衰老矿井回采工艺改革及系统改造探讨

王新丰，高明中，李 彦

(安徽理工大学 能源与安全学院，安徽 淮南 232001)

鉴于资源的有限性和不可再生性，矿井必然由开发、兴盛走向衰老，目前我国就有大量矿井进入或即将进入衰老期［1－2］。随着衰老矿井的长期开采，原煤储量日趋枯竭，生产条件剧烈恶化，生产系统老化严重［3］，直接制约了煤矿企业的快速、协调和可持续发展。

淮北矿业集团袁庄煤矿是一个有着50 余年开采历史的矿井，由于设计井型较小、水平繁多、生产系统复杂，长期以来一直沿用传统的炮采工艺，机械化程度低。近年来，随着煤炭可采储量的日益减少，矿井衰老的特点逐渐凸显，因此，为实现矿井安全高效的循环发展目标，对工作面实行了炮采变综采的工艺改革，更新技术理念，并相应完成了矿井生产系统的优化改造，大大提升了矿井生产能力，促进了企业的增产增收。

1 衰老矿井生产系统的特点

衰老矿井普遍存在着可采储量日渐减少、生产能力日趋紧缩、矿井产量不断下降、生产条件日益复杂、生产费用持续升高、矿井负担越来越重等问题［2－4］，受以上因素制约，衰老矿井的生产系统通常呈现以下特点［5－7］:

(1)主、副井提升设备落后，提升能力有限，安全系数较低。

(2)开采设计布局不甚合理，导致后续生产过程中进料、排矸以及煤炭运输系统周转环节多、运输路线长、机械事故频发。

(3)通风设施多，通风阻力大，通风路线长，集中化程度低，矿井漏风较为严重。

(4)安全监控设备陈旧，维修量大，监控能力下降。

(5)供电设备老化损毁严重，漏电现象时有发生，检修工作繁琐，增加了人工劳动量。

2 衰老矿井生产系统的改造原则

矿井的生产系统主要包括提升、运输、通风、安全监控及供电五大系统。各生产系统之间结合紧密，相互依存，共同完成矿井的生产任务。为提升衰老矿井的生产能力，需对原生产系统进行进一步优化改造，系统改造要遵循以下原则:

(1)提升系统要保证提煤、进料、载人的协调畅通，箕斗、罐笼选型合理，为其他系统的正常运行打好基础。

(2)运输系统要保证设备的运输安全，减少运输环节，运煤、运料正常有序，采用无极绳绞车连续牵引运输，以提高运输效率。

(3)通风系统是矿井安全生产的门户，良好的通风能够保证人员、设备高效工作，是其他系统安全运行的重要保证和支撑。

(4)安全监控系统主要对通风系统做进一步监测和追踪，最大限度地查出安全隐患并有针对性的进行清除，保证通风顺畅，对其他系统的工作进行有力的促进。

(5)供电系统是全部生产系统正常有序、合理运行的保障，对其他系统的工作直接起主导和遥控作用。只有供电的安全畅通才能保证机械设备的正常化运行，使综采工艺的破、装、运、支、处形成一个有效的运作工程，科学高效的完成生产任务，实现产量提升［8］。

3 衰老矿井生产系统的改造方案

矿井实行炮采变综采的工艺改革以后，为实现矿井的高产高效，需对原生产系统进行相应的改造和优化，以消除抑制矿井安全生产的瓶颈。结合袁庄矿综采改革的实际，在原有生产系统的基础上需要对矿井的提升系统、运输系统、通风系统、安全监控系统及供电系统进行必要的改造，为产量提速铺平道路。在众多的系统改造中，以提升系统中的罐笼改造最具特色，能够发挥借鉴和示范作用，在安全和经济方面均值得推广。

3.1 提升系统改造

袁庄煤矿采用立井、副暗斜井联合多水平开拓方式。分为4 个水平:－150m 水平、－290m 水平、－450m 水平和－620m 水平。井田内设有4 个立井，分别为主井、副井、二庄风井、中央风井。袁庄矿的煤层埋藏不深，考虑支护、掘进等方面的情况，决定采用圆形断面。主井采用箕斗提煤，副井采用罐笼提升。

