礦井排矸系統(tǒng)改造方案研究與實(shí)施

王志磊

（河南能源化工集團(tuán)鶴煤公司第三煤礦，河南 鶴壁 458000）

1 概況

三礦位于鶴壁煤田中部，礦井北起F11、F3斷層，西部以二1煤層露頭為界，南到F16、F20斷層與五礦為界，深部至二1煤-800m底板等高線，南北走向5.5km，東西傾斜寬約3.1km，面積14.8997km2。礦井開拓方式為立井、暗斜井多水平開拓，分四個(gè)水平：一水平（-68m）、二水平（-291m）、三水平（-550m）、四水平（-800m）。一、二、三水平已回采結(jié)束，生產(chǎn)水平為四水平。礦井運(yùn)輸系統(tǒng)分主提升系統(tǒng)和輔助提升系統(tǒng)。主提升系統(tǒng)包括井下一、二、三水平主皮帶線和主井提升。輔助運(yùn)輸系統(tǒng)包括一、二、三、四水平采區(qū)軌道、主軌道以及副井、新副井提升系統(tǒng)。

1.1 主提升系統(tǒng)

（1）主井基本情況

主井為立井提升，2JK-4/20型單繩纏繞式提升機(jī)，YR630-10（1000kW）型電動(dòng)機(jī)，中礦傳動(dòng)自動(dòng)化ASCS-6型全數(shù)字雙饋轉(zhuǎn)子變頻交流調(diào)速電控系統(tǒng)，JG-8型箕斗，一次提升量8t，提升高度306.4m，最大提升速度6.19m/s，提升鋼絲繩為41NAT6V×37S+NF1670ZZ，日提升5000t。

（2）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

表1 2JK-4/20型單繩纏繞式提升機(jī)參數(shù)表

（3）核定提升能力

1.2 主皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)

（1）基本情況

二水平主皮帶鋪設(shè)長度1375m，最大坡度12°，膠帶為ST-3150鋼絲繩芯高強(qiáng)皮帶，帶寬1m，帶速2.4m/s，拖動(dòng)電機(jī)為YB450M2-6，N=400kW，2臺(tái)，設(shè)計(jì)運(yùn)輸能力330t/h。

三水平主皮帶鋪設(shè)長度1400m，最大坡度17°，膠帶為ST-3500，帶寬1m，帶速2.32m/s，電機(jī)為YB450M2-6，N=400kW，2臺(tái)，設(shè)計(jì)運(yùn)輸能力330t/h。

（2）主要技術(shù)數(shù)據(jù)

表2 二三水平主皮帶提升能力計(jì)算參數(shù)表

（3）提升能力核定

按設(shè)計(jì)運(yùn)輸能力核定：

1.3 副井

副井為立井提升，2JK-3/20型單繩纏繞式提升機(jī)，JRQ158-8（380kW）型電動(dòng)機(jī)，中礦傳動(dòng)自動(dòng)化ASCS-6型全數(shù)字雙饋轉(zhuǎn)子變頻交流調(diào)速電控系統(tǒng)，2t單層單車普通罐籠，提升高度256m，提升鋼絲繩為36.5NAT6V×37+NF1670ZZ，提升速度4.3m/s，雙碼提升，一次提升2t礦車1輛。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測，中央副井一次提升循環(huán)時(shí)間為300s，圓班提升時(shí)間為12h，提矸量為144車。

1.4 新副井

新副井為JKMD-4×4（Ⅲ）E型多繩摩擦式提升機(jī)，ZKTD250/50型低速直流直聯(lián)電動(dòng)機(jī)，功率1250kW，焦作華飛ZTDK-TS型直流調(diào)速控制系統(tǒng)，提升容器為一個(gè)3t雙層雙車加長寬罐籠+一個(gè)3t雙層雙車窄罐籠，提升高度1018.5m，提升鋼絲繩為41ZBB-36WS+FC1770ZS/SZ型進(jìn)口鋼絲繩4根，最大提升速度8.5m/s，雙層雙碼提升，一次提升2t礦車2輛。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測，中央副井一次提升循環(huán)時(shí)間為720s，圓班提升時(shí)間為14h，提矸量為140車。副井、新副井圓班提矸量合計(jì)284車。

2 排矸系統(tǒng)改造方案

2.1 排矸系統(tǒng)存在的問題

根據(jù)礦井采掘接替需要，2019年巖巷掘進(jìn)工程量4946m，平均月進(jìn)尺420m，平均斷面16m2，月排矸8736車，日出矸312車（按28d生產(chǎn)天數(shù)計(jì)算）。通過對礦井輔助提升能力進(jìn)行計(jì)算，日最大提升車輛284車，巖巷日排矸312車，同時(shí)考慮下料、回收設(shè)備、巷修排矸，以及工作面安裝、回撤，需從新副井下綜放支架和工作面安裝所需機(jī)電設(shè)備，不能正常提車，影響巖巷掘進(jìn)排矸，礦井輔助提升系統(tǒng)不能滿足巖巷掘進(jìn)排矸需要，因此需對礦井排矸系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2.2 井下排矸系統(tǒng)改造

由于副井、新副井難以滿足巖巷掘進(jìn)排矸需要，礦井主提升系統(tǒng)日提升能力5000t，日原煤產(chǎn)量3600t以下，可利用主提升系統(tǒng)分流部分矸石，利用八點(diǎn)班集中排矸。結(jié)合礦井實(shí)際，根據(jù)矸石排至三水平主皮帶方式不同，制定出四個(gè)方案，具體方案如下：

