第四章 井下辅助运输设计
第一节 辅助运输方式
一、概述
1. 辅助运输概念
井下辅助运输是指人员、设备、辅助材料和矸石的运输，相对于“主运输”即煤炭运输而言，称为辅助运输。
运输过程中，若所运输的设备、材料、矸石等货物，需由一种容器或车辆转装至另一种容器或车辆上运输。称为换装。例如：单轨吊与轨道运输设备的转运、普通矿车与卡轨车的转运等，均称为换装。运输过程中，若不需改变承载车辆或容器，只改变牵引设备，称为转载或倒运。例如：矿车由机车牵引改为由绞车牵引或由多台绞车接力牵引等，即称为转载或倒运。
2．辅助运输的特点
(1)货物品种多样，有重型设备、长材料、松散物品、液体材料、危险品及人员等。使辅助运输车辆、容器的规格、性能不一。
(2)运输量小，工作量大。虽然辅助运输量占井下运输量的比例不大(有资料表明某些矿区占10％左右) ，但由于其货物品种多、运输环节多、使用地点多．使辅助运输的工作量大，占用人员多。
(3)货流不均衡。辅助运输难以维持一衡定运输量持续运输。而是具有间断性特点。如人员运输，多集中在交接班时间，回采工作面
搬家则集中在回采面接替的一段时间内。
(4)运输线路复杂、分支多。由子煤层赋有条件不同，为满足开采需要，并下巷道尤其是采区巷道多具有起伏不一、坡度不一、环境差、分支多的特点。
(5)货物重量向重型化发展。随着采煤机械化程度的提高．重型设备(如液压支架) 在井下应用越来越广．运输最大件所占比例加大，对辅助运输设备的性能、质量提出了新的要求。
(6)具有双向运输的特点，即设备、材料、人员等所运货物，既需向井下作业地点运输，又需由井下作业地点运往井底或地面。
3．辅助运输方式的分类
按照动力源不同，辅助运输方式可分为牵引式和自行式两大类．如图10-4-1。
牵引式是指牵引设备安装在某一固定地点，通过钢丝绳向设备车辆传递动力的方式。如绳牵引单轨吊、绳牵引卡轨车等．均由固定绞车牵引．即为牵引式。
自行式是指牵引设备直接安装在设备车辆上，通过齿轮或液压系统传递动力的方式。如防爆柴油机单轨吊、防焊柴油机齿轨车等，为燃动自行式辅助运输设备；防爆蓄电池单轨吊、防爆蓄电池无轨胶轮车、架线电机车等，虽然提供电力的方式不同，但均为电动自行式辅助运输设备。风动单轨吊等则为风动自行式辅助运输设备．也有采用复式能源驱动的自行式辅助运输设备。
按照运行轨道方式不同，辅助运输方式又可分为天轨式(包括齿
轨) 、地轨式(包括齿轨) 和无轨式三大类。
二、辅助运输现状
1．国内辅助运输现状
国内辅助运输设备的研究起步较晚。辅助运输方式较落后。一般大巷采用架线电机车或蓄电池机车牵引运输，采区内斜巷采用矿用绞车、调度绞车提运，煤层巷道采用无极绳绞车或调度小绞车运输．这与矿井重型、大功率、高产、高效综采设备的发展很不相称。
据有关资料介绍，目前国内有72个综采工作面年产逾百万吨，已较全面地开发和应用了大型现代化采掘运设备。采煤机的装机功率已达1000kW 上下，重量达40-50t 液压支架的单架工作阻力达10000kN ，重量达12～20t ，最大达28t ，工作面刮板输送机的整机重量已达150-200t ，综采工作面装备总重量达2000t 以上。相反，辅助运输的落后面貌。已严重影响了现代化采掘设备效率的发挥，煤矿日产万吨煤辅助运输用工多，有的达到1000人左右，综采工作面搬家耗用时间长3S 进工作面辅助运输工作占用工时多；运输事故死亡率据有关资料介绍占总死亡率的25％以上，而辅助运输作业是发生运输事故的主要环节。井下工作人员人井到达工作地点时间约需1～
1.5h 。
70年代末80年代初，国内开始引进和研制新型辅助运输设备，并在部分矿井进行了应用。条件适宜的矿井使用效果较好，使用过程中主要的问题为：
(1)辅助运输设备正在研究、发展阶段，某些设备的能力、产品质量有待进一步提高。
(2)辅助运输设备的发动机等部件需引进，价格偏高。
(3)按照传统的辅助运输模式设计与施工的一些矿井，并下开拓运输系统复杂，大巷距离煤层远、巷道断面小、斜巷坡度大、运输环节多、转载次数多等，与新型辅助运输系统不适应，改用新型辅助运输设备后．使用效果不好。
(4)新建或扩建矿井，在进行井下生产系统设计时．侧重于煤炭运输系统．对辅助运输系统及所采用的新型运输设备了解不够，运输设备只能被动适应巷道条件，致使设备运行效果不好。
(5)对新型辅助运输设备的性能、特点不熟悉，使用过程中存在操作不当等问题。
目前国内外研制生产过的新型辅助运输设备有近十种，并在国内某些矿区使用或试用过，见表10-4-1。
国外辅助运输设备的研究生产起步较早，早在30年代卡轨车就在德国出现。主要几个产煤国的辅助运输概况如下：
(1)德国：井下辅助运输系统解决的较好．研制和使用了统一标准的辅助运输设备和机具。早在30年代就生产出绳牵引卡轨车在井下使用。1954年研制成绳牵引单轨吊。1963年研制成柴油机单轨吊，1976年研制成蓄电池单轨吊。德国材料运输系统的转载
环节少。单台设备运输距离长。前联邦德国1984年拥有材料运输设备专用车约4400台，单轨吊1695台(其中柴油机牵引的345台) 、卡轨车247台(其中柴油机牵引的17台) 、无轨胶轮车10台。机车主要用于大巷．单轨吊和卡轨车主要用于采区，采区外使用的只占7％。
前联邦德国80％-90％的井下材料由单轨吊和卡轨车运输，且单轨吊使用较多。原因是煤矿数目占前联邦德国煤矿总数2／3的鲁尔矿区，煤层底板不稳定，底鼓严重。在该区单轨吊占95％，卡轨车仅占5％．主要用于工作面搬家。下井材料一般采用捆扎或集装箱运输。
德国煤矿特别重视井下人员运输。人员运输的特点是充分利用运煤和运送材料的设备，采用混合的人员运输系统。运人设备中．轨道人车最多．人车速度从8km ／h 增加到28km ／h ．最快达40km ／h 。采用单车乘坐12-24人的列车可一次将200人运至工作地点。带式输送机运人也发展较快，1985年双向运人带式输送机总长度约130km ，单机长度达4km 。
(2)英国：以60年代着手解决辅助运输机械化问题．辅助运输的特点是充分发挥井下已有辅助运输设备的潜力。大巷采用高速柴油机车，上山采用无极绳绞车、齿轨车或卡轨车，顺槽采用无极绳绞车或胶套轮机车。1982-1983年绳牵引的辅助运输设备占80％．机车占7％。1985年英国由于33％的工作面至井口的距离超过5km ，因此开始重视发展高速运人车辆。英国带式输送机运人也发展较快。1979年英国煤炭局规定禁止使用单轨吊运人。
(3)美国和澳大利亚：这两个国家是使用无轨胶轮车较多的国家。巷道多采用锚杆支护，支护材料相对较少。煤层多为近水平和缓斜煤层，底板条件一般较好，有的矿井基本实现了无轨化运输．有一系列的无轨运输定型产品。在长壁工作面采煤法推广后，又
