矿井运输与提升系统优化方案

【任务描述】

井下生产系统包括掘进、采煤和运输提升三个主要环节及通风、排水、材料和动力供应等辅助生产系统，矿井运输与提升系统是煤矿生产中的重要系统。本课题主要对矿井运输与提升方式、运输与提升设备类型及矿井运输与提升系统等概念和基本知识做介绍。通过本课题的实施，使学生理解掌握矿井运输与提升方式、运输与提升设备类型及矿井运输与提升系统等概念和基本知识。

【知识学习】

井下生产系统包括掘进、采煤和运输提升三个主要环节及通风、排水、材料和动力供应等辅助生产系统。

井下生产系统的主要任务是保证井下采煤、掘进、运输、提升、排水和通风等工作正常进行，把井下生产过程中采掘产生的煤炭和矸石输送到地面，并与地面生产系统相衔接，将动力、材料和设备送至井下各使用地点。矿井运输与提升系统是煤矿生产中的重要系统。矿井生产系统因矿井地质条件、煤层赋存条件、开采技术条件、井型和设备的不同而各有其特点。

一、提升运输方式

1.运输方式

（1）采煤工作面运输方式 采煤工作面的运输方式主要取决于工作面倾角。当工作面倾角大于20°～25°时，可采用沿煤层底板铺设搪瓷溜槽或铁溜槽，利用煤炭自重自溜的方式运输。从我国生产现状看，大多数采煤工作面倾角在25°以下，广泛采用可弯曲刮板输送机运输的方式运输。

（2）区段平巷运输方式 区段平巷运输一般多选用可伸缩带式输送机运输，可伸缩带式输送机的胶带宽度和运输速度可根据带式输送机的运输量进行选择。区段平巷采用可伸缩带式输送机运输时，工作面刮板输送机与区段平巷可伸缩带式输送机之间应设置转载机。转载机实际上是一种可以随工作面推进而整体后移的短重型刮板输送机，使用转载机可减少可伸缩带式输送机可伸缩胶带的拆装次数，还可将运载的煤炭抬高，便于向可伸缩带式输送机转载。

（3）采区上（下）山运输方式 采区有两条平行上（下）山，一条铺设带式输送机，运输煤炭，称为运输上（下）山；另一条铺设轨道，上部设置绞车房硐室，绞车通过钢丝绳牵引轨道上（下）山的材料车，运送材料设备、下放矸石等，进行辅助运输，称为轨道上（下）山。

区段运输平巷运来的煤炭，被转载到运输上（下）山的带式输送机上，向下运至采区煤仓。

（4）大巷运输方式 运输大巷担负着将采区煤仓的煤炭运到井底煤仓的主运输任务，同时还承担着将材料、设备等运至采区的辅助运输任务。

运输大巷的运输方式通常有电机车运输和带式输送机运输两种，应根据矿井的井型、运输大巷的运量、运距和技术经济效果合理确定。

大、中型矿井采区生产集中，可设置胶带运输大巷和轨道运输大巷，胶带运输大巷可采用带式输运机，担负煤炭主运输任务，实现井下或全矿井的连续运输；轨道运输大巷可敷设轨道，担负材料、设备、矸石等的辅助运输任务。小型矿井可设置一条轨道运输大巷，主运输和辅助运输均采用电机车串车运输。

2.提升方式

平硐开拓一般设置主、副平硐，主平硐可采用带式输送机，担负煤炭主运输任务，实现井下或全矿井的连续运输；副平硐可敷设轨道，担负材料、设备、矸石等的辅助运输任务。也可采用机轨合一的布置方式，一侧安装带式输送机，另一侧敷设轨道，带式输送机担负煤炭主运输任务，轨道电机车串车运输担负材料、设备、矸石等的辅助运输任务。小型矿井也可在一个平硐内敷设轨道，担负煤炭主运输和材料、设备、矸石等的辅助运输等混合运输任务。

斜井开拓一般设置主、副斜井，主斜井担负煤炭主提升任务，常用的提升方式有绞车牵引矿车串车提升、箕斗提升、带式输送机运输等方式；副斜井担负材料、设备、矸石等的辅助提升任务。

立井开拓同样也设置主、副立井，主立井采用箕斗提升煤炭，担负主提升任务；副立井则安装罐笼，担负材料、设备下放，矸石提升，升降人员等辅助提升任务。小型矿井产量较小时，主立井亦可采用罐笼提升煤炭。

