特大型礦井采區(qū)煤流運(yùn)輸系統(tǒng)轉(zhuǎn)載方案設(shè)計(jì)比選

趙 鳴

(中煤科工集團(tuán)北京華宇工程有限公司，北京 100120)

目前，在特大型礦井，尤其是高瓦斯礦井中采用分區(qū)式通風(fēng)的通風(fēng)方式已較為普遍[1]。由于有固定式帶式輸送機(jī)，因此隔離主運(yùn)輸巷道中的風(fēng)流，是分區(qū)通風(fēng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵點(diǎn)及難點(diǎn)。采區(qū)帶式輸送機(jī)巷與中央運(yùn)輸大巷轉(zhuǎn)載點(diǎn)的風(fēng)流可通過風(fēng)門或煤倉的方式來進(jìn)行隔斷[2]。風(fēng)門方式實(shí)施起來較為困難，需要對帶式輸送機(jī)進(jìn)行改造，投資高操作也復(fù)雜[3-5]。而煤倉有不能空倉的要求，利用該特點(diǎn)可有效實(shí)現(xiàn)隔斷風(fēng)流目的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)分區(qū)通風(fēng)[6，7]。同時(shí)，此類特大型礦井隨著開拓巷道的不斷延伸，煤炭運(yùn)輸線路越來越長，運(yùn)量大線路長成為了特大型礦井煤炭運(yùn)輸?shù)闹饕卣?。受帶式輸送機(jī)帶強(qiáng)、功率及經(jīng)濟(jì)性等多方面因素限制，礦井主運(yùn)輸系統(tǒng)帶式輸送機(jī)一般不超過3km，運(yùn)輸線路上多部輸送機(jī)搭接已很常見，運(yùn)輸環(huán)節(jié)明顯增加，運(yùn)輸設(shè)備故障率也大幅增加，由此提出整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)的可靠性顯得尤為重要。各帶式運(yùn)輸機(jī)若采用搭接方式，則無緩沖能力，整個(gè)煤炭運(yùn)輸系統(tǒng)穩(wěn)定性將承受很大壓力，局部的一個(gè)設(shè)備故障甚至?xí)叭V運(yùn)輸。因此，從分區(qū)通風(fēng)和煤流緩沖能力考慮，在余吾煤礦南六采區(qū)運(yùn)輸下山與中央運(yùn)輸大巷煤流運(yùn)輸系統(tǒng)轉(zhuǎn)載處設(shè)計(jì)一個(gè)采區(qū)煤倉是非常必要的[8-11]。

1 工程概況

余吾煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為6.0Mt/a，于2007年正式投產(chǎn)，礦井布置兩個(gè)生產(chǎn)采區(qū)。根據(jù)目前礦井的開拓部署，亟需對南六采區(qū)進(jìn)行設(shè)計(jì)，待南六采區(qū)達(dá)產(chǎn)后將形成北二和南六兩個(gè)采區(qū)同時(shí)生產(chǎn)。南六采區(qū)首采工作面為S6101工作面，生產(chǎn)能力為3.0Mt/a。礦井井下運(yùn)輸系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 余吾煤礦井下運(yùn)輸系統(tǒng)示意圖

設(shè)計(jì)認(rèn)為采區(qū)下山與中央南翼大巷之間布置煤倉或溜煤眼可實(shí)現(xiàn)采區(qū)分區(qū)通風(fēng)，由此可見在南六采區(qū)帶式輸送機(jī)與中央+400m水平南翼3號帶式輸送機(jī)連接處布置緩沖煤倉或溜煤眼都是可行的方案。

2 采區(qū)煤流轉(zhuǎn)載設(shè)計(jì)方案

針對余吾煤礦南六采區(qū)煤流轉(zhuǎn)載形式提出以下三個(gè)方案。

2.1 方案一：2000t煤倉

南六采區(qū)煤倉選擇容量為2000t的煤倉，滿足綜采工作面正常生產(chǎn)時(shí)4h的煤炭運(yùn)輸量。煤倉型式為直立式圓形，凈直徑8.0m，高度約45m。煤倉及裝載硐室采用“錨網(wǎng)噴+鋼筋混凝土+工字鋼梁”支護(hù)，墻壁先打錨桿掛網(wǎng)，噴100mm混凝土，噴射混凝土強(qiáng)度等級為C20，再進(jìn)行鋼筋混凝土支護(hù)，厚度為500mm，鋼筋混凝土強(qiáng)度等級為C30。煤倉漏斗鋪底采用鐵鋼砂混凝土，其強(qiáng)度等級為C35，鐵鋼砂混凝土配合比為1∶0.3∶2.5(水泥：水：鐵鋼砂)。錨桿采用Φ22mm左旋無縱筋高強(qiáng)錨桿，托板采用高強(qiáng)度托板，錨桿間排距為800mm×800mm。金屬網(wǎng)片采用Φ6.5mm鋼筋加工，網(wǎng)孔為100mm×100mm。

煤倉上口設(shè)有帶式輸送機(jī)機(jī)頭硐室及其變電所、檢修聯(lián)絡(luò)斜巷。煤倉下口設(shè)有裝載硐室及其檢修聯(lián)絡(luò)巷、清理巷。 2000t煤倉設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 2000t煤倉設(shè)計(jì)圖(mm)

2.2 方案二：500t煤倉

南六采區(qū)煤倉選擇容量為500t的煤倉，滿足綜采工作面正常生產(chǎn)時(shí)1h的煤炭運(yùn)輸量。煤倉型式為直立式圓形，凈直徑6.0m，高度約22m。煤倉及裝載硐室采用“錨網(wǎng)噴+鋼筋混凝土+工字鋼梁”支護(hù)，墻壁先打錨桿掛網(wǎng)，噴100mm混凝土，噴射混凝土強(qiáng)度等級為C20，再進(jìn)行鋼筋混凝土支護(hù)，厚度為400mm，鋼筋混凝土強(qiáng)度等級為C30。煤倉漏斗鋪底形式、錨桿參數(shù)和金屬網(wǎng)參數(shù)與方案一相同。