成功地开发出几种用于长壁工作面生产的无轨设备，例如支架铲车、支架回收车、支架运输车、采煤机运输车等。短时间内完成支架整体搬运和综采工作面设备安装。
(4)前苏联辅助运输以有轨运输为主，大巷采用机车运输，斜巷用索道架空运输。井下辅助运输量约占煤炭运输量的10％，但辅助运输的劳动量占井下总劳动量的30％-40％，因辅助运输迫使工作面的停工率达17％。近十几年开始重视发展辅助运输，先后研制出绳牵引单轨吊和柴油机单轨吊。带式输送机运人及无轨运输也有一定发展，人员运输主要靠有轨运输。
(5)捷克50年代末开始解决辅助运输机械化问题。大部分矿井为中斜煤层。煤层倾角一般不大子25°，矿井走向长度短，巷道系统复杂．交叉多、转弯多、底板底鼓严重，一般不宜采用地轨设备运输。因此，捷克井下辅助运输多采用柴油机单轨吊，目前该国约有2000台单轨吊在井下运行。
第二节 辅助运输的要求和规定
一、辅助运输方式选择
(一) 一般要求
1．辅助运输系统设计。应满足如下要求减少辅助运输环节及多次倒运减少辅助运输人员，提高运输效率。
2．当矿井采用平硐或副井采用斜井、采区上下山沿煤层布臵且倾角适宜时，宜从井筒至并底车场、大巷、采区上下山至回采
工作面顺槽实行连续运输。
3．当大巷、采区上下山沿煤层布臵且倾角适宜时，从井底车场至大巷、采区上下山至回采工作面顺槽宜实行连续运输。
4．采区上下山沿煤层布臵且倾角适宜，采区上下山和回采工作面顺槽宜组成连续运输系统。
5．辅助运输设备的选择应能满足辅助运输人员、物料、运距等的要求应适应巷道倾角变化。
6．煤巷及半煤岩巷的煤和矸石，有条件时可汇入回采煤系统，岩巷掘进的矸石，有条件时，可在井下处理。
7．辅助运输车辆的选择，应根据运输方式，运送的材料和设备的类型确定。应配备运输各种材料、设备的专用容器、集装箱及人车。
(二) 《煤矿安全规程》的有关规定
第一百七十三条：在煤(岩) 与瓦斯突出的矿井和瓦斯喷出区域中，进风的主要运输巷道和回风巷道内使用矿用防爆特殊型蓄电池电机车或矿用防爆型柴油机车时，蓄电池电机车必须设臵车载式甲烷断电仪或便携式甲烷检测报警仪。柴油机车必须设臵便携式甲烷检测报警仪。当瓦斯浓度超过0.5％时．必须停止机车运行。
第三百四十七条：在瓦斯矿井中使用蓄电池及防爆柴油机车运输的规定；
(1)高瓦斯矿井进风(全风压通风) 的主要运输巷道内，应使用矿用防爆特殊型蓄电池机车或矿用防爆柴油机车。
(2)掘进的岩石巷道中，可使用矿用防爆特殊型蓄电池机车或矿用防爆柴油机车。
(3)瓦斯矿井的主要回风巷和采区进、回风巷内，应使用矿用防爆特殊型蓄电池电机车或矿用防爆柴油机车。
(4)在煤(岩) 与瓦斯突出矿井和瓦斯喷出区域中，如果在全风压通风的主要风巷内使用机车运输，必须使用矿用防爆特殊型蓄电池机车或矿用防爆柴油机车。
第三百五十条：采用矿用防爆型柴油动力装臵时，应遵守下列规定：
(1)排气口的排气温度不得超过70℃及其表面温度不得超过150℃；
(2)排出的各种有害气体被巷道风流稀释后，其浓度必须符合本规程第一百条的规定；
(3)各部件不得用铝合金制造，使用的非金属材料应具有阻燃和抗静电性能。油箱及管路必须用不然性材料制造。油箱的最大容量不得超过8h 的用油量；
(4)燃油的闪点应高于70℃；
(5)必须配臵适宜的灭火器。
第三百七十六条：单轨吊、卡轨车、齿轨车和胶套轮机车的运行坡度、运行速度和载荷重量不得超过设计规定的数值，胶套轮材料和钢轨的摩擦系数不得小于0.4。设备最突出部分与巷道之间以及对开列车最突出部分之间的间隙．必须符合本规程第二十二条
和第二十三条的规定。
第三百七十七条：卡轨车、齿轨车和胶套轮机车运行的轨道，应采用不小于22kg ／m 的钢轨。轨道的铺设质量应符合本规程第三百五十三条的规定。
第三百七十八条：单轨吊、卡轨车、齿轨车和胶套轮机车的牵引机车和驱动绞车具有可靠的制动系统，其性能应满足以下要求：
(1)保险制动和停车制动的制动力应为额定牵引力的1.5-2倍；
(2)必须设有既可手动又能自动的保险闸。保险闸应具备以下性能：
①运行速度超过额定速度15％时能自动施闸；
②施闸的空动时间不大干0.7s ；
③在最大载荷是大坡度上以最大设计速度向下运行时．制动距离应不超过相当于在这一速度下6s 的行程；
④在最小载荷最大坡度上向上运行时。制动减速度不大于5m ／s ²。
(3)保险制动和停车制动装臵，应设计成失效安全型。
第三百七十九条：在单轨吊车、卡轨车、齿轨车和胶套轮机车的牵引机车或头车上，必须装设车灯和喇叭，列车的尾部设有红灯。在钢丝绳牵引的单轨吊车和卡轨车的运输系统内。必须备有列车司机与牵引绞车司机联络用的信号和通信装臵。
二、辅助运输方式选择
1．架空式与落地式的选择
架空式运输方式主要指单轨吊车，落地式指有轨及无轨运输方式。架空式运输的最大优点是对巷道底板无特殊要求，在有底鼓现象或软底板巷道中，宜选择架空式辅助运输。落地式运输最大的优点是承载能力大，对巷道支架无特殊要求，运行安全可靠。因此，在需要重载运输的矿井中，只要底板条件允许，应先考虑采用落地式辅助运输方式。
2．牵引方式与牵引动力的选择
牵引方式分为绞车牵引和机车牵引。牵引动力主要有电动、燃动及风动三类。
架线电机车为电动机牵引的运输方式，是大巷辅助运输的常用牵引方式，其缺点是不能直接入采区。防爆蓄电池机车营运费用较高，硐室及巷道工程量大，运距及牵引力要受蓄电池容量所限。
以防焊柴油机车为动力牵引的运输方式，在国外已使用较长时间，近年来在国内也已开始推广使用。实践证明，以柴油机为动力的运输方式具有机动灵活、经济、安全等优点。其缺点是有废气污染，对矿井通风有较高要求。有噪音．柴油在井下贮、运安全性差。
我国已于1984年12月研制成功第一台防爆低污染型柴油机。对在井下推广使用以柴油机为动力的国产辅助运输设备创造了条件。因此，只要矿井通风满足要求。采用柴油机为牵引动力的辅助运输设备．在技术上与经济上均是可行的。
绞车牵引的辅助运输方式突出的优点是牵引力大、爬坡能力强．无需克服机车的自身重量．能量利用率高。缺点是不能进入分支岔道，故不能满足多点直达运输的要求。常需转载。且运距受限，绳轮多、维修工作量大，初期投资高。因此，一般只用在采区上下山，对子巷道倾角较小，有条件实现多点直达运输的矿井则更不宜选用。
风动辅助运输设备国外已有使用，主要用在井巷工作面作为调度车使用，因风管软管敷设距离有限。不宜作为长距离运行的辅助运输设备使用。
3．运行方式的选择
