礦井采區(qū)水平矸石倉的設計及應用

張振虎 劉建功

（河南能源化工集團 永煤公司陳四樓煤礦，河南 永城 476600）

采區(qū)水平矸石倉主要擔負采區(qū)內小型巖巷工程施工期間所產生的矸石中轉運輸工作，可以有效緩解采區(qū)集中軌道下山提升運輸緊張問題，能夠實現(xiàn)矸石與煤炭分時段集中運輸?，F(xiàn)就陳四樓煤礦采區(qū)水平矸石倉的布置、設計及應用進行歸納、論述，以便類似礦井借鑒使用。

1 礦井及采區(qū)基本情況

陳四樓煤礦是河南能源化工集團永煤公司開發(fā)建設的第一對礦井，1990年開工建設，1997年建成投產，2015年礦井由瓦斯礦井升級為煤與瓦斯突出礦井。升級前礦井采區(qū)布置有集中軌道下山、皮帶下山、行人下山。其中集中軌道下山擔負采區(qū)主要進風及輔助提升任務，集中行人下山擔負采區(qū)輔助進風及運人任務，集中皮帶下山擔負采區(qū)回風及主運輸任務。采區(qū)原有的生產系統(tǒng)不符合突出礦井要求，故礦井升級為煤與瓦斯突出礦井后對采區(qū)原生產系統(tǒng)進行改造，將采區(qū)集中行人下山內的架空乘人裝置調整至采區(qū)集中軌道下山內（軌道運輸與行人運輸合一布置），調整采區(qū)通風系統(tǒng)，將采區(qū)集中行人下山調整為采區(qū)集中回風下山，作為專用回風巷使用，將采區(qū)皮帶下山調整為進風巷道，采區(qū)集中軌道下山仍為進風巷。

2 礦井巖巷工程出矸工藝研究

2.1 礦井巖巷工程出矸工藝

綜合考慮巖巷工程的類型、巷道所處層位、圍巖性質及強度特征等相關因素，陳四樓煤礦巖巷工程出矸工藝主要有以下四種：（1）EBZ-318H型巖巷綜掘機破巖、裝載+膠帶輸送機運矸+采區(qū)集中矸石倉中轉運輸；（2）CMJ2-18型液壓掘進鉆車打眼爆破破巖+ ZWY-150/55L型挖掘裝載機裝載+膠帶輸送機運矸+采區(qū)集中矸石倉中轉運輸；（3）YTP-26型風動鑿巖機打眼爆破破巖+ P-90B型耙裝機裝載+膠帶輸送機運矸+采區(qū)集中矸石倉中轉運輸；（4）YTP-26型風動鑿巖機打眼爆破破巖+ P-90B型耙裝機裝載+U型礦車運矸。

第（1）、（2）種出矸方式適宜施工大型巖巷工程，但第（1）種出矸方式受限于綜掘機的破巖能力，對巖巷工程的圍巖強度有嚴格要求，較適宜施工位于砂質泥巖、泥巖層位的巷道，遇砂巖期間需要配合松動爆破掘進，第（2）種出矸方式采用爆破法破巖，具有普適性；第（3）種出矸方式適宜施工拐彎次數(shù)較少、變坡變化小且后巷能夠通過轉載皮帶與采區(qū)強力皮帶相聯(lián)系的巖巷工程；第（4）種出矸方式適宜施工短距離、拐彎多、坡度變化大的巖巷工程。

2.2 存在的問題

第（1）、（2）、（3）種出矸方式相對高效、便捷，且機械化程度高，后巷出矸效率高，對工作面生產無影響；第（4）種出矸方式機械化程度偏低，出矸效率低，且由于采區(qū)集中軌道下山同時擔負輔助運輸及運人任務，人員乘坐候車上下班期間，礦車及物料無法通過斜巷提升進行運輸，斜巷有效提升時間短，礦車周轉效率低，影響工作面正常出矸及正規(guī)循環(huán)作業(yè)，導致工作面積矸超過規(guī)定，造成工作面生產條件惡化，甚至出現(xiàn)停工現(xiàn)象。當采區(qū)工作面安裝、回撤或采區(qū)水倉清理期間，采區(qū)集中軌道下山需要集中提升運輸支架或清淤礦車，采區(qū)下部基本無法安排小型巖巷工程施工，導致礦井工程及隊伍擺布受限，影響礦井接替安排。

2.3 解決思路

為避免采區(qū)集中軌道下山提升運輸能力影響巖巷工程擺布與施工，考慮在采區(qū)下部布置翻矸硐室、水平矸石倉、分矸聯(lián)絡巷，并在聯(lián)絡巷內鋪設皮帶機，分時段將矸石轉載運輸至采區(qū)上部集中矸石倉內。采區(qū)下部車場、聯(lián)絡巷等小型巖巷工程施工期間，采用耙裝機將矸石耙裝至U型礦車內，采用電機車通過采區(qū)下部運輸巷將U型礦車拉運至翻矸硐室，采用翻車機將矸石翻運至水平矸石倉內，進行臨時存儲和轉運。

