下山巖巷掘進快速高效雙排矸系統(tǒng)組合應(yīng)用技術(shù)

宋成義

（永城煤電控股集團有限公司陳四樓煤礦，河南 永城 476600）

二十采區(qū)回風下山采用傳統(tǒng)的礦車裝矸、絞車提升，不僅裝矸效率低，制約掘進速度，而且運輸安全存在風險。為解決排矸問題，研究分析了兩個方向：一是通過構(gòu)建輔助巷道工程，采用膠帶輸送機連續(xù)排矸，但是由于二十采區(qū)與八采區(qū)共用一套主運輸系統(tǒng)（即北翼-605 集中皮帶下山主膠帶），二十采區(qū)回風下山掘進排矸期間，八采區(qū)2802 采煤工作面、2803 中間巷掘進工作面、2803 下順槽掘進工作面正常生產(chǎn)，矸渣與煤流運輸之間相互受影響；二是通過技術(shù)改造，設(shè)計一種礦車快速分矸機構(gòu)，利用“膠帶輸送機+快速分矸機構(gòu)+礦車”實現(xiàn)連續(xù)排矸。

1 工程概況

1.1 巷道布置

二十采區(qū)回風下山位于二十采區(qū)，該工作面對應(yīng)地面標高平均為+33.8 m，工作面標高為-600～ -696 m。該巷道設(shè)計全長686 m，15°下山，直墻半圓拱形斷面，凈斷面寬×高=4200 mm×3600 mm。二十采區(qū)回風下山斷面圖如圖1。

1.2 地質(zhì)概況

根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料及附近工作面實際揭露情況分析，二十采區(qū)回風下山位于二2 煤層頂板5～30 m巖層中。直接頂為泥巖，深灰色，含有植物碎片及煤屑和少量黃鐵礦薄膜，單層厚度0.71～7.93 m，平均厚度4.38 m；老頂為中細砂巖，灰白色，主要為石英，次為長石、巖屑及菱鐵質(zhì)，鈣泥質(zhì)膠結(jié)，具斜層理，局部相變?yōu)榇稚皫r，單層厚度1.87～21.33 m，平均厚度10.29 m。二2 煤層頂板特征見表1。

圖1 二十采區(qū)回風下山斷面圖

表1 二2 煤層頂板特征表

2 傳統(tǒng)排矸系統(tǒng)

二十采區(qū)回風下山斜巷段為15°下山掘進，在上平臺安裝一臺JD-75 型絞車，通過斜巷軌道提升供應(yīng)空礦車，并將裝滿矸石的礦車提至上平臺，每次提車不超過2 輛，平巷段采用電機車配合人力推車運輸。采用這種出矸方式受到礦車供應(yīng)的制約，一旦礦車供應(yīng)不上，巷道迎頭的整個掘進作業(yè)就得停止，嚴重制約著巷道的掘進速度。

3 膠帶連續(xù)排矸系統(tǒng)建立與分析

3.1 膠帶連續(xù)排矸系統(tǒng)建立

為了滿足二十采區(qū)回風下山膠帶排矸的需要，在二十采區(qū)回風下山上平巷設(shè)置垂直矸石倉，并將矸石倉下口通過掘進聯(lián)絡(luò)巷與二十采區(qū)皮帶下連接，此后二十采區(qū)回風下山爆破產(chǎn)生的矸石通過二十采區(qū)回風下山膠帶輸送機進入轉(zhuǎn)儲矸石倉，再經(jīng)過掘進聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)的電滾筒膠帶機、二十采區(qū)皮帶下山膠帶輸送機、北翼-605 集中皮帶下山強力膠帶進入北翼-605 矸石倉，在水平大巷進行集中分矸，最終實現(xiàn)“挖掘裝載機+膠帶輸送機+垂直矸石倉+電滾筒膠帶機+采區(qū)強力膠帶機+采區(qū)集中矸石倉”的膠帶連續(xù)出矸系統(tǒng)快速掘進。膠帶排矸系統(tǒng)矸石倉及掘進聯(lián)絡(luò)巷布置圖如圖2。

圖2 膠帶排矸系統(tǒng)矸石倉及掘進聯(lián)絡(luò)巷布置圖

3.2 膠帶連續(xù)排矸系統(tǒng)特點分析

通過垂直矸石倉轉(zhuǎn)載的膠帶連續(xù)排矸系統(tǒng)布置工藝，實現(xiàn)了高效快速的扒矸、裝矸、運矸一體化，該運輸系統(tǒng)具有如下優(yōu)點。

（1）出矸效率高。解決了運輸工序占循環(huán)時間最長的問題，將原來矸石直接裝礦車改造為膠帶輸送機配矸石儲存?zhèn)}排矸，實現(xiàn)掘進時連續(xù)排矸，縮短矸石裝載、運輸時間，做到排矸不影響掘進迎頭的支護等工序的進行，實現(xiàn)平行作業(yè)，進而提高了掘進速度和效率。

（2）節(jié)省勞動力且勞動強度低。膠帶輸送機采取集中控制，與原使用礦車傳統(tǒng)出矸工藝相比，生產(chǎn)班每班可減少信號工、把鉤工2 人，絞車工1 人，推車清理工3 人，大大地節(jié)省了勞動力，降低了勞動強度。

