贯屯煤矿带区巷道优化研究.pdf

煤炭工程 2 0 1 3年第 2期 贯屯煤矿 带 区巷道优化研 究 段红民 北京天地华泰采矿工程技术有限公司，北京1 0 0 0 1 3 摘要 贯 屯煤层布置三条煤层大巷 ，为了便于系统的形成 ，首采工作面三个_ T - 作面巷道设 计 了5个风桥实现与大巷的联 系，但存在施工慢 、质量难以保证等问题。文章提 出抬 高工作面巷 道联络巷布置层位 ，实现与大巷立交；回风巷采用联络巷跨越 大巷 ，方便掘进胶带运输机的布 置，实现 了回采巷道优化。文章 同时对大巷与工作面巷道的直角联 系进行 了优化。 关键词 带区；回采巷道；风桥 ；立交 中图分类号T D 8 2 2 ． 2 文献标识码B 文章编号 1 6 7 1 0 9 5 9 2 0 1 3 0 2 - 0 0 0 4 - 0 4 S t ud y o n Ga t e wa y Opt i mi z a t i o n o f St r i p M i n i n g Bl o c k i n Gu a nt un M i n e DU AN Ho n gmi n B e i j i n g T a i n d i H u a t a i Mi n i n g E n g i n e e r i n g a n d T e c h n o l o g y C o m p a n y L t d ． ，B e ij i n g 1 0 0 0 1 3 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e r e w e r e t h r e e s e a m r o a d w a y s s e t i n G u a n t u n Mi n e ． I n o r d e r t o f o r m a s y s t e m ．fi v e a i r b ri d g e s d e s i g n e d for t h e t h r e e mi n i n g g a t e wa y s o f t h e fi r s t c o a l mi n i n g f a c e i n t h e mi n e c o u l d r e a l i z e t h e c o n n e c t i o n w i t h t h e mi n e r o a d w a y ． T h e r e w e r e s l o w c o n s t r u c t i o n， d i f f i c u l t c o n t r o l l e d q u a l i t y a n d o the r p r o b l e ms e x i s t e d i n t h e fi v e a i r b r i d g e s ． T h e p a p e r p r o p o s e d t h a t t h e l e v e l o f t h e c o n n e c t i o n g a t e wa y o f t h e mi mi n g g a t e w a y s h o u l d b e r ais e d t o r e a l i z e t h e c r o s s i n g w i t h the mi n e r o a d w a y ． T h e air r e t u r n i n g g a t e w a y wo u l d c r o s s o v e r t h e mi n e r o a d wa y w i t h t h e c o n n e c t i o n g a t e wa y ， wo u l d b e f a v o r a b l e t o t h e l a y o u t o f t h e b e l t c o n v e y o r for t h e g a t e w a y d r i v i n g a n d c o u l d r e a l i z e t h e o p t i mi z a t i o n o f t h e mi n i n g g a t e w a y ． An o p t i mi z a t i o n wa s c o n d u c t e d o n t h e rig h t a n g l e c o n n e c t