井下TDS智能矸選系統(tǒng)巷道及硐室群布置設(shè)計(jì)

李 寧，徐永岐，何峰華，宋國(guó)忠

(通用技術(shù)集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限公司，山東 濟(jì)南 250031)

隨著煤礦資源的日益稀缺和對(duì)煤炭資源的需求不斷增加，對(duì)煤炭礦山的高效、智能化開采要求也越來越高[1]。目前常用的智能矸選方法有動(dòng)篩跳汰分選、重介質(zhì)淺槽分選、TDS智能矸選、選擇性破碎分選、重介質(zhì)流化床工藝等。井下TDS智能矸選系統(tǒng)是通過將新型X光智能化矸選機(jī)等一系列配套設(shè)備應(yīng)用井下形成煤矸分離的新型矸選系統(tǒng)[2，3]，該系統(tǒng)可以在井下帶式輸送機(jī)運(yùn)輸過程中，對(duì)塊煤里所摻雜的矸石進(jìn)行實(shí)時(shí)分選，提升主井的凈提升能力[4-6]。成建軍[7]針對(duì)東曲選煤廠原煤質(zhì)量差、煤炭中含矸量高的問題，對(duì)TDS智能矸選和淺槽重介分選兩種方案進(jìn)行了研究對(duì)比，工程實(shí)際采用TDS智能矸選機(jī)，滿足了工業(yè)生產(chǎn)的需求，大大降低了生產(chǎn)成本；段福山、孫友彬[8]闡述了TDS智能矸選機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理和分選過程，并介紹了其在干河煤礦的實(shí)際應(yīng)用情況；黃邦松[9]在雙柳煤礦原煤準(zhǔn)備車間對(duì)TDS智能矸選機(jī)和重介質(zhì)淺槽矸選機(jī)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比選，證明了TDS智能矸選機(jī)具有降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高選矸效率，改善原煤質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)增效創(chuàng)益的實(shí)踐成果；劉太嶺、鄭宇鵬[10]介紹了陳蠻莊煤礦井下TDS智能分矸系統(tǒng)矸選機(jī)的工作原理及工藝流程，闡述了該系統(tǒng)的創(chuàng)新性和實(shí)用性，分析了應(yīng)用該系統(tǒng)后產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，并對(duì)其市場(chǎng)應(yīng)用前景進(jìn)行了展望?？梢?，基于X光射線識(shí)別制成的TDS智能矸選機(jī)具有節(jié)水、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、處理粒級(jí)寬、安全性高、設(shè)備體積小、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，有著廣闊的井下使用前景。

國(guó)內(nèi)學(xué)者在研究智能矸選系統(tǒng)的同時(shí)也對(duì)井下矸選硐室群布置展開研究，朱成[11]基于新巨龍煤礦井下重介淺槽井下洗選系統(tǒng)，分析分選硐室圍巖變形破壞特征及主要影響因素，闡明分選硐室群優(yōu)化布置方式與緊湊型布局方法，探究下分選硐室群圍巖損傷規(guī)律與控制對(duì)策，提出滿足不同工程需求的“采—充”空間優(yōu)化布局策略，探討深部礦井“采—選—充”空間優(yōu)化布局決策方法。劉學(xué)生、宋世琳等[12]研究了矸選硐室群內(nèi)臨近硐室開挖對(duì)圍巖應(yīng)力場(chǎng)及裂隙場(chǎng)的影響，提出井下矸選硐室群呈“品”字形布置最有利于圍巖穩(wěn)定；馬占國(guó)、孫凱[13]等分析了井下矸選硐室群的主要巷道及硐室構(gòu)成，提出分選硐室群可布置于井底車場(chǎng)或礦井主采區(qū)附近，系統(tǒng)各巷道、硐室可依據(jù)煤流方向自上而下布置。基于此，本文以井下TDS智能矸選系統(tǒng)的巷道及硐室群布置應(yīng)用為研究對(duì)象，旨在探討智能矸選系統(tǒng)在煤炭礦山中的井下應(yīng)用，為煤炭礦山的智能化開采設(shè)計(jì)及建設(shè)提供參考。

