綜采快速準備循環(huán)車道和儲車場的設置

王志全王捷

綜采快速準備循環(huán)車道和儲車場的設置

王志全王捷

介紹了老礦因井下運輸距離長，在準備工作面巷道處設置循環(huán)車道和儲車場的一種方法。此法投資小，維護周期短，使綜采準備運送物料、運送支架、返空車互不影響，可以大大加快準備工作面運輸物料車輛的循環(huán)使用，為綜采快速準備贏得時間。

井工開采；巷道運輸；循環(huán)車道；儲車場

0 引言

大同煤礦集團公司同家梁礦綜采準備工作面在掘進貫通后就開始做綜采準備工作面立架前的準備工作。前幾年我礦在準備工作面準備初期先鋪設工作面運輸順槽的軌道，工作面所需要的支護、刮板運輸機、轉載機、采煤機在形成初期運輸系統(tǒng)后都從運輸順槽運到工作面尾部，然后要人工或用回柱絞車將設備拉入工作面穩(wěn)裝，后期再在皮帶運輸順槽鋪設軌道將移動變電站、膠帶運輸機、轉載機、破碎機部件從這個巷道運入，穩(wěn)裝好，構成運煤系統(tǒng)，然后再在工作面穩(wěn)設機組和液壓支架，總裝運物料及設備有500多車。由于我礦是個老礦井，盤區(qū)軌道運輸巷道未設循環(huán)車道和儲車場，所以每次給準備面運料最多為15車，料運到準備面卸車后出空車再進入下一個作業(yè)循環(huán)。如果同時用多個車運料，前邊的一組車卸料后，只能把卸完料的空車翻起靠到煤壁一側，等后面一組料車卸完后把所有的平車上道出井，費時費力人工投入大，從綜采面準備下料到準備面進支架前需要35 d。運輸物料車輛不能循環(huán)和存儲是制約綜采準備的一大難題。為了縮短運輸車輛循環(huán)時間，我礦采取了在準備工作面巷道處設置循環(huán)車道和儲車場的方法，使問題得到很好解決。

1 技術改革方案

①在盤區(qū)軌道巷增設循環(huán)車場；

②在準備工作面設置循環(huán)車道和儲車場。

通過技術論證，第一方案因為盤區(qū)改擴建費用大，雖然服務周期長，如增設循環(huán)車場，車場控頂大，持續(xù)時間長，維護困難。第二方案在準備面切眼增設循環(huán)車道、在運輸順槽增設儲車場，維護周期短，投資小，易于實現(xiàn)（見圖1）。

圖1 綜采準備工作面循環(huán)車道和儲車場設置

2 巷道及儲車場的支護設計

在準備面巷道靠工作面煤壁側開掘一儲車場，增大了巷道斷面。為了加強支護和防范沖擊地壓，施工采取的措施是：巷道頂板穩(wěn)定，采用錨桿鋼帶、錨索聯(lián)合支護；頂板不穩(wěn)定、壓力較大的巷道，采用錨索鋼帶、錨索鋼梁支護；巷道增寬部分的頂板采用錨桿托板支護，巷道兩幫采用雙排錨栓掛網護壁。

