宋成義

（永城煤電控股集團(tuán)有限公司陳四樓煤礦，河南 永城 476600）

二十采區(qū)回風(fēng)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(jìn)速度，而且運(yùn)輸安全存在風(fēng)險(xiǎn)。為解決排矸問(wèn)題，研究分析了兩個(gè)方向：一是通過(guò)構(gòu)建輔助巷道工程，采用膠帶輸送機(jī)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(yùn)輸系統(tǒng)（即北翼-605 集中皮帶下山主膠帶），二十采區(qū)回風(fēng)下山掘進(jìn)排矸期間，八采區(qū)2802 采煤工作面、2803 中間巷掘進(jìn)工作面、2803 下順槽掘進(jìn)工作面正常生產(chǎn)，矸渣與煤流運(yùn)輸之間相互受影響；二是通過(guò)技術(shù)改造，設(shè)計(jì)一種礦車快速分矸機(jī)構(gòu)，利用“膠帶輸送機(jī)+快速分矸機(jī)構(gòu)+礦車”實(shí)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(fēng)下山位于二十采區(qū)，該工作面對(duì)應(yīng)地面標(biāo)高平均為+33.8 m，工作面標(biāo)高為-600～ -696 m。該巷道設(shè)計(jì)全長(zhǎng)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(fēng)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(shí)際揭露情況分析，二十采區(qū)回風(fēng)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(xì)砂巖，灰白色，主要為石英，次為長(zhǎng)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(jiàn)表1。

圖1 二十采區(qū)回風(fēng)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(fēng)下山斜巷段為15°下山掘進(jìn)，在上平臺(tái)安裝一臺(tái)JD-75 型絞車，通過(guò)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(tái)，每次提車不超過(guò)2 輛，平巷段采用電機(jī)車配合人力推車運(yùn)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(gè)掘進(jìn)作業(yè)就得停止，嚴(yán)重制約著巷道的掘進(jìn)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(fēng)下山膠帶排矸的需要，在二十采區(qū)回風(fēng)下山上平巷設(shè)置垂直矸石倉(cāng)，并將矸石倉(cāng)下口通過(guò)掘進(jìn)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(fēng)下山爆破產(chǎn)生的矸石通過(guò)二十采區(qū)回風(fēng)下山膠帶輸送機(jī)進(jìn)入轉(zhuǎn)儲(chǔ)矸石倉(cāng)，再經(jīng)過(guò)掘進(jìn)聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)的電滾筒膠帶機(jī)、二十采區(qū)皮帶下山膠帶輸送機(jī)、北翼-605 集中皮帶下山強(qiáng)力膠帶進(jìn)入北翼-605 矸石倉(cāng)，在水平大巷進(jìn)行集中分矸，最終實(shí)現(xiàn)“挖掘裝載機(jī)+膠帶輸送機(jī)+垂直矸石倉(cāng)+電滾筒膠帶機(jī)+采區(qū)強(qiáng)力膠帶機(jī)+采區(qū)集中矸石倉(cāng)”的膠帶連續(xù)出矸系統(tǒng)快速掘進(jìn)。膠帶排矸系統(tǒng)矸石倉(cāng)及掘進(jìn)聯(lián)絡(luò)巷布置圖如圖2。

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

3.2 膠帶連續(xù)排矸系統(tǒng)特點(diǎn)分析

通過(guò)垂直矸石倉(cāng)轉(zhuǎn)載的膠帶連續(xù)排矸系統(tǒng)布置工藝，實(shí)現(xiàn)了高效快速的扒矸、裝矸、運(yùn)矸一體化，該運(yùn)輸系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)。

（1）出矸效率高。解決了運(yùn)輸工序占循環(huán)時(shí)間最長(zhǎng)的問(wèn)題，將原來(lái)矸石直接裝礦車改造為膠帶輸送機(jī)配矸石儲(chǔ)存?zhèn)}排矸，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)時(shí)連續(xù)排矸，縮短矸石裝載、運(yùn)輸時(shí)間，做到排矸不影響掘進(jìn)迎頭的支護(hù)等工序的進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)平行作業(yè)，進(jìn)而提高了掘進(jìn)速度和效率。