运行方式分为有轨和无轨运行方式两类。煤矿井下运输多以有轨运输为主，其优点是车辆沿固定线路运行．可靠性高．易于驾驶，巷道断面较采用无轨设备小，但近年来无轨运输呈上升趋势，国内神华集团大柳塔等矿井、兖矿集团济宁三号矿井就较成功地使用了无轨运输设备。无轨运输车辆的车身一般为铰接，故可在起伏不平的巷道中自由行驶，且转弯半径小，机动灵活．运料容器采用插装式，可方便快速更换．其运输品种不限，可实现一机多用。但无轨车辆一般车体较宽．行驶中的安全间隙较有轨车辆大，必要时又要考虑错车、维修、加油、存放等硐室，故井巷工程量增大．投资增高。无轨运输对巷道底板路面也有一定要求。对于煤层埋藏较浅，倾角小，采用平硐或小角度斜井开拓的近水平煤层矿井，应优先采用无轨运输。对于煤层埋藏较深的立井开拓矿井，只要煤层赋存条件适宜，巷道围岩条件具备，路面
处理简单，也可考虑采用无轨运输系统。
4．有轨机车类型选择
钢丝绳牵引卡轨车对巷道起伏适应性强，爬坡能力强，能够以较高的速度，安全可靠的运载单重较大的设备．但灵活性差且运距受限，因此，较多地用于坡度大、运距短、弯道少的巷道中搬运整体重型设备，例如采区上下山运输。
柴油机卡轨车可以比较机动灵活地进出分支巷道，但其机身自重大，牵引力小。爬坡能力差．一般选在不超过8°的斜巷中使用。
齿轨机车系统可适用巷道的起伏性较强。近些年有些生产厂家将齿轨轮、卡轨轮、胶套轮等车辆轮系合为一体，扩展了其运行的范围。因此对开采缓斜及近水平煤层，采用盘区布臵的大型矿井，条件允许时应先考虑选用。
单轨吊的最大吊运单体重量取决于单轨强度、吊挂单轨的可靠程度及巷道坡度。机车运输过程的紧急制动对悬挂点的冲击力较大，对巷道支架、顶粱或锚杆支护的可靠性要求较高。因此单轨吊的最大单件载重量不宜超过15t 。
胶套轮机车是靠机车本身自重与胶轮的粘着力牵引和制动的。在上下坡时直接受机车自重的制约，再加上普通钢轨轨面较窄，胶轮比压有限，因此这种机车只适应于在5°以下的斜巷中使用，特别适合于起伏坡度不大的近水平煤层巷道。但是，由于胶套磨损严重，尚难负担重型设备运输，目前也只有小功率的柴油机或蓄电池机车。
5．轨道系统选择
国内外有轨辅助运输轨道系统品种较多，规格不一，主要有用于架空(单轨吊) 运输的工字钢轨和用于地轨运输的槽钢轨、异型轨、普通轨及齿轨。其中工字钢轨、槽钢轨和异型轨的横截面利于车辆的卡固作用。在地轨运输中，由于目前并下多采用普通轨道，轨道道岔也已形成较完整的系列，各类运输车辆轮系也均按普通轨设计，因此若局部地点采用槽钢轨或异型轨．轨道系统不统一，需增加换装环节。近些年来国内某些厂家已成功地生产了适应于普通轨的辅助运输车辆，在轨道两侧或中间加设护轨，以增加其运行的可靠性和安全性，这对统一井下轨道型式，减少换装环节有积极的作用，但缺点是增加了钢材消耗量和投资，也增加了铺轨难度。齿轨轨道是铺设在其他轨道中间的附加轨，主要用于提高机车的牵引力和制动力，作为齿轨轮牵引和制动的受力对象，对齿轨铺设质量和固定的可靠性要求较高。
因此，在进行矿井辅助运输轨道系统设计时，应统筹分析矿井辅助运输的各个环节，以减少换装次数为原则，结合所选用的辅助运输设备类型．合理选择。
三、辅助运输系统设计
矿井辅助运输系统设计是辅助运输选择是否合理的重要一环，在确定矿井开拓方式、大巷位臵选择、巷道布臵、支护形式时就应统筹考虑辅助运输系统的合理性。应综合矿井煤层赋有条件、地质构造、矿井装备方式、煤炭运输方式等因素，合理选择辅助运输系统。
矿井辅助运输系统设计主要考虑下列因素
1、煤层赋存条件
煤层赋存条件是确定矿井辅助运输方式的客观因素，一般开采近水平煤层或缓斜煤层的矿井．宜选用新型辅助运输设备。浅埋近水平或缓斜煤层矿井的开拓设计要为采用从地面至井下一条龙不换装不转载辅助运输创造条件。倾斜煤层及急斜煤层矿井，一般宜选择传统辅助运输设备或者在局部适宜地点选用新型辅助运输设备。中厚及厚煤层矿井，宜选择新型辅助运输设备薄煤层矿井，一般不宜选择新型辅助运输设备。断层及熔岩陷落柱发育的矿井，若联络斜巷多、斜巷倾角大、岩巷工程量大．一般不宜采用新型辅助运输设备。
2．巷道坡度与转弯半径
各类辅助运输设备所能适应的巷道坡度．除了与设备类型有关外．还与设备功率及动力传动方式有关。一般说来．设备在短距离内可爬行较大坡度．但设计一般不应选取设备铭牌中的极限爬坡角度。各类设备在发热、制动等条件允许的条件下，重载持续最大爬坡能力目前尚无可靠数据可循。
不同类型的辅助运输设备所适应的巷道参数可参考表10-4-2的有关数据选取。选取巷道坡度时，小功率设备取下限，较大功率的设备取上限。在巷道施工设计阶段。还应与设备生产厂家一起．根据设备的承运量及最大件重量，毒终核定巷道参数。
3．辅助运输系统和主运输方式的关系
辅助运输方式选择应与井下大巷主运输方式统筹考虑，本着
减少辅助运输转载、换装环节、缩短辅助运输时间、减少辅助运输设备总台数等原则选取。
(1)井下大巷主运输方式采用矿车运输时辅助运输方式选择 井下煤炭采用矿车运输时．一般设有水平运输大巷．牵引机车一般为架线电机车或蓄电池机车。井底车场、大巷辅助运输宜采用与主运输同类型的机车牵引，采区内可选用新型辅助运输设备，选择原则如下：
1) 近水平煤层采区。巷道无底鼓现象时．可选择普通轨防爆柴油机或蓄电池胶套轮齿轨车或防爆柴油机卡轨车、无轨胶轮车，在采区口设材料车场，一般不设换装站，巷道有底鼓现象时。可选择柴油机或蓄电池单轨吊．在采区口设材料换装站。以防爆柴油机为动力时，还应在采区口设柴油机加油维修间，若各采区距井底较近，也可在井底设集中加油维修间。
2) 缓斜煤层采区。倾角小于12°且大巷位于煤层中或距离煤层较近时选择原则同(1)；倾角大于12°或大巷距离煤层较远，无底鼓现象时。可选用无极绳摩擦方式牵引的普通轨卡轨车，在采区口设材料车场，不设换装站。有底鼓现象时。可采用绳牵引单轨吊，在采区口设材料换装站。绞车牵引的卡轨车或单轨吊还应设绞车房。
3) 倾斜煤层采区，无底鼓现象时．可选用缠绕式绞车牵引的卡轨车可选用绳牵引单轨吊。在采区口设材料换装站及牵引绞车房。
(2)井下大巷主运输方式采用带式输送机运输时辅助运输方式选择
大巷采用带式输送机运煤时，带式输送机大巷一般沿煤层布臵．辅助运辅大巷有水平布臵的，也有沿煤层布臵的。
辅助运输大巷水平布臵时，大巷辅助运输可选用柴油机胶套轮机车、柴油机齿轨机车、无轨胶轮车或架线电机车。采区辅助运输应尽量选择与大巷同类型的辅助运输设备．或选择不需在采区车场换装或换装次数少的辅助运输设备。
辅助运输大巷沿煤层布臵时，运输系统的选择一般应遵循如下原则：
1) 大巷起伏倾角小于5°且巷道无底鼓现象时，大巷辅助运输可选用柴油机胶套轮机车或柴油机胶套轮齿轨车；底板较坚硬，巷道底板比压大于0.1-.25MPa 且巷道无淋水时。可选用无轨胶轮车。巷道有底鼓现象．可选用柴油机单轨吊。
2) 大巷起伏倾角大于5°小于12°时，当巷道无底鼓现象．大巷辅助运输可选用柴油机齿轨车或普通轨柴油机卡轨车或齿轨卡轨车，当巷道有底鼓现象，可选用柴油机单轨吊或绳牵引单轨吊。
