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1、2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作第四章 矿井辅助运输设备2 课时第一节 概 述 一、辅助运输的任务、特点及其设备的类型辅助运输设备是在矿井内运送材料、设备和人员的设备。在煤矿井下主要运输平巷用机车运煤时，材料、设备和人员也用机车运输，主要运输平巷用带式输送机运煤时，需另设专用的辅助运输设备。在采区巷道内，因为运煤已经采用输送机，所以需另设专用的辅助运输设备。使用综采机组的工作面，辅助运输是一个重要环节，因为综采机组调换工作面时，整件重量大，运量大，要求占用时间短，采用合适的运输设备，可缩短机组调换工作面占用的时间，对提高煤炭产量及机组的利用率有重要意义。 辅助运输的特点是
2、：运输线路随工作地点的延伸(缩短)或迁移而经常变化；运输线路水平和倾斜互相交错连接；工作地点分散，使得运输线路环节多、分支多；待运物料品种繁多，形状各异；井下巷道空间受限制，有沼气和煤尘，需用防爆设备。 辅助运输的上述特点，决定了辅助运输设备的类型具有多样性，除了过去常用的矿用绞车(缠绕式和无极绳)、调度绞车、电机车和一般的矿车、平板车、材料车外，目前又出现了许多先进的辅助运输设备，如单轨吊车、卡轨车、粘着齿轨机车、胶套轮机车、无轨运输车(轮胎式或履带式)等。二、国外辅助运输发展简介 (一) 辅助运输设备及其发展(二)国外一些主要产煤国家如美国、德国、俄罗斯、英国、法国、捷克等国很早就实现了采
3、煤机械化，为了解决与之配套的辅助运输机械化问题，在20世纪50年代末60年代初研制出先进的辅助运输设备并开始在井下使用，到了20世纪70年代中期，已发展了多种类型的先进辅助运输设备，并已逐步充实和完善。这就较好地解决了煤矿辅助运输不配套的难题，对煤炭产量的提高起到了积极的作用。在这些国家中，解决辅助运输的关键是大力推广行之有效的先进辅助运输设备。其中以单轨吊车和卡轨车的使用最为普遍。 (三) 国外辅助运输发展的主要方向(四)尽管国外已经基本解决煤矿辅助运输机械化的问题，但是运输环节(包括煤炭运输及辅助运输)仍然是构成采煤工耗的最主要因素。为了进一步提高工效、降低成本，还需对整个运输系统进行改革
4、，从技术、安全、经济各方面谋求最合理的解决方案。国外主要产煤国对辅助运输存在的主要问题及其发展途径的看法是一致的，即降低辅助运输的劳动强度和提高辅助运输设备的效率。主要研究和发展方向有以下几个：(1)井下材料、设备和人员的运输设备的研制，特别注意采区辅助运输设备的研制；(2)对于供料地点到井下用户运输线路中转载点最少的运输系统和设备的研制；(3)对辅助材料不经转载直接运到用户的合理组织和最佳运输路线方案的研究；(4)完善运输辅助材料的有轨运输设备，增加专用的辅助运输设备；(5)为扩大自行矿车(胶轮运输车)的使用范围，必须改进它的结构，减小外形尺寸，提高通过能力和研制不污染矿井大气的动力源；(6
5、)进一步完善单轨吊车和卡轨车，使其具有更大的适用性。三、我国辅助运输的现状及发展方向 (一)我国辅助运输的现状和存在的问题 20世纪70年代中期以后，我国的采煤技术和开采机械化程度都有了明显的提高，出现了一大批现代化矿井。但是辅助运输系统与环节配套设备却变化不大，还没有完全从体力(人工)向机械化转变，辅助运输设备的配套使用依然处在20世纪60年代的水平：即大巷运输用电机车牵引，采区斜巷用矿用绞车或调度绞车，平巷用人力推车或小绞车。形式单一，环节不配套，系统的输送能力低，设备、设施的性能差，严重影响了矿井产量和效率的提高。目前，大部分先进的辅助运输设备在我国还处于研制和试生产阶段。经过广大科研工
