（浙江昌能规划设计有限公司 浙江杭州 310030）
摘 要：针对目前煤矿带式输送机在运行中存在的实际问题，提出了一种崭新的煤矿井下运输系统理论模型，设计了运用该运输系统模型的煤矿生产系统流程的总体框架，阐明了该运输系统模型的优点，分析了实际运用该运输模型需要研究攻克的主要课题。
关键词：带式输送机；火车运输；洗选系统；装车系统
Coal Mine Conveyance Conceive
HU Qing-guo
(Hangzhou Changneng Planning and Design Co., Ltd.
, Hangzhou 310030, China)
Abstract：Deals with belt conveyor, using in coal mine, practical problem existent in it used. It has advanced a set of new theory model of coal mine conveyance. It designs the general frame of coal mine produce system flow, which using this conveyance model. It clarifies the strongpoint of this conveyance model and analyses most important question for discussion which needed in the practical use of the conveyance model.
Key words：belt conveyor; train conveyance system; washing system; loading system
前言
带式输送机是煤矿井下采用最为普遍的煤炭运输方式之一，尤其是在长距离的连续运输中有着不可替代的优势。目前尚没有更好的连续运输方式能够很好地替代带式输送机。
1带式输送机的缺点
随着我国高产高效矿井的出现，人们对运输系统的要求越来越高，带式输送机的缺点日益暴露出来。
1.1 故障率高
带式输送机控制系统复杂，大量控制环节环环相扣，系统越复杂，故障率也越高，经常由于皮带撕带、堆煤、皮带保护故障、CST软启动故障、更换托辊、皮带硫化、绞车故障、破碎机故障、主电机故障、系统偷停、通信故障、供电系统故障等影响煤矿的正常生产。据统计，保德煤矿2008年1至5月份因为主运输系统故障影响生产的平均时间长达67小时/月，其中最长的影响时间达84小时45分钟，最短也为47小时50分钟。
1.2 皮带保护不可靠
带式输送机的保护，尤其是纵向撕裂和横向断裂保护目前仍是一个技术难题，现在常用的皮带保护装置有很大的局限性，无法从根本上对皮带进行有效的保护。因纵向撕裂保护不可靠带来的带面的撕裂造成经济损失巨大。因堆煤保护不可靠导致堆煤事故频繁发生，保德煤矿平均每月堆煤次数达20～30次之多。
1.3 人员投入巨大
一个采用带式输送机作为主运输系统的大型矿井，其带式输送机数量多，系统复杂，岗位点多，需要一个专门的队伍负责使用维护带式输送机设备，保德煤矿仅运转队员工就占到全矿员工的17.3%。
1.4 污染环境
在带式输送机运煤量大时，会由于带式输送机的跑偏造成洒煤，巷道需要定期清理。带式输送机在运行过程中会在巷道中产生大量煤尘，而且运行中的带式输送机在巷道会产生巨大的噪音，影响井下工作环境。
1.5 投资大
每一部带式输送机都由主驱动电机、软启动设备、漏斗、皮带及大量皮带架和托辊组等设备组成，且都需要配置一套皮带保护系统和PLC自动控制系统。在距离井下中央变电所较远的带式输送机还需要建立专门的带式输送机变电所。这样一来由若干部皮带构成的主运输系统投资成本将会非常巨大。