当矿井为斜井—立井综合开拓时，主斜井可安装带式输送机，担负煤炭主运输任务；副立井则装备罐笼，担负材料、设备下放，矸石提升，升降人员等辅助提升任务。

煤炭工业设计规范规定：上、下人员的倾斜巷道，当垂深超过50m时，应配备人车或乘人装置。目前，斜井开拓矿井多数设置专用运送人员井，或采用带式输送机与架空乘人装置合一布置的方式，安装架空乘人装置运送人员。

二、运输与提升设备的类型

1.运输设备的类型

（1）刮板输送机 刮板输送机按结构分为刚性和可弯曲两种形式，刚性输送机已淘汰，主要用可弯曲刮板输送机。可弯曲刮板输送机为其相邻中部槽在水平、垂直面内可有限度折曲的刮板输送机。电动机经过联轴器和减速器带动传动轴上的链轮使溜槽中的无极刮板链条拖动刮板，刮送煤炭。可弯曲刮板输送机一般适用于倾角小于25°的采煤工作面。

近年来，国内相继研制了侧卸式刮板输送机、平面转弯式刮板输送机和超重型刮板输送机。目前，国内外刮板输送机都在向大运量、长距离、大功率、高强度、长寿命与高可靠性方向发展。

（2）带式输送机 带式输送机是以无极挠性输送带载运物料的连续输送机，广泛用于煤矿的地面、井下和选煤厂。带式输送机常以多台串联衔接，构成完整连续的运输系统。带式输送机主要有以下几种类型。

1）可伸缩带式输送机。这是机械化采煤工作面顺槽运输的配套输送机，其机身设有储带装置，长度可随工作面的推进而快速方便地延伸或缩短，常与桥式转载机配套使用，如图6-3所示。按其机架结构不同，可分为刚架落地式和绳架吊挂式两种。

图6-3 可伸缩带式输送机示意图

1—传动装置 2—储带装置 3—活动小车 4—张紧装置 5—收放胶带装置 6—机尾牵引绞车 7—机尾架 8—转载机

目前，可伸缩带式输送机向大输送能力和大单机长度的方向发展，其输送量已达2000t/h，单机铺设长度达3000m。

2）钢绳牵引带式输送机。它适用于长运距输送的特殊型带式输送机，输送带只装载物料，牵引力全由钢绳承受，常用于井下大巷和平硐。

3）水平弯曲带式输送机。能在水平面内改向折曲输送物料的带式输送机。

4）大倾角带式输送机。在倾角为±（16°～25°）范围内使用的带式输送机。

5）管状带式输送机。物料在输送过程中完全处于封闭状态的带式输送机。其输送带在受料时展开，输送时卷成管状，管截面有圆形和矩形等形状，可实现倾角35°和水平弯曲的输送。

6）气垫式带式输送机。不用托辊（或不用上托辊），将输送带沿着气垫层运行的带式输送机，多用于短运距的物料输送。

（3）轨道运输设备

1）轨道。井下的轨道结构和地面铁路轨道相同，由道床、轨枕和钢轨等组成，如图6-4所示。

矿用钢轨的型号用每米长的质量（kg/m）表示。目前常用矿用钢轨有15kg/m、22kg/m、30kg/m、38kg/m和43kg/m等几种型号。轨道线路错车场以及交叉和分支的地方，还需设置道岔。道岔有单开道岔、对称道岔和渡线道岔等几种，如图6-5所示。

2）矿车。煤矿使用的矿车类型很多，通常按卸载方式不同分类。

图6-4 矿井轨道示意图

1—钢轨 2—轨枕 3—道床

固定车厢式矿车，依靠专用卸载设备卸载，常用的容积为1.1～3.3m³；V形翻斗车，车厢能侧向翻倾卸车，其容积为0.6～1.7m³；底卸式矿车，车底开启卸车，在专设的卸载站，整列车在运行中逐个开启自卸，常用的容积有3.3～5.5m³。此外，还有侧卸式矿车、仓式列车、梭形矿车及材料车、平板车、人车等。

图6-5 道岔形式示意图

a）单开道岔 b）对称道岔 c）渡线道岔 d）简易道岔

（4）钢丝绳运输 钢丝绳运输是绞车通过钢丝绳牵引单个或数个矿车在倾斜或水平的轨道上运行，分为有极绳运输和无极绳运输两种。

1）有极绳运输。钢丝绳的一端固定在绞车上，另一端钩挂在矿车上运行，适用于6°～25°倾斜井巷。常用的有极绳运输分单绳运输和双绳运输。

2）无极绳运输。该运输方式是钢丝绳绕过无极绳绞车的主动轮和尾轮，绳头、绳尾连接在一起，电动机带动主动轮转动，使钢丝绳不停地转动，连续运行。空车和重车利用摘挂车装置分别挂在往返的两侧钢丝绳上，即可进行运输。无极绳运输多用于水平巷道中。

