矿井采区水平矸石仓的设计及应用

张振虎 刘建功

（河南能源化工集团 永煤公司陈四楼煤矿，河南 永城 476600）

采区水平矸石仓主要担负采区内小型岩巷工程施工期间所产生的矸石中转运输工作，可以有效缓解采区集中轨道下山提升运输紧张问题，能够实现矸石与煤炭分时段集中运输。现就陈四楼煤矿采区水平矸石仓的布置、设计及应用进行归纳、论述，以便类似矿井借鉴使用。

1 矿井及采区基本情况

陈四楼煤矿是河南能源化工集团永煤公司开发建设的第一对矿井，1990年开工建设，1997年建成投产，2015年矿井由瓦斯矿井升级为煤与瓦斯突出矿井。升级前矿井采区布置有集中轨道下山、皮带下山、行人下山。其中集中轨道下山担负采区主要进风及辅助提升任务，集中行人下山担负采区辅助进风及运人任务，集中皮带下山担负采区回风及主运输任务。采区原有的生产系统不符合突出矿井要求，故矿井升级为煤与瓦斯突出矿井后对采区原生产系统进行改造，将采区集中行人下山内的架空乘人装置调整至采区集中轨道下山内（轨道运输与行人运输合一布置），调整采区通风系统，将采区集中行人下山调整为采区集中回风下山，作为专用回风巷使用，将采区皮带下山调整为进风巷道，采区集中轨道下山仍为进风巷。

2 矿井岩巷工程出矸工艺研究

2.1 矿井岩巷工程出矸工艺

综合考虑岩巷工程的类型、巷道所处层位、围岩性质及强度特征等相关因素，陈四楼煤矿岩巷工程出矸工艺主要有以下四种：（1）EBZ-318H型岩巷综掘机破岩、装载+胶带输送机运矸+采区集中矸石仓中转运输；（2）CMJ2-18型液压掘进钻车打眼爆破破岩+ ZWY-150/55L型挖掘装载机装载+胶带输送机运矸+采区集中矸石仓中转运输；（3）YTP-26型风动凿岩机打眼爆破破岩+ P-90B型耙装机装载+胶带输送机运矸+采区集中矸石仓中转运输；（4）YTP-26型风动凿岩机打眼爆破破岩+ P-90B型耙装机装载+U型矿车运矸。

第（1）、（2）种出矸方式适宜施工大型岩巷工程，但第（1）种出矸方式受限于综掘机的破岩能力，对岩巷工程的围岩强度有严格要求，较适宜施工位于砂质泥岩、泥岩层位的巷道，遇砂岩期间需要配合松动爆破掘进，第（2）种出矸方式采用爆破法破岩，具有普适性；第（3）种出矸方式适宜施工拐弯次数较少、变坡变化小且后巷能够通过转载皮带与采区强力皮带相联系的岩巷工程；第（4）种出矸方式适宜施工短距离、拐弯多、坡度变化大的岩巷工程。

2.2 存在的问题

第（1）、（2）、（3）种出矸方式相对高效、便捷，且机械化程度高，后巷出矸效率高，对工作面生产无影响；第（4）种出矸方式机械化程度偏低，出矸效率低，且由于采区集中轨道下山同时担负辅助运输及运人任务，人员乘坐候车上下班期间，矿车及物料无法通过斜巷提升进行运输，斜巷有效提升时间短，矿车周转效率低，影响工作面正常出矸及正规循环作业，导致工作面积矸超过规定，造成工作面生产条件恶化，甚至出现停工现象。当采区工作面安装、回撤或采区水仓清理期间，采区集中轨道下山需要集中提升运输支架或清淤矿车，采区下部基本无法安排小型岩巷工程施工，导致矿井工程及队伍摆布受限，影响矿井接替安排。

2.3 解决思路

为避免采区集中轨道下山提升运输能力影响岩巷工程摆布与施工，考虑在采区下部布置翻矸硐室、水平矸石仓、分矸联络巷，并在联络巷内铺设皮带机，分时段将矸石转载运输至采区上部集中矸石仓内。采区下部车场、联络巷等小型岩巷工程施工期间，采用耙装机将矸石耙装至U型矿车内，采用电机车通过采区下部运输巷将U型矿车拉运至翻矸硐室，采用翻车机将矸石翻运至水平矸石仓内，进行临时存储和转运。