6、作者的努力，国内已研制出一些具有先进水平的辅助运输设备，如单轨吊车、卡轨车、无轨车等，但定型产品还很少，技术性能还有待完善。从使用方面看，只有少数矿引进了国外或使用了国产的先进辅助运输设备，与国外先进采煤国家相比，差距还很大。由此可见，国内现有的煤矿井下运输系统及其装备的技术水平还是比较落后的，是矿井各生产环节中最薄弱的一环。为了改变这种落后状况，就必须提高辅助运输系统的机械化水平，采用新一代、高效率的辅助运输设备。这样，才能满足建设现代化矿井的需要，也才能进一步提高矿井采掘机械化水平。发展综采、综掘，提高单产、单进。(二)我国辅助运输的发展方向 （1）发展辅助运输系统的途径 我国辅助运输的发
7、展方向无疑是要实现辅助运输机械化。要达到这个目标，可借鉴国外的经验，结合我国的自然条件和技术条件，积极改善辅助运输系统的现状，具体做法可以从以下几个方面考虑： (1)加强与国外的技术合作、交流和引进技术，加快对先进的辅助运输设备的研制工作，有计划地解决辅助运输涉及到全矿井基础技术设施、运输系统、设备等方面的问题。 (2)做到辅助运输形式多样化。我国矿井多、分布广、条件千差万别，因此，不能采用单一的辅助运输形式和同一类型的辅助运输设备。辅助运输设备要多样化、系统化和标准化。(3)在新井设计中，应根据具体情况，选用先进的辅助运输设备，同时，要使巷道开拓布置系统适用辅助运输机械设备的使用，使采掘机械
8、化与辅助运输机械化相互协调。 (4)对煤矿现有辅助运输系统的改造，应从局部开始，逐步扩大到整个矿井。首先应在现有综采工作面的平巷、采区(综采)的上、下山进行改造，更新设备。因为目前采区的辅助运输，矛盾比较突出。这样做投资少，见效快。在老井新水平延伸或合并改造时，也可考虑采用先进的辅助运输方式。 (5)改革矿井开拓、巷道布置和采煤方法。(6)进一步解决整个系统各环节所需的设备和配套设备(包括上、下山绞车以及各转载站的配套设备)。 （2）井下辅助运输的选型要求 正确选择辅助材料和人员的运输方法是： (1)需保证有充分的安全性能和有较高的技术经济指； (2)采煤和主要运输生产环节运转连续和可靠，与辅
9、助运输相互协调； (3)装卸工作机械化，系统安装简单，当运输距离有变化时，可以延伸和拆卸，当巷道支架下沉和底鼓时，不影响系统运转； (4)材料可以在地面储存地点集中成综合单位(打捆或集装箱)进行转载；(5)材料和设备应按计划和工作面装备计划进行运输，并且考虑将必须检修的设备和材料运到地面；(6)材料和设备从地面到井下工作地点尽可能进行无转载运输。辅助运输运送人员时，应当解决的主要问题是：缩短至终点的运送时问；运行时，人员的疲劳度最小，安全和舒适度最高。第二节 单轨吊车 一、概述 单轨吊车的轨道是一种特殊的工字钢，工字钢轨道悬吊在巷遭支架上或砌镟粱、锚杆及预埋链上。单轨吊车运输是将材料、设备等通
10、过承载车或起吊粱悬吊在巷道顶部的单轨上，由单轨吊车的牵引机构牵引进行运输的系统。 单轨吊车是煤矿井下，尤其是在采区上、下山和工作面平巷内用来运送材料、设备和人员的先进辅助设备之一。单轨吊车运输运距一般为10002000 m，最大可达3000 m，运行速度为：运人为l.52ms；运料和设备为22.5ms，有时高达4.5 ms。 (一)单轨吊车的分类及其组成 单轨吊车接牵引方式的不同，可分为钢丝绳牵引和机车牵引两大类，而机车牵引方式又可分为防爆净化柴油机车和蓄电池机车牵引两种。钢丝绳牵引单轨吊车主要由驱动装置、牵引车、储绳筒、承载车、起吊梁、安全制动车、张紧装置、回绳站、悬吊装置、连接装置、轨道等