（5）电机车运输 电机车是以电力为动力，用牵引电动机驱动车轮的机车。

目前，我国采用的电机车均为直流电机车。根据供电方式不同，可分为架线式电机车和蓄电池电机车，如图6-6所示。

图6-6 矿用窄轨直流电机车外形示意图

a）ZK型架线式电机车 b）XK型蓄电池电机车

架线式电机车由架在巷道中的裸体导线和轨道作为供电回路，电机车可以在所到地点随时取得电能；蓄电池式电机车则由自身携带的蓄电池供电，不需在整个线路上都设置供电装置，运行比较灵活。当蓄电池组的电能用完后，可重新充电。(www.xing528.com)

电机车的牵引力取决于电机车的黏着重量（即电机车自重在主动轮上的重力）。井下常用的架线式电机车有7t、10t、14t三种，近年来我国已有20t架线式电机车。目前，国外矿井采用25t以下的电机车，个别大型矿井使用25～50t的电机车。

架线式电机车在行驶时，常常发生电火花，有可能引起瓦斯、煤尘爆炸，所以架线式电机车一般用于瓦斯矿井中的主要运输巷道，而高瓦斯矿井中则采用蓄电池电机车。随着综采综掘技术的迅速发展，现已研制成功防爆特殊型胶套轮蓄电池机车，为采区辅助运输提供了一种新型机车设备。

（6）新型辅助运输

1）单轨吊车运输。单轨吊车用一根悬挂在巷道上方的钢轨作为导向装置，吊车挂在导轨下方，用电机车或钢丝绳牵引沿导轨移动。

单轨吊车适用于运送材料、人员和设备，可以在水平巷道，也可在倾斜（≤30°）巷道中使用。它拐弯灵活，可以在两条相互垂直的巷道内连续运输，操作方便，但安装技术较为复杂。

2）卡轨车运输。卡轨车是利用列车轮组卡在槽型钢轨上运行的一种运输方式，是窄轨运输的发展。

卡轨车有钢丝绳和柴油机两种牵引方式。钢丝绳牵引时爬坡能力可达45°，适用于复杂断面内的物料和人员运输，以及生产能力大的采区。

3）齿轨车运输。齿轨车是在普通窄轨中间装齿条作为齿轨，使用时机车上也要增设与齿轨啮合的传动齿轮，驱动机构带动传动齿轮啮合运行，可行驶在不平的轨道上，爬坡能力可达14°，可使运输连续化。

4）无轨胶轮运输车和轨道胶套轮机车。无轨胶轮车又称自行矿车，使用灵活，不需轨道，可以直接在较硬的巷道底板上运行，适合开采近水平煤层工作面搬家运输，以及与连续采煤机配合使用。矿车爬坡能力重载时可达12°，空载时可达30°，一般用柴油机或蓄电池作为动力。无轨运输车被普遍认为是解决辅助运输问题较有希望的技术途径。

轨道胶套轮机车是在普通轨道运输的基础上，将机车的钢轮套上一个胶质套圈作为轮缘面，同时加装新型制动闸，以便有效地加大机车牵引力和制动能力，可以在5°～7°以下的倾斜巷道上行驶。其牵引动力一般为蓄电池提供，可以机动灵活地使用在沿煤层起伏不平的巷道中，是比较理想的掘进运输设备之一。

2.提升设备的类型

矿井提升设备是联系地面和井下的重要工具，通常由提升容器、提升钢丝绳、提升机、井架、天轮等组成，如图6-7所示。

（1）立井提升

1）立井罐笼提升。副立井的提升容器普遍采用罐笼，用来提升材料、设备、矸石并供人员上、下。在中、小型矿井中也可以用罐笼提煤。

图6-7 提升设备示意图

1—提升容器 2—提升钢丝绳 3—天轮 4—提升机（绞车）

立井罐笼的提升系统如图6-8所示，一个罐笼位于井底，推入矸石车，顶出材料车或空车；另一个罐笼位于井口出车平台，推入材料车或空车，顶出矸石车。提升机开动后，两个罐笼上下进行提升工作。