1 矸選巷道及硐室群布置

1.1 平面布置

TDS智能矸選系統(tǒng)其主要設(shè)備組成為煤(矸)運(yùn)輸帶式輸送機(jī)、輥軸篩、入料帶式輸送機(jī)、TDS智能矸選機(jī)組、回煤皮帶，各個(gè)設(shè)備之間可通過帶式輸送機(jī)進(jìn)行物料的轉(zhuǎn)運(yùn)，故矸選系統(tǒng)各設(shè)備布置不僅可以集中布置于相鄰的硐室巷道中，亦可以分散布置于自采煤工作面至井底煤倉(cāng)方向的各個(gè)位置[14，15]。同時(shí)，矸選系統(tǒng)各設(shè)備布置也應(yīng)充分考慮生產(chǎn)服務(wù)年限，盡可能將其硐室設(shè)置在永久巷道及煤流集中位置。

根據(jù)TDS智能矸選系統(tǒng)各設(shè)備組成，可將其硐室、巷道分為主機(jī)硐室、配電集控硐室、儲(chǔ)氣罐硐室、檢修通道、轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)輸巷、煤倉(cāng)、矸石倉(cāng)等部分。上述各硐室其平面位置通過矸選工藝流程進(jìn)行確定，之間通過帶式輸送機(jī)進(jìn)行串聯(lián)，同時(shí)為保證操控便捷及運(yùn)行穩(wěn)定，主機(jī)硐室與配電硐室、儲(chǔ)氣罐硐室之間距離不宜過遠(yuǎn)。以七五煤礦巷道及硐室群為例，其智能矸選系統(tǒng)巷道及硐室布置如圖1所示。

圖1 井下智能矸選系統(tǒng)巷道及硐室(倉(cāng)下水平)

1.2 硐室斷面

TDS智能矸選系統(tǒng)硐室其主要硐室為TDS智能矸選主機(jī)硐室，其斷面大小主要與矸選主機(jī)布置的位置及高度有關(guān)。矸選主機(jī)布置需充分考慮其矸選后煤流運(yùn)輸方式及后續(xù)相關(guān)設(shè)備布置。其主要可分為兩大類進(jìn)行設(shè)計(jì)：方式一，矸選后塊精煤(矸石)直接進(jìn)入位于主機(jī)下方煤(矸)混合倉(cāng)；方式二，矸選后塊精煤需通過回煤帶式輸送機(jī)運(yùn)輸至其他地點(diǎn)。二者后續(xù)對(duì)塊精煤的運(yùn)輸方式不同，使得TDS主機(jī)的架設(shè)高度不同，進(jìn)而影響到主機(jī)硐室斷面的設(shè)計(jì)高度。前一布置方式架設(shè)高度宜取距離巷道底板800～1000 mm，后一布置方式架設(shè)高度宜取距離巷道底板1800～2000 mm。

1.3 豎向布置

煤礦礦井設(shè)計(jì)通常將井底自上而下分為倉(cāng)頂水平、裝載水平、輔助運(yùn)輸水平三個(gè)豎向水平。

1)當(dāng)采用布置方式一時(shí)，TDS主機(jī)硐室布置于倉(cāng)頂水平，煤矸分離后，煤矸分別進(jìn)入煤(矸)混合倉(cāng)。其后塊精煤通過煤(矸)混合倉(cāng)給煤機(jī)硐室到達(dá)主井裝載水平，矸石亦通過給煤機(jī)硐室到達(dá)裝載水平。矸石需通過轉(zhuǎn)運(yùn)帶式輸送機(jī)送至矸石倉(cāng)，隨后到達(dá)輔助運(yùn)輸水平；或利用礦車通過倉(cāng)底聯(lián)絡(luò)巷運(yùn)輸至副井輔助運(yùn)輸水平。