為了防止頂板冒落事故的發(fā)生，在巷道兩側的肩角處施工角錨索。角錨索與頂板水平面夾角為75°。2.1錨桿支護參數(shù)設計

2.1.1 錨桿長度L的確定

式中：L——錨桿長度，m；

l1——錨桿外露長度，考慮配合鋼帶支護，l1取100mm；

l2——錨桿的有效長度，l2=b=B/2f=4/2×4=0.5 m；

f——巖石堅固性系數(shù)，根據(jù)本礦地質資料取4；

B——巷道跨度，B=4.0m；

b——普氏免壓拱高；

l3——錨桿的錨固長度，根據(jù)實踐經驗取0.9m。

L=l1+l2+l3=100+500+900=1 500 mm，取錨桿長度為1 800 mm。

2.1.2 錨桿直徑d的確定

按錨桿桿體承載力與錨固力等強度原則確定錨桿直徑d。

式中：Q——錨固力，按我礦現(xiàn)場錨固力拉拔試驗數(shù)據(jù)取68 600 N；

σt——錨桿桿體材料的設計抗拉強度，φ18螺紋鋼錨桿設計抗拉強度為260 MPa。

所以錨桿直徑選擇18mm，大于13 mm，可滿足支護需要。

2.1.3 錨桿間排距的確定

錨桿間排距根據(jù)錨桿的錨固力應等于或大于被懸吊軟弱巖層重量的原則確定，即

式中：D——錨桿間排距，m；

Q——錨固力，現(xiàn)場拉拔試驗取68.6 kN；

γ——頂板巖石平均容重，查表取25 kN/m3；

K——安全系數(shù)，取K=2；

H——冒落高度，取0.5 m。

取錨桿間距為1.0 m，符合計算要求。

通過驗算，巷道及切眼選擇φ18 mm×1 800 mm左旋螺紋鋼錨桿，配合鋼帶支護煤層頂板。錨桿鋼帶間距為1.0m，可滿足正常條件下頂板支護的需要。

2.2 錨索參數(shù)設計

2.2.1 錨索長度的確定

為了加強巷道支護，預防頂板冒落，采用預應力錨索作加強支護。選用低松弛、高強度φ17.8 mm的鋼絞線，其最低破斷載荷為1 860 N/mm2。

應用懸吊理論進行參數(shù)計算：錨索長度

式中：L——錨索長度，m；

L1——錨索外露頂板長度，取0.30m；

L2——巷道頂板潛在破壞范圍，根據(jù)相鄰巷道實踐經驗取2.7 m；

L3——錨索錨固端長度，m。

按GBJ 86-1985要求，錨索錨固長度按下式確定：

式中：K——安全系數(shù)，取K＝2；

d1——錨索鋼絞線直徑，取17.8 mm；

fa——鋼絞線抗拉強度，φ17.8 mm鋼絞線抗拉強度為1 860 N/mm2；

fc——錨索與錨固劑的粘合強度，取fc=10 N/ mm2。

2.2.2 錨索排間距的確定

為防止巷道頂板巖層發(fā)生大面積整體跨落，用錨索支護將錨桿加固的“組合梁”整體懸吊于穩(wěn)定巖層中。校核錨索排、間距，冒落方式按最嚴重的冒落高度大于錨桿長度的整體冒落考慮。此時，根據(jù)錨索懸吊理論，可用下式計算錨索排、間距。

式中：L——錨索間距，m；

n——錨索排數(shù)，取3；

F2——錨索極限承載力，即最大破斷力為352.8 kN；

B——巷道最大冒落寬度，按巷取4 m；

H——巷道冒落高度，按最嚴重冒落高度取2.7m；

γ——巖體容重，取25 kN/m3；

F1——錨桿錨固力，取68.6 kN；

L1——錨桿間距，取1.0m；

θ——錨桿與巷道頂板的夾角，取90°。通過上述計算，L=7.8 m。

根據(jù)計算結果和實踐經驗，選則長度為4.8 m、φ17.8mm、抗拉強度為1 860 N/mm2的鋼絞線，保證錨索錨固在穩(wěn)定巖層中，能夠有效控制頂板。所選錨索參數(shù)滿足設計要求[1，2]。

根據(jù)以上計算和相鄰巷道的實踐支護經驗，確定巷道在正常情況下頂板支護為錨桿鋼帶與錨索托板聯(lián)合支護。鋼帶間距1.0 m、錨桿排距1.1 m，錨索間距4.0 m、排距2.0m。

在掘進施工寬5.8 m、長100 m儲車場處頂板支護采用錨索鋼梁與錨桿鋼帶、錨桿托板聯(lián)合支護，錨索間距4.0m、錨索排距1.3 m；巷道增寬1.8 m處的頂板支護，頂板采用兩排錨桿托板支護，錨桿外排距煤壁0.4m，錨桿排距1.0m、間距1.0m（見圖2）。

