刘庄煤矿单轨吊运输系统改造方案设计

李竟超

【摘 要】针对刘庄煤矿目前辅助运输系统存在的问题,提出了采用单轨吊运输的改造方案.以网络化、高效化、系列化为原则,将矿井划分为4个区域,采用主要石门地轨运输、区域内单轨吊运输的方式,进行单轨吊运输系统改造方案设计;并从单轨吊配套硐室布置、巷道改造、设备选型以及由此带来的经济效益等方面,进行对比分析,以期为煤矿工程实践提供参考. 【期刊名称】《建井技术》 【年(卷),期】2016(037)002 【总页数】4页(P49-52)

【关键词】煤矿;单轨吊运输系统;设计;连续化;整架运输 【作 者】李竟超

【作者单位】国投新集安徽设计研究院有限公司,安徽 淮南 232001 【正文语种】中 文 【中图分类】TD524+.2

单轨吊是一种新型高效的煤矿辅助运输设备，适用于煤矿井下人员、材料、设备等的辅助运输。单轨吊的轨道采用的是一种特殊的工字钢，工字钢轨道悬吊在巷道顶部。单轨吊运输是将材料、设备等通过起吊梁，悬吊在巷道顶部的单轨上，由单轨吊牵引机构牵引进行运输[1]。

目前，单轨吊在国内已经有比较成熟的使用经验，但一些矿井仍然只停留在局部巷

道使用，未能在井下形成运输网络，单轨吊优势未能得到充分发挥。

刘庄煤矿井田位于安徽省阜阳市颍上县北部，隶属于国投新集能源股份有限公司。矿井核定生产能力1 140万t/a，立井开拓，一水平标高-762 m。

刘庄煤矿目前采用地轨辅助运输方式，存在着运输环节多，系统复杂，采区内不能实现连续、不转载的直达运输；占用设备多，需要人员多，效率低下；安全状况差等诸多缺点。根据生产监督管理总局部署的在煤矿等行业领域开展“机械化换人，自动化减人”科技强安专项行动要求，刘庄煤矿经过研究、讨论，决定对现有辅助运输系统进行改造，创建煤矿井下高效辅助运输系统，逐步建立“平巷电机车运输，斜巷及采区单轨吊运输”的辅助运输方式，实现“一优四减”(即优化辅助运输系统，减运输环节，减运输设备，减运输岗位，减运输人员)，提高辅助运输效率，确保辅助运输系统自动化、连续化、高速化、安全化长距离运行，提高辅助运输机械化水平，以适应刘庄煤矿大采深、高地压和高地温条件下的辅助运输安全高效运行要求[2]。 2.1 改造原则 (1)单轨吊运输网络化

前期，在各个区域(采区)内，单轨吊网络全线贯通，使1部机车可开到区域内任何采、掘工作地点，实现采区单轨吊运输网络化。后期，在各个区域之间铺设单轨吊运行轨道，单轨吊机车可在整个矿井范围内调度，实现矿井单轨吊运输网络化[2]。 (2)单轨吊运输高效化

研发、引进底卸式集装箱，实现集装箱快速打开底卸门卸料和快速收起底卸门，节省卸料时间。对单轨吊机车增加起吊梁，实现单轨吊机车1次吊装3～4个集装箱。集装箱应在地面装货，减少井下换装环节。 (3)专用车辆系列化

为适应单轨吊运输配套需要，研制单轨吊运输吊装钢筋网、圆木、皮带、溜槽、支

架等吊装专用工具及起吊梁，减少装卸时间。规范专用工具及起吊梁的使用管理，规范各种类型的集装箱使用管理，规范单轨吊人车[3]使用，逐步实现专用车辆规范化运输。 2.2 运输方案

根据刘庄煤矿现状及单轨吊运输特点，将矿井划分为4个区域(即东三，东一、东二，西一、西三东，西三西4个区域)，每个区域分别设置1套单轨吊运输相关硐室(见图1)，石门及大巷采用电机车运输；区域内形成单轨运输网络，采用单轨吊运输。