（3）緩解采區(qū)軌道下山提升壓力。北翼-605集中軌道下山同時服務(wù)于八采區(qū)和二十采區(qū)，并兼作行人下山，斜巷上下人與斜巷提升不能同時進行，斜巷提升壓力大，常因工作面供料及出矸不及時而影響正常生產(chǎn)。將工作面矸石通過膠帶連續(xù)運輸、儲矸倉轉(zhuǎn)載至-440 m 水平大巷，減少采區(qū)軌道下山提升量，進而緩解斜巷提升壓力。

（4）安全性能高。采用膠帶機運輸相比于傳統(tǒng)的礦車運輸安全性能更高，運輸環(huán)節(jié)少，且膠帶巷與行人巷相互獨立，加強日常檢修即可保證膠帶輸送機正常使用。

4 軌道連續(xù)排矸系統(tǒng)建立與分析

4.1 軌道連續(xù)排矸系統(tǒng)建立

陳四樓煤礦引進的“液壓鑿巖機+挖掘裝載機+皮帶機+分矸裝置+礦車”新型排矸系統(tǒng)，實現(xiàn)了耙矸、裝矸、運矸一體化，并在原有排矸系統(tǒng)的基礎(chǔ)上研發(fā)出一套快速運矸系統(tǒng)，真正實現(xiàn)了連續(xù)排矸作業(yè)，大大提高了巖巷掘進速度。

快速運矸系統(tǒng)由礦車間隙快速分矸裝置和礦車快速分矸控制系統(tǒng)兩大部分組成，主要是解決迎頭連續(xù)排矸作業(yè)時，矸石落在礦車間隙的問題。新型智能化連續(xù)排矸方式布置圖如圖3，分矸機構(gòu)現(xiàn)場實物圖如圖4。

圖3 新型智能化連續(xù)排矸方式布置圖

圖4 分矸機構(gòu)現(xiàn)場實物圖

這套新型出矸系統(tǒng)實現(xiàn)了一種將破碎巖石和出矸等工序聯(lián)合作業(yè)，并連續(xù)掘進的綜合設(shè)備作業(yè)工藝。掘進迎頭放炮后，采用挖掘裝載機將矸石扒裝至膠帶輸送機上，膠帶輸送機將運輸矸石直接落在礦車內(nèi)，電機車牽引礦車在皮帶架下方的軌道上運行。

4.2 軌道連續(xù)排矸系統(tǒng)特點分析

采用“挖掘裝載機+膠帶輸送機+礦車分矸裝置+電機車牽引礦車”的連續(xù)排矸方式，相比傳統(tǒng)不連續(xù)礦車排矸系統(tǒng)，將原來絞車提升礦車出矸改為膠帶輸送機結(jié)合分矸裝置出矸，主要是解決迎頭連續(xù)排矸作業(yè)時，矸石落在礦車間隙的問題，實現(xiàn)了裝矸、排矸工作快速連續(xù)作業(yè)，即節(jié)省勞動力，又提高裝矸效率，從而實現(xiàn)快速掘進的連續(xù)排矸作業(yè)。

5 經(jīng)濟效益和安全效益

（1）工期短。二十采區(qū)回風下山設(shè)計總長度686 m，與傳統(tǒng)排矸方式相比出矸效率高，月單進進尺由50～60 m/月提高到70～80 m/月，平均月單進進尺提高20 m，工期可縮短686/60-686/80=2.8個月，節(jié)省人工費用2.8×70 ≈200 萬元。

（2）掘進成本低。傳統(tǒng)出矸方式需進行斜巷二級提升，大量占用斜巷提升時間，且每次提升2 輛礦車，提升效率低。掘進斷面按4.5 m 計算，每米巖巷產(chǎn)生矸石量14.7×1.7/0.8=32 m3（矸石碎脹系數(shù)取1.7，循環(huán)進尺取0.8 m），需礦車數(shù)量32/1.2=27 車（每個礦車裝渣1.2 m3），下方空車與提升渣車共需提升27×2=54 次（二級提升），因此每米巷道可減少斜巷提升54 次，平均每次提升成本約35 元（勞務(wù)費、電費、設(shè)備維護費等），可減少掘進成本54 次/m×35 元/次×686m ≈130萬元。

（3）減少勞動力和勞動強度。與原使用礦車傳統(tǒng)出矸工藝相比，增加了設(shè)備使用效能，實現(xiàn)了矸石運輸連續(xù)化，生產(chǎn)班每班可減少信號工、把鉤工2 人，絞車工1 人，推車清理工3 人，大大地節(jié)省了勞動力，降低了勞動強度。

（4）安全系數(shù)高。采用新型連續(xù)排矸系統(tǒng)，投入人員少、安全性高、通用性強、可靠性高，即減少了斜巷提升次數(shù)，又提高了矸石裝載及運輸期間的安全系數(shù)，有利于安全生產(chǎn)。

6 結(jié) 語

膠帶排矸系統(tǒng)與軌道排矸系統(tǒng)相輔相成，在矸石運輸不影響主煤流運輸?shù)那闆r下，優(yōu)先選用膠帶連續(xù)排矸系統(tǒng)，若矸石運輸與主煤流運輸時間段沖突的情況下，則選用軌道連續(xù)排矸系統(tǒng)，形成了一套完善的快速高效排矸系統(tǒng)，并在實踐中取得了良好的應(yīng)用效果，且任一種排矸系統(tǒng)均能夠?qū)崿F(xiàn)快速高效排矸，很好地解決了掘進過程中矸石量大、出矸緩慢等問題，安全系數(shù)高，經(jīng)濟效益顯著，對巖巷掘進快速高效排矸系統(tǒng)的推廣應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。