2新的运输系统模型
鉴于以上带式输送机运输系统的缺点，经过长时间的研究，提出了一种新的煤矿井下运输系统理论模型。
2.1 模型介绍
神东矿区所开采的煤矿煤层埋藏浅，普遍采用平硐——斜井——立井的开拓方式，主运输系统均采用带式输送机来实现从井下工作面到地面的连续运输。神东矿区的生产系统流程如图1所示。
图1 神东矿区的生产系统流程
针对目前采用带式输送机的主运输系统存在的问题，可以将主运输系统这个环节取消（本模型没有考虑将顺槽带式输送机取消），将洗选系统和装车系统设置在井下顺槽胶运巷入口，而将铁路延伸至井下，工作面开采的煤炭通过顺槽带式输送机运至机头后，在顺槽胶运巷入口处进行洗选加工并装车，直接由火车运输至地面，在地面更换机车后便可外运。采用这样的运输模型的生产系统流程如图2所示。
图2 采用新运输模型的生产系统流程
下面以保德煤矿北部区1#主运输系统为例，简要介绍新的运输模型的具体应用设想。
图3为保德煤矿北部区1#主运输系统采用新的运输模型的示意图。81111工作面生产出来的煤炭经过顺槽带式输送机运送至机头后，煤炭直接送入安装在带式输送机机头附近的洗选系统，洗选系统经过一系列的洗选加工将原煤转换成可以外运的商品煤，商品煤从洗选系统出来后进入安装在洗选系统附近的装车系统，装车系统将商品煤装入在主运输巷道内等待装车的运煤火车，装车完毕后，装满商品煤的火车皮由首尾两个机车以前拉后推的方式沿着铺有标准火车轨道的巷道行驶，先经过1盘区集中主运大巷（这里沿用现在的巷道名称），然后经过一段设计合理的曲线轨道后进入集中胶运大巷，再经过1#主运大巷、1#主斜井运至地面火车站，火车在站内更换电力机车后便可直接外运。
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图3 新运输模型示意图
2.2 新模型优点
2.3 采用新的运输模型具有其他带式输送机所不具有的优越性。
2.3.1 系统简单
采用新的运输模型作为主运输系统的矿井，生产系统少一个环节，相对于地面的大型洗煤厂及装车站，井下的洗选及装车系统仅布置在200m左右的巷道内，系统简单，岗位点少，用人少，能够把维护带式输送机的人员解放出来，仅需要少量的铁路维护人员，节约生产成本。
2.3.2 矸石就地处理
煤炭开采、洗选产生的煤矸石，不仅压占土地，影响生态环境。由于将洗煤厂建在井下，排放的矸石可以就近处理，直接排放到采空区，而不用运直地面。如果再辅以注浆泵注浆进行充填，充填矸石与隔离煤柱一起共同支撑上覆岩层，控制岩层移动，可以保证地表建筑物的安全。这样既可以避免在地面建立矸石山，对采空区塌陷也有一定的控制作用，能够达到一定的减沉效果。对建设绿色、环保矿山具有重大意义。
2.3.3 减小占地面积
地面不用设立洗煤厂、装车站、煤仓，只需要建设一个小型的火车站，供火车更换机车使用，能够有效地减小占地面积。由于地面没有生产环节，对环境的污染也得到了很好的控制。
2.3.4 快速搬家倒面
目前神东矿区都采用无轨胶轮车进行搬家倒面，胶轮车需要来回往复于地面与工作面之间进行设备搬运，运输效率低，尤其是在工作面距离地面较远的情况下更为明显。
采用新的运输模型的矿井，可以由火车批量将设备直接运送至工作面入口，胶轮车只需要把设备短距离地在火车与工作面之间进行搬运，提高搬家倒面效率，实现更快的搬家倒面。
3需要研究的课题
作为一种新的运输系统构想，目前只是一种理论模型，要得到实际运用，使其真正服务于煤矿生产，优化煤矿生产系统，还有很多课题需要研究攻克。
3.1 防爆大功率内燃机车
