混合改絞中下沉式煤倉(cāng)煤流方案設(shè)計(jì)

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摘要:紅慶河煤礦北翼二、三期工程以煤巷為主，擬通過(guò)中央二號(hào)風(fēng)井施工，為實(shí)現(xiàn)該工程安全、高效施工的目的，結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)并采用方案比選的方法對(duì)煤流系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比選，確定采用混合改絞方案及下沉式煤倉(cāng)結(jié)構(gòu)，并且在煤倉(cāng)系統(tǒng)施工時(shí)采用平行作業(yè)的施工方案。該煤流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了煤倉(cāng)系統(tǒng)平行作業(yè)，減少了措施工程工期及工程量，確保了提升能力。該項(xiàng)技術(shù)成功應(yīng)用于紅慶河煤礦等工程施工中，對(duì)類(lèi)似工程實(shí)踐具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞:煤礦施工;煤流系統(tǒng);下沉式煤倉(cāng)、混合改絞;平行作業(yè)

目前煤礦設(shè)計(jì)中，開(kāi)拓及采準(zhǔn)巷道越來(lái)越多地布置在煤層中，為煤礦二、三期工程采用綜掘機(jī)掘進(jìn)提供了先決條件，同時(shí)，井下皮帶及無(wú)軌膠輪車(chē)運(yùn)輸工藝也被廣泛采用。高效的掘進(jìn)及運(yùn)輸工工藝，要求井筒提升及煤炭轉(zhuǎn)運(yùn)的煤流系統(tǒng)工作能力必須與之匹配。內(nèi)蒙古伊泰集團(tuán)紅慶河煤礦北翼二三期工程合同工程量約25000m，以煤巷為主，工期為572d。根據(jù)總體施工方案要求，通過(guò)中央二號(hào)風(fēng)井施工(井筒凈直徑9.5m，井深787m)，并對(duì)其進(jìn)行臨時(shí)改絞，井下主運(yùn)輸采用帶式輸送機(jī)，輔運(yùn)輸采用膠輪車(chē)。因此，針對(duì)該工程項(xiàng)目，要研究解決改絞方案、煤倉(cāng)布置、縮短改絞前施工工期等關(guān)鍵技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)改絞方式大至分罐籠改絞、箕斗改絞和混合改絞(在井筒內(nèi)布置提升矸石的箕斗和輔助提升的罐籠)，不同的改絞方式均有各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，如何確定出最佳改絞方案，是礦井二三期開(kāi)拓工程施工的關(guān)鍵技術(shù)。針對(duì)臨時(shí)煤倉(cāng)等特殊工程，尚需確定出合理的布置方式，以確保施工過(guò)程中的運(yùn)輸、轉(zhuǎn)載、提升等環(huán)節(jié)發(fā)揮更高的效率，以達(dá)到改絞后施工進(jìn)度每月不低于1500m的合同指標(biāo)要求。一般改絞的前期巷道準(zhǔn)備工作量大，占用工期長(zhǎng)，成為影響整個(gè)二、三期工程施工工期的主要因素。為了縮短改絞前施工工期，需要對(duì)改絞前施工的工程進(jìn)行科學(xué)組織，從時(shí)間和空間上盡可能實(shí)現(xiàn)平行作業(yè)［1－6］。

1臨時(shí)改絞方案確定

1.1臨時(shí)改絞方案比選

目前立井臨時(shí)改絞方式大至分罐籠改絞、箕斗改絞和混合改絞不同的改絞方式均有各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。紅慶河煤礦二號(hào)風(fēng)井要求實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的主、輔提升功能，即該井筒需同時(shí)承擔(dān)人員、材料的上下和矸石的提升任務(wù)。箕斗改絞方案因?yàn)橹谎b備箕斗，故只能提升矸石而無(wú)法升降人員、材料，所以不能選擇該方案。該二、三期工程以煤巷為主，采用綜掘機(jī)施工，皮帶運(yùn)輸，要求提升能力大，因此，主提升方式宜選擇箕斗而不是罐籠，所以不宜選擇罐籠改絞方案?；谝陨戏治?，該井的改絞方案需要滿足大提升能力的矸石提升要求，還要滿足人員、設(shè)備的上下。因此最終確定為配備有箕斗和罐籠的混合改絞。