11、部分组成，如图5一l所示。图51钢丝绳牵引单轨吊车1道轨；2有绳轮座的轨道；3与弯轨联接的直轨；4一弯轨；5牵引绳导向架；6紧急制动车；7联接杆；8，9承载吊车；10吊车粱；11乘人吊车12道岔；13缓冲器；14尾部绳轮；15尾轮拉紧装置；16头部张紧装置；17摩擦轮绞车;18通用可翻卸式集装箱；19牵引钢丝蝇；20-钢丝绳回绳轮柴油机车牵引单轨吊车主要由柴油机车、承载车、起吊梁、安全制动车、悬吊装置、连接装置、轨道、道岔等部分组成。一般情况下，材料、设备和人员运输的列车均由三组承载起吊的承载车组成，而运输重型设备时，则只有一组由组合粱起吊的承载车。(二)单轨吊车的工作原理及其适用条件绳牵引单
12、轨吊车的工作原理与机车牵引不同，前者为摩擦传动，后者为粘着驱动。绳牵引就是用无极绳绞车牵引，通过牵引钢丝绳与驱动轮之间的摩擦力来带动钢丝绳运行，从而牵引单轨吊车沿单轨轨道往复运动，图52所示为绳牵引单轨吊车工作原理图。图5-2绳牵引单轨吊车工作原理圈1摩擦转；2钢丝绳；3牵引车；4制动车；5集装箱；6回绳轮；7一张紧装置 机车牵引的单轨吊车由机车产生牵引力带动列车组沿单轨运行，其牵引力即粘着力是由一定数量的配有耐磨胶圈的成对的驱动轮通过液压或机械方式压紧在单轨的腹板上而产生的，它与机车本身自重无关。为了防止驱动轮打滑。牵引力F应根据下式计算： FFBmax,由 FB标可查出钢丝绳直径d。 (三
13、)单轨吊车运输能力的计算 要计算一台单轨吊车的运输能力，首先要按计划确定单轨吊车所服务的各生产作业点日需要材料、设备的运输单元总和，设为A；单轨吊车一次运送的运输单元数，设为B。已知运输距离为L，运行速度为v，现计算如下: （1）绳牵引单轨吊车运输能力的计算绳牵引单轨吊车不能在有分支的线路运输，所以它的运输距离L是定值。单轨吊车运行一个循环所需的时间t1： （5-8）式中：L为运输距离，m；v为运行速度，m/s；0.75为考虑加、减速和转弯出速度降低系数；为装卸载及休止时间，取=1015min。单轨吊车日工作循环数z1： （次）（取整数） （5-9）式中：Z1为单轨吊车每天工作循环数，次；tR
14、为单轨吊车每天工作时间，一天按两班运输，每班工作57小时，采区运输取下限，大巷及地面运输取上限；要完成计划任务，单轨吊车应运行的循环数Z2 ： （510）式中：A为各生产作业点日需运输单元总和；B为单轨吊车每次运送的运输单元；1.2为备用能力系数。 如果Z1Z2，说明单轨吊车的运输能力满足要求。反之，则不能满足要求，要另选其他类型的运输设备(如卡轨车或大功率的柴油机车牵引的单轨吊车)。巷道倾角大于18时选用卡轨车，倾角小于18时，两者均可，视具体条件而定。（2）柴油机车牵引的单轨吊车运输能力的计算 柴油机车牵引的单轨吊车可以在有分支的线路上运输，各生产作业点的运输距离不同,可采用加权平均距离计
15、算。 设有n个生产作业点，每个生产作业点日需要运输单元分别为A1，A2,A3An。；各生产作业点的运输距离分别为L1,L2，Ln。 则加权平均距离Lj： （m） （5-11）一台单轨吊车运行一个循环所需的时间t1: (min) （5-12）一台单轨吊车日工作循环数z1: （次）（取整数） （5-13）要完成计划任务，单轨吊车应运行的循环数Z2： （5-14）式中各符号意义同前。如果Z1Z2，用一台柴油机车即可满足要求；如果z1Z2，需计算共需柴油机车的台数。各生产作业点(全采区或全矿井)共需柴油机车台数N的计算： （台）（取整数） （5-15）考虑到检修和备用的需要，取检修和备用台数为运行台数