（1）方案一：設(shè)置斜式矸石倉

將三水平主皮帶尾通道作為矸石倉，上口安裝翻車機(jī)，下口安裝給煤機(jī)，在皮帶尾和給煤機(jī)之間鋪一部皮帶，將矸石排至三水平主皮帶。矸石倉可儲(chǔ)存矸石270車。如表3所示。

表3 方案一工程量及優(yōu)缺點(diǎn)

（2）方案二：布置立式矸石倉

距三水平卸載倉50m處，在三水平主皮帶上方布置一個(gè)矸石倉，矸石倉上口通過聯(lián)絡(luò)巷與三水平大巷連通，下口與三水平主皮帶連通。矸石倉可儲(chǔ)存矸石340車。如表4所示。

表4 方案二工程量及優(yōu)缺點(diǎn)

（3）方案三：布置臥倉

在42采區(qū)軌道上山上平臺(tái)與三水平北大巷交叉口向南布置1個(gè)臥倉，臥倉上口與三水平北大巷相連，下口與三水平主皮帶相連，矸石翻到臥倉再用耙裝機(jī)將矸石送至三水平主皮帶。臥倉可儲(chǔ)存矸石120車。如表5所示。

表5 方案三工程量及優(yōu)缺點(diǎn)

（4）方案四：立式矸石倉

在三水平卸載倉繞道與三水平主皮帶機(jī)尾通道交叉處布置一個(gè)立式矸石倉，矸石倉上口通過聯(lián)絡(luò)巷與三水平卸載倉繞道連通，下口與三水平主皮帶機(jī)尾通道連通。在矸石倉下口補(bǔ)掘一條35m聯(lián)絡(luò)巷，矸石通過聯(lián)絡(luò)巷皮帶直接上三水平主皮帶。臥倉可儲(chǔ)存矸石340車，矸石倉可儲(chǔ)存矸石350車。如表6所示。

同時(shí)地面排矸系統(tǒng)改造與井下改造系統(tǒng)對接，煤樓矸石經(jīng)架空皮帶直接上矸石山，提高地面排矸系統(tǒng)速度。

表6 方案四工程量及優(yōu)缺點(diǎn)

2.3 方案選擇

通過對以上四個(gè)方案的工程量、施工難度、矸石運(yùn)輸方式及后期對礦井安全生產(chǎn)的影響因素綜合考慮，確定方案四立式矸石倉為最終實(shí)施方案。

3 方案實(shí)施過程

首先對三水平主皮帶尾通道和矸石倉上口進(jìn)行擴(kuò)修，擴(kuò)修結(jié)束后利用反井鉆機(jī)掘立式矸石倉，同時(shí)在三水平主皮帶尾通道與三水平主皮帶尾之間補(bǔ)掘一條聯(lián)絡(luò)巷，工程量35m。最后在矸石倉上口安裝破碎機(jī)和翻車機(jī)、下口安裝給煤機(jī)，并在聯(lián)絡(luò)巷鋪設(shè)皮帶35m。

同時(shí)地面由矸石山洞口至矸石山上鋪設(shè)全封閉桁架皮帶并在矸石山上建一座儲(chǔ)矸倉。2019年5月底，以上工程全部結(jié)束，礦井排矸系統(tǒng)改造完成，具備試運(yùn)轉(zhuǎn)條件。

4 實(shí)施效果

（1）巖巷進(jìn)尺增加，確保礦井采掘接替正常

排矸系統(tǒng)改造前，受礦井提升能力不足影響，巖巷日進(jìn)尺最高12m。礦井排矸系統(tǒng)改造后，巖巷進(jìn)尺不受排矸能力限制，目前日進(jìn)尺最高達(dá)到18m，且有進(jìn)一步提升空間。巖巷進(jìn)尺增加后，為工作面瓦斯治理爭取了時(shí)間和空間，保證煤巷和采煤工作面正常掘進(jìn)和回采，礦井采掘接替正常。

（2）輔助運(yùn)輸系統(tǒng)壓力大得到緩解

排矸系統(tǒng)改造前，為保證礦井巖巷進(jìn)尺排矸需要，軌道運(yùn)輸人員現(xiàn)場交接班提升，輔助運(yùn)輸系統(tǒng)壓力大，預(yù)留檢修時(shí)間相對較短。排矸系統(tǒng)改造后，輔助運(yùn)輸能力不足問題得到解決，可預(yù)留較長時(shí)間用于設(shè)備日常檢修和維護(hù)，機(jī)電設(shè)備安全運(yùn)行得到保障。

（3）人員勞動(dòng)強(qiáng)度降低

由于礦井運(yùn)輸路線長，遠(yuǎn)距離人員現(xiàn)場交接班，至少延長1個(gè)小時(shí)井下工作時(shí)間，勞動(dòng)強(qiáng)度大。排矸系統(tǒng)改造后，輔助運(yùn)輸人員不用現(xiàn)場交接班提升，工作時(shí)間相對較短，勞動(dòng)強(qiáng)度降低。

5 結(jié)論

通過對礦井主提升和輔助提升系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)研，結(jié)合礦井生產(chǎn)實(shí)際，利用主提升系統(tǒng)分流部分巖巷掘進(jìn)矸石，解決了礦井輔助提升能力不足問題。