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煤炭工程 COAL ENGINEERING Vo l. 52, No . 6第52卷第6期 do i 10. 11799/c e202006037 煤矿无轨辅助运输适用条件及装备选型研究 何景强W 1.中国煤炭科工集团太原研究院有限公司，山西太原030006； 2.山西天地煤机装备有限公司，山西太原030006 摘要为了更好的发挥无轨辅助运输的最大效率，指导设计和采购人员对无轨胶轮运输装备 的正确选型，文章基于煤矿用防爆柴油机无轨胶轮车安全使用规范AQ 10642008、煤矿 井下辅助运输设计规范GB 505332009、2016版煤矿安全规程，并参考目前市场上主流无 轨胶轮运输装备的性能参数，从系统的角度阐述了无轨辅助运输所涉及的巷道断面参数、巷道路面 及坡道条件、各种嗣室的设计尺寸、巷道通风要求等相关参数，为矿井无轨辅助运输的设计及巷 道、嗣室的无轨化改造提供了参考依据。最后，以某矿井实际条件数据为依据，详细的论述了无轨 胶轮车配套选型过程。 关键词关键词无轨辅助运输；巷道硯室；无轨胶轮车；装备选型 中图分类号中图分类号TD525 文献标识码文献标识码A 文章编号文章编号1671-0959202006-0179-05 Applicable conditions and equipment selection of trackless auxiliary transportation in underground coal mine HE Jing-qiang12 1. CCTEG Taiyuan Resear c h Institute, Taiyuan 030006, Ch ina； 2. Sh anx i Tiand i Coal Mining Mac h iner y Co. , Ltd . , Taiyuan 030006, Ch ina Abstract Abstr ac t In or d er to max imize th e effic ienc y of tr ac kless aux iliar y tr anspor tation, and guid e th e d esigner s and pur c h aser s to selec t tr ac kless r ubber -tir ed tr anspor tation equipment, based on Safe Use of Tr ac kless Rubber Wh eel Car s for Ex plosion-Pr oof Diesel Engines in Coal Mines Cod e AQ 1064- 2008 , Design of Aux iliar y Tr anspor t in Und er gr ound Coal Mines Cod e GB5O533-2OO9 , 2016 Coal Mine Safety Regulations, and th e per for manc e par ameter s of th e c ur r ent mainstr eam tr ac kless r ubber, fr om a systematic point of view, th e auth or d esc r ibes th e r oad way sec tion par ameter s, r oad way sur fac e and r amp c ond itions, d esign d imensions of var ious c h amber s, tunnel ventilation r equir ements and oth er r elevant par ameter s involved in tr ac kless aux iliar y tr anspor t, wh ic h pr ovid es a r efer enc e for th e d esign of tr ac kless aux iliar y tr anspor t and tr ac kless tr ansfor mation of tunnels and c h amber s. Finally, based on th e ac tual c ond ition d ata of a mine, th e selec tion pr oc ess of tr ac kless r ubber -tir ed veh ic le is d isc ussed in d etail. Keywords tr ac kless aux iliar y tr anspor tation； tunnel c h amber； tr ac kless r ubber tir ed veh ic le； equipment selec tion 随着我国煤矿开采规模的不断扩大，机械化程 度较高的无轨辅助运输工艺己成为高产高效矿井的 标配。