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362020 年第 8 期 连续多段小角度煤巷掘进煤流工艺的优化 刘淑强 王德勇 陈兆哲 （兖州煤业股份有限公司兴隆庄煤矿，山东 济宁 272102） 摘 要 兴隆庄煤矿 3306（下）轨顺掘进工作面末段设计 7 段调斜施工，为提高掘进效率、减少煤流运输设备的投入量， 设计研究使用胶带输送机拐弯运输工艺与转角支护方案。通过调整胶带输送机内外两侧高差、连接杆长度、调节托辊数量 及转角处调整巷道施工排距，达到了一部胶带输送机就能满足煤流运输的目的。 关键词 掘进 拐弯 调斜 胶带机 中图分类号 TD263 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2020.08.013 Optimization of Coal Flow Technology for Continuous Multi Section Small Angle Coal Roadway Driving Liu Shu-qiang Wang De-yong Chen Zhao-zhe Yanzhou Coal Industry Co., Ltd., Xinglongzhuang Coal Mine, Shandong Jining 272102 Abstract Xinglongzhuang Coal Mine 3306 lower rail along the end of the heading face design 7 sections of inclined construction, in order to improve the tunneling efficiency, reduce the of coal flow transportation equipment, design and study the use of belt conveyor turning transportation technology and corner support scheme. By adjusting the height difference between the inside and outside sides of the belt conveyor, the length of connecting rod, the number of idlers and the distance of roadway construction at the corner, a belt conveyor can meet the purpose of coal flow transportation. Key words driving turn a corner roll steering belt conveyor 收稿日期 2020-05-29 作者简介 刘淑强（1985-），男，工程师，2008 年毕业于山东 科技大学测绘工程专业，大学学士，现从事煤矿掘进工作。 随着矿井开采年限的增加，掘进工作面的设计 愈加复杂，沿空施工的掘进巷道越来越多。为保证 沿空施工时煤柱的留设、煤炭资源回收率及后期设 备安装的需要，巷道经常设计为拐弯较多且距离较 短。以往巷道拐弯都是采用增加刮板输送机满足巷 道的掘进煤流运输，刮板输送机设备故障率较高， 且职工劳动强度大，掘进效率低。为此，研究胶带 输送机小角度拐弯工艺与转角锚网支护工艺，提高 掘进速度，减小劳动强度与设备投入量非常必要。 1 工程概况 兴隆庄煤矿 3306（下）轨顺掘进工作面位于三 采区，其西部与 3305（下）综放工作面（已回采） 紧邻，南部为 5319 综放工作面（已回采），西南 为 5318 综放工作面（已回采），北部为日菏高速 公路保护煤柱。巷道沿 3305（下）综放工作面采空 区施工，设计全长 359m。为保证沿空掘进时与采 空区的煤柱及煤炭资源的回收率，轨顺末段 119m 设计为 7 段连续小角度调斜施工（Y 轴方向偏移 34.5m），配套 EBZ220 型掘进机与 DSJ80 胶带输 送机运输煤流。 3306（下）轨顺采用锚网支护，基本支护形式 为锚网锚索联合支护。