張明鵬，曹連民

(1.內(nèi)蒙古黃陶勒蓋煤炭有限責(zé)任公司巴彥高勒煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017300；2.山東科技大學(xué) 機械電子工程學(xué)院，山東 青島 266590)

隨著礦井綜采技術(shù)的不斷完善，礦井采煤效率得到大幅提升，礦井輔助運輸效率成為制約礦井高產(chǎn)的重要因素。輔助運輸是將煤礦生產(chǎn)中除煤炭運輸之外的各種回收材料、采煤裝備、工作人員和煤矸石等物料的運輸[1-3]。

在巴彥高勒礦井輔助運輸過程中，換裝站的作用尤為重要，其作為各類運輸方式轉(zhuǎn)換的中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)，是輔助運輸過程能否迥然有序，安全高效進行的基本保障[4，5]。

巴彥高勒礦井輔助運輸效率和煤礦產(chǎn)出難以匹配，井下集裝箱的結(jié)構(gòu)種類單一化，同時伴隨著井下煤礦開采深度加深，輔助運輸時間變長，嚴重制約了輔助運輸高效安全的進行[6]。因此就必須對煤礦輔助運輸設(shè)備進行優(yōu)化升級改造才能進一步提升整體運輸系統(tǒng)的合理性、可靠性[7]。針對巴彥高勒礦井運輸路線冗長、運輸類型多樣化、施工難度大等問題，結(jié)合“巴彥高勒運輸系統(tǒng)新發(fā)展布局”，要著力增強煤礦開采工作人員的工作效率，確保換裝過程合理、穩(wěn)定、高效[8]。

1 巴彥高勒煤礦輔助運輸概況

巴彥高勒礦井構(gòu)造形態(tài)總體為簡單的向西北傾斜的單斜構(gòu)造布局，傾向角度300°～320°，地層傾角1°～3°，地層產(chǎn)狀沿走向及傾向均有一定變化，但變化不大，地質(zhì)構(gòu)造簡單，沿走向發(fā)育有寬緩的波狀起伏，區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷裂和褶皺構(gòu)造，巖漿巖無法侵入，巖石的抗壓強度較低[9，10]。根據(jù)礦井的開拓分布構(gòu)式、巷道水平劃分方式及井下主輔運輸方式，主要大巷水平于3-1煤層中，每一水平方向上布置有2組大巷：中部大巷和北部大巷，第1組大巷—中部大巷位于井田中部位置沿從東向西構(gòu)式開拓，第2組大巷—北部大巷位于工業(yè)廣場的煤柱邊界位置呈正北向構(gòu)式開拓。礦井各水平開拓巷道布置剖面圖如圖1所示。

圖1 礦井各水平開拓巷道布置剖面(m)

巴彥高勒礦井目前推廣使用膠輪車運輸物料的單位有30家左右，現(xiàn)有膠輪車100多輛，將膠輪車運輸模式全部升級為集裝箱輔助運輸模式，減少勞動力，提高輔助運輸效率。隨著各換裝站等巷道連通不同盤區(qū)輔助運輸路線，各盤區(qū)可結(jié)合實際工況需要按就近原則選擇運輸路線，減少不必要的運輸環(huán)節(jié)，極大程度上確保了巴彥高勒礦井合理均衡、高效有序的生產(chǎn)[11，12]。

2 井下物料集裝化運輸換裝方案

2.1 井下物料集裝化運輸換裝現(xiàn)狀及原理

目前巴彥高勒礦井物料集裝化輔助運輸過程中，對于一般的物料如煤矸石、入井材料設(shè)備、回收材料等在井上裝箱都要進入換裝站進行換裝環(huán)節(jié)。

由于入井材料裝備都需在換裝站進行換裝，通常因管理不當(dāng)極易造成換裝站的擁堵，這就容易導(dǎo)致整個運輸系統(tǒng)的停滯，嚴重時導(dǎo)致安全隱患[13]。

換裝站在各類運輸方式轉(zhuǎn)換中起到中轉(zhuǎn)的作用，在傳統(tǒng)運輸方式下車輛裝車大致分為兩種：一種是人工裝裝卸至膠輪車，另外一種則是借助起吊裝置將物料吊出后再裝卸至膠輪車。而采用物料集裝化運輸模式之后，只需要將集裝箱從副井運送到地下，再裝上改裝過的無軌膠車至各個中轉(zhuǎn)站，由中轉(zhuǎn)站運輸?shù)剿枰牟擅簠^(qū)域[14]。

2.2 井下物料集裝化運輸換裝方案與優(yōu)化設(shè)計

巴彥高勒副立井擔(dān)負全礦井的矸石、人員、材料、設(shè)備、大件等的升降任務(wù)，礦井以無軌輔助運輸為主。同時采用無軌膠輪車輔助運輸具有幾個明顯的優(yōu)勢：①無軌膠輪車運行對巷道及底板的要求較小，巷道中若出現(xiàn)底鼓現(xiàn)象時，無軌膠輪車依然能夠正常作業(yè)，與傳統(tǒng)的有軌運輸方式相比，此方法不需要進行巷道內(nèi)的軌道建設(shè)，靈活性相比較強，極大的減少成本；②隨著煤礦智能化的發(fā)展，所采用的無軌膠輪車的運輸能力得到極大改善，運輸愈發(fā)高效便捷，其馬力大，從而具有強大的爬坡能力，所需物料可以在第一時間運抵所需位置，進一步解放生產(chǎn)力，減少了傳統(tǒng)運輸模式下物料運輸速度慢的缺陷[15，16]。