2)當(dāng)采用布置方式二時(shí)，TDS主機(jī)硐室亦布置于倉(cāng)頂水平，煤矸分離后，塊煤及矸石分別通過回煤帶式輸送機(jī)及矸石轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至主運(yùn)煤帶式輸送機(jī)及矸石倉(cāng)或直接通過帶式輸送機(jī)運(yùn)輸至充填工作面。塊精煤亦進(jìn)入煤倉(cāng)到達(dá)給煤機(jī)硐室所在的主井裝載水平。

通過上述分析TDS智能矸選系統(tǒng)豎向可大致分為矸選水平、煤裝載水平、矸石轉(zhuǎn)運(yùn)水平。豎向布置如圖2所示。

圖2 TDS智能矸選系統(tǒng)豎向布置

2 矸選巷道及硐室群支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 斷面類型

煤礦井下斷面類型主要分為直墻半圓拱斷面、三心拱斷面、馬蹄形斷面等斷面形式。斷面的選擇主要應(yīng)考慮巷道所處的位置及穿過的圍巖性質(zhì)(即作用在巷道上的地壓大小及方向)、巷道的主要用途及服務(wù)年限、選用的支架材料和支護(hù)方式、巷道的掘進(jìn)方式和設(shè)備布置等因素[16]。

矸選主機(jī)硐室作為大斷面硐室，應(yīng)將其布置于條件較為穩(wěn)定的圍巖中，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)已掘巷道變形情況，通過工程類比該礦及所在礦區(qū)其他礦井大斷面硐室，進(jìn)行設(shè)計(jì)選取斷面類型。硐室凈斷面亦應(yīng)滿足各設(shè)備布置、安裝及檢修等空間需求。井下矸選大多數(shù)作為礦井升級(jí)改造項(xiàng)目，其施工改造將占用井下煤流運(yùn)輸巷道硐室，阻斷井下運(yùn)輸，會(huì)造成礦井停產(chǎn)等不利影響，故而斷面類型的選取也應(yīng)考慮其施工難易。綜上所述，設(shè)計(jì)建議選擇直墻半圓拱斷面為宜。

2.2 支護(hù)參數(shù)

煤礦巷道支護(hù)主要分為錨網(wǎng)噴主動(dòng)支護(hù)及砌碹被動(dòng)支護(hù)兩大類。大斷面硐室宜采用主動(dòng)支護(hù)形式，通過調(diào)動(dòng)圍巖積極性，以達(dá)到提高承載力的目的[17-19]。通過分析，智能矸選巷道及硐室群其硐室斷面為直墻半圓拱斷面，屬不受采動(dòng)影響的類型，所處圍巖等級(jí)通常為Ⅲ類。依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范《煤礦巷道斷面和交岔點(diǎn)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50419—2017)中“P12 表5.2.2-3 錨噴支護(hù)的類型和支護(hù)參數(shù)(mm)(拱形斷面，不受采動(dòng)影響)”中相關(guān)參數(shù)，進(jìn)行選取。

通過設(shè)計(jì)計(jì)算可得，不論是何種布置方式，TDS主機(jī)硐室其高跨比H/B通常大于1.2，依據(jù)《巖土錨桿與噴射混凝土支護(hù)工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50086—2015)中7.3.2條設(shè)計(jì)規(guī)定，在進(jìn)行巷道支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，邊墻支護(hù)應(yīng)予以加強(qiáng)。故TDS智能矸選系統(tǒng)主機(jī)硐室支護(hù)參數(shù)選型，應(yīng)增設(shè)全斷面錨索加強(qiáng)支護(hù)。以布置方式一為例進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，取主機(jī)硐室凈高8.3 m、凈寬5.6 m。

2.2.1 錨桿(索)長(zhǎng)度計(jì)算

根據(jù)《煤巷錨桿支護(hù)理論與成套技術(shù)》，錨桿(索)所需長(zhǎng)度可由式(1)計(jì)算：

L=L1+L2+L3

(1)