圖2 準備工作面巷道儲存車場支護示意

采用掘進機一次性擴寬切眼和用采煤機擴幫擴寬切眼在正常情況下頂板支護為錨桿鋼帶與錨索托板聯(lián)合支護。鋼帶間距1.0 m、錨桿排距1.1 m，兩根鋼帶在切眼巷中線左右交錯布置，錨索間距3.0 m、在沿擴幫后切眼巷中線打一排[3，4]（見第44頁圖3）。

巷道儲車場處及切眼頂板不穩(wěn)定、壓力較大時，可采用上掛金屬網酌情增補錨索鋼帶、錨索鋼梁和錨索托板。

2.3 實際應用效果

圖3 機組開幫切眼施工支護方式平面布置示意

在掘進過程中，通過對巷道、儲車場、工作面切眼錨桿的錨固力及錨索的預緊力、巷道頂板下沉量，底板鼓起的相對位移量、巷道兩幫的移近量進行監(jiān)測，滿足設計要求。經過4年30多個準備工作面的井下實際應用，支護參數(shù)合理，能夠有效地控制頂板變形和抗擊沖擊地壓。

儲車場對機掘施工和綜采生產過程中的超前支護施工不影響。

3 方案實施

①在準備工作面切眼貫通掘進設備撤出后，從兩順槽同時釘?shù)溃压ぷ髅媲醒圮壍澜油ǎ纬蛇\料的循環(huán)車道。

②在儲車場處釘設雙道，設置連接岔道作儲車場，為運送物料和立架返空車儲車用。

③準備運送物料平車40輛，裝運支架平車40輛。這樣構成運輸系統(tǒng)，物料車在工業(yè)廠可裝多車，同時下料，在準備面兩巷都可以運料，且既有循環(huán)車道又有儲車場，運料出空車互不影響。裝料和裝運支架可以一次同時裝20～30車，節(jié)省了下料出車的時間和人工投入，減輕了工人的勞動強度。

④對具有方向性和次序的整組物料，如機組、工作面溜子頭尾、移動變電站、開關、泵站，在下井前首先要考慮好從井上到工作面所經過的道岔，計算好道岔子，使物料在井上調整好方向、排好次序，否則在進巷前要調整好方向和次序，保證物料一步到位，便于穩(wěn)裝和安裝。

在工作面切眼機道上方和皮帶順槽穩(wěn)設轉載機、破碎機位置的頂板上方打起吊錨栓。

⑤準備工作面頂板堅硬可采用掘進機一次性將準備工作面切眼擴寬6.0 m～7.0 m，在工作面所有設備（不包括支架）運到位后，在穩(wěn)設皮帶順槽膠帶運輸機、轉載機、破碎機和工作面刮板運輸機前把切眼頭部10m～15 m至皮帶順槽轉載機頭之間的軌道拆除，工作面切眼軌道不拆，開始進行設備穩(wěn)裝，工作面切眼、皮帶順槽穩(wěn)裝互不干涉。待工作面刮板運輸機、采煤機穩(wěn)裝完后，用3.5m的單體柱配加長桿將刮板運輸機推至根口，沿工作面靠刮板運輸機擋煤板古塘側支一排單體帶鋼梁帽點柱，柱距1.2 m,鋼梁帽長2.4m，梁端距煤壁0.3m。把支架車直接運至切眼立架位前10m～15m，卸車就近立架，切眼軌道和鋼梁帽點柱逐漸立架、逐漸拆除。掘進機一次性將準備工作面切眼擴寬，采煤機也可在立完支架后穩(wěn)裝，所以切眼擴得比采煤機擴幫寬。