3) 采区辅助运输一般应选择与大巷同类型的辅助运输设备及不换装或自带换装吊卸机具的设备。
4．工作面装备水平及整体搬运设备的重量
辅助运输系统设计应与矿井总体装备水平相适应．一般以综合机械化采煤为主的矿井．宜选用新型辅助运输设备；以高档普采为主的矿井．视煤层条件，可选用新型辅助运输设备，也可选用传统辅助运输设备；以普采为主的中小型矿井一般应选用传统辅助运输设备。
辅助运输系统设计还应充分考虑液压支架整体搬运的可能性．以尽量缩短综采工作面的搬家时间为原则。普采、高档普采、综台机械化采煤工作面设备总质量应统计计算得出，作为选择辅助运输方式及辅助运输设备计算的依据，估算时一般可参考表10-4-3的数据选取。
5．辅助运输设备的自身因素
辅助运输设备自身因素是指设备的牵引能力、重载爬坡能力及设备列车的自身质量。一般设备功率越大，承运及爬坡能力就越大。
6．轨道系统
进行辅助运输系统设计时，应尽量选择各类辅助运输设备通用的地轨轨道系统，地轨轨道系统主要有普通轨系统(在坡道增设护轨) 、槽钢轨系统及异型轨系统。选择时以运行可靠、不换装或尽量减少换装次数为原则。
四、改扩建矿井辅助运输系统设计
改扩建矿井辅助运输系统设计的原则与新建矿井辅助运输系统设计的原则基本相同，设计时应结合老井的特点合理选择。改扩建矿井辅助运输系统的设计主要考虑如下因素：
(1)合理选择系统的重新构成和环节的衔接。
(2)应充分合理地利用已有设施．一般不因扩建区辅助运输系统的设臵而刷大可利用的井筒、井底车场、主要运输大巷等。
(3)结合矿井现有生产区的井筒提升方式、大巷运输方式、巷道断面、巷道坡度等。合理选择扩建区的开拓系统、巷道断面、巷道坡度，使之与扩建区的辅助运输系统相适应。
(4)当生产区条件适宜。可与扩建区构成统一辅助运输系统时，应改造生产区．形成从生产区至扩建区的不换装辅助运输系统。
(5)当生产区条件不宜与扩建区构成统一辅助运输系统时，可
在扩建区建立与生产区类型不同的辅助运输系统。在系统衔接地点，设臵必要的转载、换装设施。
(6)扩建区煤层赋存条件、地质条件不宜采用单轨吊、卡轨车、齿轨车、无轨胶轮车等新型辅助运输系统时，应采用架线电机车、绞车等辅助运输方式．并考虑与生产区辅助运输系统的配套。
五、辅助运输系统设计举例
以山西晋城矿务局潘庄矿井一号井为例
1. 矿井概况
晋城矿务局潘庄矿井位子山西省晋城市沁水县，跨沁水县的端氏、嘉峰两镇。矿井设计生产能力为6.00Mt ／a, 以沁河为界将井田东西向分为潘庄一号井和潘庄二号井，生产能力各为3.00Mt ／a ，先建设一号井。
井田主要含煤地层为石炭系上统太原组及二叠系下统山西组，可采煤层有四层．即：山西组的3号煤层、太原组的5号、9号和15号煤层。3号煤为前期主要可采煤层，为中灰-低灰、低硫、高发热量之优质无烟煤。可采煤层特征见表10-4-4。
表10-4-4 可采煤层特征表
井田内主要以宽缓的褶曲构造为主，断裂构造及熔岩陷落柱不发育，煤层倾角平缓，一般为3°-7°．局部达11°-15°。矿井为高瓦斯，3号煤层瓦斯含量为4.34-25.75 ml ／g 〃f ，矿井水文地质条件较简单。
潘庄一号井移交时共装备2套国产综采设备，分层开采，工作面设计单产为1.50Mt/a，采用AM-500型电牵引采煤机采煤，采用ZZP4000／17／35型自动铺联网液压支架支护。
图10-4-2
2．井田开拓
潘庄一号井采用斜井开拓方式。主斜井倾角16°，斜长
1090.4m ，净宽4.9m ，副斜井倾角20°，斜长896.5m ，净宽4.6m 。井筒落底后．沿东西向布臵2组大巷，沿南北向布臵1组大巷，每组大巷共4条，其中2条进风2条回风。带式输送机大巷、回风大巷、进风大巷均布臵在3号煤层中。+270m水平轨道大巷布臵在3号煤层底板岩石中。矿井开拓及采区布臵见图10-4-2及图IO-4-3。
3．矿井运输系统
矿井煤炭采用带式输送机运输，由回采面顺槽SSJl200／2x 250型可伸缩带式输送机运输至大巷带式输送机上，运抵井底煤仓后，由主斜井钢绳芯强力带式输送机提至地面。掘进煤由可伸缩带式输送机运输，在井下与回采煤流系统汇合。
图10-4-3
矿井辅助运输系统为：由副斜井将设备、材料下放至井底车场，由齿轨机车牵引经+270m水平轨道大巷、辅助运输斜巷、辅助运输大巷、辅助运输顺槽运至回采工作面。掘进面所需的材料、设备也由+270m水平轨道大巷、辅助运输斜巷、辅助运输大巷及联络巷运至各掘进工作面。矿井辅助运输系统见图10-4-4。辅助运输线路参数见表10-4-5及表10-4-6。
图10-4-4
4. 潘庄一号井辅助运输系统设计步骤
(1)分析矿井煤层赋有条件。一号井煤层大部区域为近水平，埋深为260m 左右。煤层厚度为5.04-7.16m ，平均为6.11m ，断层、陷落柱不发育，井下宜选用新型辅助运输设备。
(2)确定巷道参数。结合煤层赋存条件，合理确定矿井开拓系统，同时要结合新型辅助运输设备的性能。合理确定矿井辅助运输巷道的参数，使之满足辅助运输设备运行的要求。
(3)分析工作面搬家、掘进设备材料等辅助运输量。根据既定的原则，矿井装备两套国产综采设备，工作面液压支架单体重量约15t ，工作面设备总重量计算为2352t 。掘进面除了+270m水平轨道大巷及少量斜巷为岩石巷道外，其余均为煤层巷道，掘进煤采
用带式输送机运输，煤层大巷一般采用锚喷支护，顺槽采用12号矿用工字钢梯形棚支护。辅助运输物料的类型主要是散料和长材，最重件为整体搬运的液压支架。
(4)辅助运输与主运输统筹考虑。矿井产量大，经比较主运输方式为带式输送机．不采用机车牵引矿车运煤方式．故辅助运输为一独立的系统。矿井煤层埋深约260m ，不宜采用由地面至井下的一条龙运输系统。
(5)合理选择辅助运输系统。可选择的新型辅助运输方式有无轨胶轮车、单轨吊、卡轨车、胶套轮齿轨卡轨车。
无轨胶轮车需在井下设较大的加油维修间和车库，所需巷道断面大．对路面有特殊要求．本矿井有泥岩底板及煤层底板．不适宜采用。单轨吊对单轨悬挂方式要求较高，为满足悬挂要求。沿底板掘进的煤层巷道需全部采用型钢支护．散料运输也需有特殊的集装箱，不适合本矿井的实际条件。
卡轨车国内多为绳牵引式，柴油机牵引卡轨车国内尚无使用实例，其爬坡能力不如齿轨车。绳牵引卡轨车无法进入分支岔道，巷道拐弯处消耗大量绳轮，在顺槽中使用时，需不断回缩尾轮，使用不便，本矿井不予采用。
齿轨车机动灵活，具有一定的爬坡能力，胶套轮齿轨卡轨车适应性强，可在水平轨道大巷、斜巷及煤层巷道中连续运行。在辅助运输斜巷铺设齿轨运行，在工作面顺槽利用胶套轮粘着牵引，可满足搬家及材料运输的要求。本矿井拟选用柴油机胶套轮齿轨卡轨车。
(6)合理选择轨道系统。轨道系统选择应考虑各种车辆运行的通行性，潘庄一号井选用普通轨轨道系统。
