提高基建礦井出矸效率的思考與實(shí)踐

趙晉軍

(晉城煤業(yè)集團(tuán) 胡底煤業(yè)，山西 晉城048214)

1 礦井概況與出矸系統(tǒng)現(xiàn)狀

晉煤集團(tuán)沁水胡底煤業(yè)有限公司是晉煤集團(tuán)的控股子公司，為設(shè)計(jì)能力60 萬(wàn)噸/年單獨(dú)保留礦井。礦井是煤與瓦斯突出礦井，因此主要石門(mén)和井底硐室都布置在頂?shù)装鍘r層中，出矸是制約礦井建設(shè)的主要環(huán)節(jié)之一。胡底煤業(yè)基建初期，分三個(gè)區(qū)域組織生產(chǎn)，分別為主斜井、副立井和蒲池風(fēng)井，井下各頭面掘進(jìn)過(guò)程中，采用國(guó)內(nèi)巖巷掘進(jìn)主要的掘進(jìn)工藝:鉆爆法爆破落矸、耙斗裝巖機(jī)配合礦車(chē)出矸［1］，隨著礦井井巷距離的伸長(zhǎng)和掘進(jìn)頭面的增加，其因環(huán)節(jié)多、效率低對(duì)掘進(jìn)效率的制約日益突顯。

2 出矸系統(tǒng)中存在的突出問(wèn)題

1)工作面直接出矸至礦車(chē)，受到礦車(chē)供給的制約，不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)出矸，生產(chǎn)效率不能有效釋放。隨著隨著礦井主要巷道的延伸，運(yùn)輸距離逐漸增長(zhǎng)，運(yùn)輸工作量增大，對(duì)生產(chǎn)組織的制約更加嚴(yán)重。

2)炮掘工作面主要使用耙矸機(jī)出矸工藝，存在以下缺點(diǎn):①需要定期移機(jī)，每次移耙矸機(jī)影響生產(chǎn)3 d 左右。②出矸時(shí)鋼絲繩擺動(dòng)容易損壞工作面風(fēng)筒、探頭，造成意外事故。③鋼絲繩牽引容易產(chǎn)生摩擦火花，不適于高瓦斯、高突礦井使用。

3)隨著礦井建設(shè)的逐步推進(jìn)，井筒功能的逐漸實(shí)現(xiàn)，原主斜井、副立井、蒲池風(fēng)井三個(gè)區(qū)域各自獨(dú)立生產(chǎn)的格局將被打破，逐漸形成副立井出矸、下料，主斜井出煤的永久生產(chǎn)系統(tǒng)，副立井的提升能力將成為礦井建設(shè)的瓶頸。

3 優(yōu)化胡底煤業(yè)出矸系統(tǒng)的主要做法

1)要優(yōu)化出矸系統(tǒng)，主要的思路是實(shí)現(xiàn)連續(xù)出矸。根據(jù)我公司以副立井提升矸石為主的現(xiàn)狀，規(guī)劃礦井出矸線路，從工作面式矸和主要線路出矸兩部分來(lái)實(shí)現(xiàn)連續(xù)出矸。

