郭屯煤礦輔助運輸系統優化設計

陳 順 康傳山

（山東能源集團魯西礦業有限公司）

煤礦的開拓方式決定了礦井輔助運輸系統方式的選擇［1-3］，目前礦井的輔助運輸方式主要分為有軌輔助運輸和無軌輔助運輸［4-6］，當前有軌運輸是礦井輔助運輸的主要運輸方式，近年新礦井設計建設中無軌輔助運輸得到重視和發展，取得了更好的經濟和社會效益［7-8］。本文以郭屯煤礦為背景，原有輔助系統存在工藝復雜、安全性差、運輸效率低等問題，對單軌吊運輸系統、監測系統進行優化，以期提高運輸效率、安全性能、智能化水平。

1 工程概況

郭屯煤礦原有提升運輸系統為地面斜井提升機→井下各車場電機車運輸→井下采區軌道下山提升機→采區一煤組軌道下山雙速絞車→采掘工作面無極繩連續牽引絞車。副斜井安裝1 臺JK-3×2.5E 型纏繞式提升機，最大提升速度3.69 m/s；采區軌道下山安裝1 臺JKB-3×2.5P 型纏繞式提升機，最大提升速度3.7 m/s；采區一煤組軌道下山安裝1 臺JSDB-25AY 型雙速多用絞車；井下各車場均采用電機車運輸。這種傳統接力提升運輸模式，存在占用人員多，設備安全性能較低，運輸效率低，人員勞動強度大，轉載倒車環節多、安全隱患多、運維投入大、管理難度大等因素，多數安全事故均與落后的運輸方式有關，這一問題，長期困擾著提升運輸。

原有輔助運輸系統不能應對郭屯煤礦復雜地質條件，無法實現智能實時監控和定位。為了優化運輸系統，采用單軌吊運輸系統與井下智能監控設備相結合的方法。

2 輔助運輸系統優化

2.1 單軌吊運輸優化方案

郭屯煤礦在礦井智能輔助系統的基礎上升級輔助運輸子系統，對礦井主運輸系統及輔助運輸系統進行實時監測監控，采用車輛定位卡，對井下運輸車輛進行精確定位，通過調度指揮中心上位機軟件模擬顯示，基于運輸狀態大數據分析運輸狀況，精準調度物料及人員運輸［9-10］，實現安全有序且精準調度運輸。

（1）運輸系統升級改造。地面調度中心安裝數據感知系統（PPC Center）與自助服務系統（Biz Center）緊密相接實現高頻通信，單軌吊安裝車載基站、車載交換機、車輛定位卡、機車視距遙控系統、顯示系統、車載視頻監控系統。單軌吊機車電控系統具備車輛方向控制、啟停調速控制、照明、急停、甩驅、遙控控制以及參數監控保護與車載視頻監控等功能，并與地面控制中心服務器進行無線數據傳輸交互，地面控制中心顯示單軌吊運行參數及狀態，按照運輸情況實時調度控制物料運輸，同時，具備單車智能運行與遙控駕駛、無人駕駛等功能。

（2）單軌吊遠程控制系統主要由服務器、整車控制系統、KJ602-K1 車輛標識卡、UWB 精確定位站、本安型LCD 彩色圖形化界面液晶顯示屏、KJJ660 系列礦用防爆環網交換機、礦用機車視頻監控裝置、具有2路車載本安攝像儀等構成（圖1）。通過井下覆蓋的WIFI6 信號，執行TCP/IP 通信協議。WIFI6 基站通過光纜級聯接方式接入環網，傳輸至多功能分站中，實現車載視頻、語音通話、機車運行參數、運行狀態的智能監測功能。運輸機車具備無線移動通信功能，實現機車的精準定位（靜態定位精度0.3 m、動態定位精度7.3 m）。

2.2 井下智能監測優化方案

在南翼集中裝載點、三采區單軌吊檢修硐室、三采區上下人站點、一中車場三岔口、副井三岔口交叉點、檢修硐室等集中裝載點，安裝KBA12R 礦用本安型360°攝像儀，用于采集機車行駛過程中需要監控區域的視頻圖像信號，實現實時視頻監測監控（圖2）。

機車通過風門可實現司機遙控或自動控制。通訊部分使用信號轉換器采集數據，通過CAN 信號傳輸到地面環網。主要運輸線路的道岔、阻車器等安全設施實現遠控、司控遙控，機車通過風門可實現司機遙控或自動控制，巷道口、硐室口、彎道處實現聲光報警，主要軌道運輸提升斜巷具有防跑車裝置，與提升絞車連鎖自動控制、自動報警、自動停車。絞車房、各車場和跑車防護裝置實現視頻監控，連續牽引絞車具備斷繩自動阻車功能，其保護設施實現自動監測、自動報警、自動停車，具有運行狀態監測、異常報警、停車等功能。