式中，L為錨桿(索)長(zhǎng)度，m；L1為錨桿外露長(zhǎng)度，一般取0.05～0.15 m，結(jié)合三河口礦井實(shí)際錨桿取0.1 m；L2為潛在不穩(wěn)定巖層高度，m；L3為錨固段長(zhǎng)度，一般取0.3～0.8 m，懸吊理論計(jì)算時(shí)取0.4 m。

其中，潛在不穩(wěn)定巖層高度可按普氏冒落拱高度計(jì)算：

式中，f為巖石硬度系數(shù)，取5.9；B為巷道跨度，取5.6 m。

將相關(guān)參數(shù)代入式(2)中可得冒落拱高度為：

將相關(guān)參數(shù)代入式(1)中，可計(jì)算得錨桿Lg所需長(zhǎng)度為：

Lg=0.1+0.47+0.4=0.9 m

錨索長(zhǎng)度可參照上文計(jì)算，其中錨索外露長(zhǎng)度L1依據(jù)三河口礦井實(shí)際取0.25 m，錨固段長(zhǎng)度取2.0 m，則錨索Ls所需長(zhǎng)度為，Ls=0.25+0.47+2.00=2.81m。

當(dāng)主機(jī)硐室支護(hù)選用2.0 m高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿與5.8 m錨索，錨桿長(zhǎng)度大于1.066 m，錨索長(zhǎng)度大于2.81 m，滿足懸吊理論安全條件。

2.2.2 錨固力與錨桿直徑驗(yàn)算

1)錨桿錨固力Q不應(yīng)小于被懸吊的不穩(wěn)定巖層重量，可由式(3)進(jìn)行計(jì)算：

Q>KL2a1a2γ

(3)

式中，Q為錨桿錨固力，kN；K為安全系數(shù)，一般取1.5～2；a1，a2為錨桿間排距，m；γ為重力密度，kN/m3。

根據(jù)三河口礦井生產(chǎn)資料，井底車場(chǎng)附近巷道、硐室圍巖密度取極限值26.52 kN/m3，錨桿間排距a1、a2取0.8 m，安全系數(shù)K取較大值2，將相關(guān)參數(shù)代入式(3)中，可計(jì)算得錨桿所需錨固力為：

Q>2×0.47×0.8×0.8×26.52=15.95kN

現(xiàn)場(chǎng)錨桿設(shè)計(jì)錨固力為150 kN，遠(yuǎn)大于15.95 kN，錨桿錨固力滿足理論需求。

2)錨桿錨固力應(yīng)大于桿體破斷力，則錨桿所需最小直徑d可由式(4)計(jì)算：

式中，d為錨桿所需最小直徑，mm；Q為錨桿設(shè)計(jì)錨固力，取150 kN；σt1為錨桿桿體抗拉強(qiáng)度，取630 MPa。

將相關(guān)參數(shù)帶入式(4)中，可得錨桿所需最小直徑為：

主機(jī)硐室錨桿現(xiàn)選取?20 mm×2000 mm的高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，錨桿直徑為20 mm，可滿足150 kN錨固力的強(qiáng)度要求。

2.2.3 錨桿間排距驗(yàn)算

當(dāng)錨桿間排距相等時(shí)，即a=a1=a2，最小間排距a可由式(5)計(jì)算：

將參數(shù)帶入式(5)中，可得主機(jī)硐室所需最小間排距a為：

主機(jī)硐室錨桿間排距為800 mm×800 mm，小于錨桿所需最小間排距2.45 m，滿足理論要求。

2.2.4 錨固長(zhǎng)度計(jì)算

錨桿(索)錨固段長(zhǎng)度可由式(6)進(jìn)行計(jì)算：

式中，l為錨固段長(zhǎng)度，mm；n為樹脂錨固劑根數(shù)，錨桿支護(hù)取1根，錨索支護(hù)取2根；Lm為樹脂錨固劑長(zhǎng)度，取1000 mm/根；D為鉆孔直徑，取25 mm；D1為樹脂錨固劑直徑，取22 mm；D2為錨桿(索)直徑，錨桿取20 mm，錨索取17.8 mm。

