矿井排矸系统改造方案研究与实施

王志磊

（河南能源化工集团鹤煤公司第三煤矿，河南 鹤壁 458000）

1 概况

三矿位于鹤壁煤田中部，矿井北起F11、F3断层，西部以二1煤层露头为界，南到F16、F20断层与五矿为界，深部至二1煤-800m底板等高线，南北走向5.5km，东西倾斜宽约3.1km，面积14.8997km2。矿井开拓方式为立井、暗斜井多水平开拓，分四个水平：一水平（-68m）、二水平（-291m）、三水平（-550m）、四水平（-800m）。一、二、三水平已回采结束，生产水平为四水平。矿井运输系统分主提升系统和辅助提升系统。主提升系统包括井下一、二、三水平主皮带线和主井提升。辅助运输系统包括一、二、三、四水平采区轨道、主轨道以及副井、新副井提升系统。

1.1 主提升系统

（1）主井基本情况

主井为立井提升，2JK-4/20型单绳缠绕式提升机，YR630-10（1000kW）型电动机，中矿传动自动化ASCS-6型全数字双馈转子变频交流调速电控系统，JG-8型箕斗，一次提升量8t，提升高度306.4m，最大提升速度6.19m/s，提升钢丝绳为41NAT6V×37S+NF1670ZZ，日提升5000t。

（2）基础数据

表1 2JK-4/20型单绳缠绕式提升机参数表

（3）核定提升能力

1.2 主皮带运输系统

（1）基本情况

二水平主皮带铺设长度1375m，最大坡度12°，胶带为ST-3150钢丝绳芯高强皮带，带宽1m，带速2.4m/s，拖动电机为YB450M2-6，N=400kW，2台，设计运输能力330t/h。

三水平主皮带铺设长度1400m，最大坡度17°，胶带为ST-3500，带宽1m，带速2.32m/s，电机为YB450M2-6，N=400kW，2台，设计运输能力330t/h。

（2）主要技术数据

表2 二三水平主皮带提升能力计算参数表

（3）提升能力核定

按设计运输能力核定：

1.3 副井

副井为立井提升，2JK-3/20型单绳缠绕式提升机，JRQ158-8（380kW）型电动机，中矿传动自动化ASCS-6型全数字双馈转子变频交流调速电控系统，2t单层单车普通罐笼，提升高度256m，提升钢丝绳为36.5NAT6V×37+NF1670ZZ，提升速度4.3m/s，双码提升，一次提升2t矿车1辆。根据现场实测，中央副井一次提升循环时间为300s，圆班提升时间为12h，提矸量为144车。

1.4 新副井

新副井为JKMD-4×4（Ⅲ）E型多绳摩擦式提升机，ZKTD250/50型低速直流直联电动机，功率1250kW，焦作华飞ZTDK-TS型直流调速控制系统，提升容器为一个3t双层双车加长宽罐笼+一个3t双层双车窄罐笼，提升高度1018.5m，提升钢丝绳为41ZBB-36WS+FC1770ZS/SZ型进口钢丝绳4根，最大提升速度8.5m/s，双层双码提升，一次提升2t矿车2辆。根据现场实测，中央副井一次提升循环时间为720s，圆班提升时间为14h，提矸量为140车。副井、新副井圆班提矸量合计284车。

2 排矸系统改造方案

2.1 排矸系统存在的问题

根据矿井采掘接替需要，2019年岩巷掘进工程量4946m，平均月进尺420m，平均断面16m2，月排矸8736车，日出矸312车（按28d生产天数计算）。通过对矿井辅助提升能力进行计算，日最大提升车辆284车，岩巷日排矸312车，同时考虑下料、回收设备、巷修排矸，以及工作面安装、回撤，需从新副井下综放支架和工作面安装所需机电设备，不能正常提车，影响岩巷掘进排矸，矿井辅助提升系统不能满足岩巷掘进排矸需要，因此需对矿井排矸系统进行改造。

