辅助运输方式对比.doc

第二节 辅助运输方式的比较
国内外煤矿井下辅助运输形式主要有：单轨吊、卡轨车、齿轨车、无轨胶轮车等高效方式，及小绞车、无极绳绞车分段分散的落后的辅助运输形式。根据采区的实际条件及方案的布置情况，顺槽的南北距离接近3000m，如果人员步行进入工作面，会大大降低劳动效率，不符合辅助运输方式的选择原则，因此，运距是主要考虑因素，同时考虑地质情况。
单轨吊更有效的利用巷道断面，受底板因素影响小；具有一定爬坡能力，能适应巷道起伏，弯道半径小，机动灵活；柴油机或蓄电池牵引的单轨吊可进入多条分支岔道，实现一条龙不转载运输；需要对顶板岩石的强度和支护要求较高，运距一般不宜超过1500m，考虑到二采区10号煤开采完后对下覆11号煤的顶板影响剧烈，支护较难，因此不选用此种方式。
齿轨车是在普通窄轨轨道的基础上，再在两根钢轨中间加一根平行的齿条作为齿轨，同时在机车上增加1-2套驱动齿轮，通过齿合增大牵引力和制动力的一种系统。
齿轨卡轨车是在齿轨车的基础上，改造轮系，增加卡轨或护轮轨，使之在运行过程中始终卡住轨道而防止车辆脱轨的一种系统。
与卡轨车相比，齿轨车爬坡角度大或常在变坡段上运行，机车重量较大，造价较高，轨道需多设置齿条，造价较高，齿轨轨道安装要求较高，否则将影响正常齿合而脱轨，当地板膨胀或泥水较多时，齿轨啮合不好，对机车运行有影响。结合本采区，煤层倾角最大为6°，不需要加设齿轨系统，根据开采一采区10号煤时，发现巷道底板底鼓严重，影响齿轮啮合，因此不推荐使用。
综合考虑选择卡轨车和无轨胶轮车进行对比。
一、卡轨车辅助运输方式
1、卡轨车系统的基本组成及工作原理
卡轨车系统主要由轨道装置、卡轨车车辆及牵引控制设备三部分组成。
卡轨车的牵引方式有液压绞车的钢丝绳牵引，也有内燃机、蓄电池和电机车的机车牵引。卡轨车的轨道，多用槽钢制成，槽钢轨与轨枕固定在一起形成梯子道，长3m或6m。用快速装置联接，安装在底板上，不铺道渣就成卡轨车的运行轨道。在轨道上运行的车辆，一般由转向架轮组和平板车体构成。转向架轮组是车辆的承重行走机构，它除了有两对垂直承重行走轮外，还装有两对水平导向滑轮。行走轮在槽钢轨道的上端面行走，水平滑轮在槽口内滚动，由此把车轮固定在轨道上，使行走轮不掉道，这种滑轮也称为卡轨轮。卡轨车的这种轨道结构和车辆行车结构使得卡轨车对煤矿井下的工作条件具有很强的适应性。
卡轨车的突出特点是载重量大;爬坡能力强;允许在小半径的弯道上行驶，可有效防止车辆掉道和翻车;轨道的特殊结构允许在列车中使用闸轨式安全制动车，可防止列车超速和跑车事故。卡轨车是目前矿井运输中较理想的辅助运输设备，它能安全、可靠、高效地完成材料、设备、人员的运输任务，是现代化矿井运输的发展方向。
2、卡轨车的主要类型、特点及使用条件
卡轨车首创于德国，目前美国、俄罗斯、英国、法国都在研制和使用。
钢丝绳牵引的卡轨车的运输距离一般均在1.5km之内，如果巷道平直、转弯少、坡度小，运距可增至3km以上。钢丝绳运输系统几乎可在任何坡度上运行。对坡度的各种限制常取决于所用车辆的型号及其制动系统。卡轨车运输适用于25°以下的坡度，一般限制在18°，最大倾角可达45°。这是钢丝绳牵引优于各种机车牵引之处。坡度增大后为保持较大钢丝绳牵引力，可采用双绳或三绳牵引方式，运行速度一般不超过2m/s，其目的是保证重载运输时，重心平稳，防止转弯时翻倒。
卡轨车的牵引钢丝绳直径在16-30mm之间，不允许使用活接头，可用插接接头。
钢丝绳牵引卡轨车的控制方式一般均由绞车司机远方操作，在牵引车上设跟车人员，由他向绞车司机发出停、开信号，以确保安全。另外，跟车人员也可使用用遥控装置直接制动绞车的控制方式。
钢丝绳牵引的优点是:结构简单，工作可靠，价格便宜，维修方便，牵引力大，并可用多绳牵引，爬坡角度大。缺点是:绞车司机不能直接监视路面情况和运行情况，只能单线运输，分叉处需另设新线路而且需设转载站;运输距离有局限性;长距离运输需多台串联，交接处设转载站;改变运距不方便，需移动锚固站。
适用条件:固定的运输线路，不分叉，转弯不多，运距不变，大运量，坡度较大的巷道。
山西的漳村矿、潞宁煤业等单位正在使用各种形式的卡轨车，其中漳村矿使用公司生产的KSD-90J变频控制绳牵引卡轨车运输距离达3600多米，属国内首创。
钢丝绳牵引卡轨车的应用，促进了柴油机牵引卡轨车的研制和应用。英国1975年首先推广使用柴油机卡轨车，主要型号有贝考瑞特生产的RL25/400型，功率18kW，最大坡度1:10;RL50/400型，37kW;RL100/400型，74kW。
与钢丝绳牵引的卡轨车相比，柴油机牵引卡轨车的主要优点是:司机跟车操作，能直接监视路面情况和运行情况;路轨分叉、延伸均很方便。由于属自行式运输设备，所以比钢丝绳牵引具有更大的灵活性，在长距离运输中不需转载，特别适用于分叉多、转弯多、运距不断延伸的区段。柴油机车的不足之处在于:牵引力有限;爬坡能力差，一般选用倾角小于8°的巷道;散热多对深部开采不利;噪音和空气污染虽在允许范围内，但毕竟增加了污染源；维修工作量较大，井下需设置专门的机车维修站;此外，价格比钢丝绳牵引的液压绞车贵。