16、的20。所以N总=1.2N（台）第三节 卡轨车 一、概述(一)卡轨车系统的基本组成及工作原理卡轨车系统主要由轨道装置、卡轨车车辆及牵引控制设备三部分组成。图510所示是 钢丝绳牵引的卡轨车系统。卡轨车的牵引方式有液压绞车的钢丝绳牵引，也有内燃机、蓄电池和电机车的机车牵引。卡轨车的轨道，多用槽钢制成，槽钢轨与轨枕固定在一起形成梯子道，长3 m或6 m。用快速装置联接安装在底板上，不铺道渣就成卡轨车的运行轨道。在轨道上运行的车辆，一般由转向架轮组和平板车体构成。转向架轮组是车辆的承重行走机构，它除了有两对垂直承重行走轮外，还装有两对水平导向滑轮。行走轮在槽钢轨道的上端面行走，水平滑轮在槽口内滚动，
17、由此把车轮固定在轨道上，使行走轮不掉道，这种滑轮也称为卡轨轮。 卡轨车的这种轨道结构和车辆行车结构使得卡轨车对煤矿井下的工作条件具有很强的适应性。卡轨车的突出特点是载重量大；爬坡能力强；允许在小半径的弯道上行驶，可有效防止车辆掉道和翻车；轨道的特殊结构允许在列车中使用闸轨式安全制动车，可防止列车超速和跑车事故。卡轨车是目前矿井运输中较理想的辅助运输设备，它能安全、可靠、高效地完成材料、设备、人员的运输任务，是现代化矿井运输的发展方向。 (二)卡轨车的主要类型、特点及使用条件 卡轨车首创于德国，目前美国、俄罗斯、英国、法国都在研制和使用。纵观国外卡轨车的发展，20世纪60年代初随着综合机械化采煤
18、的发展，传统的运输方式愈来愈不能满足现代化的开采需要，首先发展了钢丝绳牵引的卡轨车，70年代初又发展了柴油机牵引的卡轨车，最近十年以蓄电池为动力的蓄电池卡轨车也得到了发展。随着我国煤炭工业的发展，对煤矿辅助运输机械化也越来越重视，在学习并总结国外先进经验的基础上，国内科研人员已研制出适合我国国情的KCY一6900和F1型两种系列的钢丝绳牵引卡轨车。（1）钢丝绳牵引的卡轨车 从国外卡轨车生产和使用来看，钢丝绳牵引的卡轨车技术比较成熟，应用广泛。钢丝绳牵引的卡轨车及单轨吊的运输距离一般均在1 5 km之内，如果巷道平直、转弯少、坡度小，运距可增至3 km以上。钢丝绳运输系统几乎可在任何坡度上运行。
19、对坡度的各种限制常取决于所用车辆的型号及其制动系统。卡轨车运输适用于25以下的坡度一般限制在18，最大倾角可达45。这是钢丝绳牵引优于各种机车牵引之处.坡度增大后为保持较大钢丝绳牵引力，可采用双绳或三绳牵引方式，运行速度一般不超过2 ms，其目的是保证重载运输时，重心平稳，防止转弯时翻倒。 卡轨车的牵引钢丝绳直径在1630 mm之间，不允许使用活接头，可用插接接头. 钢丝绳牵引卡轨车的控制方式一般均由绞车司机远方操作，在牵引车上设跟车人员，由他向绞车司机发出停、开信号，以确保安全。另外，跟车人员也可使用用遥控装置直接制动绞车的控制方式。 钢丝绳牵引的优点是：结构简单工作可靠，价格便宜，维修方便
20、，牵引力大，并可用多绳牵引，爬坡角度大。缺点是：绞车司机不能直接监视路面情况和运行情况，只能单线运输，分叉处需另设新线路而且需设转载站；运输距离有局限性；长距离运输需多台串联，交接处设转载站；改变运距不方便，需移动锚固站。 适用条件：固定的运输线路，不分叉，转弯不多，运距不变，大运量，坡度较大的巷道。（2）柴油机牵引卡轨车 钢丝绳牵引卡轨车的应用，促进了柴油机牵引卡轨车的研制和应用。与钢丝绳牵引的卡轨车相比，柴油机牵引卡轨车的主要优点是：司机跟车操作，能直接监视路面情况和运行情况;路轨分叉、延伸均很方便。由于属自行式运输设备，所以比钢丝绳牵引具有更大的灵活性，在长距离运输中不需转载，特别适用于