3.1 工作面出矸系統(tǒng)優(yōu)化

扒渣機(jī)不僅可能快速地將工作面的矸連續(xù)的上皮帶，還可以方便地在臨時(shí)支護(hù)后安全快速的挖低工作面的矸堆，以滿足支護(hù)要求。它與其他出矸方式相比有以下優(yōu)點(diǎn)［2］:①安全性能好。扒渣機(jī)出矸作業(yè)完成靠機(jī)械臂來(lái)完成，工作面迎頭出矸時(shí)，人可以在在離空頂較遠(yuǎn)的地方完成，而耙矸機(jī)出矸時(shí)，當(dāng)工作面堆矸較高不能進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)時(shí)，人員不得不在距空頂較近的地方將矸出低，再進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且安全系數(shù)小。②適用能力強(qiáng)。扒渣機(jī)自身重量較輕，接地比壓小于0.1 MPa(260 巖巷掘進(jìn)機(jī)接地比壓為0.2 MPa)，同巖巷掘進(jìn)比相比對(duì)巷道底板的巖性要求低，適用范圍廣。③出矸效率高。耙矸機(jī)通過(guò)卸載臂搭接轉(zhuǎn)載機(jī)與巷道皮帶實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接，能快帶連續(xù)地將工作面的矸出至皮帶上，與側(cè)裝機(jī)相比，出矸時(shí)機(jī)身行走距離短，從而實(shí)現(xiàn)安全高速出矸;與耙矸機(jī)相比，減少了省去了周期性移機(jī)的時(shí)間，相對(duì)效率高。④現(xiàn)場(chǎng)管理優(yōu)。扒渣機(jī)能在每個(gè)循環(huán)將工作面的矸出凈，與耙矸機(jī)出矸相比，能保證巷道幫部支護(hù)及時(shí)到位，工作面標(biāo)準(zhǔn)化易于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)達(dá)標(biāo)，而且能夠推行正規(guī)循環(huán)作業(yè)，提高巷道掘進(jìn)效率和工程質(zhì)量控制。

圖1 優(yōu)化后工作面出矸系統(tǒng)

3.2 主要出矸線路系統(tǒng)優(yōu)化

在副立井車(chē)場(chǎng)裝矸實(shí)現(xiàn)連續(xù)出矸方面，采取了平矸倉(cāng)+耙矸機(jī)+水平車(chē)場(chǎng)的出矸系統(tǒng)。由于在副立井車(chē)場(chǎng)要裝矸至礦車(chē)，其效率在一定程度上受到礦車(chē)供給的影響，為滿足在礦車(chē)供應(yīng)不上時(shí)工作面不間斷出矸，在輔助運(yùn)輸石門(mén)設(shè)計(jì)了平矸倉(cāng)，在沒(méi)有空車(chē)的情況下工作面出矸，先可通過(guò)矸倉(cāng)口耙矸機(jī)配合儲(chǔ)滿矸倉(cāng)。矸倉(cāng)寬3 m，深1.5 m，長(zhǎng)20 m，容積為90 方，能夠滿足主運(yùn)石門(mén)或輔運(yùn)石門(mén)一個(gè)循環(huán)的儲(chǔ)矸量。輔運(yùn)石門(mén)矸倉(cāng)處為“機(jī)軌合一”布置，矸倉(cāng)口安裝耙矸機(jī)時(shí)，先用混凝土灌注0.3 m 左右的臺(tái)階，在耙矸機(jī)卸料口安裝導(dǎo)料槽，導(dǎo)料槽斜向矸倉(cāng)另一側(cè)的軌道，保證距軌面高不低于1.5 m。耙矸機(jī)出矸時(shí)，在另一側(cè)的軌道上由電瓶車(chē)牽引一列車(chē)，逐個(gè)進(jìn)行裝矸，減少人工推車(chē)工作量，提高裝矸作業(yè)效率。

圖2 改進(jìn)后平矸倉(cāng)出矸系統(tǒng)

3.3 利用礦井主運(yùn)系統(tǒng)形成出矸線路

圍繞形成連續(xù)出矸系統(tǒng)的思路，結(jié)合礦井建設(shè)期間出矸量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于出煤量的特點(diǎn)，提出了利用礦井提煤的主運(yùn)煤系統(tǒng)出矸的思路，一方面緩減副立井提升能力的壓力，一方面提高礦井出矸的效率。但要將出煤系統(tǒng)改為出矸系統(tǒng)，必須對(duì)井底煤倉(cāng)進(jìn)行改造。

3.3.1 主斜井底矸倉(cāng)改造的原因

在主斜井底設(shè)計(jì)有500 方的煤倉(cāng)，煤倉(cāng)直徑8 m，垂直高度30 m，若直接用來(lái)儲(chǔ)矸出矸，存在兩個(gè)問(wèn)題:一是大塊矸石的沖擊將可能對(duì)煤倉(cāng)下口造成損壞;二是泥巖比煤更容易相互粘接而發(fā)生堵倉(cāng)事故，因此需要對(duì)煤倉(cāng)進(jìn)行改造。

