基于膠輪車運(yùn)輸需求的回采巷道設(shè)計(jì)優(yōu)化

段生輝

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)長(zhǎng)治公司，山西 長(zhǎng)治 046000）

1 工程概況

為提升礦井輔助運(yùn)輸效率，王莊煤礦進(jìn)行了輔助運(yùn)輸改造，配備了WC20R（E）型人車，WC19R、WC9R、WC10R、WCJ5E 型 料 車，WC1.9E、ZL20EFB 型裝載機(jī)，WC40E 型鏟板搬運(yùn)車，WC80Y 型支架搬運(yùn)車等運(yùn)行車輛。膠輪車特別是支架搬運(yùn)車對(duì)回采工作面巷道功能性要求較多，由于礦井前期巷道設(shè)計(jì)未考慮無(wú)軌膠輪車運(yùn)輸需求，導(dǎo)致運(yùn)行初期特別是工作面安裝撤除期間，無(wú)軌膠輪車嚴(yán)重制約運(yùn)輸效率。后經(jīng)過充分研究分析，根據(jù)無(wú)軌膠輪車運(yùn)輸需求，對(duì)回采工作面巷道設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化[1-5]。

2 基于需求的設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.1 巷道功能性需求分析

相較于傳統(tǒng)的軌道運(yùn)輸，膠輪車運(yùn)輸對(duì)巷道的功能性要求更高，既要滿足日常人行車及料車的行車、掉頭及會(huì)車的空間要求，也要滿足工作面安裝撤除期間大型設(shè)備運(yùn)輸特別是支架搬運(yùn)車的載重、拐彎等各項(xiàng)功能性需求。為滿足上述需求，在巷道設(shè)計(jì)時(shí)，在綜合考慮巷道布置、硐室設(shè)置、巷道斷面設(shè)計(jì)的同時(shí)，需要對(duì)巷道頂?shù)装?、拐角?xì)節(jié)處理進(jìn)行充分考慮、重點(diǎn)處理。

2.2 輔助運(yùn)輸順槽

2.2.1 輔助運(yùn)輸順槽斷面設(shè)計(jì)

回采工作面正常生產(chǎn)期間，主要功能性巷道為輔助運(yùn)輸順槽和膠帶運(yùn)輸順槽。其中，輔助運(yùn)輸順槽除承擔(dān)正常生產(chǎn)期間的物料、人員運(yùn)輸功能外，還是工作面安裝及撤除期間設(shè)備的主要運(yùn)輸通道，對(duì)巷道尺寸、底板強(qiáng)度、特殊區(qū)域處理等有特殊要求。工作面安裝撤除過程中，運(yùn)輸車輛最大尺寸為支架搬運(yùn)車。王莊礦在用WC80Y 型支架搬運(yùn)車為中央鉸接兩段式，外形尺寸為長(zhǎng)×寬×高=10.59 m×3.97 m×2.192 m，離地220 mm，內(nèi)轉(zhuǎn)彎半徑≤4500 mm，外轉(zhuǎn)彎半徑≤9200 mm。工作面輔運(yùn)順槽寬度除考慮支架搬運(yùn)車運(yùn)行需求外，還要在順槽兩側(cè)留出0.75 m，用于安裝管路、施工工作面排水溝?；诖?，運(yùn)輸順槽凈寬度為5.5 m。工作面安裝期間，最大尺寸設(shè)備為液壓支架。礦井用液壓支架最低高度為3 m，液壓支架與巷道頂板各預(yù)留0.3 m 安全距離?；诖耍ぷ髅孢\(yùn)輸順槽支架最小凈高度為3.6 m。最終確定工作面運(yùn)輸順槽斷面凈尺寸為寬×高=5.5 m×3.6 m。該巷道在原巷道的基礎(chǔ)上，綜合考慮輔助運(yùn)輸、排水、通風(fēng)等各項(xiàng)需求，巷道寬度增大0.5 m，巷道高度增大0.4 m。經(jīng)工作面回采及回撤驗(yàn)證，巷道斷面滿足各項(xiàng)需求。支架搬運(yùn)車拐彎示意圖如圖1。