i o n b e t w e e n t h e mi n e r o a d w a y a n d t h e mi n i n g g a t e w a y ． Ke y wo r d s s t ri p mi n i n g b l o c k ； mi n i n g g a t e wa y；a i r b r i d g e；c r o s s i n g 1概况 当煤田划分成井田后 ，为了便于开采，需要先将井田 划分成阶段，然后再将阶段划分成采区或带区，采用带区 式划分阶段时，每个带区布置若干个倾斜分带，每个分带 即可布置一个采煤工作面，与采区式相 比，这种布置方式 具有巷道系统简单，掘进工程量少等特点 ，已经成为近 水平煤层主要布置方式之一 ，下面以贯屯煤矿首采工作 面为例来说明带区式巷道布置方式。 贯屯煤矿位于延安市宝塔区，设计规模 3 ． 0 Mt ／ a ，由上 到下可采煤层分别为 5煤、4煤和 3煤。矿井采用斜井开 拓 ，初期布置主、副、回风三条斜井井筒，其中主斜井倾 角 l 4 。 ，斜长 5 7 6 m，装备一条 1 2 0 0 ra m宽的胶带输送机， 承担矿井的主提升、进风、安全出口任务；副斜井倾角 6 。 ， 斜长 1 5 5 6 m，采用无轨胶轮车运输，承担矿井的辅助提升、 进风、安全出口任务；回风斜井倾角2 4 。 左右，斜长 3 7 5 m， 由原有井筒改造扩宽，承担矿井的回风、安全出口任务。 4 根据煤层分布特点，设计将贯屯煤矿全井 田划分为一个主 水平和一个辅助水平，上组煤 包括 5号煤层 为主水平， 水平标高 1 0 2 2 m，水平大巷及车场设在5号煤层中；下组 煤 包括 4 、3号煤层 为辅助水平，水平大巷及车场设在 3 号煤层中，水平标高9 8 0 m， 4号煤层不单独设水平 ，与3 号煤层联合开拓。 设计矿井初期不设盘区巷道 ，采用东西翼大巷条带式 布置工作面，各水平均布置三条大巷，分别为带式输送机 大巷、辅助运输大巷和回风大巷 ，大巷间距均为4 0 m。为 使工作面巷道掘进通风和回采工作面设备维修的方便，工 作面布置三条回采巷道，即一条带式输送机运输巷、一条 辅助运输巷和一条回风巷。其中，辅助运输巷与带式输送 机运输巷平行布置于工作面一侧 ，两条巷道间距 2 5 m，并 用联络巷进行联 络 ，回风巷 平行布 置于另一 侧。上一个 工 作面的辅助运输巷可作为下一个工作面的回风巷，即接续 工作面亦布置三条巷道一条 回风巷，一条带式输送机巷 和一条辅助运输巷，大巷、工作面巷道均采用矩形断面。 收稿E t 期2 0 1 2 0 91 4 基金项目天地科技青年创新基金 T ZJ J 一1 0一 H T～ 3 作者简介段红民 1 9 7 7一 ，男，山西新绛人，硕士，2 0 0 6年进入北京天地华泰采矿工程技术有限公司工作，主要从 事矿井建设、生产管理工作。 2 0 1 3年第 2期 煤炭工程 带区式巷道布置方式如图 l所示，大巷 、工作面巷道规格 详见表 1 。 l I [ -／ IF 5 叭O l 工作面回风巷 5 0 l O l 工作面带式输送机巷 5 0 1 0 1 T ． 作面辅助运输奄 ， ＼ ／ ／ _ 一 2 5 帖 _ ／ 5煤 辅 助 运 输 大 巷巷 l l ● 工作面 机头硐室 川 ’ 7 0 检 修 联 络 通 道 } 寸 -f 5 煤 带 式 输 送 机 大 巷 一 _ 0 寸 5 煤回风大巷 I I I T T I l 1 2 芦 l 3 。 3 0 l 一 5 煤辅助运输大巷 ； 2 5 煤带式输送机大巷；3 5 煤回风大巷 图 1 带区巷道布置示意图 m 表 1 大巷、工作面巷道规格表 2 存在的问题 采用图 1所示的带区巷道布置方式主要存在以下两方 面的问题 1 需要布置多个风桥 ，不仅影响施工进度，而且投资 大、混凝土砌筑质量难以保证 ，容易在风桥处产生漏风。 由图 1 中的 I I剖面 可知 ，首 采面 回风巷 和辅 助运输巷 要跨越辅运 大 巷 和胶带 输 送机 大巷 ，需 要 设置 两 个风 桥 ， 胶带输送机巷要跨越辅运大巷，需要设置一个风桥。从工 程造价方面来说，单施工一个风桥需要投资约 1 O万 包括 风桥前后联接段，长度约 7 m ，折合工程单价 1 ． 5万元左 右；从施工进度来看，施工一个风桥需要约 1 5 d左右，施 工速度慢；从质量方面来看，受作业环境 、空间、施工设 备等方面的制约，难以确保混凝土砌筑工程质量 ，容易在 风桥处产生漏风。