21、分叉多、转弯多、运距不断延伸的区段。柴油机车的不足之处在于：牵引力有限；爬坡能力差；散热多对深部开采不利；噪音和空气污染虽在允许范围内，但毕竟增加了污染源，维修工作量较大，井下需设置专门的机车维修站;此外，价格比钢丝绳牵引的液压绞车贵得多。随着国外在柴油机车方面的研制、应用及发展，国内也正在加紧研制，常州科研试制中心正在研制66 kW防爆低污染柴油机牵引的齿轨牯着卡轨车，具有体积小、结构紧凑、自重轻、转弯灵活等优点，并能在普通轨上行驶，不用转载，既可用在大巷、集中运输巷又能进入采区。二、卡轨车主要工作部件的结构形式(一)卡轨车的布置形式卡轨车系统可根据实际工作条件的不同，选用机车牵引和钢丝绳牵
22、引。由机车牵引的卡轨车系统，在系统组成上与普通轨道机车运输系统基本相似，主要由牵引机车、运输车辆及轨道装置等组成。在列车的两端均设有司机操作室，以便反向运行时的操作控制由机车牵引的卡轨车，一般用于水平巷道，采用齿轨粘着机车牵引则可用于一定倾角的斜巷，机车牵引能适用分支多、运距长的巷道，具有运输灵活、综合能力高的特点。可采用柴油机车、蓄电池机车等作牵引机车。 钢丝绳牵引的卡轨车多用于倾斜或急倾斜巷道中，其系统布置如图510所示。钢丝绳牵引卡轨车系统的主要构成部分有：(1）钢丝绳牵引系统(包括液压牵引绞车、泵站及附属设备、牵引钢丝绳、绳牵引的各种导向装置、回绳装置、回绳锚固装置、拉紧装置等)；(2
23、)列车组由牵引车、运输车辆、制动车、连接杆件等组成；(3)轨道装置包括：直轨，垂直、水平弯轨及道岔、阻车器等。钢丝绳牵引的卡轨车为无极绳牵引方式。牵引绳的两极绳头固定在牵引车上，车辆与制动车挂接在牵引车后，列车在轨道上作往复运行。在牵引车设有储绳滚筒，根据运距长短，将多余的牵引绳储存在储绳筒内，以便在运距变化时，通过收放钢丝绳调节牵绳长度，而不用截绳或重新接绳。在制动车上设有限速制动装置，可手动和自动控制。在倾斜运输中制动车应挂在列车的下方，以便在列车出现断绳、脱钩或超速时紧急制动，防止列车跑车。当列车进出斜坡道时，运输车辆与牵引车、制动车要重新组列或解行。 (二)钢丝绳牵引卡轨车主要部件的结
24、构形式（1）卡轨车车辆 卡轨车车辆按其功能分为：基本运输车、牵引车、制动车及专用乘人车等。卡轨车系统的运输车辆是根据运输任务临时组合的，在整个列车组中牵引车和制动车是必不可少的。 基本运输车 基本运输车也称载重车，它是按不同运送物品的形状制成不同结构，其基本结构是由两个带转向架的车轮组和车架底板组成的。基本运输车载重为0.510 t，根据载重量不同，车轮组中轮对数也不同。超过l0t的为重载车，图5一11所示为沙尔夫公司的一种产品，最大载重量为25t。台上备有活动装货桥板，以便重物装卸。采用钢丝绳牵引的重载车辆，在车架上装有钢丝绳固定装置。重载车主要是为运送综采设备(如重型支架)等重量较大设备和
25、重物t其车轮组为专门设计的重型结构形式。 图5-ll重载运输车(带钢丝绳固定装置)牵引车 钢丝绳牵引的牵引车品种较多，它是钢丝绳牵引卡轨车组中惟一与牵引绳连挂的车辆，它的主要结构特征是在车底架上装有固定绳的楔形绳卡。按其功能不同有专门牵引车和兼用牵引车之分。在专用牵引车上，除设有牵引绳固定绳卡外。有的还装有储绳滚筒、驾驶室、紧急制动装置及随车乘人座椅等。根据需要可以任意组合，如图5一12所示。图5-12专用牵引车l人车； 2贺驶室制动车水平运输和斜坡道上的运输均需要制动车。水平运输时制动装置(设置在牵引车上，由司机控制)使列车保证在允许的制动距离内停车及在事故情况下紧急停车。倾斜运输时制动车挂