將相關(guān)參數(shù)帶入式(6)中，可得錨桿錨固段長(zhǎng)度l1和錨索錨固段長(zhǎng)度l2。

根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范，原則上錨桿直徑不小于18 mm，錨固長(zhǎng)度不小于70%鉆孔長(zhǎng)度，即不小于1645 mm；5.8 m錨索直徑不小于15.2 mm，錨固長(zhǎng)度不小于2000 mm。通過計(jì)算，錨桿(索)錨固長(zhǎng)度均符合要求。

綜上所述，主機(jī)硐室錨桿采用?20 mm×2000 mm的高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，每孔使用MSCKb22100型樹脂錨固劑1支；錨索采用?17.8 mm×5800 mm，每孔使用MSCKb25100型樹脂錨固劑2支。通過計(jì)算，錨桿(索)長(zhǎng)度、直徑、間排距與錨固長(zhǎng)度符合理論要求及相關(guān)規(guī)定。

3 工程應(yīng)用

以棗礦集團(tuán)三河口煤礦井下TDS智能矸選系統(tǒng)工程為例，對(duì)其矸選巷道及硐室群進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。

3.1 工程概況

三河口礦井始建于1982年8月，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力60萬t/a，根據(jù)山東省能源局2023年第1號(hào)公告，三河口煤礦登記生產(chǎn)能力為70萬t/a。礦井主要開采3上、3下煤層，共劃分5個(gè)采區(qū)，一采區(qū)、一采區(qū)輔助采區(qū)、二采區(qū)、三采區(qū)和四采區(qū)。目前四采區(qū)已回采完畢，二、三采區(qū)為生產(chǎn)采區(qū)，一采區(qū)輔助采區(qū)及一采區(qū)為接續(xù)采區(qū)，目前正在準(zhǔn)備開拓，開采煤種為氣煤、肥煤。

三河口礦井底車場(chǎng)位置共有1#、2#、3#煤倉(cāng)，其中，1#、2#煤倉(cāng)為礦井初期建設(shè)的煤倉(cāng)，凈直徑分別為5 m及6 m，凈容量小，分別為400 t和500 t；3#煤倉(cāng)為近期新建煤倉(cāng)，凈直徑10 m，凈容量大，為1300 t。三個(gè)煤倉(cāng)的中心線及主井井筒中心線近乎位于一連線上，如圖3所示。依據(jù)生產(chǎn)建設(shè)期間地質(zhì)資料顯示，其倉(cāng)上水平巷道所揭露的圍巖以砂巖為主，圍巖條件較穩(wěn)定，適宜設(shè)計(jì)布置大斷面硐室。

圖3 三河口礦井井底車場(chǎng)現(xiàn)狀巷道

該礦井原有選煤廠工藝為：原煤經(jīng)50 mm篩分后，+50 mm塊原煤經(jīng)人工手選后，破碎至50 mm以下，與篩下50～0 mm末煤一起運(yùn)至原煤倉(cāng)儲(chǔ)存。原煤倉(cāng)中的原煤由帶式輸送機(jī)運(yùn)至主廠房進(jìn)行洗選，洗選工藝為“跳汰+粗煤泥TBS分選+浮選”。目前，該礦擬對(duì)原有洗選系統(tǒng)進(jìn)行改造，改造后利用井下TDS智能矸選機(jī)代替原有的+50 mm手選帶式輸送機(jī)，實(shí)現(xiàn)塊原煤的井下預(yù)排矸，減輕后續(xù)洗選系統(tǒng)處理壓力，同時(shí)又大幅減少矸石通過主井提升的情況，實(shí)現(xiàn)提升精煤產(chǎn)能的目的。