无轨辅助运输系统涉及巷道及嗣室施工、矿 井通风、辅助运输工艺、装备配套选型等众多方面, 只有各方面配套协调才可发挥其高效的运输能 力[1-3]0目前无轨辅助运输系统设计的主要依据为 煤矿用防爆柴油机无轨胶轮车安全使用规范AQ 10642008、煤矿井下辅助运输设计规范GB 505332009、2016版煤矿安全规程，但随着 国内无轨辅助运输装备的高速发展，煤矿开采设计 院、无轨胶轮装备生产厂家、煤矿业主三者之间存 在一定的信息壁垒，从而给矿井辅助运输的设计、 收稿日期2020-01-04 基金项目2014年度山西省煤基重点科技攻关项目MJ2014-14；中国煤炭科工集团有限公司科技创新创业资金专项项 目资助2018-TD-QN036 作者简介何景强1986-,男，辽宁凌源人，硕士，现从事防爆无轨胶轮车的总体研发设计工作，E-mail mky_ h jq 163. c omo 引用格式何景强.煤矿无轨辅助运输适用条件及装备选型研究[J]煤炭工程，2020, 526 179-183. 179 装备技术煤炭工程2020年第6期 装备选型及采购带来一定困难，导致部分煤矿的无 轨辅助运输系统出现运输效率不理想、采购的设备 不适用、投资过大等现象。另外，部分采用有轨运 输的老旧矿井为了进一步提高经济效益，有轨运输 改造成无轨运输的需求也越来越多“，因此研究无 轨辅助运输系统适用条件及装备选型，可以更好的 发挥无轨辅助运输的效率，避免无效或过度投资具 有一定的指导意义。 1无轨辅助运输系统的适用条件 煤矿辅助运输是指除运输煤炭以外的所有运输, 主要运输对象包括人员、肝石、设备、辅助材料等, 主要运输线路为地面到工作面、工作面到地面、工 作面或采区之间的周转等。因此采用无轨辅助运输 系统的矿井，其巷道宽度、高度及路面的抗压强度 必须满足无轨胶轮车满载运行的要求，具体涉及巷 道、各种碉室、通风等要求。 1.1无轨胶轮车适用的巷道条件无轨胶轮车适用的巷道条件 1. 1. 1巷道断面 巷道宽度应满足车辆安全行驶的需要。根据 2016版煤矿安全规程要求，车辆单向行驶的巷 道，巷道宽度应满足车辆最外侧至巷道两侧壁突出 物的间距不少于500mm；巷道高度应满足车辆满载 货物时的最高点与巷道顶部突出物最低点的距离不 少于500mmi，］o目前，无轨辅助运输中以框架式支 架搬运车宽度最大，因此巷道最小净宽和最低净高 可根据液压支架重量、尺寸及选配的支架搬运车来 确定⑷。车辆双向行驶的巷道，巷道宽度应满足两 车错车间距不低于500mm或设置必要的会车碉室, 并设置方向标识。巷道内若设置有人行道，其宽度 不得小于lm,否则必须制定专项安全技术措施，严 格执行“行人不行车，行车不行人”的规定⑵。 1. 1.2巷道坡度 无轨胶轮车的动力特性和地面的附着力极限决 定了其不适合在长距离大坡度的情况下使用。在干 硬水泥或混凝土路面上，当纵向坡度小于6。时，一 般对巷道无特殊要求；当坡度在6-14之间，且持 续距离过长时，则每隔一定的距离应设置3050m 的水平缓冲段，以防止车辆在长距离、大载荷爬坡 时产生的高温现象；当坡度超过10。以上时，坡道路 面采取适当的防滑措施（如“搓衣板”路面）；当纵 向坡度大于14。时，则巷道不适合无轨胶轮车直接运 行⑷。依据目前市场上防爆无轨胶轮车的动力特性 以及矿方实际使用经验，车辆在不同坡度下连续纵 向坡道长度的适应能力曲线如图1所示。对于变化 范围超出10。以上的坡道，坡道起点和终点应设置缓 坡路面，建议变坡圆角半径不得小于18m。另外, 为防止车辆的倾翻，巷道的横向坡度要求不大于7。。 图1坡度与坡道长度的关系曲线 1. 1.3巷道顶、底板条件 顶板支护必须牢固，底板路面应平整，不得有 大的凸起物和凹坑。在辅助运输大巷、综采工作面 搬家通道一般采用C30混凝土铺设300mm厚的硬化 路面。采区主要准备巷道，可采用C20混凝土铺设 150-200mm厚的硬化路面。 1. 1.4巷道转弯 巷道转弯处倒角应足够大，一般建议外转弯半 径在12m以上，最小不得低于10m,以不妨碍车辆 转弯为宜。