2）立井箕斗提升。煤矿主井提升煤炭，主立井多用箕斗提升。图6-9所示为立井箕斗提升系统。该系统中煤炭运到井底车场翻笼硐室，经翻笼8卸到井底煤仓9内，由给煤机10经过定量装载设备11装入箕斗。同时，另一箕斗位于地面卸载位置。当箕斗进入井架上的卸载曲轨5时，其底部的闸门打开，煤炭卸入井口煤仓6内。

图6-8 立井罐笼提升系统示意图

1—井筒 2—罐笼 3—卷筒 4—天轮 5—提升钢丝绳 6—金属井架 7—井架斜撑 8—矿车

图6-9 立井箕斗提升系统示意图

1—提升机 2—天轮 3—井架 4—箕斗 5—卸载曲轨 6—煤仓 7—钢丝绳 8—翻笼 9—井底煤仓 10—给煤机 11—装载设备

两个箕斗分别由两根钢丝绳7吊挂，钢丝绳的另一端绕过天轮2，各以相反的方向缠绕在提升机滚筒上，提升机滚筒旋转时，箕斗一个向上一个向下移动，并同时到达装载和卸载位置，使装载、卸载工作同时进行。

我国单绳箕斗系列有3t、4t、6t、8t四种规格，更大的容量可专门设计。近年来提升设备趋向大型化和自动化，最大的箕斗有效载重量在国外已超过50t。

（2）斜井提升

1）斜井箕斗提升。斜井箕斗提升系统如图6-10所示。井下矿车将煤炭通过翻笼硐室1卸入井下煤仓2，操纵装载闸门3，将煤炭装入斜井箕斗。另一个箕斗在地面栈桥6上，通过卸载曲轨7将闸门打开，把煤炭卸入地面煤仓8。钢丝绳经过天轮10与滚筒连接，带动箕斗在井筒5中往复运动，进行提升工作。

图6-10 斜井箕斗提升系统示意图

1—翻笼硐室 2—井下煤仓 3—装载闸门 4—斜井箕斗 5—井筒 6—栈桥 7—卸载曲轨 8—地面煤仓 9—立柱 10—天轮 11—提升机卷筒 12—提升机房

2）斜井串车提升。串车提升就是将一组重车在井下挂到钢丝绳钩上沿井筒提升到地面，摘下绳钩，再挂上一组空车（或材料车）沿井筒下放到井底。由于直接提升矿车并沿轨道运行，故串车提升只限于用在斜井中。

3）斜井带式输送机提升。斜井带式输送机提升与串车相比，具有提升能力大、容易实现自动化等优点，但投资较多，开拓工程量也较大，因此一般用于倾角17°以下的斜井中。

（3）提升机

1）单绳缠绕式提升机。单绳缠绕式提升机有单滚筒和双滚筒提升机两种。单滚筒提升机提升能力小，多用于小型矿井或采区运输。双滚筒提升机是两根钢丝绳以不同的方向分别缠绕在提升机的两个滚筒上，绳的另一端挂有提升容器。提升机运转时，滚筒上的钢丝绳一根缠绕、一根放松，使两个容器一个上升、一个下降，从而完成提升重容器、下放空容器的任务。

2）多绳摩擦式提升机。此提升机用多根钢丝绳（一般4根，有时两根或6根）来悬挂提升容器，如图6-11所示，在主动轮1上装有摩擦衬圈，衬圈上刻有承放钢丝绳的绳槽。

图6-11 多绳摩擦式提升机

1—主动轮 2—提升钢丝绳 3—尾绳 4—容器 5—导向轮

主动轮旋转时，靠摩擦力带动钢丝绳和提升容器上、下移动。提升容器尾部挂有平衡尾绳3。尾绳的作用是不论容器在什么位置时，都能平衡提升钢丝绳所造成的两端张力差，并能保持钢丝绳与绳槽中有稳定的摩擦力。

多绳摩擦式提升机用多根较细的钢丝绳代替单根粗钢丝绳，减少了主动轮的直径和宽度，并克服了滚筒容绳量的限制，适用于深度较大的井筒。多根钢丝绳不会同时断裂，安全可靠。目前，大型煤矿立井及深井广泛使用多绳摩擦式提升机。

【任务考评】

本课题的考评表见表6-2。

表6-2 任务考评表

【思考与练习】

1.矿井运输方式有哪些？

2.矿井提升方式有哪些？

3.矿井运输设备有哪些类型？

4.矿井提升设备有哪些类型？

5.新型的辅助运输设备有哪些类型？

6.运输与提升系统主要包括哪些系统？