随着国外在柴油机车方面的研制、应用及发展，国内也正在加紧研制，常州科研试制中心正在研制66kW防爆低污染柴油机牵引的齿轨/粘着卡轨车，具有体积小、结构紧凑、自重轻、转弯灵活等优点，并能在普通轨上行驶，不用转载，既可用在大巷、集中运输巷，又能进入采区。
经过上述分析，结合二采区的实际地质情况，选用柴油机卡轨车，二采区的煤层倾角最大处为6°，不需要大角度的提升，柴油机卡轨车可以实现；一般绳牵引的卡轨车的运输距离不大于1500m，考虑到2800m的顺槽长度，需要中间搭接或者采用高等级的无极绳，造成输送环节多，不符合辅助运输方式选择的原则；绳牵引卡轨车一个系统不能进入多条分支轨道，轨道上特别是弯道段要装有众多托绳导绳轮，且需随运距变化频繁移装回绳轮，根据二采区的开拓布置，则至少需要三套系统，环节较多，运行麻烦。
二、无轨胶轮车辅助运输方式
无轨胶轮车作为一种快速、灵活、高效的辅助运输或辅助作业设备，已经成为和即将成为现代化矿井建设和改造的首选。它不仅有比较完整的配套设备和各种运输车辆，而且适用范围和条件也不断拓宽，几乎涵盖了煤矿辅助运输的各个领域，能够满足矿井对人员、材料、设备和物料的运输需求，并可实现装卸作业机械化。
1、胶轮车的主要作业范围
(1)人员运送；
(2)下行材料运送，如：设备配件，锚杆、锚网等锚护材料，水管、水泥、混凝土等施工材料等；
(3)上行物料运送，如排矸、运煤等；
(4)搬家倒面，如：支架、采煤机、运输机部件等搬运;
(5)指挥巡查。
2、胶轮车的用途及型式
防爆胶轮车根据不同的用途有着不同的型式，从机型上看，既有工作面搬家用的重型支架搬运车和重型铲运车，也有连采后配套的运煤车、梭车和铲车，运矸车和其它松散物料的中型自卸车和各种多功能车；用于人员和小型配件的高机动性轻型运输车、工作指挥车、人车；也有专用于工作面巷道的小型车等车型。
3、使用防爆胶轮车优缺点
使用防爆胶轮车具有以下优点：
(1)系统简单，运输高效，适应性强。胶轮车运输实现了单一化及连续化，彻底改变了轨道运输环节多、系统复杂、运输效率低的状况。中型和重型胶轮车，中间只需经过一次换装，便可连续不断地将货物运至目的地。
(2)综放工作面实现快速安装、拆除。胶轮车载重量大、机动性强，综采放顶煤工作面的所有设备均可运至切眼内，一次到位安装。
(3)减员提效，安全生产。采用无轨运输方式，大量减少了专职运输人员和采掘区队辅助人员，极大地改善了工人的作业条件和安全环境，从根本上消除了各类运输事故的发生。
(4)高投入、高产出、经济效益显著。采用无轨运输虽较有轨运输设备一次性投入高，但总体经济效益要大大高于有轨运输方式。
同任何一种运输方式一样，无轨胶轮车运输也存在一定的不足或问题，防爆胶轮车具有以下缺点：
(1)噪声较大；
(2)排气有污染，需加大通风量；
(3)防爆、低污染柴油机排气栅栏较难清洗；
(4)胶轮车轮胎耐磨性能差；
(5)国外进口设备费用大，备件昂贵；
(6)设备国产化进度缓慢，缺少大功率防爆低污染柴油机。
4、胶轮车对巷道的要求
因矿井巷道和路面存在坡多、弯多、空间小、视线差、路不平等特殊性，有必要对胶轮车辅助运输的巷道和路面的条件提出要求。
(1)巷道布置。根据矿井的开拓布局、煤层的赋存特点及无轨运输设备的要求，辅助运输巷可沿煤层布置，不做或少做岩巷，以减少巷道工程量和矸石运输量。巷道坡度尽量控制在8°以内，不大于12°。同时应用煤巷锚网支护技术，大量减少支护材料运输量。并配置换装、加油、检修、换向等硐室。两条巷道交叉处，避免直角贯通，尽量增大曲率半径，以利于车辆拐弯。
(2)巷道路面要求。路面条件对无轨胶轮车运行关系极大，是其能否正常运行的又一关键。应根据地段及生产服务年限，采取不同处理方式。井底车场和主要辅助运输巷因车流量大、路面负荷高、服务年限长，故全部以300 mm厚C30混凝土硬化底板。采区辅助运输巷服务年限相对短，根据使用时间，分别以150～200 mm厚混凝土硬化巷道底板。采区顺槽及联络巷一般使用时间为4～6个月，因此只对个别松软泥泞路段硬化处理或以碎石充填。
(3)胶轮车设计转弯半径的计算。为了使胶轮车获得良好的机动性能，根据整车使用工况的需要，其转向方式一般采用双轴布置前轮转向、双轴布置前后轮转向、双轴布置铰接转向几种方式。
三、方案比较
结合本矿10、11号煤层的赋存特点和现有巷道的布置情况，经过对矿井辅助运输系统的结构分析， 综合考虑了各种影响因素， 进行多方案比选， 最终确定是采用柴油机卡轨车完成接替盘区辅助运输系统。其技术优势如下：①矿井采用立井开拓，采用无轨胶轮车运输，需要新掘井筒，并且在井下设置大型主装站及转载站，投资较高。②由于本采区11号煤采用的是放顶煤开采方法，各种综采设备、支架可以通过卡轨车换装直达切眼，实现了大型设备的不转载运输， 极大地提高了设备的安装及回撤速度，可以实现无轨胶轮车的功能。③由于无轨胶轮车所需要的前期投资较大，而且断面的宽度为5m以上，高度为3m以上，巷道的掘进量大，造成的维护费用也高，考虑到10号煤开采完后，11号煤的顶板破碎，开掘和维护都困难。
经济比较：
方案一为柴油机卡轨车运输方式。所需的车辆及价格见下表
表1 各种车数量及参数表
序号
名称
载重（人）
数量
(辆)
价格 （万元）
总计 （万元）
1
牵引车

