特大型矿井采区煤流运输系统转载方案设计比选

赵 鸣

(中煤科工集团北京华宇工程有限公司，北京 100120)

目前，在特大型矿井，尤其是高瓦斯矿井中采用分区式通风的通风方式已较为普遍[1]。由于有固定式带式输送机，因此隔离主运输巷道中的风流，是分区通风设计中的关键点及难点。采区带式输送机巷与中央运输大巷转载点的风流可通过风门或煤仓的方式来进行隔断[2]。风门方式实施起来较为困难，需要对带式输送机进行改造，投资高操作也复杂[3-5]。而煤仓有不能空仓的要求，利用该特点可有效实现隔断风流目的，进而实现分区通风[6，7]。同时，此类特大型矿井随着开拓巷道的不断延伸，煤炭运输线路越来越长，运量大线路长成为了特大型矿井煤炭运输的主要特征。受带式输送机带强、功率及经济性等多方面因素限制，矿井主运输系统带式输送机一般不超过3km，运输线路上多部输送机搭接已很常见，运输环节明显增加，运输设备故障率也大幅增加，由此提出整个运输系统的可靠性显得尤为重要。各带式运输机若采用搭接方式，则无缓冲能力，整个煤炭运输系统稳定性将承受很大压力，局部的一个设备故障甚至会波及全矿运输。因此，从分区通风和煤流缓冲能力考虑，在余吾煤矿南六采区运输下山与中央运输大巷煤流运输系统转载处设计一个采区煤仓是非常必要的[8-11]。

1 工程概况

余吾煤矿设计生产能力为6.0Mt/a，于2007年正式投产，矿井布置两个生产采区。根据目前矿井的开拓部署，亟需对南六采区进行设计，待南六采区达产后将形成北二和南六两个采区同时生产。南六采区首采工作面为S6101工作面，生产能力为3.0Mt/a。矿井井下运输系统如图1所示。

图1 余吾煤矿井下运输系统示意图

设计认为采区下山与中央南翼大巷之间布置煤仓或溜煤眼可实现采区分区通风，由此可见在南六采区带式输送机与中央+400m水平南翼3号带式输送机连接处布置缓冲煤仓或溜煤眼都是可行的方案。

2 采区煤流转载设计方案

针对余吾煤矿南六采区煤流转载形式提出以下三个方案。

2.1 方案一：2000t煤仓

南六采区煤仓选择容量为2000t的煤仓，满足综采工作面正常生产时4h的煤炭运输量。煤仓型式为直立式圆形，净直径8.0m，高度约45m。煤仓及装载硐室采用“锚网喷+钢筋混凝土+工字钢梁”支护，墙壁先打锚杆挂网，喷100mm混凝土，喷射混凝土强度等级为C20，再进行钢筋混凝土支护，厚度为500mm，钢筋混凝土强度等级为C30。煤仓漏斗铺底采用铁钢砂混凝土，其强度等级为C35，铁钢砂混凝土配合比为1∶0.3∶2.5(水泥：水：铁钢砂)。锚杆采用Φ22mm左旋无纵筋高强锚杆，托板采用高强度托板，锚杆间排距为800mm×800mm。金属网片采用Φ6.5mm钢筋加工，网孔为100mm×100mm。

煤仓上口设有带式输送机机头硐室及其变电所、检修联络斜巷。煤仓下口设有装载硐室及其检修联络巷、清理巷。 2000t煤仓设计如图2所示。

图2 2000t煤仓设计图(mm)

2.2 方案二：500t煤仓

南六采区煤仓选择容量为500t的煤仓，满足综采工作面正常生产时1h的煤炭运输量。煤仓型式为直立式圆形，净直径6.0m，高度约22m。煤仓及装载硐室采用“锚网喷+钢筋混凝土+工字钢梁”支护，墙壁先打锚杆挂网，喷100mm混凝土，喷射混凝土强度等级为C20，再进行钢筋混凝土支护，厚度为400mm，钢筋混凝土强度等级为C30。煤仓漏斗铺底形式、锚杆参数和金属网参数与方案一相同。