同时，该布置方式不便于工作面巷道施 工时胶带输送机的布置，增加了掘进时的运输难度。 2 设计矿井采用无轨胶轮车运输，直角拐入回风巷通 道难度较大 。该矿 设计 采用 WC 4 0型支 架搬 运 车 ，该车 架 搬运 车 需要 的 最小 巷 道宽 度 为 4 5 0 0 mm，转 弯 内径 为 2 8 5 0 m m，转弯外径为6 7 7 0 m m，支架搬运车的轮廓 9 8 4 3 mm 3 52 0mm 1 61 2mm 一 7 J ，采用该支架车搬运支架时，如图 2所示 虚线表示支架车运行轮廓线 ，在支架车右侧保留 5 0 0 ra m安全距离时，转弯处支架左侧轮廓线已进入巷道交 叉点 1 9 0 ra m，无法直接从辅助运输大巷转弯进入回风联络 巷。因此 ，该交叉点断面偏小，不能满足运输要求。 图2 胶轮车转弯轮廓线 m m 3 巷道优化方案 为了解决上述问题，本着加快施工进度，确保工程质 量的原则对该矿带区巷道进行优化。在巷道优化时，主要 采取了以下原则 ①提高通风联络巷层位，取消原设计中 5 煤炭工程 2 0 1 3年第 2期 布置的风桥；②为了便于施工时可伸缩胶带输送机的布置， 将回风巷直接与回风大巷联系的方式修改为通过联络巷联 系；③取消原带式输送机巷的风桥，与辅助运输大巷立交， 抬高联络巷层位高度，与带式输送机大巷联系时采用煤矿 用螺旋溜槽 ；④回风巷与辅助运输大巷的交叉点采用直 线 转角过渡 。 3 ． 1 回风巷 优化 方案 将原设计的工作面 回风巷直接与辅助运输大巷联系， 5 0 1 0 1工作 面回风巷通过 回风联络巷与回风大巷联系 ，回风 联络巷与工作面回风巷夹角仍采用原设计的5 0 。 ，交点由原 来的辅助运输大巷外侧3 9 m处移至5 3 ． 0 7 m处；回风联络巷 在距辅 助 运 输 大 巷 3 4 ． 1 6 m 处 起 坡 ，由 1 3 。 3 0 倾 角 施 工 3 5 ． 1 3 m，到达辅助运输大巷顶部 时抬 高 5 m，水平施工 4 5 ． 0 5 m，再以 一1 3 。 3 0 倾 角向下施工 3 5 ． 1 3 m，到 达 回风 大 巷同平层位时与回风大巷连通，具体优化方案如图3所示。 广 i - 1 5 煤辅助运输大巷；2 5 煤带式输送机大巷 ； 3 5 煤回风大巷 图 3 带区巷道优化方案 m 采用此施工方案，虽然增大了巷道工程量，但取消了 两个风桥，一方面缩短了施工时间，另一方面可以确保工 程质量，在进回风巷道间增加岩层厚度到 5 m，可以有效防 止进 回风 间的漏风 现象发 生 ，同时巷道 掘进 时还方便 了可 伸缩胶带输送机的布置，工作面安装、生产时还减少了设 备、材料等运输的转弯数量，便于生产管理。 3 ． 2 带式输送机巷优化方案 5 0 1 0 1 带式输送机巷在辅助运输大巷外侧 5 1 ． 7 5 m处变 坡，采用 1 2 。 倾角施工 5 2 ． 9 1 m，与辅助运输大巷垂直交叉， 到达辅助运输大巷顶部时抬高 5 m，水平施工到带式输送机 大巷顶部，与带式输送机大巷联系，采用煤炭用螺旋溜槽 实现煤炭从区段运输巷到带式输送机大巷的传输。 采用该方案时，取消了一个风桥施工，虽然施工时带 式输送机巷抬高了5 m，增加了一定的工程量，但大大提高 了施工速度，缩短了工期。 3 ． 3 辅助运输大巷与回风 大巷交叉点优化 为了确保无轨胶轮车运输安全 ，将原先的直接过渡采 用刷扩 即磨角 方式优化，刷扩距离为6 5 0 m m，如图4所 示。以保证无轨胶轮车运输安全距离。 6 图 4 交叉点优化方式 m m 刷扩可以采用直线转角方式，也可以采用曲线方式 ， 直线转角刷扩具有施工简单、质量容易保证的优点 ，本优 化采用直线转角方式刷扩。 3 ． 4 两方案技术经济比较 1 两方案工程量。为了便于对两个方案进行技术经济 2 0 1 3年第 2期 煤炭工程 比较，按照优化方案 中确定的起坡点 转弯点 作为对 比的 起始点来比较两方案的工程量，两方案的工程量计算情况 见表 2 。 对于5 0 1 0 1 工作面来说，设计共布置三条工作面巷道 ， 分别为辅助运输巷、带式输送机巷和回风巷，其中辅助运 输巷和回风巷布置方式一样 ，从表 2可知，采用原设计方 案时，联 络巷段井巷工程量为 2 8 7 ． 3 3 m，围岩类型为煤、 半煤岩、岩石 ，共设计了 5个风桥 ，为了方便比较，原方 案不考虑围岩性质，全部按煤巷考虑；采用优化方案时， 联络巷段井巷工程量为 3 3 1 ． 5 3 m，围岩类型为煤、半煤岩、 岩石，风桥数量为0个。 