巷道交岔点及围岩破碎带等 特殊地点，采用在锚网支护基础上加密锚索，或支 设单体支柱、锚架联合支护等支撑式支护方式以加 强支护。设计顶锚杆锚固方式为全长锚固，帮部锚 杆为加长锚固。3306（下）轨顺断面为梯形断面， 上净宽 4.8m，下净宽 5.4m，高度 3.84.0m。 3306（下）轨顺设计使用单轨吊进行物料及设 备的运输，原设计施工方案为在轨顺末段调斜施工 时，安设两部 40T 刮板输送机配合胶带输送机进行 煤流运输。此方案需要施工准备安装 40T 刮板输送 机所需电缆、延长单轨吊运输线路、安装刮板输送 机等工序，施工环节较多，设备投入量大，职工劳 372020 年第 8 期 动强度大，而且刮板输送机的设备故障率较高，不 能有效提高掘进效率，保证设备开机率。 2 施工方案 2.1 设计采用胶带输送机小角度转角运输方案 为实现胶带输送机转弯运行，如图 1 所示，采 取两个措施（1）托辊内侧向胶带输送机运行方 向倾斜，得到托辊轴线与法线方向夹角 ψ，该角叫 做安装支撑角；（2）将胶带内侧抬高，得到承载 托辊组中间托辊或回空托辊的轴线与水平面之间夹 角 γ，该角叫做内曲线抬高角，R 叫做转弯半径。 曲线的形成对于刚性支架运输机，可采用加密支架 过渡（H 架间距为 1.1m），以便形成曲线，并应允 许 ψ 与 γ 调节，在曲线段两端应设置过渡段，在此 段上 φ0角与 γ 角逐渐增大到曲线段应有值。胶带输 送机转弯段内侧上下胶带加设直立抗辊，既能使输 送机在运行时产生向外的力来平衡输送带向心力， 又能防止胶带跑偏超出可控范围。φ0角应在可能范 围内取大一些，以便于托辊与胶带之间的摩擦系数 增大。原则上转弯并不受转角大小限制，但转角过 大不能满足现场实际则转弯不能形成。 图 1 胶带输送机转角运输设计图 7 段调斜中，每一段相比上一段向右调整角度 约 5 30″，最后第 7 段比巷道第一段转角前正方 位调整 20 30″。为满足胶带输送机的运输，根 据巷道转角要求，设计制作套组连接杆，配合人工 调整胶带内外侧高度，保证胶带输送机运行时不出 现跑偏。 （1）根据设计及巷道转角加工制作套组连接 杆，始终保持内侧连接杆比外侧连接杆短； （2）根据巷道转角，计算出胶带外侧与内侧 的高差， 现场使用坡度仪人工调整每一节胶带H架， 确保满足设计高差要求； （3）设计加工的套组连接杆中，增加托辊的 数量及调节宽度，保证调节效果； （4）转角内侧设置立辊对上下胶带进行抗偏 调节。 为保证胶带输送机在巷道转角处运行过程中的 安全，在各转角位置安设灵敏可靠的急停控制按钮， 且在转角位置施工地锚锚杆，用高强度钢丝绳将 H 架与地锚连接牢固。转角处胶带输送机内侧安设安 全护网，严禁人员进入内侧。 胶带输送机运行过程中，每班人员定期巡查转 角处托辊、H 架及立辊转动灵活性，发现损坏等问 题后及时进行更换。如出现胶带磨损严重或洒煤等 情况时， 及时调整托辊和立辊位置， 对胶带进行调偏。 2.2 巷道转角支护方案 巷道设计锚网支护排距为 1.0m，按照正常巷道 施工，巷道每排两端排距相同，在以往的巷道拐弯 或转角施工中，均采用截取合适长度的钢带在拐弯 或转角位置重新支护。这样不仅不利于巷道的拐弯 及转角，同时增加了工序和材料的使用，造成浪费。 为此，设计采用转角支护方案，如图 2 所示。 按照设计转角交叉点距离，提前在距离拐中 1m 位置时，在截割与支护的工序中，左侧钢带排 距增加为 1.1m，右侧钢带排距缩小为 0.9m，同时 每排钢带相比上排钢带向右侧偏移 0.1m 施工，巷 道转角位置两帮使用掘进机前后顺齐直。 图 2 转角巷道支护大样图 通过采取上述转角支护方案，现场实际截割与 支护过程中，未出现不便于施工的工序。转角方案 实施后，一是节省了转角施工造成的钢带等材料的 浪费；二是提高了掘进速度，一次截割支护就能完 成巷道转角；三是有利于巷道成型的控制，帮部未 出现明显转角及交错，增加了巷道顺滑度及后期巷 道的使用方便性。 3 结语 通过转角支护方案及胶带输送机的转向改造方 案，较好地提高了巷道掘进支护速度，缩短施工工 期，优化了施工工艺，减少了设备的投入，简化了 煤流运输系统。相比刮板输送机大大降低了机电事 故率，省去了安装刮板输送机的工序，提高了生产 效率，保证了安全生产。 【参考书目】 ［1］ 潘海江 . 