综采快速准备循环车道和储车场的设置

王志全王捷

综采快速准备循环车道和储车场的设置

王志全王捷

介绍了老矿因井下运输距离长，在准备工作面巷道处设置循环车道和储车场的一种方法。此法投资小，维护周期短，使综采准备运送物料、运送支架、返空车互不影响，可以大大加快准备工作面运输物料车辆的循环使用，为综采快速准备赢得时间。

井工开采；巷道运输；循环车道；储车场

0 引言

大同煤矿集团公司同家梁矿综采准备工作面在掘进贯通后就开始做综采准备工作面立架前的准备工作。前几年我矿在准备工作面准备初期先铺设工作面运输顺槽的轨道，工作面所需要的支护、刮板运输机、转载机、采煤机在形成初期运输系统后都从运输顺槽运到工作面尾部，然后要人工或用回柱绞车将设备拉入工作面稳装，后期再在皮带运输顺槽铺设轨道将移动变电站、胶带运输机、转载机、破碎机部件从这个巷道运入，稳装好，构成运煤系统，然后再在工作面稳设机组和液压支架，总装运物料及设备有500多车。由于我矿是个老矿井，盘区轨道运输巷道未设循环车道和储车场，所以每次给准备面运料最多为15车，料运到准备面卸车后出空车再进入下一个作业循环。如果同时用多个车运料，前边的一组车卸料后，只能把卸完料的空车翻起靠到煤壁一侧，等后面一组料车卸完后把所有的平车上道出井，费时费力人工投入大，从综采面准备下料到准备面进支架前需要35 d。运输物料车辆不能循环和存储是制约综采准备的一大难题。为了缩短运输车辆循环时间，我矿采取了在准备工作面巷道处设置循环车道和储车场的方法，使问题得到很好解决。

1 技术改革方案

①在盘区轨道巷增设循环车场；

②在准备工作面设置循环车道和储车场。

通过技术论证，第一方案因为盘区改扩建费用大，虽然服务周期长，如增设循环车场，车场控顶大，持续时间长，维护困难。第二方案在准备面切眼增设循环车道、在运输顺槽增设储车场，维护周期短，投资小，易于实现（见图1）。

图1 综采准备工作面循环车道和储车场设置

2 巷道及储车场的支护设计

在准备面巷道靠工作面煤壁侧开掘一储车场，增大了巷道断面。为了加强支护和防范冲击地压，施工采取的措施是：巷道顶板稳定，采用锚杆钢带、锚索联合支护；顶板不稳定、压力较大的巷道，采用锚索钢带、锚索钢梁支护；巷道增宽部分的顶板采用锚杆托板支护，巷道两帮采用双排锚栓挂网护壁。