货车箱的高度为2.8m或3m，受到井下巷道高度的限制，不适宜采用接触网供电的电力机车。而现有的矿用内燃机车是供普通矿车使用的，在功率及牵引力等方面达不到牵引标准火车的能力。井下有爆炸性瓦斯气体，因此需要设计允许使用在有瓦斯及煤尘爆炸危险的矿井中的大功率防爆内燃机车。
3.2 集成洗选系统
由于井下巷道空间有限，因此，井下集成洗选系统与地面洗选系统在工艺流程等方面会有较大区别。因为井下不设原煤仓，工作面生产出来的煤通过顺槽带式输送机运输到机头后直接进入洗选系统，所以井下集成洗选系统的洗选工艺要能够适应流水式洗选作业，工作面生产多少煤就能够不间断地洗选多少煤，在一定的存煤能力的前提下不能影响工作面的正常生产。因此，需要研究一套能够在有限的空间内满足洗选要求的集成洗选系统。
3.3 集成装车系统
经过洗选系统洗选后的商品煤直接进入集成装车系统装车。需要研究设计一套符合井下使用环境的装车系统，且能满足装车速度快，能够动态作业的装车系统。
3.4 井下火车轨道敷设
为了能将火车直接开到工作面入口，因此不能采用普通矿用窄轨，而需要使用标准的1435mm轨道。由于井下环境特殊，轨道的敷设会遇到很多问题。
首先，需要研究巷道底板的承受能力、水平度、高度、宽度能否满足火车的运行要求；火车运行中的震动对巷道设施的影响；受矿压的影响，巷道会出现底鼓现象，轨道在这样的条件下能否保持平直，不出现悬空现象；巷道的起伏量也即坡度的变化能否满足火车运行速度的要求等。
另外一个非常重要的问题是火车的爬坡能力。通常的火车轨道的设计坡度最大为30‰左右，而保德煤矿两个主斜井倾角分别为16.7°和16.5°，由于巷道沿煤层布置，主运输巷道的坡度也远远高于地面火车轨道坡度，这在轨道的敷设以及机车的爬坡能力上都存在一系列问题。可采用齿轨运输，同时也能达到防止跑车的目的。
3.5井下盘区设计和巷道布置
需要研究设计一种符合利用火车运输的盘区及巷道。在设计生产配套时要很好地处理好回采与掘进的关系，同时需要考虑巷道掘进时的出煤如何进入洗选系统的问题。
巷道的设计中应考虑到最小曲线半径曲能否达到火车转弯的要求。在巷道掘进时同样需要考虑曲线巷道的精确掘进。
另外一个需要研究的课题是如何设计简单合理的换车巷道。在前一列火车装车时，后一列待装火车在换车巷道内等候，当前一列火车装车完毕后，后一列火车要在装车系统存煤能力范围内以最短的时间到达装车系统，使得工作面能够连续生产，而不会受到换车的影响。
3.6 火车在巷道中行驶对通风系统的影响
由于火车的断面很大，火车在巷道中运行时对矿井通风系统会产生一定影响，需要研究火车在巷道中行驶时巷道内的风量、风速能否达到规程规定的要求。
3.7 矸石如何填充采空区
矸石近处理，直接将矸石排放到采空区。因此需要研究如何将矸石从洗选系统运输到采空区，进行矸石充填采空区工艺的可行性研究。
3.8 其他问题
因为这是一种新的井下运输模型构想，因此还有很多在施工过程中或实际运用中可能会遇到的问题和一些未考虑到的细节问题等，还需要做进一步更为详细研究。
4 结语
这是一套理想化的运输系统模型，还没来得及经过实践的验证，实践才是检验真理的唯一标准，因此，对于这套模型的可行性仍要做大量的论证探讨。
参考文献：
【1】胡青果. 基于层次分析法的输送带纵向撕裂检测技术比较研究【J】.煤矿机械，2015（3）：48-50
【2】胡青果. 关于带式输送机运行方式的思考【J】.煤炭工程，2010（12）：49-50
论文作者:胡青果
论文发表刊物:《中国电气工程学报》2019年第4期
论文发表时间:2019/6/28
标签：巷道论文; 系统论文; 井下论文; 火车论文; 带式输送机论文; 工作面论文; 模型论文; 《中国电气工程学报》2019年第4期论文;