圖1 支架搬運(yùn)車拐彎示意圖（mm）

2.2.2 運(yùn)輸順槽底板固化

WC80Y 型支架搬運(yùn)車重約43 t，在用支架重60 t，順槽底板浮煤及直接底強(qiáng)度無(wú)法滿足支架搬運(yùn)車快速行駛的強(qiáng)度要求，特別是經(jīng)設(shè)備運(yùn)輸車多次碾壓后，路面易形成坑洼，導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行受阻，因此需對(duì)巷道底板進(jìn)行固化?？紤]到底板總載重需求，選用C30 商砼，固化厚度30 mm，巷道非可采側(cè)留500 mm 寬度排水溝。為防止重載車打滑，在巷道拐彎或坡度變化區(qū)域敷設(shè)全螺紋錨桿，錨桿一半固化在路面內(nèi)，一半外露，增大車輪與地面摩擦，也增大了特殊區(qū)域底板固化強(qiáng)度，有效解決了重載車爬坡及拐彎打滑的問題。

2.2.3 輔助運(yùn)輸順槽硐室設(shè)置

正常生產(chǎn)期間，車輛完成物料行人運(yùn)輸后，需在運(yùn)輸順槽內(nèi)調(diào)頭，故需在運(yùn)輸順槽施工調(diào)車硐室。調(diào)車硐室間距400 m，保證工作面正?；夭善陂g運(yùn)輸車輛最大倒車距離不超過400 m?？紤]鄰近工作面開采防火及防水需求，調(diào)車硐室施工在巷道可采側(cè)。調(diào)車硐室滿足車輛調(diào)車需求后，盡可能減小硐室斷面，防止工作面推采至調(diào)車硐室區(qū)域因大面積懸頂導(dǎo)致冒頂事故。故最終確定調(diào)車硐室尺寸為長(zhǎng)×寬×高=5 m×4 m×3.5 m。調(diào)車硐室底板固化厚度200 mm，由內(nèi)向外以3°斜坡施工，防止倒車硐室積水。

2.3 工作面開切眼

膠輪車安裝，相較于傳統(tǒng)的絞車安裝對(duì)開切眼的尺寸及硐室要求更高，開切眼寬度除了要滿足工作面設(shè)備安裝尺寸要求外，需要考慮液壓支架運(yùn)輸至開切眼后的旋轉(zhuǎn)調(diào)正，其最大寬度要大于液壓支架整體頂梁投影的對(duì)角線長(zhǎng)度。王莊煤礦在用ZY20000/33.5/68D 型液壓支架整體頂梁長(zhǎng)9.5 m，寬2.05 m，其對(duì)角線長(zhǎng)度約為9.7 m，留出0.2 m富余空間，故開切眼寬度設(shè)計(jì)為9.9 m。支架搬運(yùn)車及鏟板車將支架、刮板輸送機(jī)等設(shè)備搬運(yùn)安裝到位后，需要調(diào)頭后返回，故需在工作面開切眼內(nèi)施工倒車硐室。其中WC80Y 型支架搬運(yùn)車所需調(diào)車硐室尺寸較大，為滿足支架搬運(yùn)車的掉頭拐彎需求，需在開切眼施工調(diào)車硐室兩個(gè)。調(diào)車硐室施工在開切眼非采側(cè)尺寸為長(zhǎng)×寬×高=10.0 m×4.5 m×3.6 m，硐室兩側(cè)抹角尺寸4.0 m×4.0 m。第一個(gè)硐室距離輔運(yùn)順槽100 m，第二個(gè)硐室距離第一個(gè)硐室100 m，保證設(shè)備安裝完畢后，車輛倒行最大距離不足100 m，可提高安裝效率，保證車輛運(yùn)行安全?？紤]經(jīng)濟(jì)成本及施工效率，開切眼半斷面固化，即靠近非采側(cè)進(jìn)行底板固化。底板固化使用C30 商砼，固化厚度300 mm。非可采側(cè)平整后，安裝刮板輸送機(jī)，無(wú)需固化，這樣可滿足工作面安裝期間開切眼內(nèi)設(shè)備運(yùn)輸需求，也能最大程度解決成本，提高功效。如圖2。