在巷道弯道或驾驶员视线受阻的区段, 应设限速、鸣笛和反光条等标志，巷道内还应有里 程碑标志。在工作面切眼处应开设车辆掉头碉室, 以方便车辆倒车进入切眼，同时也可以作为会车碉 室使用。 1.2无轨辅助运输的相关酮室和设施无轨辅助运输的相关酮室和设施 矿井的无轨辅助运输系统通常配备的各种车辆 碉室包括检修、存放、加油、换装、调头、会车碉 室等。各碉室必须采用强度为C20-30的混凝土全 部硬化200-300mm厚，地面保持干燥，坡度不大于 3。，有良好的照明，深度超过6m必须强制通风或 采用调节风窗，嗣室内应配备相应的灭火器材⑵。 1）检修碉室检修碉室可选址在井筒附近的辅 运大巷和回风巷的一条联巷，可单独构建也可与存 放碉室共用。该碉室长度30 40m,宽68m,高 68m,配备5t防爆行车一部，行车起吊高度不小 于4m,行车纵向行程不小于20m,横向行程不小于 5m,配置手拉葫芦数条，用于车辆大型部件的换 装。为方便检修车辆底盘，碉室内应设置有地沟, 180 2020年第6期煤炭工程装备技术 保证地沟干燥⑵。 2） 存放嗣室存放爾室大小、位置应根据运行 系统实际需要确定。碉室内温度应不小于5七，以 防止发动机冷却水结冰而损坏。碉室要求通风良好, 保证车辆处于通风干燥处。能存放10辆左右材料车 的碉室，一般长2530m,宽68m,高56m,应 配置排水沟及灭火器7〕。 3） 加油碉室加油碉室可利用大巷之间的联巷 改扩建，该碉室一般长810m,宽56m,高5 6m,使用不燃性材料支护，地面应平整、干燥，并 有独立的通风系统，碉室内应设置足够数量用于扑 灭燃油火灾的灭火器材。加油碉室柴油的储存量不 应超过井下所有车辆8h的用油量⑵。 4） 换装碉室换装碉室位于副斜井井底或副立 井井底车场附近，该碉室一般长25 - 30m,宽7 8m,高68m,装有5/10t和10/20t行车各一部（行 车吨位依据实际需换装的机电设备的重量确定）。其 中10t行车用于小型机电设备、散料的换装，20t行 车用于采煤机、支架等大型设备的换装。 5） 调头爾室当井下辅助运输巷道无法形成环 路时，在某些路段就一定要设置一些掉头嗣室，以 方便车辆完成运输任务后的返回。根据目前市场上 主流车辆参数建议调头碉室宽度不小于6m,深度不 小于10m,碉室转弯圆角不得小于4. 5mo 6） 会车碉室车辆单向行驶的巷道应根据运 距、运量、运速及运输车辆的特性，在巷道的合适 位置设置会车碉室，其推荐尺寸如图2所示。会车 碉室一般每隔600-800m设置一个，且会车点应配 有信号装置。 1.3无轨辅助运输通风要求无轨辅助运输通风要求 随着煤矿安全生产环境标准不断提升，矿井井 下工作场地的各项环境指标不但要确保井下工作人 员生命安全，还要满足日益增加的人体舒适度需求。 无轨胶轮车排放的CO、C02, N0”等气体对井下空 气环境有一定的影响，根据2016年版煤炭安全规 8000 图2会车嗣室平面图（ （mm） 程和煤矿用防爆柴油机无轨胶轮车安全使用规 范（AQ 10642008）规定，采用煤矿防爆柴油机 驱动车辆运输的矿井，行驶车辆巷道的供风量应当 按同时运行的最多车辆数增加巷道配风量，其配风 量不小于4m7（min kW）[I2]o因此应根据在井下 同时运行的车辆总数来确定发动机总功率及运行时 间，进而计算出配风量。 2防爆无轨胶轮车配套选型 2.1无轨胶轮车功能及参数无轨胶轮车功能及参数 目前国内的防爆无轨胶轮车技术日趋成熟，已 实现完全替代进口，其按照用途分为运人车、运料 车、多功能铲运机、特种搬运车、专用作业车等5 大类；按照驱动装置可分为防爆柴油机驱动和防爆 蓄电池驱动两种，其中防爆柴油机车辆需满足非道 路国皿排放标准。随着矿企对无轨胶轮车尾气污染 问题的重视，蓄电池驱动的车辆已逐渐兴起，但目 前充电技术及续航能力有待进一步提高血问。 运人车主要用于人员运输；运料车主要用于锚 杆、锚索、锚网、歼石等各种材料的运输；多功能 铲运机可实现叉、铲、卷电缆、输送带、升降平台、 拖运平板车及货斗等多种功能，各工作机构间可快 换；特种搬运车主要用于综采、综掘工作面的搬家 倒面；专用作业车可实现混凝土搅拌运输、洒水、 送餐、清扫等特殊功能1问。根据国家安标办网站 2019年末公布的数据，全国共计66家企业有无轨胶 轮车的安标申办记录，随着市场的不断淘汰，目前 主流生产厂家有山西天地煤机、常州科试、莱州 亚通、连云港天明装备、湖北塞弗精工、航天重型 工程装备、深圳德塔等，其中山西天地煤机是国内 最早研制防爆无轨胶轮车的企业，也是国内唯一具 有全系产品的生产厂家，市场占有率超过60。目 前市场上主流防爆柴油机驱动车型和蓄电池驱动车 型参数表分别见表1、表2,以供选型参考。 