4
600
2400
2
制动车

2
50
100
3
载重车
MPC20-6
24
7.8
187.2
4
人车（15人/节）

5
0.7
3.5
5
平板车
1t
100
0.7
70
6
轨道
18号槽钢钢
4366
0.3
1310

合计

4070
方案二的辅助运输方式为无轨胶轮车，人员运输可依据巷道断面和运输距离来选择小型和中型12～20 座人车, 井下安装1一采二掘，大约需要70人，7台左右即可; 小型指挥车主要是用于领导检查、紧急救援等, 配备数量依据经济条件可多也可少, 一般不少于2 辆; 材料运输一般不少于30 辆, 其中管道运输6 辆, 3～5t 散料运输10 辆, 用于水泥、砂子、搅拌后的混凝土等运送; 5～8t 铰接式材料车10 辆, 用于电缆、电机、锚杆等材料设备的运送; 型装载车1 台, 用于清理巷道及装载散料，支架搬用车2辆，由于造价较高，可以选择租赁。
表2 各种胶轮车数量及参数表
序号
名称
型号
数量
(辆)
价格
(万元)
总计 （万元）
1
人员运输车
WC20R
10
50
500
2
材料设备运输车
WC3J
30
80
2400
3
支架搬运车
WC40Y
2
1000
2000
4
小型指挥车
Wqc1.5J
2
30
60
5
洒水车
WqC3J-S
1
40
40

合计

45

5000

运输巷和回风巷由于相同就不列入比较范围，若采用无轨胶轮车需要的断面净宽为5m，净高为3m，采区投产时轨道总长大约4000m，，掘进费按9000元/m计算，前期投资为3600万元；由于无轨胶轮车需要新掘井筒，大约2000m，安装掘进费20000元/米，需要4000万元；需要掘进会车站，一般300m布置一个，大约需要14个，需要49万元，因此，巷道掘进费用总计7649万元。而采用柴油机卡轨车则正常的断面的就可满足需要，巷道的掘进费用为7000元/m，需要3056万元。 传统的辅助运输系统运营费用约5元/t;而无轨胶轮车的辅助1.5元/t,大大低于传统的辅助运输方式,从而降低了吨煤成本，可节省1750万元。
费用汇总表
序号
项目名称
方案一
方案二
费用/万元
百分率/%
费用/万元
百分率/%
1
设备投资费
4070
100
5000
122.9
2
巷道工程费
3056
100
7649
250
3
生产经营费
2500
333
750
100
4
总费用
9626
100
13399
139

经过综合比较，方案二比方案一多投资3773万元，经济上超过了10%，认为是对比是明显的。