第四章 井下辅助运输设计
第一节 辅助运输方式
一、概述
1. 辅助运输概念
井下辅助运输是指人员、设备、辅助材料和矸石的运输，相对于“主运输”即煤炭运输而言，称为辅助运输。
运输过程中，若所运输的设备、材料、矸石等货物，需由一种容器或车辆转装至另一种容器或车辆上运输。称为换装。例如：单轨吊与轨道运输设备的转运、普通矿车与卡轨车的转运等，均称为换装。运输过程中，若不需改变承载车辆或容器，只改变牵引设备，称为转载或倒运。例如：矿车由机车牵引改为由绞车牵引或由多台绞车接力牵引等，即称为转载或倒运。
2．辅助运输的特点
(1)货物品种多样，有重型设备、长材料、松散物品、液体材料、危险品及人员等。使辅助运输车辆、容器的规格、性能不一。
(2)运输量小，工作量大。虽然辅助运输量占井下运输量的比例不大(有资料表明某些矿区占10％左右) ，但由于其货物品种多、运输环节多、使用地点多．使辅助运输的工作量大，占用人员多。
(3)货流不均衡。辅助运输难以维持一衡定运输量持续运输。而是具有间断性特点。如人员运输，多集中在交接班时间，回采工作面
搬家则集中在回采面接替的一段时间内。
(4)运输线路复杂、分支多。由子煤层赋有条件不同，为满足开采需要，并下巷道尤其是采区巷道多具有起伏不一、坡度不一、环境差、分支多的特点。
(5)货物重量向重型化发展。随着采煤机械化程度的提高．重型设备(如液压支架) 在井下应用越来越广．运输最大件所占比例加大，对辅助运输设备的性能、质量提出了新的要求。
(6)具有双向运输的特点，即设备、材料、人员等所运货物，既需向井下作业地点运输，又需由井下作业地点运往井底或地面。
3．辅助运输方式的分类
按照动力源不同，辅助运输方式可分为牵引式和自行式两大类．如图10-4-1。
牵引式是指牵引设备安装在某一固定地点，通过钢丝绳向设备车辆传递动力的方式。如绳牵引单轨吊、绳牵引卡轨车等．均由固定绞车牵引．即为牵引式。
自行式是指牵引设备直接安装在设备车辆上，通过齿轮或液压系统传递动力的方式。如防爆柴油机单轨吊、防焊柴油机齿轨车等，为燃动自行式辅助运输设备；防爆蓄电池单轨吊、防爆蓄电池无轨胶轮车、架线电机车等，虽然提供电力的方式不同，但均为电动自行式辅助运输设备。风动单轨吊等则为风动自行式辅助运输设备．也有采用复式能源驱动的自行式辅助运输设备。
按照运行轨道方式不同，辅助运输方式又可分为天轨式(包括齿
轨) 、地轨式(包括齿轨) 和无轨式三大类。
二、辅助运输现状
1．国内辅助运输现状
国内辅助运输设备的研究起步较晚。辅助运输方式较落后。一般大巷采用架线电机车或蓄电池机车牵引运输，采区内斜巷采用矿用绞车、调度绞车提运，煤层巷道采用无极绳绞车或调度小绞车运输．这与矿井重型、大功率、高产、高效综采设备的发展很不相称。
据有关资料介绍，目前国内有72个综采工作面年产逾百万吨，已较全面地开发和应用了大型现代化采掘运设备。采煤机的装机功率已达1000kW 上下，重量达40-50t 液压支架的单架工作阻力达10000kN ，重量达12～20t ，最大达28t ，工作面刮板输送机的整机重量已达150-200t ，综采工作面装备总重量达2000t 以上。相反，辅助运输的落后面貌。已严重影响了现代化采掘设备效率的发挥，煤矿日产万吨煤辅助运输用工多，有的达到1000人左右，综采工作面搬家耗用时间长3S 进工作面辅助运输工作占用工时多；运输事故死亡率据有关资料介绍占总死亡率的25％以上，而辅助运输作业是发生运输事故的主要环节。井下工作人员人井到达工作地点时间约需1～
1.5h 。
70年代末80年代初，国内开始引进和研制新型辅助运输设备，并在部分矿井进行了应用。条件适宜的矿井使用效果较好，使用过程中主要的问题为：
(1)辅助运输设备正在研究、发展阶段，某些设备的能力、产品质量有待进一步提高。
(2)辅助运输设备的发动机等部件需引进，价格偏高。
(3)按照传统的辅助运输模式设计与施工的一些矿井，并下开拓运输系统复杂，大巷距离煤层远、巷道断面小、斜巷坡度大、运输环节多、转载次数多等，与新型辅助运输系统不适应，改用新型辅助运输设备后．使用效果不好。
(4)新建或扩建矿井，在进行井下生产系统设计时．侧重于煤炭运输系统．对辅助运输系统及所采用的新型运输设备了解不够，运输设备只能被动适应巷道条件，致使设备运行效果不好。
(5)对新型辅助运输设备的性能、特点不熟悉，使用过程中存在操作不当等问题。
目前国内外研制生产过的新型辅助运输设备有近十种，并在国内某些矿区使用或试用过，见表10-4-1。
国外辅助运输设备的研究生产起步较早，早在30年代卡轨车就在德国出现。主要几个产煤国的辅助运输概况如下：
(1)德国：井下辅助运输系统解决的较好．研制和使用了统一标准的辅助运输设备和机具。早在30年代就生产出绳牵引卡轨车在井下使用。1954年研制成绳牵引单轨吊。1963年研制成柴油机单轨吊，1976年研制成蓄电池单轨吊。德国材料运输系统的转载
环节少。单台设备运输距离长。前联邦德国1984年拥有材料运输设备专用车约4400台，单轨吊1695台(其中柴油机牵引的345台) 、卡轨车247台(其中柴油机牵引的17台) 、无轨胶轮车10台。机车主要用于大巷．单轨吊和卡轨车主要用于采区，采区外使用的只占7％。
前联邦德国80％-90％的井下材料由单轨吊和卡轨车运输，且单轨吊使用较多。原因是煤矿数目占前联邦德国煤矿总数2／3的鲁尔矿区，煤层底板不稳定，底鼓严重。在该区单轨吊占95％，卡轨车仅占5％．主要用于工作面搬家。下井材料一般采用捆扎或集装箱运输。
德国煤矿特别重视井下人员运输。人员运输的特点是充分利用运煤和运送材料的设备，采用混合的人员运输系统。运人设备中．轨道人车最多．人车速度从8km ／h 增加到28km ／h ．最快达40km ／h 。采用单车乘坐12-24人的列车可一次将200人运至工作地点。带式输送机运人也发展较快，1985年双向运人带式输送机总长度约130km ，单机长度达4km 。
(2)英国：以60年代着手解决辅助运输机械化问题．辅助运输的特点是充分发挥井下已有辅助运输设备的潜力。大巷采用高速柴油机车，上山采用无极绳绞车、齿轨车或卡轨车，顺槽采用无极绳绞车或胶套轮机车。1982-1983年绳牵引的辅助运输设备占80％．机车占7％。1985年英国由于33％的工作面至井口的距离超过5km ，因此开始重视发展高速运人车辆。英国带式输送机运人也发展较快。1979年英国煤炭局规定禁止使用单轨吊运人。
(3)美国和澳大利亚：这两个国家是使用无轨胶轮车较多的国家。巷道多采用锚杆支护，支护材料相对较少。煤层多为近水平和缓斜煤层，底板条件一般较好，有的矿井基本实现了无轨化运输．有一系列的无轨运输定型产品。在长壁工作面采煤法推广后，又