(1)液压支架运输

东区主要采用ZZ10000/22/45型液压支架。该型号支架在刘庄煤矿使用单轨吊整架运输，已有非常成熟的经验。因此，确定东区液压支架解体下井，在采区液压支架组装硐室组装，然后由单轨吊整架运输至回采工作面。西区目前主要采用ZZ13000/27/60型液压支架。该型号支架质量达47.5 t，整架运输难度较大，按解体运输设计。 (2)人员、材料运输

材料在地面装入集装箱，用平板车运至换装硐室；然后采用单轨吊，运输至采掘工作面。开拓巷道掘进仍采用矿车运输，电机车牵引。人员在大巷乘坐平巷人车，在采区内乘坐单轨吊人车，进入各采掘作业点。 (3)矸石运输

西区主要采用倾斜长壁采煤法，岩巷除高抽巷外，均为平巷。前期矸石采用1.5 t矿车运输，电机车牵引；后期应建立永久排矸系统。东区矸石采用带式输送机运输，矸石井箕斗提升。 2.3 巷道工程 (1)配套硐室布置

由于副井井底车场、石门为地轨运输，区域内为单轨吊运输，各区域应设置换装硐室，对材料、设备等进行换装。设计在2种运输方式重叠段，设置换装硐室，利用单轨吊车起吊梁的液压葫芦起吊升降，实现地轨运输与单轨吊运输的材料、设备换装。

矿井罐笼较小，大采高综采液压支架外形尺寸较大，不能直接整体进罐笼上、下井，必须解体下井，到井下组装，应设置组装硐室。同时为满足单轨吊机车正常维修、加油、存放等需要，还要设置相应的硐室。设计在各区域入口附近，设置单轨吊运输相关硐室。 (2)巷道改造

根据《煤矿井下辅助运输设计规范》GB 50533—2009，单轨吊车直线巷道断面宽度B、高度H应按下式计算：

式中：b1～b3，h1～h3意义见《煤矿井下辅助运输设计规范》13.3节。 东一、东二区域按ZZ10000/22/45型支架设计，外形尺寸7.248 m×1.658 m×2.2 m。东三区域按ZY8800/18/38D型支架设计，最小运输高度1.8 m。西区按ZZ13000/27/60型支架设计，分解成3部分后，最大件为底座加立柱，外形尺寸为4.005 m×1.590 m×2.516 m。

经计算，刘庄煤矿辅助运输巷道宽度均满足单轨吊运输要求；但部分巷道高度不满足要求，东一轨道大巷需卧底200 mm，西一轨道大巷需卧底300 mm，西一轨道石门、西三轨道大巷需卧底500 mm。 2.4 设备选型 (1)设计依据

井下共有2个采煤工作面、15个掘进工作面，开拓巷道采用电机车运输，10个准备、回采巷道均采用单轨吊运输。水泥、混合料使用量共计约80 t/d，锚杆、锚索、机电材料使用量共计约40 t/d，最大班人数600人。每天需运料12次，运

人30次，安装拆除设备18次[4]。 (2)单轨吊选型及数量

单轨吊单程最大运输距离约3 500 m，运输速度按运人、运料1.6 m/s，运支架0.7 m/s，空载2.0 m/s考虑；每趟摘挂钩时间合计按20 min考虑；每班按6 h运输、2 h检修计算。每台单轨吊运人、运料每班可运行3次，运支架每班可运行2～3次。

设计配备12台柴油机单轨吊。其中运料、运人共6台，每台每天需运行7次；安装及拆除支架共4台，每个安装拆除的工作面配备2台，安装拆除1个工作面需15～26 d；另备用2台，见表1。 2.5 人员配备

单轨吊运输劳动定员192人。其中管理人员3人，井下调度员每班3人，单轨吊司机兼装卸工每班24人，维修工每班6人，轨道检修工每班12人。 3.1 概算投资 (1)巷道投资