表 2 两方案工程量计算统计表 m 说明 1 ．回风巷 以辅助运输大巷外侧 5 3 ． A m处作 为计算起始点 ；2 ．带式输送机巷以辅助运输大巷外侧 5 1 ． 7 5 m处作为计算起始点 。 2 工期比较。由于本区 5 煤顶板岩石为5 8 m厚的粉 砂岩、砂质泥岩，再往上是不可采的 6煤 、粉砂岩或油页 岩，硬度-厂 3 4，根据地质勘探报告，借鉴斜井井筒施工 经验，该段可 以采用综掘进施工。原方案井巷工程量共 2 8 7 ． 3 3 m，按综掘月进 3 0 0 m计算，施工工期为 2 9 d ；根据 该矿风桥施工 经验 ，预计每个风桥需要 施工 1 5 d ，共需 7 5 d ；原方案的施工工期为 1 0 4 d 。优化方案井巷工程量共 3 3 1 ． 5 3 m，按综掘月进 2 4 0 m计算 考虑到综掘施工岩巷的 影响因素 ，施工工期约为 4 2 d 。由此 可知，通过方案优 化，大大缩短了施工工期 ，工期仅为原方案工期的 4 0 ％， 而且原方案的工期计算时，没有考虑综掘进施工岩巷的影 响因素。 3 工程投资比较。根据贯屯煤矿的实际情况 ，工作面 巷道施工费用 按 7 0 0 0元／ m计 ，风桥 费用 按 1 0万元／ 个计 包括 7 m井巷工程量 。根据 煤炭建设井巷工程消耗量 定额 2 0 0 7基价 ，对原设计方案 按全部为煤巷考 虑 和优化方案 按全部为f6岩石考虑 的情况下，每米 掘进费用相差约 3 2 0元，据此对优化方案按每米投资 7 3 2 0 元计。根据上述投资单价，对两个方案进行投资 比较原 设计方案总投资为 2 2 6 ． 6万元。优化方案总投资为 2 4 2 ． 7 万元。由此可知，采用原方案时，需要投资 2 2 6 ． 6万元 ； 采用优化方案时，总投资约为 2 4 2 ． 7万元 ，比原方案多投 资 1 6 ． 1万元，占原方案投资额的7 ％。根据矿井开采设计 方案比较基本原理 J ，可认为两个方案投资相当。 该优化方案虽然增加 了4 4 ． 2 m的工程量 ，但取消了原 设计的 5个风桥，投资额增加约 1 6 ． 1万元，占原投资的 7 ％；工期缩短至4 2 d ，为原工期的4 0 ％。 价 ，结合矿井实际，按全岩巷道考虑时，优化方案比原方 案要多投资 1 6 ． 1 万元 实现要比计算值小 ，占原方案投资 额 的 7 ％。 3 实现机械化施工，月进度按全煤巷道的 8 0 ％考虑 时，施工工期约为 4 2 d ，比原方案的 1 o 4 d缩短了6 0 ％。 4 回风巷采用联络巷跨越辅助运输大巷，方便了回风 巷施工时胶带输送机布置。 5 对回风巷与大巷的直交方式进行了优化 ，便于无轨 胶轮车运输；对抬高后的胶带输送机巷与带式输送机大巷 的联系方式进行 了说明 。 参考 文献 4结论 [ ] 1 取消了原设计的5个风桥， 工程量由原设计的2 8 7 ． 3 3 m [ 1 0 ] 增加到3 3 1 ． 5 3 m，增加 2 m，增加量占原设汁的 1 5 ． 4 ％。 2 根据 煤炭建设井巷工程消耗量定额 2 0 0 7基 张 先 尘 2 00 3 ． 徐 永 坼 2 0o 3． 中 国采 煤 学 [ M] ．北 京 煤 炭 工 业 出 版 社 采 矿 学[ M] ． 徐 州 中 国矿 业 大 学 出 版 社 樊克恭 ，马其华 ，翟德元 ，等．特大 型现代化矿井综 放开 采配套新技术 [ J ] ．煤炭科学技术 ，2 0 o 3 ， 1 0 1～ 3 ． 李位民．特大型现代化矿井建设与工程实践 [ M] ．北京 煤炭工业 出版社 ，2 0 0 1 ． 王明普．WC 4 0型支架车搬运车的设计 [ J ] ．煤矿机电， 2 o 0 5， 4 2 1～ 2 4 ． 马广营 ，李炳文 ，等．支架搬 运车最小转 弯半径计算 及其 巷道适应性分析 [ J ] ．煤矿机械 ，2 0 1 0 ， 1 1 3 4～ 3 6 ． 常凯．煤矿用液压支架 搬运车 的选 型探讨 [ J ] ．煤 矿机 械 ，2 0 1 0， 6 7 2 7 4 ． 史学泽 ，王新 ．寺河煤 矿井下螺旋 溜槽 的应用 [ J ] ．煤 炭科学技术 ，2 o o 3 ， 3 2 6～2 8 ． 冯京波，张华．螺旋溜槽技术在新景矿的应用 [ J ] ．煤 炭技术 ，2 0 0 7 ， 7 1 7～1 9 ． 中国煤炭建设 协会．煤 炭建设井 巷工 程消耗 量定 额 2 0 o 7 基价 [ M] ．北京 煤炭工业出版社 ，2 0 0 8 ． 责任编辑郭继圣 7