胶带输送机在转角巷道掘进中的应用技 （下转第 40 页） 402020 年第 8 期 术 [J]. 铁法科技，2018，41（01）51-54. ［2］ 王立功 . 复合顶板下煤巷锚杆综合优化支护技术 [J]. 能源技术与管理，2009（03）20-22. ［3］ 穆海洋，毕业武，蒲文龙 . 复合顶板回采巷道锚、 梁、网 锚索联合支护技术 [J]. 煤矿支护，2009 （01）28-31. 影响，自身发生屈服变形，形变量集中后，反映到 上覆沥青路面就形成鼓起现象。随着工作面不断向 公路正下方推进，岩层水平移动变形会不断增大， 鼓起部分沿轴线延展。为防止影响行车安全，应及 时对路面进行修补 [3]。 当工作面推出公路正下方时，路面完全处于采 空区内，路面呈整体下沉，公路下沉带动南北两侧 路面不均匀下沉，两侧拉应力大于路面自身屈服强 度后，路面则会发生下沉和断裂变形。 在采动影响下，上覆岩层的移动是导致路面发 生一系列变形的最主要因素之一。受断层构造影响， 地表移动变形较剧烈，断层在岩体介质中处于弱面， 自身的力学强度要低于围岩体的力学强度，工作面 开采过程中形成的附加应力作用，使断层影响区域 的岩层与地表移动和变形呈现出非连续性，是地表 沉陷中断层“活化”[4]及突变的结果。 工作面偏北路面出现较大断裂缝，而偏南侧没 有出现较大断裂缝，证明工作面南北两侧岩层移动 变形的剧烈程度受断层影响出现偏差。 3.2 岩层水平移动造成公路断裂力学分析 （1）力学模型分析 在不考虑路面车辆荷载的情况下，根据弹性力 学基本理论，借助胡克定律计算受采动影响下水平 移动变形造成的路面断裂缝时的变形量 ε。通过分 析，应力变形值与公路路面材料性质及水平应力大 小有很大的关系。不考虑路面的车辆荷载，只考虑 水平方向主应力及水平移动变形值，并结合土力学 中莫尔应力圆理论建立的主应力极限平衡条件，推 导后的变形量 ε 简化计算公式为 2 21 1 sin 1 sin c E ϕ ε ϕ − − （1） 式中 ε- 水平应力变形值，mm/m； c- 粘聚力，取 1.5MPa； μ- 泊松比，取 0.35； E- 路面抗弯沉结构模量，取 30MPa； φ- 内摩擦角，取 45。 经理论计算，公路抗水平最大应力变形值为 210mm，与现场实测数据相比，理论计算值偏小， 其主要原因是部分计算参数取值理想化所致。因此， 需要通过理论分析与实践相结合的方法，综合分析 采动影响下路面发生的变形机理。 （2）路面发生变形机理分析 通常在拱起的路面不远处，就会形成一个较大 的裂缝，目前沥青混凝土路面一般为连续的完整路 面，当水平拉伸应力作用超出自身的屈服强度时， 就会形成断裂。在工作面中心位置，受两端相向水 平应力作用影响，路面受到挤压发生拱起变形。在 工作面范围以外，受拉伸应力作用发生大小不一的 裂缝。由于地面表土层厚度分布不均匀，且公路呈 现一定的走向坡度，厚度较薄一侧与另一侧对比起 来水平应力影响程度较大，路面发生变形裂缝现象 也比较明显。当工作面完全推出公路范围约 15m 左 右时，路面形成较大的裂缝，与基本顶周期来压步 距基本一致。 因此，过公路下开采既需要考虑限厚开采，同 时也需要合理布置工作面及循环作业进度，充分考 虑基本顶周期来压步距，做好路面及时修复准备， 为公路安全行车提供预测预防。 4 总结 公路下采煤要做好技术合理性评价工作，在技 术上要提前采取一定的防控措施，确保路面与路基 不发生离层，基于受护对象自身抗变形能力条件， 提出合理的公路下采煤方法，减小对地面建（构） 筑物的影响范围及损坏程度，保证路面安全行车要 求，降低公路修复成本，实现路面简修或不修。 【参考文献】 ［1］ 贾新果 . 采煤沉陷区地表残余沉陷时间函数模型 研究 [J]. 煤炭科学技术，2018，46（11）157- 161. ［2］ 张志飞 . 某公路路基边坡竖向沉降对周围土体应 力-变形影响仿真分析[J].交通世界， 2020 （03） 74-76. ［3］ 李海深，徐茂恩，李曦滨 . 煤矿开采沉陷区地 表岩层移动对公路的影响 [J]. 中国煤炭地质， 2018，30（02）68-72. ［4］ 郭文兵，邓喀中，白云峰 . 受断层影响地表移动 规律的研究 . 辽宁工程技术大学学报 [J].2002，21 （06）713-715. （上接第 37 页）