對用采煤機擴幫立架的準備工作面，在工作面所有設備（不包括支架）運到位后，在穩(wěn)裝皮帶順槽轉載機、破碎機和工作面刮板運輸機前把切眼頭部10m～15m至皮帶順槽轉載機頭之間的軌道拆除，將切眼軌道移至工作面古塘側，在皮帶順槽開始穩(wěn)設膠帶運輸機、轉載機、破碎機。在工作面進行刮板運輸機和采煤機的穩(wěn)設。三機運轉正常后開始用機組擴幫，工藝是采煤機上行裝浮煤，下行割煤，從頭部向尾部斜切進刀。采煤機上行裝浮煤后，開始移刮板運輸機，用2.8 m、3.15 m、3.5m的單體柱配加長桿將刮板運輸機推至根口，推移刮板運輸機滯后采煤機10m～15 m。支護方式為：采煤機割完第一刀煤后開始進行支護，沿工作面靠刮板運輸機擋煤板古塘側支一排單體帶鋼梁帽點柱，柱距1.5 m,鋼梁帽長2.4 m，梁端距煤壁0.3m；割完第二刀煤以及以后每刀煤的支護，柱距為1.2 m，要先支后回上一刀煤支設的帶帽點柱；在割完第二刀煤后，將刮板運輸機推至根口，工作面頂板進行打錨索、錨桿鋼帶支護作業(yè)，支護見第44頁圖3；然后將切眼軌道移至古塘與工作面溜子擋煤板之間，供就近卸車立架用，切眼軌道和鋼梁帽點柱逐漸立架、逐漸拆除。

綜采準備工作面無論采用掘進機一次性擴幫立架工藝還是采用采煤機擴幫立架工藝，都便于設置循環(huán)車道和儲車場。在準備工作面穩(wěn)裝刮板運輸機時運輸機機尾電機和減速機暫不安裝，并且在穩(wěn)裝刮板運輸機時在尾部先少穩(wěn)兩節(jié)溜槽。因為兩種工藝在切眼擴幫后都利用軌道運支架，如果整機全部安裝好，機尾電機和減速機向古塘方向尺寸增大，運支架時在運輸機機尾部的軌道曲率半徑會增大，運輸機機尾巷道及切眼寬度開拓量增大，既不經濟又容易損壞設備。待工作面支架立完，割兩刀煤后拆開運輸機機尾再安裝兩節(jié)溜槽、電機和減速機（見圖4）。

圖4 綜采準備工作面機組、支架、運輸機穩(wěn)裝示意

⑥綜采準備工作面準備完成后在儲車場處支一排帶帽點柱，柱距1.0m，帽長1.2m。

4 擴幫工藝及擴幫寬度的選擇

4.1 擴幫工藝的選擇

擴幫工藝的選擇根據(jù)巷道和工作面切眼的頂板情況以及綜采工作面接替的時間間隔來決定。若綜采工作面短時間（1～3個月）急需接替，機掘施工巷道時巷道和工作面切眼的頂板穩(wěn)定堅硬，采用掘進機一次性將準備工作面巷道儲車場以及切眼擴寬，立架采用一次性擴幫立架工藝，采煤機也可在立完支架后穩(wěn)裝，所以切眼擴得比采煤機擴幫寬。

綜采工作面若接替的時間長（4～6個月），因控頂時間長，在機掘施工巷道時，即使巷道和工作面切眼的頂板穩(wěn)定，機掘巷道時也暫不施工巷道儲車場，工作面切眼與巷道掘同寬。待后期工作面準備前再施工儲車場。準備工作面切眼擴幫立架采用采煤機擴幫立架工藝。