（2）節(jié)省勞動(dòng)力且勞動(dòng)強(qiáng)度低。膠帶輸送機(jī)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(hào)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(dòng)力，降低了勞動(dòng)強(qiáng)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(shí)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(shí)進(jìn)行，斜巷提升壓力大，常因工作面供料及出矸不及時(shí)而影響正常生產(chǎn)。將工作面矸石通過(guò)膠帶連續(xù)運(yùn)輸、儲(chǔ)矸倉(cāng)轉(zhuǎn)載至-440 m 水平大巷，減少采區(qū)軌道下山提升量，進(jìn)而緩解斜巷提升壓力。

（4）安全性能高。采用膠帶機(jī)運(yùn)輸相比于傳統(tǒng)的礦車運(yùn)輸安全性能更高，運(yùn)輸環(huán)節(jié)少，且膠帶巷與行人巷相互獨(dú)立，加強(qiáng)日常檢修即可保證膠帶輸送機(jī)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(jìn)的“液壓鑿巖機(jī)+挖掘裝載機(jī)+皮帶機(jī)+分矸裝置+礦車”新型排矸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了耙矸、裝矸、運(yùn)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(yùn)矸系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)了連續(xù)排矸作業(yè)，大大提高了巖巷掘進(jìn)速度。

快速運(yùn)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(shí)，矸石落在礦車間隙的問(wèn)題。新型智能化連續(xù)排矸方式布置圖如圖3，分矸機(jī)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(jī)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物圖

這套新型出矸系統(tǒng)實(shí)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(jìn)的綜合設(shè)備作業(yè)工藝。掘進(jìn)迎頭放炮后，采用挖掘裝載機(jī)將矸石扒裝至膠帶輸送機(jī)上，膠帶輸送機(jī)將運(yùn)輸矸石直接落在礦車內(nèi)，電機(jī)車牽引礦車在皮帶架下方的軌道上運(yùn)行。

4.2 軌道連續(xù)排矸系統(tǒng)特點(diǎn)分析

采用“挖掘裝載機(jī)+膠帶輸送機(jī)+礦車分矸裝置+電機(jī)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(lái)絞車提升礦車出矸改為膠帶輸送機(jī)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(shí)，矸石落在礦車間隙的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了裝矸、排矸工作快速連續(xù)作業(yè)，即節(jié)省勞動(dòng)力，又提高裝矸效率，從而實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)的連續(xù)排矸作業(yè)。

5 經(jīng)濟(jì)效益和安全效益

（1）工期短。二十采區(qū)回風(fēng)下山設(shè)計(jì)總長(zhǎng)度686 m，與傳統(tǒng)排矸方式相比出矸效率高，月單進(jìn)進(jìn)尺由50～60 m/月提高到70～80 m/月，平均月單進(jìn)進(jìn)尺提高20 m，工期可縮短686/60-686/80=2.8個(gè)月，節(jié)省人工費(fèi)用2.8×70 ≈200 萬(wàn)元。

（2）掘進(jìn)成本低。傳統(tǒng)出矸方式需進(jìn)行斜巷二級(jí)提升，大量占用斜巷提升時(shí)間，且每次提升2 輛礦車，提升效率低。掘進(jìn)斷面按4.5 m 計(jì)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(jìn)尺取0.8 m），需礦車數(shù)量32/1.2=27 車（每個(gè)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(jí)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(fèi)、電費(fèi)、設(shè)備維護(hù)費(fèi)等），可減少掘進(jìn)成本54 次/m×35 元/次×686m ≈130萬(wàn)元。

（3）減少勞動(dòng)力和勞動(dòng)強(qiáng)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(shí)現(xiàn)了矸石運(yùn)輸連續(xù)化，生產(chǎn)班每班可減少信號(hào)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(dòng)力，降低了勞動(dòng)強(qiáng)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(qiáng)、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(yùn)輸期間的安全系數(shù)，有利于安全生產(chǎn)。

6 結(jié) 語(yǔ)

膠帶排矸系統(tǒng)與軌道排矸系統(tǒng)相輔相成，在矸石運(yùn)輸不影響主煤流運(yùn)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(yùn)輸與主煤流運(yùn)輸時(shí)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(shí)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(jìn)過(guò)程中矸石量大、出矸緩慢等問(wèn)題，安全系數(shù)高，經(jīng)濟(jì)效益顯著，對(duì)巖巷掘進(jìn)快速高效排矸系統(tǒng)的推廣應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。