成功地开发出几种用于长壁工作面生产的无轨设备，例如支架铲车、支架回收车、支架运输车、采煤机运输车等。短时间内完成支架整体搬运和综采工作面设备安装。
(4)前苏联辅助运输以有轨运输为主，大巷采用机车运输，斜巷用索道架空运输。井下辅助运输量约占煤炭运输量的10％，但辅助运输的劳动量占井下总劳动量的30％-40％，因辅助运输迫使工作面的停工率达17％。近十几年开始重视发展辅助运输，先后研制出绳牵引单轨吊和柴油机单轨吊。带式输送机运人及无轨运输也有一定发展，人员运输主要靠有轨运输。
(5)捷克50年代末开始解决辅助运输机械化问题。大部分矿井为中斜煤层。煤层倾角一般不大子25°，矿井走向长度短，巷道系统复杂．交叉多、转弯多、底板底鼓严重，一般不宜采用地轨设备运输。因此，捷克井下辅助运输多采用柴油机单轨吊，目前该国约有2000台单轨吊在井下运行。
第二节 辅助运输的要求和规定
一、辅助运输方式选择
(一) 一般要求
1．辅助运输系统设计。应满足如下要求减少辅助运输环节及多次倒运减少辅助运输人员，提高运输效率。
2．当矿井采用平硐或副井采用斜井、采区上下山沿煤层布臵且倾角适宜时，宜从井筒至并底车场、大巷、采区上下山至回采
工作面顺槽实行连续运输。
3．当大巷、采区上下山沿煤层布臵且倾角适宜时，从井底车场至大巷、采区上下山至回采工作面顺槽宜实行连续运输。
4．采区上下山沿煤层布臵且倾角适宜，采区上下山和回采工作面顺槽宜组成连续运输系统。
5．辅助运输设备的选择应能满足辅助运输人员、物料、运距等的要求应适应巷道倾角变化。
6．煤巷及半煤岩巷的煤和矸石，有条件时可汇入回采煤系统，岩巷掘进的矸石，有条件时，可在井下处理。
7．辅助运输车辆的选择，应根据运输方式，运送的材料和设备的类型确定。应配备运输各种材料、设备的专用容器、集装箱及人车。
(二) 《煤矿安全规程》的有关规定
第一百七十三条：在煤(岩) 与瓦斯突出的矿井和瓦斯喷出区域中，进风的主要运输巷道和回风巷道内使用矿用防爆特殊型蓄电池电机车或矿用防爆型柴油机车时，蓄电池电机车必须设臵车载式甲烷断电仪或便携式甲烷检测报警仪。柴油机车必须设臵便携式甲烷检测报警仪。当瓦斯浓度超过0.5％时．必须停止机车运行。
第三百四十七条：在瓦斯矿井中使用蓄电池及防爆柴油机车运输的规定；
(1)高瓦斯矿井进风(全风压通风) 的主要运输巷道内，应使用矿用防爆特殊型蓄电池机车或矿用防爆柴油机车。
(2)掘进的岩石巷道中，可使用矿用防爆特殊型蓄电池机车或矿用防爆柴油机车。
(3)瓦斯矿井的主要回风巷和采区进、回风巷内，应使用矿用防爆特殊型蓄电池电机车或矿用防爆柴油机车。
(4)在煤(岩) 与瓦斯突出矿井和瓦斯喷出区域中，如果在全风压通风的主要风巷内使用机车运输，必须使用矿用防爆特殊型蓄电池机车或矿用防爆柴油机车。
第三百五十条：采用矿用防爆型柴油动力装臵时，应遵守下列规定：
(1)排气口的排气温度不得超过70℃及其表面温度不得超过150℃；
(2)排出的各种有害气体被巷道风流稀释后，其浓度必须符合本规程第一百条的规定；
(3)各部件不得用铝合金制造，使用的非金属材料应具有阻燃和抗静电性能。油箱及管路必须用不然性材料制造。油箱的最大容量不得超过8h 的用油量；
(4)燃油的闪点应高于70℃；
(5)必须配臵适宜的灭火器。
第三百七十六条：单轨吊、卡轨车、齿轨车和胶套轮机车的运行坡度、运行速度和载荷重量不得超过设计规定的数值，胶套轮材料和钢轨的摩擦系数不得小于0.4。设备最突出部分与巷道之间以及对开列车最突出部分之间的间隙．必须符合本规程第二十二条
和第二十三条的规定。
第三百七十七条：卡轨车、齿轨车和胶套轮机车运行的轨道，应采用不小于22kg ／m 的钢轨。轨道的铺设质量应符合本规程第三百五十三条的规定。
第三百七十八条：单轨吊、卡轨车、齿轨车和胶套轮机车的牵引机车和驱动绞车具有可靠的制动系统，其性能应满足以下要求：
(1)保险制动和停车制动的制动力应为额定牵引力的1.5-2倍；
(2)必须设有既可手动又能自动的保险闸。保险闸应具备以下性能：
①运行速度超过额定速度15％时能自动施闸；
②施闸的空动时间不大干0.7s ；
③在最大载荷是大坡度上以最大设计速度向下运行时．制动距离应不超过相当于在这一速度下6s 的行程；
④在最小载荷最大坡度上向上运行时。制动减速度不大于5m ／s ²。
(3)保险制动和停车制动装臵，应设计成失效安全型。
第三百七十九条：在单轨吊车、卡轨车、齿轨车和胶套轮机车的牵引机车或头车上，必须装设车灯和喇叭，列车的尾部设有红灯。在钢丝绳牵引的单轨吊车和卡轨车的运输系统内。必须备有列车司机与牵引绞车司机联络用的信号和通信装臵。
二、辅助运输方式选择
1．架空式与落地式的选择
架空式运输方式主要指单轨吊车，落地式指有轨及无轨运输方式。架空式运输的最大优点是对巷道底板无特殊要求，在有底鼓现象或软底板巷道中，宜选择架空式辅助运输。落地式运输最大的优点是承载能力大，对巷道支架无特殊要求，运行安全可靠。因此，在需要重载运输的矿井中，只要底板条件允许，应先考虑采用落地式辅助运输方式。
2．牵引方式与牵引动力的选择
牵引方式分为绞车牵引和机车牵引。牵引动力主要有电动、燃动及风动三类。
架线电机车为电动机牵引的运输方式，是大巷辅助运输的常用牵引方式，其缺点是不能直接入采区。防爆蓄电池机车营运费用较高，硐室及巷道工程量大，运距及牵引力要受蓄电池容量所限。
以防焊柴油机车为动力牵引的运输方式，在国外已使用较长时间，近年来在国内也已开始推广使用。实践证明，以柴油机为动力的运输方式具有机动灵活、经济、安全等优点。其缺点是有废气污染，对矿井通风有较高要求。有噪音．柴油在井下贮、运安全性差。
我国已于1984年12月研制成功第一台防爆低污染型柴油机。对在井下推广使用以柴油机为动力的国产辅助运输设备创造了条件。因此，只要矿井通风满足要求。采用柴油机为牵引动力的辅助运输设备．在技术上与经济上均是可行的。
绞车牵引的辅助运输方式突出的优点是牵引力大、爬坡能力强．无需克服机车的自身重量．能量利用率高。缺点是不能进入分支岔道，故不能满足多点直达运输的要求。常需转载。且运距受限，绳轮多、维修工作量大，初期投资高。因此，一般只用在采区上下山，对子巷道倾角较小，有条件实现多点直达运输的矿井则更不宜选用。
风动辅助运输设备国外已有使用，主要用在井巷工作面作为调度车使用，因风管软管敷设距离有限。不宜作为长距离运行的辅助运输设备使用。
3．运行方式的选择