1.2臨時(shí)改絞方案簡(jiǎn)述

風(fēng)井臨時(shí)改絞采用混合提升方式，利用原Ⅵ型鑿井井架，井筒布置一對(duì)11t箕斗、一個(gè)雙層2車(chē)小罐籠和一個(gè)單層2車(chē)罐籠。主提使用原2JKZ－4×2.65/18E雙滾筒提升機(jī)，采用雙11t箕斗提升，用于提煤，箕斗裝載方式采用計(jì)量皮帶機(jī)進(jìn)行裝載。副提重新安裝一臺(tái)2JK－4×2.65/18雙滾筒提升機(jī)，提升一個(gè)雙層二車(chē)罐籠和一個(gè)單層二車(chē)罐籠，由東側(cè)馬頭門(mén)進(jìn)出車(chē)，用于井下矸石、材料、設(shè)備、人員等提升。主提升能力計(jì)算結(jié)果為194m3/h。每天分三班，提煤時(shí)間16h，提煤3104m3;每月按27.5個(gè)工作日計(jì)，每月出煤85360m3。巷道斷面S=24.7m2，松散系數(shù)1.4，月進(jìn)尺為2468m。滿足最多6個(gè)機(jī)械化掘進(jìn)2040m(要求單個(gè)工作面平均月進(jìn)340m)的提升要求。

2臨時(shí)煤倉(cāng)方案的選擇

2.1臨時(shí)煤倉(cāng)分類(lèi)

煤礦二、三期工程施工系統(tǒng)中，多采用臨時(shí)煤倉(cāng)作為存儲(chǔ)、裝載的系統(tǒng)，根據(jù)臨時(shí)煤倉(cāng)布置位置的不同，一般分為三種。上提式:布置在運(yùn)輸水平以上，在運(yùn)輸水平裝載;水平式:布置在運(yùn)輸水平，一般與井筒相連;下沉式:布置在運(yùn)輸水平以下，在運(yùn)輸水平以下裝載.

2.2臨時(shí)煤倉(cāng)比選

2.2.1方案一:上提式臨時(shí)煤倉(cāng)采用此方案，煤流經(jīng)過(guò)回風(fēng)大巷，通過(guò)上倉(cāng)運(yùn)輸巷卸載至臨時(shí)煤倉(cāng)，在－680m水平轉(zhuǎn)載進(jìn)入箕斗，提升上井。該方案采用得較多，在運(yùn)輸水平裝載，易于裝載及計(jì)量系統(tǒng)的安裝維護(hù)，措施工程布置簡(jiǎn)單，井筒水窩較淺。不足之處是措施工程量較大，因上倉(cāng)運(yùn)輸巷較長(zhǎng)導(dǎo)致煤倉(cāng)很難在改絞之前施工，主運(yùn)輸皮帶較長(zhǎng)或增加一部上倉(cāng)帶式輸送機(jī)，運(yùn)輸水平空間占用較多。2.2.2方案二:水平式臨時(shí)煤倉(cāng)采用此方案，煤流經(jīng)過(guò)回風(fēng)大巷、集中回風(fēng)大巷卸載至井筒附近的臨時(shí)煤倉(cāng)，通過(guò)計(jì)量斗稱(chēng)重，進(jìn)入箕斗，提升上井。該方案采用得較少，在運(yùn)輸水平裝載，措施工程量最少并可提早開(kāi)工，主運(yùn)輸帶式輸送機(jī)不需要經(jīng)過(guò)上山運(yùn)輸且運(yùn)距短，井筒水窩較淺。不足之處是在井筒附近布置的臨時(shí)煤倉(cāng)，容積較小，緩沖能力受限，易影響施工進(jìn)度。2.2.3方案三:下沉式臨時(shí)煤倉(cāng)采用此方案，煤流經(jīng)過(guò)回風(fēng)大巷、集中回風(fēng)大巷卸載至臨時(shí)煤倉(cāng)，在－700m水平裝載巷轉(zhuǎn)載，通過(guò)計(jì)量帶式輸送機(jī)稱(chēng)重，進(jìn)入箕斗，提升上井。該方案采用得較少，在運(yùn)輸水平以下裝載，措施工程量較少并可提早開(kāi)工，有利于臨時(shí)煤倉(cāng)在改絞前完成，主運(yùn)輸帶式輸運(yùn)機(jī)不需要經(jīng)過(guò)上山運(yùn)輸且運(yùn)距短，裝載不占用運(yùn)輸水平，便于輔助運(yùn)輸。井筒水窩較淺。不足之處是井筒水窩較深。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)分析，臨時(shí)煤倉(cāng)的作用十分重要，如果容積較小，很容易成為制約施工進(jìn)度的矛盾點(diǎn)，因此，一般的需要布置一個(gè)容積不小于500m3的臨時(shí)煤倉(cāng)，可以存儲(chǔ)一個(gè)班的掘進(jìn)矸石量。紅慶河煤礦二三期開(kāi)拓工程量大，工期長(zhǎng)，因此不宜選擇煤倉(cāng)較小的方案二。上提式煤倉(cāng)的布置，需要布置較長(zhǎng)的上倉(cāng)運(yùn)輸巷(斜巷)，而這個(gè)上倉(cāng)運(yùn)輸巷開(kāi)口距離井筒較遠(yuǎn)，導(dǎo)致臨時(shí)煤倉(cāng)施工時(shí)間嚴(yán)重滯后，只能在改絞后形成，這就導(dǎo)致改絞后的很長(zhǎng)一段時(shí)間施工效率低下。下沉式臨時(shí)煤倉(cāng)布置方案，最大的優(yōu)勢(shì)在于臨時(shí)煤倉(cāng)可以在改絞前較短的時(shí)間內(nèi)施工完成，確保改絞后能立即發(fā)揮運(yùn)輸、裝載及提升的高效率。綜合以上對(duì)比分析，確定采用下沉式臨時(shí)煤倉(cāng)，可以實(shí)現(xiàn)改絞前形成臨時(shí)煤倉(cāng)，改絞后可以直接施工，不影響施工進(jìn)度，可以明顯縮短總體施工工期。紅慶河煤礦二號(hào)風(fēng)井于2015年3月份轉(zhuǎn)入車(chē)場(chǎng)馬頭門(mén)及其他平巷工程施工，歷時(shí)4個(gè)月完成了包括450m措施工程在內(nèi)的1200m巷道施工任務(wù)，形成了排水、供電、車(chē)場(chǎng)、煤倉(cāng)等主要功能巷道及硐室。之后的2.5個(gè)月完成了大件下放及混合改絞，于2015年10月初正式開(kāi)始二三期工程施工，順利完成了業(yè)主制定的階段進(jìn)度計(jì)劃。實(shí)踐證明采用該種下沉式臨時(shí)煤倉(cāng)，不僅大大縮短了改絞前的平巷施工工期，而且實(shí)現(xiàn)了改絞前完成主要施工系統(tǒng)的目標(biāo)，為安全高效施工二三期工程奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3措施裝載巷與馬頭門(mén)平行作業(yè)