2.2无轨胶轮车的选型无轨胶轮车的选型 无轨胶轮车的选型应根据矿井巷道条件、采掘 装备的重量、物料及人员的运量来配置，综合考虑 运输效率及投资效益。当采用斜井辅运时，配置无 轨胶轮车时应尽量满足所有装备及物料、人员等一 次运输到位。当采用立井辅运时，主要根据罐笼的 尺寸及运载能力来配置无轨胶轮车⑶。以某矿条件 为例，其选型过程如下 181 装备技术煤炭工程 2020年第6期 表1主流防爆柴油机驱动的车型参数表 功能产品型号外形尺寸/mm自重/承载 额定功率/kW最大爬坡度/（。） 最高车速空载/ 满载/（ km h l ） 运人车 WC9R防爆皮卡车4980 x1820 x17203. 3t/5 人401245 WC20R运人车5700 x1960 x21854. 6t/20 人651229/28 WCJS3Y較接顺槽车5400 x1600 x20006. 2t/3t651421/20 运料车 WC5J整体自卸车4950 x2000 x25005. lt/5t651429/28 WCJ8E较接料车6950 x1980 x21009t/8t901428 多功能 WJ-7FB防爆铲运机8800 x1800 x196019. 9t/12t1301424/23 WJ-10FB防爆铲运机9000 x2390 x219021.5t/10t1601424/23 铲运机 WJ-15FB防爆铲运机10200 x2550 x208029t/15t2601425/24 WC55Y支架搬运车9870 x3550 x195032t/55t2601420/15 特种 WC80Y支架搬运车10350 x4160 x212542t/80t2601015/10 搬运车WC25E铲板式搬运车9500 x2200 x190029t/25t1801419/18 WC55E铲板式搬运车10200 x3100 x216050t/55t2601420/18 WC4S洒水车6000 x1960 x21854. 85t/4000L651229/28 专用 兀2. 5混凝土运输车5800 x2000 x210010t/2. 5m31321630/25 作业车WC3J运餐车5900 x1960 x24004. 6/400 份651229/28 ZL20EFB防爆装载机6000 x2000 x17006. 3t/2t7414 24 注表中所列车速均为车辆的设计车速，而在井下巷道中行驶时，车辆运行车速需要满足煤矿井下辅助运输设计规范（GB 50533 2009）和2016煤炭安全规程（第三百九十二条）的规定。 表2主流蓄电池驱动的车型参数表 车辆运行车速需要满足煤矿井下辅助运输设计规范（GB 50533 功能产品型号 外形尺寸/mm承载能力最大爬坡度/（。）车速/ km h_, 续航里程/ 工作时长 WLR-55350 x1915x19505人144080km 运人车WLR-12 6310 x1960 x235012人144080km WLR-196250 x2040 x238019人14 2580km WLL-35300 x1800 x21003t 164080km 运料车WLL-8 7200 x1970 x19508t144080km WLL-107500 x1970 x198010t1440 80km 多功能WJX-7FB8400 x2100 x20507t/3m312 84h 铲运机 WJX-10FB9800 x2900 x194510t/3. 28m3 1054h 专用作业车 WX45J11960 x2858x178045t14 6.34h WXP10014610 x3908x2500lOOt 864h 注表中所列车速均为车辆的设计车速，而在井下巷道中行驶时. 2009）和2016煤炭安全规程（第三百九十二条）的规定。 已知该矿设计生产能力8.0Mt /a,采用副立井、 主斜井综合开拓方式。大巷及工作面巷道坡度均小 于6。，辅运大巷宽度5200mm,去除水管、电缆、 沟槽后净宽约4500mm左右，净高4200mm,顶部为 圆弧顶，各工作面平均运输距离3340m。罐笼尺寸 为（ZxWxH） 7150mmx2750mmx5900mm,提升能 力50t。采掘设备运输最大重量45t ,支架中心距 1.75m,共计115架；最大班下井人员217人/班, 共计10个队，材料运量（平均按6t /车计）1个回 采工作面，1车/班，瓦斯预抽面2车/班；4个综掘 工作面，每个面2车/班；1个大巷综掘工作面，4 车/班；1个岩巷普掘工作面，4车/班；通修队，3 车/班；机运队2车/班。