3 水平矸石倉的設計及應用

為節(jié)省工程量，快速實現(xiàn)采區(qū)下部小型巖巷工程施工期間所產生矸石的安全、高效運輸，考慮啟用廢棄車場、聯(lián)絡巷等原有巷道充當翻矸硐室，僅在翻矸硐室內構建水平矸石倉，配備輕型翻車機出矸?，F(xiàn)以陳四樓煤礦-720m下部水平矸石倉為例進行敘述。

3.1 設計及應用

利用原21701下順槽車場作為裝矸硐室，將九采區(qū)、五采區(qū)施工期間產生的矸石采用電機車拉運至裝矸硐室，利用KCY-1.5型輕型翻車機將矸石翻運到水平矸石倉內，然后通過P-90B耙裝機耙矸、B800×300/37kW電滾筒皮帶機運矸，將矸石轉運至五采區(qū)上部集中矸石倉，通過上部矸石倉放矸至U型礦車內通過礦井水平大巷、副井運輸至地面。水平矸石倉設計平、斷面示意圖如圖1、圖2所示

圖1 水平矸石倉平面布置示意圖

圖2 水平矸石倉斷面布置示意圖

（1）按照平面示意圖所示，鋪設軌道，主道偏巷道中心右700mm，副道偏巷道中心左900mm，軌道型為22kg/m。軌道鋪設后，打設“槽式道床”。

（2）按照平面示意圖所示在翻矸機位置下部開挖一長4m、寬3.6m、深2.5m的坑（右側按照45°斜坡施工），便于翻矸機翻矸；對坑底板、兩側及進車一側采用“錨網噴”加固；5～25m范圍坑寬度為2m，兩側加固；5～17m范圍開挖深度為2.0m，17～25m范圍底板按照16°上山起坡，最后與21701下順槽車場原底板平齊。“錨網”加固采用Φ22mm×2500mm高強錨桿配合網目100mm大眼網，錨桿間排距700mm×700mm，錨桿預緊力不得低于250N·m，噴厚不低于100mm。

（3）在設計位置安裝KCY-I型輕型翻車機一臺，在21701車場安裝一臺P-90B耙裝機，在21701下順槽及聯(lián)絡巷各安裝一部B800×300/37kW電滾筒皮帶機。

（4）在翻矸機安裝后，四周安設護欄，防止人員墜落。

3.2 翻車機的選取

煤礦U型礦車的卸車大多采用翻車機來完成，但是普通翻車機體積較大，比如皮帶運輸巷、出煤口、矸石山等處，難以發(fā)揮作用，在這種情況下，需選用相對較小且方便使用的輕型翻車機作為卸車設備。因此，-720m下部水平矸石倉選用KCY-I型輕型翻車機翻矸，該翻車機具有以下主要特征：（1）適用于1.5t（600mm軌距）礦車；（2）翻轉角度大（165°～170°），翻車平穩(wěn)；（3）向前翻車卸料后可通過換向閥控制進行復位；（4）可以根據(jù)需要，安裝自動清車機系統(tǒng)，讓車底無殘存現(xiàn)象，最大限度地提高運輸效率。

4 產生的主要效益

（1）五采區(qū)和九采區(qū)的矸石通過-720m下部水平矸石倉轉運至皮帶運輸系統(tǒng)，緩解了采區(qū)集中軌道下山運輸緊張問題，保證了小型巖巷工程及巷修工程安全、高效快速出矸。

（2）提高工作面出矸效率，加快巷道掘進速度，采區(qū)下部工作面車場單進提高20m/月，工期縮減30d。

（3）采區(qū)下部小型巖巷工程擺布與施工不受采區(qū)輔助提升能力的限制與影響，有利于礦井接替工程安排。

5 結語

為滿足當前礦井工程施工需要，快速實現(xiàn)水平矸石倉分矸作業(yè)，選取啟用老巷作為裝矸硐室。由于該巷道未能直接與采區(qū)皮帶相聯(lián)系，造成矸石運輸過程中需要經過兩部轉載皮帶，轉載設備較多，設備故障率及維護工程量增大；另裝矸硐室內軌道未能實現(xiàn)環(huán)形閉合，礦車經翻車機翻矸后需要折返運輸，不能直接通過，工作效率降低。建議新水平及新采區(qū)設計期間可根據(jù)后期小型巖巷工程整體規(guī)劃需要，在采區(qū)準備期間布置能夠直接與采區(qū)皮帶運輸巷相聯(lián)系的裝矸硐室，減少設備投入，同時軌道采用環(huán)形閉合布置，實現(xiàn)礦車順序通過翻矸車，或者取消翻車機，選用底卸式礦車，以進一步提升翻矸效率，為小型巖巷工程的快速掘進創(chuàng)造有利條件。