采用下沉式臨時(shí)煤倉(cāng)，需要在馬頭門(mén)水平以下15m處布置一條與馬頭門(mén)方位一致的措施裝載巷(開(kāi)口于井筒，長(zhǎng)度40m)，另外需要在車(chē)場(chǎng)水平施工一條檢修斜巷通到裝載措施巷(傾角33°，長(zhǎng)度36m，滿足通風(fēng)及人員通行需要)。井筒不同水平的相關(guān)硐室施工，一般難以實(shí)現(xiàn)平行作業(yè)，因此，增加的這一裝載措施巷及檢修斜巷需要占用較長(zhǎng)工期。施工現(xiàn)場(chǎng)的工程技術(shù)人員在施工組織上做了充分的分析，巧妙提出了利用工作平臺(tái)將井筒分隔成兩個(gè)裝載水平，以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)水平平行作業(yè)的方案。該方案分別在－680m水平和－700m水平布置人員及材料通過(guò)的開(kāi)放式平臺(tái)，在該平臺(tái)安裝溜槽，并在其下5m處布置托罐平臺(tái)，其中上層托罐平臺(tái)布置有井蓋門(mén)，吊桶停在托罐平臺(tái)處，矸石通過(guò)溜槽裝入吊桶。兩個(gè)水平巷道可獨(dú)立裝矸，實(shí)現(xiàn)了平行作業(yè)。裝矸系統(tǒng)如圖2所示。采用該平行作業(yè)方案，裝載措施巷及檢修斜巷用時(shí)33d，因?qū)崿F(xiàn)了與馬頭門(mén)車(chē)場(chǎng)巷道平行施工，故而較之傳統(tǒng)的順序施工節(jié)省了33d工期。

4結(jié)語(yǔ)

該項(xiàng)技術(shù)成功應(yīng)用于紅慶河煤礦二三期井巷工程，于2015年12月至2016年7月間(2016年1月、2月因春節(jié)放假未做統(tǒng)計(jì))取得了平均月進(jìn)尺1823.5m、最高月進(jìn)尺2176m的施工佳績(jī)，彰顯了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益?；旌细慕g方案的選擇符合工程實(shí)際，有利保障了提升能力，為工程的安全快速施工奠定了基礎(chǔ)。下沉式煤倉(cāng)的選擇，顯著減少了措施工程量，為臨時(shí)煤倉(cāng)的早日開(kāi)工奠定了基礎(chǔ)條件，有效縮短了改絞前的巷道開(kāi)拓工期，也為部分措施工程平行作業(yè)提供了有利條件。該項(xiàng)技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)了措施裝載巷與車(chē)場(chǎng)水平巷道的平行作業(yè)，明顯縮短了改絞前期的平巷施工工期。

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作者:程志彬 單位:中煤第五建設(shè)有限公司第三工程處