柴里煤礦井下主運(yùn)膠帶機(jī)改造研究

朱志強(qiáng) 李朝陽 趙 琦

（1.煤炭工業(yè)濟(jì)南設(shè)計(jì)研究院有限公司，山東 濟(jì)南 250031；2.山東泉興能源集團(tuán)金莊生建煤礦，山東 棗莊 277100)

1 問題的提出

柴里煤礦1960年由上海煤礦設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，1964年投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力30萬t/a，2007年核定生產(chǎn)能力275萬t/a，為投產(chǎn)超過半個世紀(jì)的礦井，近年來由于村莊搬遷解放了超過1000萬t的可采儲量。

主運(yùn)膠帶是整個礦井的運(yùn)輸大動脈，形象地說相當(dāng)于人體的“脊梁骨”，目前已運(yùn)行超過30年，設(shè)備老化，運(yùn)輸效率低下，其改造可確保礦井安全生產(chǎn)，同時配合井下大型煤倉的建設(shè)，可取消夜班及節(jié)假日生產(chǎn)，降低工人勞動強(qiáng)度，具有極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

驅(qū)動硐室是整個膠帶改造工程的關(guān)鍵，相當(dāng)于整條膠帶的“心臟”。根據(jù)節(jié)能需要，設(shè)計(jì)改造后使用永磁電機(jī)作為新膠帶驅(qū)動裝置。永磁電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能省電，但由于體積大，配套降溫等設(shè)施多，造成巷道斷面大。

2 改造的主要難點(diǎn)

（1）為了改造施工方便，主運(yùn)膠帶機(jī)驅(qū)動硐室利用現(xiàn)有巷道進(jìn)行擴(kuò)刷施工。根據(jù)礦井實(shí)際揭露，驅(qū)動硐室層位為10m的巨厚煤層，因此硐室的擴(kuò)刷及后期的穩(wěn)定均無法保證。

（2）設(shè)計(jì)采用永磁電機(jī)做為驅(qū)動裝置，該設(shè)備為新型設(shè)備，設(shè)備體積大，附屬設(shè)施多，安裝維修等要求致使硐室斷面較大。

（3）礦井為生產(chǎn)礦井，改造不能長時間影響礦井正常生產(chǎn)。驅(qū)動硐室周邊巷道關(guān)系復(fù)雜，必須盡量利用現(xiàn)有巷道，施工組織困難。

3 改造研究

針對柴里煤礦井下主運(yùn)膠帶機(jī)改造的難點(diǎn)和柴里煤礦實(shí)際情況，進(jìn)行了以下研究。

（1）綜合運(yùn)用多種支護(hù)手段，確保施工及硐室長期安全。

設(shè)計(jì)硐室擴(kuò)刷前對圍巖進(jìn)行注漿加固，減小采動影響；施工中采取點(diǎn)柱等措施，避免頂板煤層大面積冒落；永久支護(hù)時考慮礦井使用的錨索僅有6.5m，通過調(diào)研相關(guān)錨索廠家，結(jié)合礦井實(shí)際，最終確定采用12m長的中空注漿超長錨索，使錨索進(jìn)入煤層頂板堅(jiān)硬砂巖2m以上，將整個硐室牢牢懸吊在基巖當(dāng)中，確保硐室的施工安全和長期穩(wěn)定，如圖1所示。

圖1 硐室頂板超長注漿錨索支護(hù)圖

（2）采用涵洞形式，進(jìn)行永磁電機(jī)的安裝和后期維修，大大減小硐室斷面。

傳統(tǒng)的驅(qū)動硐室設(shè)備安裝及后期檢修均是通過架設(shè)起吊梁的形式實(shí)現(xiàn)，本次改造膠帶驅(qū)動裝置采用永磁電機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是省電，但缺點(diǎn)是設(shè)備體型大，最大件重量達(dá)11t，按照傳統(tǒng)的安裝方式，硐室寬度需要12.6m，高度至少需要8.9m，巨大的斷面造成開挖工程量大，工期長，同時對施工安全也帶來巨大隱患，設(shè)計(jì)借鑒高速公路兩個休息區(qū)之間采用涵洞連接的創(chuàng)意，巧妙地利用主運(yùn)膠帶的傾角，將驅(qū)動硐室底板取平，天然形成了1個涵洞，利用該涵洞進(jìn)行設(shè)備的安裝及后期檢修，大大降低了硐室的斷面，節(jié)省工程量20%，節(jié)省工期10d以上，如圖2所示。

