煤矿辅助运输之人员运输新型模式刍论

邢晓力,宁振兵

(太原矿机电气股份有限公司，山西 太原 030032)

0 引言

目前大型煤矿企业已采用了综合机械化采煤工艺，并且机电设备实现了大型化、高速连续化和自动化。其中煤矿井下的辅助运输效率成为整个煤矿企业运行效率的最关键环节。

煤矿的辅助运输系统，包括设备运输、材料运输与人员运输。随着煤矿井下路线越来越长，同时人文关怀和人权意识的提高，国家在《煤矿安全规程》第三百八十二条中规定:长度超过1.5 km的主要运输平巷或者高差超过50 m的人员上下的主要倾斜井巷,应当采用机械方式运送人员。目前国内煤矿的人员运输形式主要分为以下三种：①结合现有辅助运输系统而配套的专用人员运输人车装置，比如专用运人胶轮车、单轨吊专用人车、水平巷人车、钢丝绳牵引人车以及专用异型轨人车等；②基于主运皮带而衍生的皮带运人系统；③为解决人员劳动强度，在局部环境恶劣处设置的专用乘人装置，比如架空乘人装置(猴车)和斜井专用人车装置。

1 现状分析

目前在国内的煤矿，人员运输问题已经成为制约煤矿辅助运输发展的最关键因素。不论是现有的哪种运输方式，核心都是集中运输模式，都是在固定的时间段进行固定路线的运输。当出现比如配送饭、配送零件等零散运输以及非主要区域运输时，还是需要依靠人员的双腿步行前进，工作效率低，劳动强度大。

在基于现有辅助运输系统的人员运输方式中，需要采用胶轮人车、水平巷人车、单轨吊人车等专用人车进行运输，而且在人员运输时都需要占用一个主机设备进行工作，运输中主机能耗大，运输效率低，同时设备采购成本也非常高昂，给煤矿企业造成了非常大的负担。而基于无极绳牵引系统的人员运输，由于占用梭车资源，影响设备及材料的辅助运输量，同时安全性差；基于主运皮带机衍生的皮带运人方式，由于运输安全性差，占用主运皮带影响出煤量，目前在国内的大型煤矿企业已经逐步淘汰；为降低人员劳动强度而布置的架空乘人装置和斜井专用人车装置，虽然能够解决问题，但该种设备的使用一般会占用整个巷道资源，有些煤矿为架设该设备需要开通一条独立巷道，造成极大的资源浪费。

2 新型运人模式

2.1 单人自主运输模式

目前煤矿企业中的人员运输形式都是采用集中运输方式，我们可以称之为集体被动运输模式，该运输方式不随每个人的状态和要求而改变，虽然集中运量大，但对于错位时间段及非固定路线的运输基本为零。

结合当前市场中各大煤矿企业的辅助运输方式，解决目前人员运输所存在的运输效率低、占用资源多的问题，设计了一种新型的人员运输模式，即单人自主运输模式。

单人自主运输模式以个人的状态和要求为导向，通过驾驶单人运输工具，同时结合现成的辅助运输系统，弱化运输过程中对时间及区域的要求，实现运输效率的提高和成本的降低。

2.2 运输设备选择及要求

考虑单人运输的方式与特点，结合之前存在的问题，在井下最好的运输方式还是轨道运输，即基于煤矿井下的轨道运输系统，开发一种结构简单、使用方便的单人运输装置。

针对该种运输系统，对单人自主运输装置提出一些必要要求：

(1) 基于煤矿现有的轨道运输系统进行开发设计，使运输系统兼容性强、改造成本低。

(2) 结构简单轻便，使工作人员能够将该装置通过人力与轨道进行脱离与结合。

(3) 安全性强，在装置与轨道结合时，能够实现卡轨功能，不存在脱轨现象。

(4) 自带动力与制动，该装置最好能够自带动力，具有一定爬坡能力，同时在下坡时能够制动。

3 基于单轨吊轨道系统的单人驾乘装置

综合对比国内现有轨道运输系统，发现从2000年以后国内开始大范围使用的单轨吊轨道运输系统能够使单人自主运输装置达到使用要求。其优势主要体现在以下几点：

(1) 从2000年以后，单轨吊轨道运输系统由于其轨道结构简单、运输安全、效率高等特点，在国内得到了大范围的推广与使用。

(2) 单轨吊轨道系统只有一根运输轨道，相比地轨的两根轨道，能够使运输设备结构更简单、更轻便，使工作人员能够更好地对其进行拆卸与安装。

(3) 单轨吊轨道为工字钢结构，运输过程为卡轨方式，不存在脱轨现象，很安全。

(4) 通过引入轮毂电机及手刹等装置，能够很轻易地实现自带动力及制动功能。

3.1 结构分析

结合技术要求，单轨系统单人驾乘装置的结构设计需要重点考虑人体工程、载人悬挂及大量存放等问题。

人体工程方面，国内煤矿90%的工作人员的体重在50 kg～100 kg，身高在1.65 m～1.9 m范围内，根据该数据及参考国内架空乘坐装置，设计了单人驾乘装置，如图1所示。

图1 单轨系统单人驾乘装置

结合人员运输的安全要求，载人悬挂的悬挂材料采用轻量化的碳纤维材质，其屈服强度达到620 MPa。该装置的受力载荷采用10倍(1 000 kg)的安全系数，利用SolidWorks Simulation仿真软件对其进行仿真分析，分析结果如图2所示。由图2可以看出，其最大应力为272 MPa,满足强度要求。

图2 单人驾乘装置结构受力分析

针对人员未运输驾乘装置的集中存放问题，将该装置设计为弯曲结构，在重叠放置时可以占用最少的空间，如图3所示。

图3 单人驾乘装置集中存放示意图

3.2 优势分析

成本优势：基于煤矿井下现有的单轨吊轨道运输系统，只需要对单人运输装置进行采购，无需对其进行另外布置与安装，在运输系统的安装与布置上具有非常大的优势；同时由于单人运输效率高、耗能少，在运营过程中也有明显的节能效果。

使用范围优势：由于采用单轨吊轨道系统，所以该人员运输装置可以直达综采工作面以及掘进面，将人员直接运输到第一线，目前不论是胶轮车还是其他轨道辅助运输系统的人员运输都无法满足该要求。

零散运输优势：针对个别人员的运输，比如工作送餐人员以及零配件运送人员，单人自主运输能够快速高效地完成任务，不需要等待统一的运输机车及调度安排。

4 结语

随着煤矿井下系统的不断发展与完善，综采自动化水平会不断提高，需要大量人员工作的综采工作面和掘进工作面等环境中的工作人员会越来越少，煤矿井下人员会更多地从事检查、检测、检修等辅助性岗位工作，那么在未来煤矿井下的人员运输会更加地零散而不集中，应用于单人的自主式运输模式会随着单人驾乘装置的开发与完善得到应用与推广。