西区石门、大巷卧底，长度约3 000 m，深度300～500 mm，投资约240万元；工作面回风巷、运输巷卧底，投资约60万元；硐室工程量按每套硐室350 m计算，4个区域硐室，共需投资350×4×2=2 800万元。 (2)设备、材料投资

单轨吊辅助运输方案，设备、材料总投资为 12 331.8万元。刘庄煤矿现已有一定数量的相关设备，还需投资6 958.9万元。 (3)单轨吊运输概算总投资

单轨吊运输概算总投资为15 431.8万元，还需再投入10 058.9万元。 3.2 设备运行费用 (1)燃油费用

单部单轨吊机车油耗指标约为12 L/h，运输平均距离2 500 m；每天需运料12次，运人30次。综采工作面每年安装拆除4次，液压支架取180架。每年燃油总费用为118万元。 (2)维修、维护及材料费用

单轨吊系统维修维护费用按单轨吊系统设备、材料投资的2.5%计提，为308.3万元(12 331.8万元×2.5%)。单轨吊机车驱动轮易磨损，一般运行6个月即需更换，1 a约消耗384个，费用为192万元。 (3)单轨吊运输人员费用

辅助运输人员工资按10万元/(年·人)计算。采区单轨吊辅助运输劳动定员为192人，每年辅助运输人员费用为1 920万元。 (4)设备运行总费用

经计算，每年单轨吊运输设备运行总费用为：118+308.3+192+1 920=2 538.3万元。

3.3 辅助运输经济比较 (1)辅助运输设备、材料投资

使用单轨吊运输后，大巷仍铺设地轨，新采区内部巷道只铺设单轨，可减少地轨约2.7万m；矿车只为开拓巷道掘进进料及出矸服务，可减少800辆；无极绳绞车矿井共有36台，可全部取消；调度绞车可减少约20台，电缆可减少5.6万m，开关减少56台。

淘汰后的设备、材料，可以转移到公司其他矿井继续使用。按设备、材料购置原价估算，其费用为7 929万元。单轨吊系统改造投入比淘汰的设备、材料多10 058.9-7 929=2 129.9万元。 (2)辅助运输人员工资

辅助运输系统改造后，综采队打料人员减少24人，综掘队打料人员减少72人，

普掘队减少36人。采区安装拆除轨道及其维修工减少60人；运输区斜巷队可取消，减少68人；综采工作面安装可减少25人，共计可减少285人。减少的人数减去单轨吊辅助运输人员192人，使用单轨吊运输系统后，矿井可减少93人，每年辅助运输人员费用可减少930万元。 (3)辅助运输设备运行费用

地轨运输系统维修维护费用设计按系统设备、材料投资的2.5%计提，为200万元(7 929万元×2.5%)；材料损耗主要为钢丝绳损耗，费用为76万元；电费约350万元。地轨运输设备运行费用为200+76+350=626万元，比单轨吊设备运行费用多626-618.3=7.7万元，见表2。

(1)单轨吊运输虽然前期投入较多，但每年的运行费用可减少900余万元，并且实现了“一优四减”，提高了辅助运输效率，增加了矿井生产安全系数。目前，刘庄煤矿部分区域已经完成了单轨吊系统改造，并且经过一段时间的运行检验，达到了预期效果。

(2)由于井下环境条件较为复杂，质量达47.5 t的ZZ13000/27/60型液压支架，采用单轨吊整架运输的安全性、可靠性未知。因此对于该型号液压支架，暂时按解体运输设计。由于液压支架整架运输相对于解体运输，效率上、经济上的优势非常明显，建议刘庄煤矿开展相关科研工作，通过调研、计算、试验等方法，在保证安全可靠的前提下，实现重型支架的整架运输。

【相关文献】

[1] 于载泽.矿井生产系统设计手册[M].北京：中国经济出版社，1997：26-28.

[2] 生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[M].北京：煤炭工业出版社，2011：50-53.

[3] 刘建超，李宗旭.人车在斜井施工中的应用[J].建井技术，2013，34(6)：40-41.

[4] 陈思桃.煤矿机械设备选型、安装检修维护手册[M].北京：煤炭工业出版社，2009：10-15.