黑龍江峻德煤礦和山東能源新礦集團(tuán)華豐煤礦等。這些煤礦都是通過線路改造[2]，優(yōu)化巷道設(shè)計(jì)，由原有的低能輔助運(yùn)輸系統(tǒng)改造為”機(jī)軌合一巷“，實(shí)現(xiàn)了提升產(chǎn)能，優(yōu)化生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的目的。在這里筆者以潞安礦業(yè)集團(tuán)公司石圪節(jié)煤礦為例，介紹“機(jī)軌合一”系統(tǒng)在原有運(yùn)輸系統(tǒng)上的改造措施。

石圪節(jié)煤礦[3]主斜井進(jìn)行“機(jī)軌合一”改造的主要措施是在主斜井的南側(cè)鋪設(shè)標(biāo)準(zhǔn)軌道，同時(shí)對(duì)地面絞車提升機(jī)進(jìn)行改造，達(dá)到提升液壓支架的要求。在北大巷和主斜井之間挖掘一條可以通達(dá)全井的輔助運(yùn)輸系統(tǒng)。對(duì)于斜井改造，如圖2 所示，挖掘一條位于主斜井和北大巷之間的聯(lián)絡(luò)巷，夾角為30°，同時(shí)安排兩個(gè)大跨度交岔點(diǎn)，使用圓弧曲線拐彎的方式對(duì)井底車場的線路進(jìn)行聯(lián)接。

圖1 “機(jī)軌合一“輔助運(yùn)輸系統(tǒng)

圖2 工作井底車場線路連接圖（單位：mm）

石圪節(jié)煤礦改造后的輔助運(yùn)輸系統(tǒng)在正式運(yùn)行之后，節(jié)約了成本，實(shí)現(xiàn)了大、重型設(shè)備就近運(yùn)輸，大大減少了地面運(yùn)輸環(huán)節(jié)，保證了運(yùn)輸安全，帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益和安全環(huán)境。

3 “機(jī)軌合一”的煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的模型分析

在研究和解決這類大規(guī)模復(fù)雜的系統(tǒng)時(shí)，由于其具有要素多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)，往往采用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型分析。其中包括對(duì)功能結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，選取合適的系統(tǒng)要素，分析要素間的聯(lián)系，系統(tǒng)模型的確認(rèn)和最后模型的解釋。為了對(duì)“機(jī)軌合一”系統(tǒng)進(jìn)行直觀準(zhǔn)確的研究分析[4]，采用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行模型搭建，模型中影響礦井輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的因素為：運(yùn)輸設(shè)備的性能、礦井的生產(chǎn)布局、巷道布置方式、礦井的生產(chǎn)布局、煤層厚度、煤層埋藏狀態(tài)、瓦斯、礦井涌水量大小、煤層厚度、礦山壓力的大小和地應(yīng)力大小及其作用方向。

使用這10 個(gè)影響因素作為方格圖元素，構(gòu)成影響集合，通過對(duì)各元素相關(guān)度的調(diào)查，得到其關(guān)系相關(guān)圖見圖3。

圖3 “機(jī)軌合一”系統(tǒng)模型元素關(guān)系圖

在上述方格圖的基礎(chǔ)上，建立起反映元素間相互關(guān)系的鄰接矩陣，加入反映自身到達(dá)的單位矩陣后，得出可達(dá)矩陣。對(duì)得到的可達(dá)矩陣進(jìn)行縮約，通過多次層次化處理，得到如圖4 的縮減矩陣。

圖4 模型層次化縮減矩陣

根據(jù)該縮減矩陣，得到三級(jí)遞階結(jié)構(gòu)模型見圖5。

將圖中的要素轉(zhuǎn)換為文字模式，得到更直觀的解釋結(jié)構(gòu)模型如下頁圖6 所示。

圖5 模型三級(jí)遞階結(jié)構(gòu)模型

圖6 “機(jī)軌合一”輔助運(yùn)輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)解釋模型

通過對(duì)該模型的分析，可以發(fā)現(xiàn)影響煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的因素可以分為二類三級(jí)，第一類為不可控因素。第二類為可控并且影響較大的因素。而“機(jī)軌合一”正是通過對(duì)巷道布置方式和輔助運(yùn)輸設(shè)備性能的優(yōu)化，達(dá)到提高輔助運(yùn)輸系統(tǒng)整體效能的一種方式。通過優(yōu)化巷道設(shè)計(jì)，達(dá)到了減少中間換載，直達(dá)運(yùn)輸?shù)哪康?。通過對(duì)輔助運(yùn)輸設(shè)備性能的優(yōu)化，提升了牽引力，擴(kuò)大了產(chǎn)出。通過對(duì)采區(qū)的生產(chǎn)布局優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的集中化，減少了工作面，節(jié)約了成本，提高了運(yùn)輸效率。

4 結(jié)語

作為煤井運(yùn)輸?shù)闹匾M成部分，輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的發(fā)展直接決定了我國的采煤水平。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人工成本愈來愈高，傳統(tǒng)的輔助運(yùn)輸系統(tǒng)成本上升，并且效率低下。“機(jī)軌合一”的輔助運(yùn)輸系統(tǒng)可減少運(yùn)輸人員，提高運(yùn)輸效率和縮短機(jī)車循環(huán)時(shí)間，同時(shí)也可以提高礦井的集成度，減少回采工作面設(shè)備的安裝，是建設(shè)現(xiàn)代化礦井重要的一部分。

然而通過“機(jī)軌合一”輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的分析研究，發(fā)現(xiàn)在實(shí)際的生產(chǎn)工作中，還是存在一些不可避免的問題。例如該系統(tǒng)對(duì)礦井的地質(zhì)條件要求較高，并不是所有井下都適合該系統(tǒng)。此外，由于目前的一些設(shè)備集成度和使用壽命無法與該系統(tǒng)完美匹配，也會(huì)降低該系統(tǒng)的能效。這些都是需要進(jìn)一步解決的問題。