圖2 工作面開切眼設(shè)計(jì)示意圖（m）

2.4 回撤通道

2.4.1 回撤通道功能需求分析

傳統(tǒng)的軌道運(yùn)輸工作面，布置兩條順槽即可滿足要求，軌道順槽作主要運(yùn)輸通道，承擔(dān)工作面安裝及撤除期間的設(shè)備運(yùn)輸及正常生產(chǎn)期間的物料、人員運(yùn)輸功能，膠帶順槽承擔(dān)生產(chǎn)期間的運(yùn)煤功能。相較于傳統(tǒng)的軌道運(yùn)輸，膠輪車運(yùn)輸除要滿足設(shè)備安裝、日常運(yùn)輸功能外，還需要考慮工作面回撤期間液壓支架的快速撤除問題，故需額外增加回撤通道及回撤通道聯(lián)絡(luò)巷。工作面撤除期間，由回撤通道聯(lián)絡(luò)巷作為支架撤除點(diǎn)，相較于傳統(tǒng)絞車撤除，回撤點(diǎn)提高效率更快。

2.4.2 專用回撤通道設(shè)計(jì)依據(jù)

回撤通道及回撤通道聯(lián)絡(luò)巷位置的選擇，是關(guān)系到工作面安全快速回撤的關(guān)鍵?；爻吠ǖ谰嚯x工作面距離小，臨近停采時(shí)，受超前支承壓力影響，回撤通道礦壓顯現(xiàn)，巷道變形，回撤工作受阻；回撤通道距離工作面過遠(yuǎn)，則回撤通道聯(lián)絡(luò)巷掘進(jìn)工程量大，不經(jīng)濟(jì)。確定回采工作面超前支承壓力影響范圍，是回撤通道位置確定的主要依據(jù)。王莊煤礦在首采工作面進(jìn)行了礦壓觀測(cè)，觀測(cè)范圍為自工作面開采位置后方200 m 到工作面開采位置前方120 m。設(shè)置測(cè)站兩個(gè)，測(cè)站一布置在工作面順槽內(nèi)，安裝鉆孔應(yīng)力計(jì)八個(gè)，布置表面位移觀測(cè)點(diǎn)兩個(gè)，安設(shè)錨桿測(cè)力計(jì)八個(gè)；測(cè)站二布置在工作面聯(lián)絡(luò)巷，布置三個(gè)表面位移觀測(cè)點(diǎn)和八個(gè)錨桿測(cè)力計(jì)。經(jīng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析確定，工作面開采超前壓力影響范圍為60 m，以此作為回撤通道聯(lián)絡(luò)巷位置確定依據(jù)，確保工作面末采期間回撤通道不會(huì)因工作面超前支承壓力影響，導(dǎo)致巷道大面積變形，影響工作面安全回撤。如圖3。

圖3 錨桿測(cè)力計(jì)應(yīng)力變化曲線

2.4.3 專用回撤通道設(shè)計(jì)

基于回采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，確定距離工作面停采線以外80 m 處施工回撤通道?；爻吠ǖ劳ㄟ^兩條回撤通道聯(lián)絡(luò)巷與工作面連接，回撤通道聯(lián)絡(luò)巷垂直于回撤通道布置，長(zhǎng)度為80 m。兩條回撤通道聯(lián)絡(luò)巷均勻布置，間距100 m?；爻吠ǖ兰奥?lián)絡(luò)巷斷面凈尺寸為寬×高=5.5 m×3.6 m。為滿足設(shè)備運(yùn)輸車輛拐彎需求，在回撤通道與回撤通道聯(lián)絡(luò)巷連接處拐角近軌道側(cè)處施工抹角，抹角尺寸為長(zhǎng)×寬=4 m×4 m?；爻吠ǖ肋M(jìn)行底板固化，固化采用強(qiáng)度為C30 商砼，固化厚度300 mm。為防止工作面回采超前支承壓力導(dǎo)致的底鼓破壞路面，回撤通道固化時(shí)，靠近工作面一側(cè)施工溝槽。溝槽寬200 mm，深500 mm，作為超前支承壓力釋放時(shí)的讓壓空間。回撤通道聯(lián)絡(luò)巷施工后，不進(jìn)行固化，待工作面停面后，回撤前進(jìn)行底板固化。

3 結(jié)論

基于膠輪車運(yùn)輸對(duì)巷道的功能性需求，綜合考慮巷道排水、通風(fēng)、設(shè)備布置等需求后，在巷道布置、斷面設(shè)計(jì)、底板固化、硐室布置等方面對(duì)回采工作面的巷道設(shè)計(jì)進(jìn)行研究?jī)?yōu)化。經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證，優(yōu)化設(shè)計(jì)后的巷道能滿足膠輪車運(yùn)輸需求，工作面輔助運(yùn)輸及安裝撤除效率得到極大提高。