3.2 系統(tǒng)布置

依據(jù)三河口礦井現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)巷道、硐室布置，其二、三采區(qū)來煤通過二、三采生產(chǎn)巷道→上倉(cāng)運(yùn)輸巷→2#、3#煤倉(cāng)聯(lián)絡(luò)巷將采煤運(yùn)送至井底車場(chǎng)1#、2#、3#煤倉(cāng)。后期接續(xù)其來煤方向主要為一采區(qū)，煤流通過一采區(qū)運(yùn)輸巷→一采區(qū)煤倉(cāng)→一采區(qū)運(yùn)輸上山運(yùn)送至3#煤倉(cāng)。煤流運(yùn)輸系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 煤流運(yùn)輸系統(tǒng)

充分考慮該礦井生產(chǎn)能力、各采區(qū)服務(wù)年限及圍巖條件，故宜將TDS智能矸選系統(tǒng)布置于井底車場(chǎng)附近，而非將各設(shè)備機(jī)組分散布置在各個(gè)采區(qū)[14，15]。結(jié)合煤流運(yùn)輸系統(tǒng)及其他臨近礦井設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)[20]，以及該礦井井底車場(chǎng)現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)巷道進(jìn)行分析。適宜將輥軸篩布置于現(xiàn)有來煤帶式輸送機(jī)及后期生產(chǎn)接續(xù)來煤帶式輸送機(jī)交匯處，即將輥軸篩布置與3#煤倉(cāng)上方，并將現(xiàn)有原煤轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī)進(jìn)行改造，使其機(jī)頭抬高以便卸料進(jìn)入輥軸篩。該處可實(shí)現(xiàn)精末煤(≤50 mm)篩選，并將精末煤儲(chǔ)存于3#煤倉(cāng)。

擬設(shè)計(jì)將TDS矸選主機(jī)設(shè)備布置于2#、3#煤倉(cāng)之間的倉(cāng)頂聯(lián)絡(luò)巷中。依據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)巷道及硐室，矸選后矸石儲(chǔ)運(yùn)于原2#煤倉(cāng)，塊精煤通過回煤帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至上倉(cāng)帶式輸送機(jī)，塊精煤破碎后儲(chǔ)存于1#煤倉(cāng)。該種布置方式為上述硐室斷面中兩種布置方式相結(jié)合，即篩后矸石就地儲(chǔ)存、篩后塊煤轉(zhuǎn)運(yùn)儲(chǔ)存，同時(shí)利用已有倉(cāng)頂檢修聯(lián)絡(luò)巷作為電氣設(shè)備硐室及儲(chǔ)氣罐硐室。該布置方式有效提高了現(xiàn)有巷道空間利用率、減少了新掘硐室工程量。該方案是否可行，TDS矸選機(jī)入料皮帶傾斜角度為主要制約因素。

煤倉(cāng)在設(shè)計(jì)建設(shè)過程中，其中間凈巖柱通常為煤倉(cāng)直徑的2.5～3.5倍，經(jīng)實(shí)測(cè)，2#、3#煤倉(cāng)間聯(lián)絡(luò)巷長(zhǎng)29.309 m。當(dāng)采用該種布置方式時(shí)，入料帶式輸送機(jī)機(jī)頭驅(qū)動(dòng)滾筒中心線高度為5780 mm，尾部改向滾筒中心線高度為550 mm，除去TDS矸選主機(jī)、振動(dòng)布料器、輥軸篩所占用的長(zhǎng)度外，其所余巷道長(zhǎng)度經(jīng)式(7)計(jì)算，帶式輸送機(jī)角度為12.9°，滿足小于16°普通帶式輸送機(jī)不滾煤的運(yùn)輸需求，故將TDS矸選主機(jī)布置于該處是適宜的。