为了防止顶板冒落事故的发生，在巷道两侧的肩角处施工角锚索。角锚索与顶板水平面夹角为75°。2.1锚杆支护参数设计

2.1.1 锚杆长度L的确定

式中：L——锚杆长度，m；

l1——锚杆外露长度，考虑配合钢带支护，l1取100mm；

l2——锚杆的有效长度，l2=b=B/2f=4/2×4=0.5 m；

f——岩石坚固性系数，根据本矿地质资料取4；

B——巷道跨度，B=4.0m；

b——普氏免压拱高；

l3——锚杆的锚固长度，根据实践经验取0.9m。

L=l1+l2+l3=100+500+900=1 500 mm，取锚杆长度为1 800 mm。

2.1.2 锚杆直径d的确定

按锚杆杆体承载力与锚固力等强度原则确定锚杆直径d。

式中：Q——锚固力，按我矿现场锚固力拉拔试验数据取68 600 N；

σt——锚杆杆体材料的设计抗拉强度，φ18螺纹钢锚杆设计抗拉强度为260 MPa。

所以锚杆直径选择18mm，大于13 mm，可满足支护需要。

2.1.3 锚杆间排距的确定

锚杆间排距根据锚杆的锚固力应等于或大于被悬吊软弱岩层重量的原则确定，即

式中：D——锚杆间排距，m；

Q——锚固力，现场拉拔试验取68.6 kN；

γ——顶板岩石平均容重，查表取25 kN/m3；

K——安全系数，取K=2；

H——冒落高度，取0.5 m。

取锚杆间距为1.0 m，符合计算要求。

通过验算，巷道及切眼选择φ18 mm×1 800 mm左旋螺纹钢锚杆，配合钢带支护煤层顶板。锚杆钢带间距为1.0m，可满足正常条件下顶板支护的需要。

2.2 锚索参数设计

2.2.1 锚索长度的确定

为了加强巷道支护，预防顶板冒落，采用预应力锚索作加强支护。选用低松弛、高强度φ17.8 mm的钢绞线，其最低破断载荷为1 860 N/mm2。

应用悬吊理论进行参数计算：锚索长度

式中：L——锚索长度，m；

L1——锚索外露顶板长度，取0.30m；

L2——巷道顶板潜在破坏范围，根据相邻巷道实践经验取2.7 m；

L3——锚索锚固端长度，m。

按GBJ 86-1985要求，锚索锚固长度按下式确定：

式中：K——安全系数，取K＝2；

d1——锚索钢绞线直径，取17.8 mm；

fa——钢绞线抗拉强度，φ17.8 mm钢绞线抗拉强度为1 860 N/mm2；

fc——锚索与锚固剂的粘合强度，取fc=10 N/ mm2。

2.2.2 锚索排间距的确定

为防止巷道顶板岩层发生大面积整体跨落，用锚索支护将锚杆加固的“组合梁”整体悬吊于稳定岩层中。校核锚索排、间距，冒落方式按最严重的冒落高度大于锚杆长度的整体冒落考虑。此时，根据锚索悬吊理论，可用下式计算锚索排、间距。

式中：L——锚索间距，m；

n——锚索排数，取3；

F2——锚索极限承载力，即最大破断力为352.8 kN；

B——巷道最大冒落宽度，按巷取4 m；

H——巷道冒落高度，按最严重冒落高度取2.7m；

γ——岩体容重，取25 kN/m3；

F1——锚杆锚固力，取68.6 kN；

L1——锚杆间距，取1.0m；

θ——锚杆与巷道顶板的夹角，取90°。通过上述计算，L=7.8 m。

根据计算结果和实践经验，选则长度为4.8 m、φ17.8mm、抗拉强度为1 860 N/mm2的钢绞线，保证锚索锚固在稳定岩层中，能够有效控制顶板。所选锚索参数满足设计要求[1，2]。

根据以上计算和相邻巷道的实践支护经验，确定巷道在正常情况下顶板支护为锚杆钢带与锚索托板联合支护。钢带间距1.0 m、锚杆排距1.1 m，锚索间距4.0 m、排距2.0m。

在掘进施工宽5.8 m、长100 m储车场处顶板支护采用锚索钢梁与锚杆钢带、锚杆托板联合支护，锚索间距4.0m、锚索排距1.3 m；巷道增宽1.8 m处的顶板支护，顶板采用两排锚杆托板支护，锚杆外排距煤壁0.4m，锚杆排距1.0m、间距1.0m（见图2）。

图2 准备工作面巷道储存车场支护示意

采用掘进机一次性扩宽切眼和用采煤机扩帮扩宽切眼在正常情况下顶板支护为锚杆钢带与锚索托板联合支护。钢带间距1.0 m、锚杆排距1.1 m，两根钢带在切眼巷中线左右交错布置，锚索间距3.0 m、在沿扩帮后切眼巷中线打一排[3，4]（见第44页图3）。