2.3 單軌吊安裝

根據頂板完整性，使用錨桿對單軌吊進行安裝。在巷道頂板上拉好線繩，每隔2 000 mm 在巷道頂板錨固點進行標記，便于打頂板吊掛錨桿，采用雙錨鏈、四錨索懸掛，為保證錨固強度，采用?21.6 mm×6 m 規格錨桿，單點錨荷要求不低于190 kN，確保施工質量。根據頂板完整程度分為以下3種：一是在平整堅硬的巷道頂板上橫向打2 個眼，并安裝2 根?22 mm×2 400 mm 全螺紋鋼高強度金屬螺紋錨桿，每根錨桿配合使用2根樹脂錨固劑；二是在頂板不完整破碎地段打設3 300 mm 高強金屬螺紋錨桿，每根錨桿配合使用2 根MSK 2570 型樹脂錨固劑，錨固力不小于190 kN；三是錨索應固定在特殊地段，錨索的預緊力不得小于270 kN。

軌道是單軌吊重要組成部分，根據軌道的重量可分為輕型軌道（每米質量小于30 kg）和重型軌道（每米質量不小于30 kg）。

（1）輕型軌道吊掛方式：可采用高強度全螺紋（高強）錨桿，直徑不小于20 mm，長度不小于2 m，單根錨桿錨固力不得小于190 kN，通過卸扣、吊掛鏈、吊座連接在錨桿上將軌道吊起，專用吊掛鏈采用?18 mm×64 mm規格，吊鏈鉛垂偏角低于60°。

（2）重型軌道吊掛方式：采用高強錨桿，直徑不小于22 mm，長度不小于2.2 m，單根錨桿錨固力不得小于190 kN，2 根錨桿通過專用卸扣和吊掛鏈將軌道平衡板吊起，采用規格?18 mm×90 mm 專用起吊鏈，吊鏈夾角不得大于60°。特殊地點施工選用吊掛板、錨索、40 t鏈環及架棚等方式吊掛。

3 輔助運輸系統優化結果

郭屯煤礦現有5臺CTL8/6GB 型防爆特殊型蓄電池 電 機 車、3 臺DLZ130F-8P/200 柴 油 單 軌 吊、2 臺DC160/129.5Y 型柴油單軌吊、4 臺DL100/60P 型鋰電單軌吊，共敷設單軌吊梁38 160 m、單軌吊道岔36組，形成了電機車、單軌吊機車分段連續運輸模式，實現單軌吊采區網絡化“無地軌運輸”，優化了運輸環節，提高了運輸效率。

采用WIFI 無線通信技術、UWB 精確定位技術、車輛信號安全處理技術和移動視頻監控技術，建設了電機車、單軌吊智能調度與物聯網管理系統，如圖3 所示，配合地面監控中心服務器及軟件，實現輔助運輸智能調度監控、車輛精準定位、車輛物料自動跟蹤、視頻錄制、語音通話、移動視頻無線傳輸、應急群呼等多項功能。該基站組建的WIFI6無線網絡，在覆蓋范圍內形成開放式的WIFI6網絡通道，用以傳輸圖像、數據。該基站配備UWB精準定位模塊，實現對車輛的精確定位。

4 結論及建議

（1）按照現代礦井設計理念、設計規范及郭屯煤礦的實際條件，在滿足巷道設計規定條件的前提下，郭屯煤礦采用單軌吊輔助運輸具有科學性合理性。通過WIFI6 信號，能夠實現對井下現場的實時監控，并顯示交通狀態，實現精準配送。同時井下工作人員配備KJ602-K4 應急呼救卡片，能夠隨時進行緊急呼救。單軌吊運輸適用于高邊坡的輔助運輸。在使用提升機和無極繩牽引車進行軌道運輸的生產礦井中，如果頂板和支架滿足要求，可以使用單列篩網進行連續運輸，這可以提高運輸效率，工程的重新設計量小，過渡期短。

（2）在施工前所有器具都必須經過嚴格檢驗，經確認沒有問題方能使用。施工期間注意好行人安全，做好防護措施。高空作業必須佩戴和使用好保險帶，保險帶要高掛低用，人要站穩，注意防滑，現場安全負責人負責監督。工作中明確互保聯保，必須做到三不傷害和人員站位。在單軌吊梁裝、卸點必須派專人監護安全工作，嚴禁吊裝物下方和起吊點下及側面停留人員。單軌吊梁安裝后，進行全面排查鏈接螺栓、鏈子和防脫銷，鏈接螺栓、鏈子必須緊固，嚴禁不使用防脫銷。