3.1.1 主井改造

袁庄矿主井采用立井开拓，井筒直径4.5m，内装主提升系统1 套，提升机型号为2JK－3.2/11.5，钢丝绳为6×37 (s)－φ31mm，箕斗提升量为3.5t，年提升能力872kt，用于进风、提煤。井筒表土层的支护采用钢筋混凝土及砌碹支护，基岩段采用钢筋混凝土支护，基岩段钢筋混凝土井壁厚0.5m，冻结段混凝土井壁厚0.85～0.95m。

工作面采用综采以后，提升煤量增加，主井井筒需做部分改进，更换提升能力更大的箕斗，可采用一对9t 箕斗加强提升效果，钢丝绳也要做相应的配套调整，以保证生产的正常进行。

3.1.2 副井改造

副井连接－290m 水平，并在－290m 水平布置有井底车场。井筒直径4.5m，井架高17.5m，副井上口装有防过卷装置，下口装有防蹲罐装置。副井罐道为组合罐道，同勾两罐道净间距为2.55m，罐笼两侧装有制动绳，制动绳净间距为1.14m。副井罐笼为轻型双层罐笼，型号为GLG (s)1×1/2Q，重3.54t，允许工作载荷4.5t。副井绞车型号为2JK－3.2/20G，滚筒直径3.2m，宽度1.5m，单绳缭绕式提升，提升钢丝绳为6 × 37 (s)－φ34.5mm，提升机额定静拉力为100kN，提升机允许提升的最大重量为7t。防过卷装置的防撞梁安装在井架上，距副井上口垂直距离14m。供现生产水平进风、下料、排矸、提升人员使用。

如上综采，所有超过规定尺寸、重量的设备都必须解体后才能下井，而且大型设备必须从罐底下放，稍做适当改造，否则会造成设备无法入井。具体设备改进如下:

(1) 罐笼的改造 因袁庄矿副井井筒偏小，大型设备无法正常装罐入井，综采液压支架尺寸大，且需入井的数量多，按照以前的方法，每次均需要打离合器，不仅效率低，而且不利于提升机的安全，为此经过实际调研，决定对东勾罐笼的二层罐平台进行改造，即以副井东勾北门及东勾罐笼的中心为基准，在二层平台上做一个尺寸为2.12m×0.6m×0.16m 的可活动的平台。在下放液压支架顶梁时，将活动的平台打开，正常提升时，将平台落下。经过对罐笼改造，能大幅度提高副井下液压支架的效率，同时也是对提升绞车安全的一种保护。

(2) 专用平板车改造 由于袁庄矿现用的平板车高度约为0.4m，加上液压支架的3.65m，高度为4.05m，超过4m，决定对平板车进行特殊加工。加工后的平板车高度约为0.25m，总高度降为3.9m。目前罐笼下层净高2.1m，上层罐净高1.9m，加上改造后二层罐笼平台的厚度0.16m，罐笼的净高度可达4.16m，完全满足实际需要。

(3) 副井上下口改造 副井井口北门井架的有效高度为5.2m，宽度为9m;副井下口北门马头门处有效高度为4.2m，宽度为4m，通过试验，副井上下口均可满足液压支架的下放及运输要求。

3.1.3 设备入井方案

为保证液压支架能够顺利地下放到下口，按照液压支架的实际尺寸1 ∶1 做出角钢模型配合下放。在副井上口安装好5t 单轨吊，并在副井的南门安装1 部绞车，液压支架由铲车运至副井北门，经单轨吊将液压支架放置在井口提前准备好的专用平板车上，在南门绞车的牵引下，平台、液压支架及单轨吊一起运动至罐笼中部设计位置，此时摘掉勾头，安装好专用挡板 (起到限位液压支架的作用)，绞车进行下放。在副井北门下口安装2 部绞车，并分别在井筒井壁上及马头门处提前打好起吊点，便于设备起吊。结合袁庄矿罐笼实际及液压支架的尺寸情况，决定采用站罐的方式进行下放，当罐笼以0.5m/s 的速度落至下口时，2 台绞车绳分别固定在液压支架的中部和底部，通过2 台绞车的相互牵引配合，将液压支架牵引出井口，并在井口调整好支架，装专用平板车运输。

