柴里煤礦井下主運膠帶機改造研究

朱志強 李朝陽 趙 琦

（1.煤炭工業濟南設計研究院有限公司，山東 濟南 250031；2.山東泉興能源集團金莊生建煤礦，山東 棗莊 277100)

1 問題的提出

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

主運膠帶是整個礦井的運輸大動脈，形象地說相當于人體的“脊梁骨”，目前已運行超過30年，設備老化，運輸效率低下，其改造可確保礦井安全生產，同時配合井下大型煤倉的建設，可取消夜班及節假日生產，降低工人勞動強度，具有極大的經濟效益和社會效益。

驅動硐室是整個膠帶改造工程的關鍵，相當于整條膠帶的“心臟”。根據節能需要，設計改造后使用永磁電機作為新膠帶驅動裝置。永磁電機的優點是節能省電，但由于體積大，配套降溫等設施多，造成巷道斷面大。

2 改造的主要難點

（1）為了改造施工方便，主運膠帶機驅動硐室利用現有巷道進行擴刷施工。根據礦井實際揭露，驅動硐室層位為10m的巨厚煤層，因此硐室的擴刷及后期的穩定均無法保證。

（2）設計采用永磁電機做為驅動裝置，該設備為新型設備，設備體積大，附屬設施多，安裝維修等要求致使硐室斷面較大。

（3）礦井為生產礦井，改造不能長時間影響礦井正常生產。驅動硐室周邊巷道關系復雜，必須盡量利用現有巷道，施工組織困難。

3 改造研究

針對柴里煤礦井下主運膠帶機改造的難點和柴里煤礦實際情況，進行了以下研究。

（1）綜合運用多種支護手段，確保施工及硐室長期安全。

設計硐室擴刷前對圍巖進行注漿加固，減小采動影響；施工中采取點柱等措施，避免頂板煤層大面積冒落；永久支護時考慮礦井使用的錨索僅有6.5m，通過調研相關錨索廠家，結合礦井實際，最終確定采用12m長的中空注漿超長錨索，使錨索進入煤層頂板堅硬砂巖2m以上，將整個硐室牢牢懸吊在基巖當中，確保硐室的施工安全和長期穩定，如圖1所示。

圖1 硐室頂板超長注漿錨索支護圖

（2）采用涵洞形式，進行永磁電機的安裝和后期維修，大大減小硐室斷面。

傳統的驅動硐室設備安裝及后期檢修均是通過架設起吊梁的形式實現，本次改造膠帶驅動裝置采用永磁電機，其優點是省電，但缺點是設備體型大，最大件重量達11t，按照傳統的安裝方式，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，設計借鑒高速公路兩個休息區之間采用涵洞連接的創意，巧妙地利用主運膠帶的傾角，將驅動硐室底板取平，天然形成了1個涵洞，利用該涵洞進行設備的安裝及后期檢修，大大降低了硐室的斷面，節省工程量20%，節省工期10d以上，如圖2所示。

圖2 涵洞形式設備安裝及檢修圖

（3）采用分步實施方式進行改造，最大限度不影響礦井正常生產。

柴里煤礦為生產礦井，長時間停產不僅造成巨大的經濟損失，同時也失去了主運膠帶的改造意義。設計根據礦井實際，膠帶改造分步實施：

① 在現有膠帶2一側安裝新膠帶3。

② 為新膠帶安裝一側電機4后達到一半的運輸能力。

③ 拆除原有膠帶2。

④ 為新膠帶安裝另外一側電機5，達到設計運輸能力。如圖3所示。

圖3 分步安裝電機膠帶改造示意圖

4 驅動硐室錨桿支護設計

對于巷道支護而言，頂板為巷道受力的危險區，為支護的重點部位，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，所以確保頂板穩定方能保證硐室的支護安全性，設計巷道幫部與頂板采用相同的支護參數，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。

錨桿支護的有效長度L2，通常有兩種方法，一種是當頂板一定范圍內堅固穩定巖層的位置容易確定時，L2應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。硐室錨桿長度計算采用上述計算得到的巷道開挖圍巖最大破壞深度b計算，即L2=b=1.97m。

計算得出：錨桿長度L=2.32m，設計取2.5m。

（2）錨桿支護間排距

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

式中：

K1-安全系數，一般取1.5～2.5，暫取2.2；

K2-動壓影響系數，取2；

a1a2-錨桿間排距，mm；

γ-不穩定巖層平均重力密度，取25kN/m3。

假定錨桿支護的間排距相同，則間排距：

計算得錨桿間排距為766mm，采用錨桿間排距為700mm。

5 其他改造內容

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，其基礎需施工三排共計13根地腳錨桿滿足受力要求。

下水平煤倉下口同樣需要進行改造后方可滿足使用要求，改造內容主要為拆除原有煤倉收口輕質混凝土，重新按新膠帶位置安裝給煤機，進行新的煤倉收口設計滿足使用要求。

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膠帶的改造，改造后設備整體運行正常，安全性顯著提高，永磁電機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現夜班不生產及節假日輪休，效果顯著。