式中，β為入料帶式輸送機(jī)角度，(°)；la為煤倉(cāng)聯(lián)絡(luò)巷長(zhǎng)度，m；lb為矸選機(jī)設(shè)備及布料器等聯(lián)合布置長(zhǎng)度，m；lc為矸選設(shè)備深入煤倉(cāng)范圍內(nèi)長(zhǎng)度，m；ht為入料帶式輸送機(jī)機(jī)頭驅(qū)動(dòng)滾筒中心線高度，m；hw為入料帶式輸送機(jī)機(jī)尾滾筒中心線高度，m。

儲(chǔ)存于2#煤倉(cāng)中的矸石，通過調(diào)轉(zhuǎn)90°的卸料口跨過主井裝載帶式輸送機(jī)，將其卸裝在倉(cāng)底聯(lián)絡(luò)巷加裝的矸石帶式輸送機(jī)上，隨后煤矸石進(jìn)入新建矸石倉(cāng)，矸石轉(zhuǎn)運(yùn)至井底車場(chǎng)輔助運(yùn)輸水平。

3.3 巷道及硐室群設(shè)計(jì)

根據(jù)矸選系統(tǒng)工藝流程設(shè)計(jì)，需對(duì)原有巷道進(jìn)行擴(kuò)刷及改造。

1)原煤轉(zhuǎn)載運(yùn)輸巷及一采區(qū)運(yùn)輸下山機(jī)頭硐室，均因機(jī)頭抬升，故而需進(jìn)行挑頂處理。TDS入料運(yùn)輸巷及TDS矸選主機(jī)硐室，需滿足設(shè)備安裝及檢修等的間隙要求，故而需進(jìn)行刷幫及挑頂處理。配電及儲(chǔ)氣罐硐室中最大件分別為移動(dòng)變電站及儲(chǔ)氣罐，為滿足安裝及檢修要求，同樣需將該處巷道進(jìn)行刷幫及挑頂處理。

2)為滿足各設(shè)備安裝及檢修，需對(duì)三個(gè)煤倉(cāng)上樓板進(jìn)行加固處理，以達(dá)到設(shè)備安裝的強(qiáng)度要求，具體設(shè)備安裝如下：1#煤倉(cāng)上口樓板安裝破碎機(jī)，2#煤倉(cāng)上口樓板安裝TDS主機(jī)平臺(tái)支腿及回煤帶式輸送機(jī)改向滾筒尾架，3#煤倉(cāng)上口樓板安裝輥軸篩、入料帶式輸送機(jī)機(jī)尾架、原煤轉(zhuǎn)運(yùn)帶式輸送機(jī)機(jī)頭、一采區(qū)下山帶式輸送機(jī)機(jī)頭等。

3)2#煤倉(cāng)倉(cāng)底給煤機(jī)硐室需局部挑頂，并擴(kuò)刷原有井底檢修巷，以達(dá)到給煤機(jī)調(diào)轉(zhuǎn)90°方向跨越主井裝載帶式輸送機(jī)及安裝矸石帶式輸送機(jī)的安裝需要。此處施工過程中應(yīng)時(shí)刻檢測(cè)圍巖及煤倉(cāng)硐室穩(wěn)定性，施工期間進(jìn)行架棚等支護(hù)，防止煤倉(cāng)整體失穩(wěn)，以策安全。

4)新建矸石倉(cāng)，將主井裝載水平及副井輔助運(yùn)輸水平貫通，達(dá)到矸石轉(zhuǎn)運(yùn)、存儲(chǔ)的目的。設(shè)計(jì)擴(kuò)刷完成后煤倉(cāng)倉(cāng)頂水平巷道及硐室群如圖5所示。

圖5 TDS智能矸選水平擴(kuò)刷后巷道及硐室群

3.4 支護(hù)技術(shù)參數(shù)