煤倉上口設(shè)有帶式輸送機(jī)機(jī)頭硐室及其變電所、檢修聯(lián)絡(luò)巷。煤倉下口設(shè)有裝載硐室及其檢修聯(lián)絡(luò)巷、清理巷。500t煤倉設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 500t煤倉設(shè)計(jì)圖(mm)

2.3 方案三：溜煤眼

南六采區(qū)選擇溜煤眼，無緩沖能力。溜煤眼采用直立式圓形，凈直徑3.0m，高度約4.6m。溜煤眼及裝載硐室采用“錨網(wǎng)噴+鋼筋混凝土+工字鋼梁”支護(hù)。溜煤眼先打錨桿掛網(wǎng)，噴50mm混凝土，噴射混凝土強(qiáng)度等級為C20，再進(jìn)行鋼筋混凝土支護(hù)，厚度為250mm，鋼筋混凝土強(qiáng)度等級為C30。裝載硐室墻壁先打錨桿掛網(wǎng)，噴100mm混凝土，噴射混凝土強(qiáng)度等級為C20，再進(jìn)行鋼筋混凝土支護(hù)，厚度為400mm，鋼筋混凝土強(qiáng)度等級為C30。煤倉漏斗鋪底形式、錨桿參數(shù)和金屬網(wǎng)參數(shù)與方案一相同。

溜煤眼上口設(shè)有帶式輸送機(jī)機(jī)頭硐室及其檢修聯(lián)絡(luò)巷。下口設(shè)有裝載硐室及其檢修聯(lián)絡(luò)巷。溜煤眼設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 溜煤眼設(shè)計(jì)圖(mm)

3 方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

本次設(shè)計(jì)將三個(gè)方案對比項(xiàng)按重要性進(jìn)行了排序：分別為分區(qū)通風(fēng)、節(jié)能、煤流緩沖能力、井巷工程量、煤破碎程度和施工工期。三種轉(zhuǎn)載方案的對比見表1。

表1 三種轉(zhuǎn)載方案對比

1)南六采區(qū)瓦斯涌出量大，需采取分區(qū)通風(fēng)的方式。方案三為溜煤眼，容易漏風(fēng)，分區(qū)通風(fēng)效果不如前兩個(gè)方案。在南六運(yùn)輸下山和中央+400水平南翼帶式輸送機(jī)大巷之間設(shè)立煤倉，可達(dá)到完全隔斷風(fēng)流，實(shí)現(xiàn)分區(qū)通風(fēng)的目的。

2)根據(jù)《煤礦綜采采區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50536—2009)中節(jié)能章節(jié)“采區(qū)設(shè)計(jì)進(jìn)行技術(shù)方案比較時(shí)，應(yīng)將降低能源和資源消耗列為重要的考量指標(biāo)，并應(yīng)符合國家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定”，采區(qū)煤炭運(yùn)輸中節(jié)能應(yīng)為方案比選的重要的考量指標(biāo)，方案二煤炭提升高度較方案一低，理論上能耗可減少近一半。

3)余吾煤礦井下帶式輸送機(jī)條數(shù)多，運(yùn)輸距離長且大多為直接搭接方式。其中某一條帶式輸送機(jī)發(fā)生故障都會影響工作面生產(chǎn)。在采區(qū)與中央大巷之間若能形成一定的煤流緩沖能力，可有效降低帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的整體壓力，有利于提高井下主運(yùn)輸系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在煤流緩沖方面，雖然方案一煤流緩沖能力強(qiáng)，但余吾煤礦已積累多年生產(chǎn)運(yùn)輸及檢修經(jīng)驗(yàn)，緩沖能力能滿足工作面1h的出煤量即可，而且大煤倉其配套的相關(guān)硐室的井巷工程量較多，施工工期較長。同時(shí)，方案一煤倉高度高，原煤破碎程度增加，極易形成末煤，降低煤炭塊煤率，同時(shí)增加煤倉下口煤塵量。

綜上所述，推薦方案二，即南六采區(qū)運(yùn)輸下山與中央+400m水平南翼2號帶式輸送機(jī)大巷之間布置容量為500t的煤倉，既可實(shí)現(xiàn)分區(qū)通風(fēng)，形成采區(qū)煤流緩沖能力，又有節(jié)約能耗，井巷工程量較少，施工工期較短，最大程度減少原煤破碎程度的優(yōu)點(diǎn)。

4 結(jié) 語

本文對余吾煤礦南六采區(qū)運(yùn)輸機(jī)與中央+400m水平南翼大巷運(yùn)輸機(jī)煤流轉(zhuǎn)載方式進(jìn)行了設(shè)計(jì)方案對比。提出布置2000t煤倉、500t煤倉和溜煤眼三種方案。由于該采區(qū)煤倉服務(wù)年限較長，需在設(shè)計(jì)階段慎重地、多角度分析設(shè)計(jì)方案的合理性，因此分別對分區(qū)通風(fēng)、節(jié)能、緩沖煤流能力、井巷工程量、煤破碎程度和施工工期進(jìn)行了分析。分析認(rèn)為500t煤倉在該采區(qū)的應(yīng)用具有實(shí)現(xiàn)分區(qū)通風(fēng)、節(jié)約能源的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)煤流緩沖能力、井巷工程量、煤破碎程度和施工工期均適宜，最終推薦選用方案二。