通过技术改造，下液压支架不需要打离合器，避免了因误操作而带来的安全隐患，对提升绞车来说也是一种安全保护，同时极大地提高了工效，保证了综采设备的如期安装。该项技术改造在袁庄矿尚属首次，但对集团公司生产矿井的副井罐笼改造具有很好的借鉴作用，经济适用，安全可靠。

3.2 运输系统改造

袁庄煤矿是传统的炮采工艺矿井，采用综采以后，井下巷道特别是采区上山及阶段车场的巷道断面、轨道坡度、轨道半径均无法满足设备运输的需要，必须重新进行改造以满足生产要求。

根据工作面巷道设计情况，工作面前期设备安装运输从地面→副井→Ⅱ水平井底车场→Ⅲ水平南大巷→Ⅳ1 轨道上山→Ⅳ1 二阶段车场→组装硐室→Ⅳ4111 风巷。

为方便工作面安装期间的设备运输，Ⅳ4111风、机巷将采用无极绳绞车连续牵引运输设备，以减少运输环节，且需按综采要求铺设22kg/m 的轨道，轨距600mm，道岔采用DK622/3/9 型道岔。同时为保证风巷大件、设备的安全运输，要求每节轨道加设不少于2 幅轨距拉杆。

3.3 供电系统改造

3.3.1 供电变电所调整

地面35kV 变电所最大用电量达到5824kW，因综采工作面整体负荷较大，为保证全矿正常安全供电，现需要将供电电缆及负荷作如下调整:

(1)更换主变为10MVA 的变压器。

(2)将二水平泵房至IV1泵房高压电缆更换为3×95mm2的电缆，共2100m。

(3)将二水平中间变电所由I 段213 号开关调整到II 段210 号开关，以减少I 段电源负荷。

(4)地面需要进行倒闸操作时，综采工作面需要停止作业，以免主变超负荷运行，造成重大安全供电事故。

3.3.2 供电系统构成

根据供电设备选型的原则及所选设备的电动机型号规格，设计出综采工作面的供电系统。移动变电站和泵站系统安装在机巷外口机电峒室内，配电点开关安装在机巷内的可移动平板车上，随工作面的推进而移动。高压6kV 由IV1泵房变电所向移动变电站供电，机巷设备使用1140V 电压等级;泵站、机巷胶带机电源来自IV1二阶段变电所;采煤机、转载机、工作面输送机电源来自2 台移动变电站。

4 实践效果分析

袁庄煤矿2011年度炮采工作面平均月产量为19kt。自2012年1 月开始实行综采以来，矿井的生产系统相应进行了优化改造和配套调整，工作面产量得以大幅提高，对2012年1 月至2012年5 月5 个月的工作面煤炭产量作统计分析，结果如表1所示。

表1 综采工作面1－5 月份月度产量统计

据此推测，工作面实行工艺改革、进行系统改造以后，综采面的月产量可达55kt，是单个炮采工作面月产量的3 倍，可为企业带来上亿元的经济效益，成效显著。

5 结论

衰老矿井的正常有序化生产是一项复杂的系统工程，需要各方面的支撑和配合。通过袁庄煤矿生产系统优化改造的成功实践，完成了衰老矿井工作面由炮采向综采的转变，实现了矿井高产高效的目标，也为具有类似情况的衰老矿井实施系统改造提供了很好的借鉴和参考。

［1］吕 涛，王震声.煤炭衰退矿区变革规律研究［J］.中国矿业，2002，11 (2).

［2］郑建新，李永峰，杨 敏.我国煤炭生产衰老矿井发展的主要困难及启示［J］.能源技术与管理，2005 (4).

［3］王 春，王百成.衰老矿井开采技术研究与实践［J］.煤炭技术，2006 (2).

［4］孙金明，李永峰，伏永明.衰老矿井的主要问题及其对策初探［J］.能源技术与管理，2005 (1).

［5］李现锋.衰老矿井安全、高效、可持续发展道路的探索与实践［J］.中国煤炭，2010，36 (9).

［6］刘汉喜.高突衰老矿井优化设计研究与应用［J］.能源技术与管理，2008 (4).

［7］杜宪海，吴 兵，冯宝库，等.衰老矿井通风系统改造方法研究［J］.中国煤炭，2004，30 (1).

［8］徐永圻，等.煤矿开采学［M］.徐州:中国矿业大学出版社，1999.