设备、备件，6车/班，其 它，5车/班，肝石，9车/班（井下回填），合计59 车/班。 2. 2. 1无轨胶轮车选型 由于目前蓄电池驱动车辆续航能力有限，充电 管理复杂，采购成本高，仅神东矿区有部分应用, 因此暂不考虑蓄电池驱动车型，后续随着运量增大, 可适当增配。 矿井日常生产用车配置运送人员，选用 WC20R型防爆运人车，在副立井底转载；运送散装 物料、肝石、小型设备，选用WCJ8E钱接料车和 WC5J整体自卸车，立井不用转载；工作巷运输、管 件运送及井筒、大巷带式输送机检修，选用WC3Y 整体顺槽车；井下生产调度指挥、紧急抢修时运送 少量人员、物品，选用WC9R防爆皮卡车；井下肝 石装载及10t级以下的机电设备运送、巷道清理维 修、短途物料运输等，选用WJ-10FB防爆铲运机, 并配有工作机构快换装置，同时配置铲斗、铲叉、 182 2020年第6期煤炭工程 装备技术 升降平台、平板拖车、平板拖斗、卷电缆装置、卷 带装置、破碎锤、吊臂等多种工作机构，肝石由自 卸料车运至井下废旧巷道回填，WJ-10FB铲运机解 体入井，仅在井下作业，不再升井；巷道降尘，选 用WC4S洒水车，可直接入罐，无需转载；能够直 接入罐升井的车辆采用地面加油，无法直接入罐升 井的车辆可由其他车辆运输油料进行加油；井下送 餐选用WC3J运餐车，无需转载；井下支护、路面 硬化混凝土运输，选用JC2.5混凝土搅拌车，无需 转载； 采掘工作面大型设备搬家倒面用车配置采煤 机、掘进机部分解体后运输，解体后重量最大不超 11451,选用2台WC55E铲板式搬运车运输；刮板 输送机、转载机、破碎机、泵站、工作巷带式输送 机等设备按尺寸局部解体后，选用WC25E铲板式搬 运车或WJ-10FB防爆铲运机平板拖车运输，入井 时均需解体；液压支架总重不超过50t ,选用 WC50Y支架车整体运输，搬运车入井时需要解体。 2.2.2各型无轨胶轮车的数量配置 车辆往返一次总运输时间计算 -/2/35 1 式中，t为无轨胶轮车往返一次所需时间，min； “为装车时间，min； 为卸车时间，取0.5 - 1. Omin；勺为胶轮车调车等待停歇时间，影响因素 较多，应按具体情况确定，可取24min。 无轨胶轮车台班运输能力为 式中，Q”为每台无轨胶轮车运载量；T为每班 运行时间，按4.5h/班；kx为无轨胶轮车载重量利 用系数，取0.9；他为无轨胶轮车工作时间利用系 数，每日一班取0.9,两班取0.85,三班工作 取 0. 8O 运送肝石、物料、设备无轨胶轮车台数为 N KQ{ Q /Qb 3 式中，Qi为矿井每班肝石运输量，取50t /班; 0为矿井每班运输其他设备、材料折算量，按 210t /班；为运输不均衡系数，取1.15。 经上述计算，并借鉴神华公司的管理模式，矿 井初期达产时每班运送肝石和其它物料、设备的无 轨胶轮车运行台数至少为35台，考虑设备故障时的 备用车辆，中、轻型车辆共计配置41台，采掘工作 面搬家倒面用重型车辆配置8台，合计49台，具体 明细见表3。 表3无轨胶轮车配置选型表 车辆类型数量 主要用途 WC9R防爆皮卡车5 井下生产调度指挥、紧急抢修时 运送检修人员 WC20R运人车10井下工人的运送 WCJS3Y顺槽车3 工作巷运输、管道运送及主斜井、 带式输送机巷物料、设备的运送 WC5J整体自卸车5 井下肝石、支护材料的运输 WCJ8E较接料车10井下肝石、支护材料的运输 中小型设备、材料等物品的装卸、 WJ-10FB防爆铲运机3道路整修及设备抢修、大件物料 出入罐笼牵引等 WC4S洒水车2大巷及部分巷道的降尘喷水 WC3J运餐车1运输矿工餐饮 JC2. 5混凝土运输车2 支护或路面硬化用混凝土的运输 与搅拌 WC25E铲板式搬运车2大件机电装备的搬运、摆放 WC55Y支架搬运车4 液压支架整体搬家倒面 WC55E铲板式搬运车2 重型采掘装备的搬运或姿态调整 合计 49 重型车辆可根据实际情况选择 租用 3结语 本文从系统的角度统筹考虑了无轨辅助运输所涉 及的巷道适用条件、巷道通风设计，并根据目前市场上 主流车型参数给出了无轨辅助运输适用的巷道断面参 数、巷道路面及坡道条件、碉室的相关设计参数，为矿 井设计及巷道、碉室的无轨化改造提供了参考依据。最 后，以某矿井条件数据为基础，详细的阐述了无轨胶轮 车配套选型计算过程，为煤矿辅助运输的设计及无轨胶 轮车的选型配套提供了参考依据。 参考文献参考文献 [1] 国家安全生产监督管理总局.煤矿安全规程2016 [M],北 京煤炭工业出版社，2016. 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