3.3.2 煤倉(cāng)增加緩沖橫梁

通過(guò)計(jì)算煤倉(cāng)上口皮帶往煤倉(cāng)內(nèi)落矸的曲線，在煤倉(cāng)下鎖口部上方，在倉(cāng)壁上留設(shè)預(yù)留孔，搭設(shè)兩組40 號(hào)工字鋼做橫，使矸石落下后先砸在橫梁上再反彈到煤倉(cāng)下口，減小對(duì)煤倉(cāng)下鎖口的直接沖擊。

3.3.3 煤倉(cāng)安裝給煤機(jī)

為減少煤倉(cāng)出矸時(shí)的堵倉(cāng)事故，對(duì)煤倉(cāng)做了雙給煤機(jī)設(shè)計(jì)。兩個(gè)給煤機(jī)前后并排布置，后面的給煤機(jī)通過(guò)加裝導(dǎo)料槽上主斜井皮帶。在出矸過(guò)程中，主要使用前面的主給煤機(jī)出矸，再發(fā)生堵倉(cāng)事故時(shí)，開(kāi)啟后面的給煤機(jī)出矸，在煤倉(cāng)內(nèi)矸石放空后，便可能很輕松地處理處理堵倉(cāng)事故。

3.3.4 煤倉(cāng)上口改造

為防止大矸塊進(jìn)入煤倉(cāng)對(duì)煤倉(cāng)造成沖擊和發(fā)生堵倉(cāng)事故，通過(guò)加裝導(dǎo)料槽和改裝上口，使上口只能夠通過(guò)0.3 m 以下的矸石，對(duì)大矸塊做到嚴(yán)格限制。

4 取得的效果

1)通過(guò)在輔助運(yùn)輸石門(mén)使用扒渣機(jī)，工作面的單進(jìn)水平由50 m/月提升至80 m/月，提升了60%。

2)通過(guò)在主運(yùn)石門(mén)、輔運(yùn)石門(mén)使用水平矸倉(cāng)+巷道皮帶的連續(xù)出矸方式，有效地提高了礦井出矸效率，最大日出矸量450車(chē)，滿足了巷道掘進(jìn)要求。

3)對(duì)主斜井底煤倉(cāng)改造后，大大地提高了礦井出矸能力，并且使出矸系統(tǒng)連續(xù)順暢，保證了各頭面的正常掘進(jìn)。

5 結(jié)語(yǔ)

出矸工藝是巖巷掘進(jìn)的關(guān)鍵工序之一，是決定巖巷掘進(jìn)效率的主要因素之一，高突高瓦斯礦井石門(mén)及盤(pán)區(qū)大巷以巖巷布置為主，在礦井進(jìn)入二期工程后，必須形成連續(xù)的工作面裝矸和主要線路出矸的連續(xù)排矸系統(tǒng)。通過(guò)扒渣機(jī)出矸工藝與皮帶運(yùn)輸加矸倉(cāng)形成的連續(xù)出矸方式，可能大大地提高礦井矸石排放能力，提高掘進(jìn)效率;并且礦井在建設(shè)期間，通過(guò)對(duì)煤倉(cāng)的改造，可能利用礦井主運(yùn)系統(tǒng)先臨時(shí)用于矸石排放，優(yōu)化礦井出矸線路，簡(jiǎn)化排矸工藝，從而礦井進(jìn)尺水平，加快礦井建設(shè)。

［1］ 楊曉，楊永興，楊淼. 巖巷掘進(jìn)連續(xù)排矸系統(tǒng)的應(yīng)用與分析［J］.煤礦機(jī)電，2012(5).

［2］ 平永生.挖斗式裝巖機(jī)在井巷工程中的使用［G］//2007年全國(guó)礦山建設(shè)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，2007.