三河口礦井TDS智能矸選系統(tǒng)其巷道及硐室群布置依托原有巷道擴(kuò)刷改造而來，其圍巖以砂巖為主，圍巖性質(zhì)較為穩(wěn)定。結(jié)合臨近煤礦井下TDS智能矸選系統(tǒng)硐室巷道設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，以及通過2.5支護(hù)參數(shù)中相關(guān)公式及規(guī)范設(shè)計(jì)，最終確定支護(hù)參數(shù)為：

1)錨網(wǎng)索噴支護(hù)。高跨比H/B不大于1.2的巷道及硐室錨網(wǎng)索噴支護(hù)參數(shù)如下：全斷面錨桿支護(hù)，錨桿規(guī)格?20 mm×2000 mm，間排距800 mm×800 mm，拱基線以上設(shè)錨索加強(qiáng)支護(hù)，錨索規(guī)格?17.8 mm×5800 mm，間排距1600 mm×1600 mm；噴射混凝土厚度150 mm，其中初噴50 mm，二次噴混100 mm；掛單層鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)采用HRB300級(jí)?8 mm鋼筋制成，網(wǎng)格150 mm×150 mm。高跨比H/B大于1.2的巷道及硐室錨網(wǎng)索噴支護(hù)參數(shù)如下：全斷面錨桿支護(hù)，錨桿規(guī)格?20 mm×2000 mm，間排距800mm×800mm，全斷面錨索支護(hù)，錨索規(guī)格?17.8 mm×5800 mm，間排距1600 mm×1600 mm；噴射混凝土厚度150 mm，其中初噴50 mm，二次噴混100 mm；掛雙層鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)采用HRB300級(jí)?8 mm鋼筋制成，網(wǎng)格100 mm×100 mm。

2)“鋼筋混凝土砌碹+錨網(wǎng)索噴”聯(lián)合支護(hù)。對(duì)煤倉(cāng)周圍3 m范圍內(nèi)的巷道增設(shè)鋼筋混凝土砌碹，進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)以提升其與煤倉(cāng)的整體穩(wěn)定性。其聯(lián)合支護(hù)參數(shù)如下：全斷面錨桿支護(hù)，間排距800 mm×800 mm，拱基線以上設(shè)錨索加強(qiáng)支護(hù)，間排距1600 mm×1600 mm；噴射混凝土厚度100 mm；掛單層鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)采用HRB300級(jí)?8 mm鋼筋制成，網(wǎng)格150 mm×150 mm；鋼筋混凝土砌碹厚400 mm，混凝土等級(jí)為C30，綁扎橫筋、縱筋規(guī)格HRB400級(jí)?18@250 mm，聯(lián)系筋規(guī)格HRB300級(jí)?8@500 mm。

4 結(jié) 論

1)巷道和硐室的布置對(duì)智能矸選系統(tǒng)的運(yùn)行效果有重要影響，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和布置。巷道和硐室的布置設(shè)計(jì)應(yīng)注意煤流、矸石流的順暢運(yùn)輸和各機(jī)械設(shè)備的通行，同時(shí)應(yīng)考慮到各選矸配套機(jī)械的運(yùn)行和維護(hù)需求。

2)研究設(shè)計(jì)了兩種影響主機(jī)硐室斷面凈高的矸選系統(tǒng)布置方式，即“篩后煤/矸石就地儲(chǔ)存的布置方式和篩后煤/矸石轉(zhuǎn)運(yùn)”的儲(chǔ)存方式，并分別詳細(xì)闡述了其凈斷面尺寸計(jì)算方法。

3)井下TDS智能矸選硐室不論選擇何種布置方式，通常為高跨比H/B大于1.2的大斷面硐室，其支護(hù)方式宜采用“錨噴網(wǎng)+全斷面錨索”的聯(lián)合支護(hù)。

4)結(jié)合三河口礦井工程實(shí)例，對(duì)其井下TDS智能矸選系統(tǒng)及巷道硐室群布置方案進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，為類似條件的礦井進(jìn)行改造設(shè)計(jì)提供參考思路。