3 水平矸石仓的设计及应用

为节省工程量，快速实现采区下部小型岩巷工程施工期间所产生矸石的安全、高效运输，考虑启用废弃车场、联络巷等原有巷道充当翻矸硐室，仅在翻矸硐室内构建水平矸石仓，配备轻型翻车机出矸。现以陈四楼煤矿-720m下部水平矸石仓为例进行叙述。

3.1 设计及应用

利用原21701下顺槽车场作为装矸硐室，将九采区、五采区施工期间产生的矸石采用电机车拉运至装矸硐室，利用KCY-1.5型轻型翻车机将矸石翻运到水平矸石仓内，然后通过P-90B耙装机耙矸、B800×300/37kW电滚筒皮带机运矸，将矸石转运至五采区上部集中矸石仓，通过上部矸石仓放矸至U型矿车内通过矿井水平大巷、副井运输至地面。水平矸石仓设计平、断面示意图如图1、图2所示

图1 水平矸石仓平面布置示意图

图2 水平矸石仓断面布置示意图

（1）按照平面示意图所示，铺设轨道，主道偏巷道中心右700mm，副道偏巷道中心左900mm，轨道型为22kg/m。轨道铺设后，打设“槽式道床”。

（2）按照平面示意图所示在翻矸机位置下部开挖一长4m、宽3.6m、深2.5m的坑（右侧按照45°斜坡施工），便于翻矸机翻矸；对坑底板、两侧及进车一侧采用“锚网喷”加固；5～25m范围坑宽度为2m，两侧加固；5～17m范围开挖深度为2.0m，17～25m范围底板按照16°上山起坡，最后与21701下顺槽车场原底板平齐。“锚网”加固采用Φ22mm×2500mm高强锚杆配合网目100mm大眼网，锚杆间排距700mm×700mm，锚杆预紧力不得低于250N·m，喷厚不低于100mm。

（3）在设计位置安装KCY-I型轻型翻车机一台，在21701车场安装一台P-90B耙装机，在21701下顺槽及联络巷各安装一部B800×300/37kW电滚筒皮带机。

（4）在翻矸机安装后，四周安设护栏，防止人员坠落。

3.2 翻车机的选取

煤矿U型矿车的卸车大多采用翻车机来完成，但是普通翻车机体积较大，比如皮带运输巷、出煤口、矸石山等处，难以发挥作用，在这种情况下，需选用相对较小且方便使用的轻型翻车机作为卸车设备。因此，-720m下部水平矸石仓选用KCY-I型轻型翻车机翻矸，该翻车机具有以下主要特征：（1）适用于1.5t（600mm轨距）矿车；（2）翻转角度大（165°～170°），翻车平稳；（3）向前翻车卸料后可通过换向阀控制进行复位；（4）可以根据需要，安装自动清车机系统，让车底无残存现象，最大限度地提高运输效率。

4 产生的主要效益

（1）五采区和九采区的矸石通过-720m下部水平矸石仓转运至皮带运输系统，缓解了采区集中轨道下山运输紧张问题，保证了小型岩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，加快巷道掘进速度，采区下部工作面车场单进提高20m/月，工期缩减30d。

（3）采区下部小型岩巷工程摆布与施工不受采区辅助提升能力的限制与影响，有利于矿井接替工程安排。

5 结语

为满足当前矿井工程施工需要，快速实现水平矸石仓分矸作业，选取启用老巷作为装矸硐室。由于该巷道未能直接与采区皮带相联系，造成矸石运输过程中需要经过两部转载皮带，转载设备较多，设备故障率及维护工程量增大；另装矸硐室内轨道未能实现环形闭合，矿车经翻车机翻矸后需要折返运输，不能直接通过，工作效率降低。建议新水平及新采区设计期间可根据后期小型岩巷工程整体规划需要，在采区准备期间布置能够直接与采区皮带运输巷相联系的装矸硐室，减少设备投入，同时轨道采用环形闭合布置，实现矿车顺序通过翻矸车，或者取消翻车机，选用底卸式矿车，以进一步提升翻矸效率，为小型岩巷工程的快速掘进创造有利条件。