26、接在列车的下方(即上行时挂接在列车运行方向的后方，下行时在前方)。当列车断绳、脱钩或超速时制动，使列车减速停止，防止列车跑车。制动车紧急制动系统的动作可手动实现，亦可自动实现。 制动力的解除一般用手动。制动车一般设计成箱形结构，使其能承受巨大制动力。 （2）轨道装置轨道 卡轨车系统的轨道与普通矿车窄轨运输轨道不同，除要承载列车，起导向作用外，还要能保证列车实现闸轨制动。卡轨车用的轨道多用槽钢制成，也有用普通钢轨或异型钢轨制成的。道岔 根据使用地点的要求，可以选择各种不同形式的道岔。转盘道岔；可作为同一平面内的二股道问的道岔，用于无绳索或绳索在轨道旁侧的情况。平移道岔：它是在平巷与倾斜线路相联接
27、时，位于线路体汇交处的道岔。该型道岔可以大量减小工程量。弯道：线路中的弯道分水平曲线和竖曲线两种，弯道由标准段组合而成。牵引设备 钢丝绳牵引卡轨车是用摩擦轮液压绞车作牵引设备，主要由绞车、泵站、控制、电气四部分组成。驱动液压绞车的液压马达装在绞车机架的一侧，根据需要可安装一台或多台液压马达。 液压绞车的制动轮与摩擦轮联在一起，它的制动装置由角移式双瓦制动闸和液压制动缸组成。制动力矩的储备系数一般不小于2。制动时有液压的工作制动和弹簧加压的紧急制动两种，为防止紧急制动时减速度过大造成事故，紧急制动过程设计成二级动。 推动径向柱塞式液压马达的高压液体由泵站供给，泵站是绞车的动力源。它与绞车分开布置
28、，由防爆电机、变量油泵、油箱、冷却器、滤油器及各种液压控制阀和管路组成。在油路中还设有温度和压力控制器，以确保整个设备的安全运行。 绞车的控制系统全部安装在操作台上，有手控、电控、遥控三种操作方式，可实现无级调速、换向、工作制动及紧急制动停车的控制。在三种操作方式之问设有可靠的互锁装置，避免可能出现的误操作。（4）绳索导向装置 为使受张紧力的钢丝绳能适用线路的弯曲变化，减少磨损和平衡改向，在线路上需设置各种托绳辊和导向辊如图510所示。返回绳通常布置在轨道一侧，其导向托绳轮可悬挂在巷道支架上或用锚杆固定在巷道壁上，也可安装在轨道一侧底板上。 牵引绳的托绳辊一般每隔45m左右安装一个，以减轻牵引
29、绳的磨损。在双绳牵引时，两绳托辊应一前一后地安装。（5）张紧装置 张紧装置的作用是张紧钢丝绳，使绞车摩擦轮处的松边具有一定张力，确保绞车摩擦轮能产生足够的摩擦牵引力。张紧装置安装在绞车附近，有液压张紧和重锤张紧两种形式。 （6）回绳锚固站 锚固站用来固定回绳轮，并给予钢丝绳系统以初张紧力支持整个系统的反力。按不同使用场合有自移式和固定式两种。（7）换装设备当卡轨车系统与其他运输方式衔接时，应设换装设备。换装设备随布置不同而异。三、钢丝绳牵引卡轨车基本计算 钢丝绳牵引卡轨车运输是采用摩擦绞车牵引的往返式运输，其基本计算内容包括：列车组成、阻力、张力、绞车牵引力及功率、钢丝绳的拉紧力。 (一)基本参数（1）运行速度 卡轨车牵引绞车一般采用液压摩擦绞车，运行中可进行无级调速，实际运行速度的大小可根据实际运量和运距来调整。考虑到在重型设备运输时的安全稳定性目前在设计时卡轨车的最大运行速度一般均不超过2 ms。按德国安全规程规定，超过z ms运行速度时须经有关部门批准。我国设计制造的Fl型卡轨车的运行速度为01.5ms，KCY一6900的运行速度为01 ms和02 ms。（2）运输单元的平均有效载荷在物料及设备的辅助运输中，运送物料的品种繁多。采用集装化运输是实现从地面供货点刊井下使用点运输过程各工作环节的辅助运输机械化的基础。它可大大提高运输效率、安全性和降低劳动强度，在确定井下运输量