运行方式分为有轨和无轨运行方式两类。煤矿井下运输多以有轨运输为主，其优点是车辆沿固定线路运行．可靠性高．易于驾驶，巷道断面较采用无轨设备小，但近年来无轨运输呈上升趋势，国内神华集团大柳塔等矿井、兖矿集团济宁三号矿井就较成功地使用了无轨运输设备。无轨运输车辆的车身一般为铰接，故可在起伏不平的巷道中自由行驶，且转弯半径小，机动灵活．运料容器采用插装式，可方便快速更换．其运输品种不限，可实现一机多用。但无轨车辆一般车体较宽．行驶中的安全间隙较有轨车辆大，必要时又要考虑错车、维修、加油、存放等硐室，故井巷工程量增大．投资增高。无轨运输对巷道底板路面也有一定要求。对于煤层埋藏较浅，倾角小，采用平硐或小角度斜井开拓的近水平煤层矿井，应优先采用无轨运输。对于煤层埋藏较深的立井开拓矿井，只要煤层赋存条件适宜，巷道围岩条件具备，路面
处理简单，也可考虑采用无轨运输系统。
4．有轨机车类型选择
钢丝绳牵引卡轨车对巷道起伏适应性强，爬坡能力强，能够以较高的速度，安全可靠的运载单重较大的设备．但灵活性差且运距受限，因此，较多地用于坡度大、运距短、弯道少的巷道中搬运整体重型设备，例如采区上下山运输。
柴油机卡轨车可以比较机动灵活地进出分支巷道，但其机身自重大，牵引力小。爬坡能力差．一般选在不超过8°的斜巷中使用。
齿轨机车系统可适用巷道的起伏性较强。近些年有些生产厂家将齿轨轮、卡轨轮、胶套轮等车辆轮系合为一体，扩展了其运行的范围。因此对开采缓斜及近水平煤层，采用盘区布臵的大型矿井，条件允许时应先考虑选用。
单轨吊的最大吊运单体重量取决于单轨强度、吊挂单轨的可靠程度及巷道坡度。机车运输过程的紧急制动对悬挂点的冲击力较大，对巷道支架、顶粱或锚杆支护的可靠性要求较高。因此单轨吊的最大单件载重量不宜超过15t 。
胶套轮机车是靠机车本身自重与胶轮的粘着力牵引和制动的。在上下坡时直接受机车自重的制约，再加上普通钢轨轨面较窄，胶轮比压有限，因此这种机车只适应于在5°以下的斜巷中使用，特别适合于起伏坡度不大的近水平煤层巷道。但是，由于胶套磨损严重，尚难负担重型设备运输，目前也只有小功率的柴油机或蓄电池机车。
5．轨道系统选择
国内外有轨辅助运输轨道系统品种较多，规格不一，主要有用于架空(单轨吊) 运输的工字钢轨和用于地轨运输的槽钢轨、异型轨、普通轨及齿轨。其中工字钢轨、槽钢轨和异型轨的横截面利于车辆的卡固作用。在地轨运输中，由于目前并下多采用普通轨道，轨道道岔也已形成较完整的系列，各类运输车辆轮系也均按普通轨设计，因此若局部地点采用槽钢轨或异型轨．轨道系统不统一，需增加换装环节。近些年来国内某些厂家已成功地生产了适应于普通轨的辅助运输车辆，在轨道两侧或中间加设护轨，以增加其运行的可靠性和安全性，这对统一井下轨道型式，减少换装环节有积极的作用，但缺点是增加了钢材消耗量和投资，也增加了铺轨难度。齿轨轨道是铺设在其他轨道中间的附加轨，主要用于提高机车的牵引力和制动力，作为齿轨轮牵引和制动的受力对象，对齿轨铺设质量和固定的可靠性要求较高。
因此，在进行矿井辅助运输轨道系统设计时，应统筹分析矿井辅助运输的各个环节，以减少换装次数为原则，结合所选用的辅助运输设备类型．合理选择。
三、辅助运输系统设计
矿井辅助运输系统设计是辅助运输选择是否合理的重要一环，在确定矿井开拓方式、大巷位臵选择、巷道布臵、支护形式时就应统筹考虑辅助运输系统的合理性。应综合矿井煤层赋有条件、地质构造、矿井装备方式、煤炭运输方式等因素，合理选择辅助运输系统。
矿井辅助运输系统设计主要考虑下列因素
1、煤层赋存条件
煤层赋存条件是确定矿井辅助运输方式的客观因素，一般开采近水平煤层或缓斜煤层的矿井．宜选用新型辅助运输设备。浅埋近水平或缓斜煤层矿井的开拓设计要为采用从地面至井下一条龙不换装不转载辅助运输创造条件。倾斜煤层及急斜煤层矿井，一般宜选择传统辅助运输设备或者在局部适宜地点选用新型辅助运输设备。中厚及厚煤层矿井，宜选择新型辅助运输设备薄煤层矿井，一般不宜选择新型辅助运输设备。断层及熔岩陷落柱发育的矿井，若联络斜巷多、斜巷倾角大、岩巷工程量大．一般不宜采用新型辅助运输设备。
2．巷道坡度与转弯半径
各类辅助运输设备所能适应的巷道坡度．除了与设备类型有关外．还与设备功率及动力传动方式有关。一般说来．设备在短距离内可爬行较大坡度．但设计一般不应选取设备铭牌中的极限爬坡角度。各类设备在发热、制动等条件允许的条件下，重载持续最大爬坡能力目前尚无可靠数据可循。
不同类型的辅助运输设备所适应的巷道参数可参考表10-4-2的有关数据选取。选取巷道坡度时，小功率设备取下限，较大功率的设备取上限。在巷道施工设计阶段。还应与设备生产厂家一起．根据设备的承运量及最大件重量，毒终核定巷道参数。
3．辅助运输系统和主运输方式的关系
辅助运输方式选择应与井下大巷主运输方式统筹考虑，本着
减少辅助运输转载、换装环节、缩短辅助运输时间、减少辅助运输设备总台数等原则选取。
(1)井下大巷主运输方式采用矿车运输时辅助运输方式选择 井下煤炭采用矿车运输时．一般设有水平运输大巷．牵引机车一般为架线电机车或蓄电池机车。井底车场、大巷辅助运输宜采用与主运输同类型的机车牵引，采区内可选用新型辅助运输设备，选择原则如下：
1) 近水平煤层采区。巷道无底鼓现象时．可选择普通轨防爆柴油机或蓄电池胶套轮齿轨车或防爆柴油机卡轨车、无轨胶轮车，在采区口设材料车场，一般不设换装站，巷道有底鼓现象时。可选择柴油机或蓄电池单轨吊．在采区口设材料换装站。以防爆柴油机为动力时，还应在采区口设柴油机加油维修间，若各采区距井底较近，也可在井底设集中加油维修间。
2) 缓斜煤层采区。倾角小于12°且大巷位于煤层中或距离煤层较近时选择原则同(1)；倾角大于12°或大巷距离煤层较远，无底鼓现象时。可选用无极绳摩擦方式牵引的普通轨卡轨车，在采区口设材料车场，不设换装站。有底鼓现象时。可采用绳牵引单轨吊，在采区口设材料换装站。绞车牵引的卡轨车或单轨吊还应设绞车房。
3) 倾斜煤层采区，无底鼓现象时．可选用缠绕式绞车牵引的卡轨车可选用绳牵引单轨吊。在采区口设材料换装站及牵引绞车房。
(2)井下大巷主运输方式采用带式输送机运输时辅助运输方式选择
大巷采用带式输送机运煤时，带式输送机大巷一般沿煤层布臵．辅助运辅大巷有水平布臵的，也有沿煤层布臵的。
辅助运输大巷水平布臵时，大巷辅助运输可选用柴油机胶套轮机车、柴油机齿轨机车、无轨胶轮车或架线电机车。采区辅助运输应尽量选择与大巷同类型的辅助运输设备．或选择不需在采区车场换装或换装次数少的辅助运输设备。
辅助运输大巷沿煤层布臵时，运输系统的选择一般应遵循如下原则：
1) 大巷起伏倾角小于5°且巷道无底鼓现象时，大巷辅助运输可选用柴油机胶套轮机车或柴油机胶套轮齿轨车；底板较坚硬，巷道底板比压大于0.1-.25MPa 且巷道无淋水时。可选用无轨胶轮车。巷道有底鼓现象．可选用柴油机单轨吊。
2) 大巷起伏倾角大于5°小于12°时，当巷道无底鼓现象．大巷辅助运输可选用柴油机齿轨车或普通轨柴油机卡轨车或齿轨卡轨车，当巷道有底鼓现象，可选用柴油机单轨吊或绳牵引单轨吊。
