礦井采區水平矸石倉的設計及應用

張振虎 劉建功

（河南能源化工集團 永煤公司陳四樓煤礦，河南 永城 476600）

采區水平矸石倉主要擔負采區內小型巖巷工程施工期間所產生的矸石中轉運輸工作，可以有效緩解采區集中軌道下山提升運輸緊張問題，能夠實現矸石與煤炭分時段集中運輸。現就陳四樓煤礦采區水平矸石倉的布置、設計及應用進行歸納、論述，以便類似礦井借鑒使用。

1 礦井及采區基本情況

陳四樓煤礦是河南能源化工集團永煤公司開發建設的第一對礦井，1990年開工建設，1997年建成投產，2015年礦井由瓦斯礦井升級為煤與瓦斯突出礦井。升級前礦井采區布置有集中軌道下山、皮帶下山、行人下山。其中集中軌道下山擔負采區主要進風及輔助提升任務，集中行人下山擔負采區輔助進風及運人任務，集中皮帶下山擔負采區回風及主運輸任務。采區原有的生產系統不符合突出礦井要求，故礦井升級為煤與瓦斯突出礦井后對采區原生產系統進行改造，將采區集中行人下山內的架空乘人裝置調整至采區集中軌道下山內（軌道運輸與行人運輸合一布置），調整采區通風系統，將采區集中行人下山調整為采區集中回風下山，作為專用回風巷使用，將采區皮帶下山調整為進風巷道，采區集中軌道下山仍為進風巷。

2 礦井巖巷工程出矸工藝研究

2.1 礦井巖巷工程出矸工藝

綜合考慮巖巷工程的類型、巷道所處層位、圍巖性質及強度特征等相關因素，陳四樓煤礦巖巷工程出矸工藝主要有以下四種：（1）EBZ-318H型巖巷綜掘機破巖、裝載+膠帶輸送機運矸+采區集中矸石倉中轉運輸；（2）CMJ2-18型液壓掘進鉆車打眼爆破破巖+ ZWY-150/55L型挖掘裝載機裝載+膠帶輸送機運矸+采區集中矸石倉中轉運輸；（3）YTP-26型風動鑿巖機打眼爆破破巖+ P-90B型耙裝機裝載+膠帶輸送機運矸+采區集中矸石倉中轉運輸；（4）YTP-26型風動鑿巖機打眼爆破破巖+ P-90B型耙裝機裝載+U型礦車運矸。

第（1）、（2）種出矸方式適宜施工大型巖巷工程，但第（1）種出矸方式受限于綜掘機的破巖能力，對巖巷工程的圍巖強度有嚴格要求，較適宜施工位于砂質泥巖、泥巖層位的巷道，遇砂巖期間需要配合松動爆破掘進，第（2）種出矸方式采用爆破法破巖，具有普適性；第（3）種出矸方式適宜施工拐彎次數較少、變坡變化小且后巷能夠通過轉載皮帶與采區強力皮帶相聯系的巖巷工程；第（4）種出矸方式適宜施工短距離、拐彎多、坡度變化大的巖巷工程。

2.2 存在的問題

第（1）、（2）、（3）種出矸方式相對高效、便捷，且機械化程度高，后巷出矸效率高，對工作面生產無影響；第（4）種出矸方式機械化程度偏低，出矸效率低，且由于采區集中軌道下山同時擔負輔助運輸及運人任務，人員乘坐候車上下班期間，礦車及物料無法通過斜巷提升進行運輸，斜巷有效提升時間短，礦車周轉效率低，影響工作面正常出矸及正規循環作業，導致工作面積矸超過規定，造成工作面生產條件惡化，甚至出現停工現象。當采區工作面安裝、回撤或采區水倉清理期間，采區集中軌道下山需要集中提升運輸支架或清淤礦車，采區下部基本無法安排小型巖巷工程施工，導致礦井工程及隊伍擺布受限，影響礦井接替安排。

2.3 解決思路

為避免采區集中軌道下山提升運輸能力影響巖巷工程擺布與施工，考慮在采區下部布置翻矸硐室、水平矸石倉、分矸聯絡巷，并在聯絡巷內鋪設皮帶機，分時段將矸石轉載運輸至采區上部集中矸石倉內。采區下部車場、聯絡巷等小型巖巷工程施工期間，采用耙裝機將矸石耙裝至U型礦車內，采用電機車通過采區下部運輸巷將U型礦車拉運至翻矸硐室，采用翻車機將矸石翻運至水平矸石倉內，進行臨時存儲和轉運。