4.2 擴幫寬度

擴幫寬度根據(jù)所使用的支架在立架時的最小回轉空間尺寸決定。以我礦使用的厚、中、薄煤層3種支架為例，支架整架尺寸為：

ZZSX6000型，長5.72 m，寬1.45 m，采高1.7/ 3.65，重17.24 t；

ZZS5600型，長5.83 m，寬1.45 m，采高1.4/ 2.8，重17.3 t；

ZYB4400型，長4.76 m，寬1.45 m，采高1.35/ 1.8，重9.24 t。

ZZS5600型支架最小回轉空間尺寸為6 m，采用掘進機一次性擴幫立架工藝切眼擴寬7.0 m，采用機組擴幫立架工藝切眼擴寬6.8 m。

ZYB4400型支架最小回轉空間尺寸為5m，采用掘進機一次性擴幫立架工藝切眼擴寬6.0 m，采用機組擴幫立架工藝切眼擴寬5.8 m。

本文的支護以及擴幫寬度均是以準備工作面立ZZS5600型支架為依據(jù)來確定的。

我礦準備運送物料平車長2.5 m，裝運支架平車長3.5 m，依據(jù)送物料平車、裝運支架平車尺寸，儲車場設置可儲車30～40輛，空平車滿足綜采準備連續(xù)作業(yè)的要求。

5 社會經濟效益

經計算，一個綜采準備面儲車場的支護材料費用比同段巷道支護費用多3.5萬元，人工投入費用多3萬元，共多投入費用6.5萬元。

一個綜采準備面需要運送物料及設備500多車，其中有250車因循環(huán)不暢需返平車。經技術革新后，每天可節(jié)約21人的工資投入；準備工作面立架、運架由原來的25 d縮短為15 d，每天可減少25人的工資投入，實現(xiàn)了空重車出入互不影響，可以在準備工作面立架前提前20 d將物料及設備運到位。我礦每年準備9個綜采面，人工工資按每工300元計算，年節(jié)約人工投入資金＝準備立架前運輸節(jié)約人工資金投入＋立架運架節(jié)約運輸人工資金投入-儲車場多投入的費用＝（20×21＋10×25）×300×9/10 000-6.5×9＝122.4萬元。

工作面立架前初期準備比原來提前20 d完成，其社會經濟效益尤為顯著。

6 結束語

煤礦老礦井下盤區(qū)軌道巷狹窄，運輸距離長，隨著礦井開采的不斷延深，儲車場的循環(huán)車道和設置顯得尤為重要。特別是綜采準備工作面運送物料和液壓支架料多車重，在準備工作面設置循環(huán)車道和儲車場，使運送物料、運送支架、返空車互不影響，投資小、維護周期短，且能夠充分發(fā)揮機械化的優(yōu)點，施工便于實現(xiàn)。

對頂板穩(wěn)定機掘一次掘夠立架寬度的工作面切眼，由于立架前工作面切眼軌道不拆，支架運送到立架位置前，實現(xiàn)就近卸架、立架。尤其對一個采區(qū)多個作業(yè)點運送物料而準備面運輸距離長，設置循環(huán)車道和儲車場非常實用。

[1]馬全禮，代進，李洪.錨桿支護對圍巖破碎區(qū)的作用分析[J].礦山壓力與頂板管理，2005，22（1）：42-46.

[2]董方庭.巷道圍巖松動圈支護理論及技術應用[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1999.

[3]錢鳴高，石平五.礦山壓力與巖層控制[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2003.

S etting of Fully Mechanized Efficient Preparation Circular Lane and Storage Yard

Wang Zhiquan Wang Jie

The paper introduces amethod of setting circular lane and storage yard at the preparation face roadway of old mine because of long underground transportation distance.The method is small investment and short maintenance cycle with little influence on any of fully mechanized preparation transporting materials,transporting support and return empty,it can accelerate recycling of preparation work face transporting material vehicles and shorten the fullymechanized preparation time.

undergroundmining;roadway transportation;circular lane;storage yard

TD823.97

B

1000-4866（2015）01-0041-06

2014－12－26

王志全，男，1958年5月出生，現(xiàn)在大同煤礦集團公司同家梁礦工作，高級工程師，同煤集團首席專家。研究方向：綜采搬家準備。

王捷，男，1983年9月出生，現(xiàn)在大同煤礦集團公司馬脊梁礦工作，技術員。