2.2 井下排矸系统改造

由于副井、新副井难以满足岩巷掘进排矸需要，矿井主提升系统日提升能力5000t，日原煤产量3600t以下，可利用主提升系统分流部分矸石，利用八点班集中排矸。结合矿井实际，根据矸石排至三水平主皮带方式不同，制定出四个方案，具体方案如下：

（1）方案一：设置斜式矸石仓

将三水平主皮带尾通道作为矸石仓，上口安装翻车机，下口安装给煤机，在皮带尾和给煤机之间铺一部皮带，将矸石排至三水平主皮带。矸石仓可储存矸石270车。如表3所示。

表3 方案一工程量及优缺点

（2）方案二：布置立式矸石仓

距三水平卸载仓50m处，在三水平主皮带上方布置一个矸石仓，矸石仓上口通过联络巷与三水平大巷连通，下口与三水平主皮带连通。矸石仓可储存矸石340车。如表4所示。

表4 方案二工程量及优缺点

（3）方案三：布置卧仓

在42采区轨道上山上平台与三水平北大巷交叉口向南布置1个卧仓，卧仓上口与三水平北大巷相连，下口与三水平主皮带相连，矸石翻到卧仓再用耙装机将矸石送至三水平主皮带。卧仓可储存矸石120车。如表5所示。

表5 方案三工程量及优缺点

（4）方案四：立式矸石仓

在三水平卸载仓绕道与三水平主皮带机尾通道交叉处布置一个立式矸石仓，矸石仓上口通过联络巷与三水平卸载仓绕道连通，下口与三水平主皮带机尾通道连通。在矸石仓下口补掘一条35m联络巷，矸石通过联络巷皮带直接上三水平主皮带。卧仓可储存矸石340车，矸石仓可储存矸石350车。如表6所示。

同时地面排矸系统改造与井下改造系统对接，煤楼矸石经架空皮带直接上矸石山，提高地面排矸系统速度。

表6 方案四工程量及优缺点

2.3 方案选择

通过对以上四个方案的工程量、施工难度、矸石运输方式及后期对矿井安全生产的影响因素综合考虑，确定方案四立式矸石仓为最终实施方案。

3 方案实施过程

首先对三水平主皮带尾通道和矸石仓上口进行扩修，扩修结束后利用反井钻机掘立式矸石仓，同时在三水平主皮带尾通道与三水平主皮带尾之间补掘一条联络巷，工程量35m。最后在矸石仓上口安装破碎机和翻车机、下口安装给煤机，并在联络巷铺设皮带35m。

同时地面由矸石山洞口至矸石山上铺设全封闭桁架皮带并在矸石山上建一座储矸仓。2019年5月底，以上工程全部结束，矿井排矸系统改造完成，具备试运转条件。

4 实施效果

（1）岩巷进尺增加，确保矿井采掘接替正常

排矸系统改造前，受矿井提升能力不足影响，岩巷日进尺最高12m。矿井排矸系统改造后，岩巷进尺不受排矸能力限制，目前日进尺最高达到18m，且有进一步提升空间。岩巷进尺增加后，为工作面瓦斯治理争取了时间和空间，保证煤巷和采煤工作面正常掘进和回采，矿井采掘接替正常。

（2）辅助运输系统压力大得到缓解

排矸系统改造前，为保证矿井岩巷进尺排矸需要，轨道运输人员现场交接班提升，辅助运输系统压力大，预留检修时间相对较短。排矸系统改造后，辅助运输能力不足问题得到解决，可预留较长时间用于设备日常检修和维护，机电设备安全运行得到保障。

（3）人员劳动强度降低

由于矿井运输路线长，远距离人员现场交接班，至少延长1个小时井下工作时间，劳动强度大。排矸系统改造后，辅助运输人员不用现场交接班提升，工作时间相对较短，劳动强度降低。

5 结论

通过对矿井主提升和辅助提升系统进行调研，结合矿井生产实际，利用主提升系统分流部分岩巷掘进矸石，解决了矿井辅助提升能力不足问题。