巴彥高勒礦井輔助運輸大巷設(shè)計的換裝站平面布置如圖2所示，換裝站由2個換裝硐室和不同噸位的防爆起重機組成，防爆起重機的作用主要負責(zé)大型桿狀材料的換裝工作。

圖2 換裝站平面布置

在礦井輔助運輸過程中，作為連接地面與井下輔助運輸作業(yè)的重要交通樞紐，井下?lián)Q裝站主要作業(yè)流程如圖3所示，通常情況下根據(jù)換裝物料的不同，將換裝模式分為兩種：散料換裝模式和起吊換裝模式。

圖3 換裝作業(yè)流程

散料換裝：井上的沙石等物料的轉(zhuǎn)運工作均是通過散料換裝的方式進行輔助運輸，這些物料運抵換裝站換裝并通過膠輪車運至井下裝備工作位置。其中環(huán)節(jié)需要大量的工作人員進行監(jiān)工，作業(yè)效率低效、占用了井下的運輸空間。

大件的起吊換裝：隨著礦井向井型大型化、機械智能化方向發(fā)展，一些支護物件、液壓支架、電氣元件等大型的設(shè)備人為搬運難度太大，為方便運輸，節(jié)省人力，通常換裝作業(yè)時借用起吊裝備進行裝運，運用起吊裝備極大的提高換裝的效率。

起吊換裝硐室如圖4所示。起吊換裝過程中運用到的機械設(shè)備較多，這就需要工作人員和設(shè)備輔助進行操作，在進行裝車前后需要將一些質(zhì)量較重的物料進行捆綁，雖然此法作業(yè)時間較長，但換裝過程適用性強，若組織合理，可以極大程度上保障現(xiàn)場作業(yè)人員的施工安全。

圖4 起吊換裝作業(yè)硐室截面示意

為了更好的、安全合理地組織好換裝作業(yè)，需要擬定改革換裝技術(shù)方案，達到礦井高效發(fā)展的成效。采用了一種將所有入井物料都可以起吊換裝，可減少換裝站人工換裝的環(huán)節(jié)，大大節(jié)省了時間，也就是“集裝箱換裝模式”，井上井下都安裝有不同型號的防爆起重機用于集裝箱的裝卸工作，井上作業(yè)時集裝箱中的散料需要通過裝卸設(shè)備如運輸鏟車、傳送裝置等進行裝車，當(dāng)達到換裝站時打開集裝箱側(cè)邊進行散料卸載。

3 優(yōu)化改造運輸系統(tǒng)及裝備

根據(jù)巴彥高勒礦井現(xiàn)有工況條件，升級優(yōu)化運輸系統(tǒng)、減少輔助運輸環(huán)節(jié)?？s短運輸時間及運輸距離、提高運輸效率和安全性能，廣泛應(yīng)用集裝箱運輸模式，使其成為提升輔助運輸效率的重要保障。

膠輪車改造前后的對比如圖5所示，根據(jù)需要在底板上制作若干螺栓孔，集裝箱示意圖如圖6所示。其次，制作了多個可重復(fù)利用的敞篷式集裝箱，從而有利于方便裝卸大型物料。

圖5 膠輪車改裝前后對比

圖6 集裝箱示意圖

集裝箱在井上裝好物料后通過高強度螺栓將集裝箱固定在平板車上，集裝箱的起吊工作由防爆起重機進行操作，無軌膠輪車運載集裝箱至換裝站進行物料的卸載后，將集裝箱運回至井上。

4 高效輔助運輸設(shè)備改裝優(yōu)化效果

巴彥高勒輔助運輸車通過升級改造后，采用集裝箱輔助運輸模式下運輸效率得到了顯著改善。集裝車廂和翻斗礦車不同的運輸方式對傳統(tǒng)材料消耗形成的經(jīng)濟效益及安全性能的對比分別見表1和表2。以巴彥高勒礦井平均每月下料量為4205車，全年下料約為50646車。見表1，每度電費為0.6元，全年依靠改進后的運輸設(shè)備可節(jié)省電費為50646÷3×12.4=209336.8元。

根據(jù)表2兩種換裝模式的作業(yè)效率對比，可以看出“集裝箱換裝模式”通過分離集裝箱和車體，直接在地面往集裝箱上裝料下井，到達換裝站后可以快速起吊集裝箱換裝，既方便連接，又縮短了換裝時間，集裝箱在地面裝料可以比原先礦車裝料更多，提高了一次性運輸效率；在集裝箱運輸過程中捆綁，相比原先礦車運輸減少了若干個起吊環(huán)節(jié)，使整個過程顯得更加安全高效。

5 結(jié) 論

1)通過以上分析對比可以證明，通過升級改良一些輔助運輸設(shè)備，不僅會提高生產(chǎn)效率，提高收益比，安全指數(shù)也大大提高，綜上所述這無疑不是一個行之可靠的方法。

2)“集裝箱換裝模式”在整個輔助運輸過程中相比之前的礦車運輸減少了很多起吊環(huán)節(jié)，減少了風(fēng)險性的增加，進一步提高了生產(chǎn)效率。