煤仓上口设有带式输送机机头硐室及其变电所、检修联络巷。煤仓下口设有装载硐室及其检修联络巷、清理巷。500t煤仓设计如图3所示。

图3 500t煤仓设计图(mm)

2.3 方案三：溜煤眼

南六采区选择溜煤眼，无缓冲能力。溜煤眼采用直立式圆形，净直径3.0m，高度约4.6m。溜煤眼及装载硐室采用“锚网喷+钢筋混凝土+工字钢梁”支护。溜煤眼先打锚杆挂网，喷50mm混凝土，喷射混凝土强度等级为C20，再进行钢筋混凝土支护，厚度为250mm，钢筋混凝土强度等级为C30。装载硐室墙壁先打锚杆挂网，喷100mm混凝土，喷射混凝土强度等级为C20，再进行钢筋混凝土支护，厚度为400mm，钢筋混凝土强度等级为C30。煤仓漏斗铺底形式、锚杆参数和金属网参数与方案一相同。

溜煤眼上口设有带式输送机机头硐室及其检修联络巷。下口设有装载硐室及其检修联络巷。溜煤眼设计如图4所示。

图4 溜煤眼设计图(mm)

3 方案技术经济比较

本次设计将三个方案对比项按重要性进行了排序：分别为分区通风、节能、煤流缓冲能力、井巷工程量、煤破碎程度和施工工期。三种转载方案的对比见表1。

表1 三种转载方案对比

1)南六采区瓦斯涌出量大，需采取分区通风的方式。方案三为溜煤眼，容易漏风，分区通风效果不如前两个方案。在南六运输下山和中央+400水平南翼带式输送机大巷之间设立煤仓，可达到完全隔断风流，实现分区通风的目的。

2)根据《煤矿综采采区设计规范》(GB 50536—2009)中节能章节“采区设计进行技术方案比较时，应将降低能源和资源消耗列为重要的考量指标，并应符合国家现行有关标准的规定”，采区煤炭运输中节能应为方案比选的重要的考量指标，方案二煤炭提升高度较方案一低，理论上能耗可减少近一半。

3)余吾煤矿井下带式输送机条数多，运输距离长且大多为直接搭接方式。其中某一条带式输送机发生故障都会影响工作面生产。在采区与中央大巷之间若能形成一定的煤流缓冲能力，可有效降低带式输送机运输系统的整体压力，有利于提高井下主运输系统的稳定性。在煤流缓冲方面，虽然方案一煤流缓冲能力强，但余吾煤矿已积累多年生产运输及检修经验，缓冲能力能满足工作面1h的出煤量即可，而且大煤仓其配套的相关硐室的井巷工程量较多，施工工期较长。同时，方案一煤仓高度高，原煤破碎程度增加，极易形成末煤，降低煤炭块煤率，同时增加煤仓下口煤尘量。

综上所述，推荐方案二，即南六采区运输下山与中央+400m水平南翼2号带式输送机大巷之间布置容量为500t的煤仓，既可实现分区通风，形成采区煤流缓冲能力，又有节约能耗，井巷工程量较少，施工工期较短，最大程度减少原煤破碎程度的优点。

4 结 语

本文对余吾煤矿南六采区运输机与中央+400m水平南翼大巷运输机煤流转载方式进行了设计方案对比。提出布置2000t煤仓、500t煤仓和溜煤眼三种方案。由于该采区煤仓服务年限较长，需在设计阶段慎重地、多角度分析设计方案的合理性，因此分别对分区通风、节能、缓冲煤流能力、井巷工程量、煤破碎程度和施工工期进行了分析。分析认为500t煤仓在该采区的应用具有实现分区通风、节约能源的优点，同时煤流缓冲能力、井巷工程量、煤破碎程度和施工工期均适宜，最终推荐选用方案二。