3) 采区辅助运输一般应选择与大巷同类型的辅助运输设备及不换装或自带换装吊卸机具的设备。
4．工作面装备水平及整体搬运设备的重量
辅助运输系统设计应与矿井总体装备水平相适应．一般以综合机械化采煤为主的矿井．宜选用新型辅助运输设备；以高档普采为主的矿井．视煤层条件，可选用新型辅助运输设备，也可选用传统辅助运输设备；以普采为主的中小型矿井一般应选用传统辅助运输设备。
辅助运输系统设计还应充分考虑液压支架整体搬运的可能性．以尽量缩短综采工作面的搬家时间为原则。普采、高档普采、综台机械化采煤工作面设备总质量应统计计算得出，作为选择辅助运输方式及辅助运输设备计算的依据，估算时一般可参考表10-4-3的数据选取。
5．辅助运输设备的自身因素
辅助运输设备自身因素是指设备的牵引能力、重载爬坡能力及设备列车的自身质量。一般设备功率越大，承运及爬坡能力就越大。
6．轨道系统
进行辅助运输系统设计时，应尽量选择各类辅助运输设备通用的地轨轨道系统，地轨轨道系统主要有普通轨系统(在坡道增设护轨) 、槽钢轨系统及异型轨系统。选择时以运行可靠、不换装或尽量减少换装次数为原则。
四、改扩建矿井辅助运输系统设计
改扩建矿井辅助运输系统设计的原则与新建矿井辅助运输系统设计的原则基本相同，设计时应结合老井的特点合理选择。改扩建矿井辅助运输系统的设计主要考虑如下因素：
(1)合理选择系统的重新构成和环节的衔接。
(2)应充分合理地利用已有设施．一般不因扩建区辅助运输系统的设臵而刷大可利用的井筒、井底车场、主要运输大巷等。
(3)结合矿井现有生产区的井筒提升方式、大巷运输方式、巷道断面、巷道坡度等。合理选择扩建区的开拓系统、巷道断面、巷道坡度，使之与扩建区的辅助运输系统相适应。
(4)当生产区条件适宜。可与扩建区构成统一辅助运输系统时，应改造生产区．形成从生产区至扩建区的不换装辅助运输系统。
(5)当生产区条件不宜与扩建区构成统一辅助运输系统时，可
在扩建区建立与生产区类型不同的辅助运输系统。在系统衔接地点，设臵必要的转载、换装设施。
(6)扩建区煤层赋存条件、地质条件不宜采用单轨吊、卡轨车、齿轨车、无轨胶轮车等新型辅助运输系统时，应采用架线电机车、绞车等辅助运输方式．并考虑与生产区辅助运输系统的配套。
五、辅助运输系统设计举例
以山西晋城矿务局潘庄矿井一号井为例
1. 矿井概况
晋城矿务局潘庄矿井位子山西省晋城市沁水县，跨沁水县的端氏、嘉峰两镇。矿井设计生产能力为6.00Mt ／a, 以沁河为界将井田东西向分为潘庄一号井和潘庄二号井，生产能力各为3.00Mt ／a ，先建设一号井。
井田主要含煤地层为石炭系上统太原组及二叠系下统山西组，可采煤层有四层．即：山西组的3号煤层、太原组的5号、9号和15号煤层。3号煤为前期主要可采煤层，为中灰-低灰、低硫、高发热量之优质无烟煤。可采煤层特征见表10-4-4。
表10-4-4 可采煤层特征表
井田内主要以宽缓的褶曲构造为主，断裂构造及熔岩陷落柱不发育，煤层倾角平缓，一般为3°-7°．局部达11°-15°。矿井为高瓦斯，3号煤层瓦斯含量为4.34-25.75 ml ／g 〃f ，矿井水文地质条件较简单。
潘庄一号井移交时共装备2套国产综采设备，分层开采，工作面设计单产为1.50Mt/a，采用AM-500型电牵引采煤机采煤，采用ZZP4000／17／35型自动铺联网液压支架支护。
图10-4-2
2．井田开拓
潘庄一号井采用斜井开拓方式。主斜井倾角16°，斜长
1090.4m ，净宽4.9m ，副斜井倾角20°，斜长896.5m ，净宽4.6m 。井筒落底后．沿东西向布臵2组大巷，沿南北向布臵1组大巷，每组大巷共4条，其中2条进风2条回风。带式输送机大巷、回风大巷、进风大巷均布臵在3号煤层中。+270m水平轨道大巷布臵在3号煤层底板岩石中。矿井开拓及采区布臵见图10-4-2及图IO-4-3。
3．矿井运输系统
矿井煤炭采用带式输送机运输，由回采面顺槽SSJl200／2x 250型可伸缩带式输送机运输至大巷带式输送机上，运抵井底煤仓后，由主斜井钢绳芯强力带式输送机提至地面。掘进煤由可伸缩带式输送机运输，在井下与回采煤流系统汇合。
图10-4-3
矿井辅助运输系统为：由副斜井将设备、材料下放至井底车场，由齿轨机车牵引经+270m水平轨道大巷、辅助运输斜巷、辅助运输大巷、辅助运输顺槽运至回采工作面。掘进面所需的材料、设备也由+270m水平轨道大巷、辅助运输斜巷、辅助运输大巷及联络巷运至各掘进工作面。矿井辅助运输系统见图10-4-4。辅助运输线路参数见表10-4-5及表10-4-6。
图10-4-4
4. 潘庄一号井辅助运输系统设计步骤
(1)分析矿井煤层赋有条件。一号井煤层大部区域为近水平，埋深为260m 左右。煤层厚度为5.04-7.16m ，平均为6.11m ，断层、陷落柱不发育，井下宜选用新型辅助运输设备。
(2)确定巷道参数。结合煤层赋存条件，合理确定矿井开拓系统，同时要结合新型辅助运输设备的性能。合理确定矿井辅助运输巷道的参数，使之满足辅助运输设备运行的要求。
(3)分析工作面搬家、掘进设备材料等辅助运输量。根据既定的原则，矿井装备两套国产综采设备，工作面液压支架单体重量约15t ，工作面设备总重量计算为2352t 。掘进面除了+270m水平轨道大巷及少量斜巷为岩石巷道外，其余均为煤层巷道，掘进煤采
用带式输送机运输，煤层大巷一般采用锚喷支护，顺槽采用12号矿用工字钢梯形棚支护。辅助运输物料的类型主要是散料和长材，最重件为整体搬运的液压支架。
(4)辅助运输与主运输统筹考虑。矿井产量大，经比较主运输方式为带式输送机．不采用机车牵引矿车运煤方式．故辅助运输为一独立的系统。矿井煤层埋深约260m ，不宜采用由地面至井下的一条龙运输系统。
(5)合理选择辅助运输系统。可选择的新型辅助运输方式有无轨胶轮车、单轨吊、卡轨车、胶套轮齿轨卡轨车。
无轨胶轮车需在井下设较大的加油维修间和车库，所需巷道断面大．对路面有特殊要求．本矿井有泥岩底板及煤层底板．不适宜采用。单轨吊对单轨悬挂方式要求较高，为满足悬挂要求。沿底板掘进的煤层巷道需全部采用型钢支护．散料运输也需有特殊的集装箱，不适合本矿井的实际条件。
卡轨车国内多为绳牵引式，柴油机牵引卡轨车国内尚无使用实例，其爬坡能力不如齿轨车。绳牵引卡轨车无法进入分支岔道，巷道拐弯处消耗大量绳轮，在顺槽中使用时，需不断回缩尾轮，使用不便，本矿井不予采用。
齿轨车机动灵活，具有一定的爬坡能力，胶套轮齿轨卡轨车适应性强，可在水平轨道大巷、斜巷及煤层巷道中连续运行。在辅助运输斜巷铺设齿轨运行，在工作面顺槽利用胶套轮粘着牵引，可满足搬家及材料运输的要求。本矿井拟选用柴油机胶套轮齿轨卡轨车。
(6)合理选择轨道系统。轨道系统选择应考虑各种车辆运行的通行性，潘庄一号井选用普通轨轨道系统。