煤矿井下辅助运输方式优选及无轨胶轮车应用分析

引言

煤炭作为我国能源体系的压舱石,其开采与运输的智能化升级,不仅是国家能源安全战略的重要组成部分,也是实现绿色低碳转型、推动生态文明建设的关键举措。无轨辅助运输作为保障煤矿有序生产的重要环节,其效率与安全性直接影响着整个煤炭供应链的稳定与可持续性。无轨辅助运输系统的无人化、智能化转型,不仅能够显著提升运输效率,减少人力资源的依赖,更是减少地下作业风险、保护生态环境的有效途径。

1 煤矿井下辅助运输方式概述

1.1 轨道运输

（1）矿车轨道运输。矿车轨道运输是煤矿井下较为传统且应用广泛的运输方式之一。它主要通过电机车或绞车牵引矿车在轨道上运行，实现物料和矸石的运输。矿车轨道运输具有运输能力较大、运行稳定性较高、设备结构相对简单等优点。在一些开采规模较大、巷道布置相对规则的煤矿，矿车轨道运输能够满足长距离、大运量的运输需求。（2）单轨吊运输。单轨吊运输是利用悬挂在巷道顶部的单轨，通过机车或吊车吊运货物进行运输。单轨吊运输的优势在于对巷道底板条件要求较低，适用于底板松软、积水较多等复杂地质条件的巷道。它可以实现物料的点对点直达运输，减少了转载环节，降低了物料损坏的风险。在一些薄煤层开采或巷道起伏较大的区域，单轨吊运输能够充分发挥其灵活、适应性强的特点。

1.2 带式输送机运输

带式输送机运输主要用于煤炭的连续运输，但在一些情况下也可用于辅助运输物料。它具有运输能力大、运输速度快、运行平稳、能耗低等优点。带式输送机可以实现长距离、大运量的连续运输，在煤矿井下主运输系统中应用广泛。同时，通过对带式输送机进行适当改造，如增加卸料装置等，也可以用于运输一些散状物料或小型设备。然而，带式输送机运输的应用范围相对较窄，主要适用于固定线路、大运量的运输任务，对运输物料的形状、尺寸等有一定要求。

1.3 无轨胶轮车运输

无轨胶轮车运输是一种新型的煤矿井下辅助运输方式，近年来得到了快速发展和广泛应用。无轨胶轮车具有运输效率高、机动灵活性强、可实现一站式直达运输等显著优势。它能够在地面装载一次后，直接将人员、设备、物料等运输到采区甚至工作面，减少了中间转载环节，大大提高了运输效率。例如，在山东能源亭南煤业公司，无轨胶轮车的应用实现了井下人员物料“一站式”直达，职工下井时间大幅缩短。无轨胶轮车还可根据不同的运输任务选择不同的车型，包括普通运输车辆和特种车辆，如用于运输大型设备的平板车、用于抢险救援的特种车辆等，用途较为广泛。

2 无轨胶轮车在煤矿井下的应用分析

2.1 基于时间响应的智能车辆调度系统

运输线路规划主要是解决车辆从初始点运动至目标点的问题，但在运行中，所有车辆运行较复杂，要能根据所有车辆实时运行状态进行调度优化，在确保车辆安全和调度准确基础上，根据无轨胶轮车到达线路端点的时间，依照设定的优先级合理控制车辆出行顺序，尽量提升运输系统效率。

在调度系统中，依据井下巷道布设情况和不同运输要求，将运输线路分为n 个路段，在所有路段布置信号灯。智能调度系统根据胶轮车行驶速度和当前所处位置，调整信号灯控制方式，实现对车辆运行状态的调度控制，调整到达下一端点的时间，通过尽量降低车辆等待时间，优化调度效果。

2.2 支架搬运

地面支架运输到副井井底车场后，通过液压升降台机械化操作运输至支架搬运车，支架搬运车可直接运输至采面切眼内，避免了传统无极绳绞车搭接运输且运输时间长、运输安全风险大等问题。

2.3 测试环境搭建

为了验证系统的障碍物识别能力和通信系统的稳定性，设计了一系列模拟矿井巷道测试环境。这些巷道内设置了各种尺寸和形状的障碍物，包括墙体、石块以及模拟工人的模型，以全面评估系统在不同场景下的表现。同时，在测试环境中模拟井下的电磁干扰情况，确保通信系统在复杂条件下仍能保持稳定工作。测试车辆配备了多种传感器，如 LiDAR、红外传感器和超声波传感器，用于实时采集周围环境的数据。此外，车辆还安装了UWB 定位系统，以确保在复杂的地下环境中能够实现高精度的定位。

2.4 煤矿井下智能辅助运输调度系统的技术支撑

煤矿井下智能辅助运输调度系统搭建需要技术支撑，实现各类数据全面采集和智能化处理，实现运输调度作业智能决策，并提升运输安全水平。在运行中，需重点关注如下方面技术应用 ① 绿色高效防爆电动车技术，针对物料运输、作业指挥、物料搬运等运输场景需求，针对井下作业安全和绿色生产要求，加强电池防爆、电池管理及运行可靠性等技术研发和应用，为智能辅助运输调度系统高效运行奠定基础。 ② 电池快换与专业养护技术，在当前井下智能辅助运输调度系统运行中，电池更换和车辆专业维护是薄弱环节，存在效率低下、安全隐患多等问题，未来需要做好这方面技术优化。 ③ 无人驾驶及安全技术，当前煤矿井下作业体系中，物料运输、人员运输及指挥车等辅运车辆多已经实现在井下固定线路的无人驾驶运行，但是在非固定线路及线路智能规划方法上还有待完善。

结语

无轨胶轮车作为一种高效、灵活的辅助运输方式，在煤矿井下得到了广泛应用，具有运输效率高、机动灵活性强、用途广泛、爬坡能力较强等优势。但其应用也受到巷道坡度、底板条件、空间和通风等因素的限制。在实际应用中，无轨胶轮车存在尾气排放、制动系统可靠性和车辆维护管理等问题。实现与综掘工作面有效对接，提高井下生产效率和安全生产水平，促进我国煤炭事业高质量发展。

参考文献：

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［2］张超，金付申.无轨胶轮车运输方式在大南湖一矿的应用研究［J］.山东煤炭科技，2022，40（7）：145-147.

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