3 水平矸石倉的設計及應用

為節省工程量，快速實現采區下部小型巖巷工程施工期間所產生矸石的安全、高效運輸，考慮啟用廢棄車場、聯絡巷等原有巷道充當翻矸硐室，僅在翻矸硐室內構建水平矸石倉，配備輕型翻車機出矸。現以陳四樓煤礦-720m下部水平矸石倉為例進行敘述。

3.1 設計及應用

利用原21701下順槽車場作為裝矸硐室，將九采區、五采區施工期間產生的矸石采用電機車拉運至裝矸硐室，利用KCY-1.5型輕型翻車機將矸石翻運到水平矸石倉內，然后通過P-90B耙裝機耙矸、B800×300/37kW電滾筒皮帶機運矸，將矸石轉運至五采區上部集中矸石倉，通過上部矸石倉放矸至U型礦車內通過礦井水平大巷、副井運輸至地面。水平矸石倉設計平、斷面示意圖如圖1、圖2所示

圖1 水平矸石倉平面布置示意圖

圖2 水平矸石倉斷面布置示意圖

（1）按照平面示意圖所示，鋪設軌道，主道偏巷道中心右700mm，副道偏巷道中心左900mm，軌道型為22kg/m。軌道鋪設后，打設“槽式道床”。

（2）按照平面示意圖所示在翻矸機位置下部開挖一長4m、寬3.6m、深2.5m的坑（右側按照45°斜坡施工），便于翻矸機翻矸；對坑底板、兩側及進車一側采用“錨網噴”加固；5～25m范圍坑寬度為2m，兩側加固；5～17m范圍開挖深度為2.0m，17～25m范圍底板按照16°上山起坡，最后與21701下順槽車場原底板平齊。“錨網”加固采用Φ22mm×2500mm高強錨桿配合網目100mm大眼網，錨桿間排距700mm×700mm，錨桿預緊力不得低于250N·m，噴厚不低于100mm。

（3）在設計位置安裝KCY-I型輕型翻車機一臺，在21701車場安裝一臺P-90B耙裝機，在21701下順槽及聯絡巷各安裝一部B800×300/37kW電滾筒皮帶機。

（4）在翻矸機安裝后，四周安設護欄，防止人員墜落。

3.2 翻車機的選取

煤礦U型礦車的卸車大多采用翻車機來完成，但是普通翻車機體積較大，比如皮帶運輸巷、出煤口、矸石山等處，難以發揮作用，在這種情況下，需選用相對較小且方便使用的輕型翻車機作為卸車設備。因此，-720m下部水平矸石倉選用KCY-I型輕型翻車機翻矸，該翻車機具有以下主要特征：（1）適用于1.5t（600mm軌距）礦車；（2）翻轉角度大（165°～170°），翻車平穩；（3）向前翻車卸料后可通過換向閥控制進行復位；（4）可以根據需要，安裝自動清車機系統，讓車底無殘存現象，最大限度地提高運輸效率。

4 產生的主要效益

（1）五采區和九采區的矸石通過-720m下部水平矸石倉轉運至皮帶運輸系統，緩解了采區集中軌道下山運輸緊張問題，保證了小型巖巷工程及巷修工程安全、高效快速出矸。

（2）提高工作面出矸效率，加快巷道掘進速度，采區下部工作面車場單進提高20m/月，工期縮減30d。

（3）采區下部小型巖巷工程擺布與施工不受采區輔助提升能力的限制與影響，有利于礦井接替工程安排。

5 結語

為滿足當前礦井工程施工需要，快速實現水平矸石倉分矸作業，選取啟用老巷作為裝矸硐室。由于該巷道未能直接與采區皮帶相聯系，造成矸石運輸過程中需要經過兩部轉載皮帶，轉載設備較多，設備故障率及維護工程量增大；另裝矸硐室內軌道未能實現環形閉合，礦車經翻車機翻矸后需要折返運輸，不能直接通過，工作效率降低。建議新水平及新采區設計期間可根據后期小型巖巷工程整體規劃需要，在采區準備期間布置能夠直接與采區皮帶運輸巷相聯系的裝矸硐室，減少設備投入，同時軌道采用環形閉合布置，實現礦車順序通過翻矸車，或者取消翻車機，選用底卸式礦車，以進一步提升翻矸效率，為小型巖巷工程的快速掘進創造有利條件。