圖2 涵洞形式設(shè)備安裝及檢修圖

（3）采用分步實(shí)施方式進(jìn)行改造，最大限度不影響礦井正常生產(chǎn)。

柴里煤礦為生產(chǎn)礦井，長時間停產(chǎn)不僅造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，同時也失去了主運(yùn)膠帶的改造意義。設(shè)計(jì)根據(jù)礦井實(shí)際，膠帶改造分步實(shí)施：

① 在現(xiàn)有膠帶2一側(cè)安裝新膠帶3。

② 為新膠帶安裝一側(cè)電機(jī)4后達(dá)到一半的運(yùn)輸能力。

③ 拆除原有膠帶2。

④ 為新膠帶安裝另外一側(cè)電機(jī)5，達(dá)到設(shè)計(jì)運(yùn)輸能力。如圖3所示。

圖3 分步安裝電機(jī)膠帶改造示意圖

4 驅(qū)動硐室錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)

對于巷道支護(hù)而言，頂板為巷道受力的危險區(qū)，為支護(hù)的重點(diǎn)部位，其次為巷幫和底板，考慮本硐室埋深較淺，且頂板為泥巖及煤層，所以確保頂板穩(wěn)定方能保證硐室的支護(hù)安全性，設(shè)計(jì)巷道幫部與頂板采用相同的支護(hù)參數(shù)，以確保安全。

（1）錨桿長度L：

式中：

L1-錨桿外露長度，小于0.05m；

L2-不穩(wěn)定巖層的厚度，即所求得的b；

L3-錨桿伸入松動圈外的長度，取0.3m。

錨桿支護(hù)的有效長度L2，通常有兩種方法，一種是當(dāng)頂板一定范圍內(nèi)堅(jiān)固穩(wěn)定巖層的位置容易確定時，L2應(yīng)大于或等于被懸吊巖層的厚度；二是確定巷道頂板松動圈的高度。硐室錨桿長度計(jì)算采用上述計(jì)算得到的巷道開挖圍巖最大破壞深度b計(jì)算，即L2=b=1.97m。

計(jì)算得出：錨桿長度L=2.32m，設(shè)計(jì)取2.5m。

（2）錨桿支護(hù)間排距

懸吊理論認(rèn)為錨桿的作用是將下部不穩(wěn)定巖層懸吊在上部穩(wěn)定的巖層中，阻止軟弱破碎巖層垮落。根據(jù)懸吊的不穩(wěn)定巖層重量計(jì)算錨桿直徑和間排距。錨桿的錨固力應(yīng)不小于被懸吊不穩(wěn)定巖層的重量，即：

式中：

K1-安全系數(shù)，一般取1.5～2.5，暫取2.2；

K2-動壓影響系數(shù)，取2；

a1a2-錨桿間排距，mm；

γ-不穩(wěn)定巖層平均重力密度，取25kN/m3。

假定錨桿支護(hù)的間排距相同，則間排距：

計(jì)算得錨桿間排距為766mm，采用錨桿間排距為700mm。

5 其他改造內(nèi)容

新膠帶安裝完成后需要在上水平重新布置卸載滾筒，由于膠帶受力較大，其基礎(chǔ)需施工三排共計(jì)13根地腳錨桿滿足受力要求。

下水平煤倉下口同樣需要進(jìn)行改造后方可滿足使用要求，改造內(nèi)容主要為拆除原有煤倉收口輕質(zhì)混凝土，重新按新膠帶位置安裝給煤機(jī)，進(jìn)行新的煤倉收口設(shè)計(jì)滿足使用要求。

6 效果分析

通過采取上述措施，柴里煤礦順利完成了井下主運(yùn)膠帶的改造，改造后設(shè)備整體運(yùn)行正常，安全性顯著提高，永磁電機(jī)的使用大大降低了耗電量，同時配合下一步井底煤倉的改造可實(shí)現(xiàn)夜班不生產(chǎn)及節(jié)假日輪休，效果顯著。