巷道储车场处及切眼顶板不稳定、压力较大时，可采用上挂金属网酌情增补锚索钢带、锚索钢梁和锚索托板。

2.3 实际应用效果

图3 机组开帮切眼施工支护方式平面布置示意

在掘进过程中，通过对巷道、储车场、工作面切眼锚杆的锚固力及锚索的预紧力、巷道顶板下沉量，底板鼓起的相对位移量、巷道两帮的移近量进行监测，满足设计要求。经过4年30多个准备工作面的井下实际应用，支护参数合理，能够有效地控制顶板变形和抗击冲击地压。

储车场对机掘施工和综采生产过程中的超前支护施工不影响。

3 方案实施

①在准备工作面切眼贯通掘进设备撤出后，从两顺槽同时钉道，把工作面切眼轨道接通，形成运料的循环车道。

②在储车场处钉设双道，设置连接岔道作储车场，为运送物料和立架返空车储车用。

③准备运送物料平车40辆，装运支架平车40辆。这样构成运输系统，物料车在工业厂可装多车，同时下料，在准备面两巷都可以运料，且既有循环车道又有储车场，运料出空车互不影响。装料和装运支架可以一次同时装20～30车，节省了下料出车的时间和人工投入，减轻了工人的劳动强度。

④对具有方向性和次序的整组物料，如机组、工作面溜子头尾、移动变电站、开关、泵站，在下井前首先要考虑好从井上到工作面所经过的道岔，计算好道岔子，使物料在井上调整好方向、排好次序，否则在进巷前要调整好方向和次序，保证物料一步到位，便于稳装和安装。

在工作面切眼机道上方和皮带顺槽稳设转载机、破碎机位置的顶板上方打起吊锚栓。

⑤准备工作面顶板坚硬可采用掘进机一次性将准备工作面切眼扩宽6.0 m～7.0 m，在工作面所有设备（不包括支架）运到位后，在稳设皮带顺槽胶带运输机、转载机、破碎机和工作面刮板运输机前把切眼头部10m～15 m至皮带顺槽转载机头之间的轨道拆除，工作面切眼轨道不拆，开始进行设备稳装，工作面切眼、皮带顺槽稳装互不干涉。待工作面刮板运输机、采煤机稳装完后，用3.5m的单体柱配加长杆将刮板运输机推至根口，沿工作面靠刮板运输机挡煤板古塘侧支一排单体带钢梁帽点柱，柱距1.2 m,钢梁帽长2.4m，梁端距煤壁0.3m。把支架车直接运至切眼立架位前10m～15m，卸车就近立架，切眼轨道和钢梁帽点柱逐渐立架、逐渐拆除。掘进机一次性将准备工作面切眼扩宽，采煤机也可在立完支架后稳装，所以切眼扩得比采煤机扩帮宽。

对用采煤机扩帮立架的准备工作面，在工作面所有设备（不包括支架）运到位后，在稳装皮带顺槽转载机、破碎机和工作面刮板运输机前把切眼头部10m～15m至皮带顺槽转载机头之间的轨道拆除，将切眼轨道移至工作面古塘侧，在皮带顺槽开始稳设胶带运输机、转载机、破碎机。在工作面进行刮板运输机和采煤机的稳设。三机运转正常后开始用机组扩帮，工艺是采煤机上行装浮煤，下行割煤，从头部向尾部斜切进刀。采煤机上行装浮煤后，开始移刮板运输机，用2.8 m、3.15 m、3.5m的单体柱配加长杆将刮板运输机推至根口，推移刮板运输机滞后采煤机10m～15 m。支护方式为：采煤机割完第一刀煤后开始进行支护，沿工作面靠刮板运输机挡煤板古塘侧支一排单体带钢梁帽点柱，柱距1.5 m,钢梁帽长2.4 m，梁端距煤壁0.3m；割完第二刀煤以及以后每刀煤的支护，柱距为1.2 m，要先支后回上一刀煤支设的带帽点柱；在割完第二刀煤后，将刮板运输机推至根口，工作面顶板进行打锚索、锚杆钢带支护作业，支护见第44页图3；然后将切眼轨道移至古塘与工作面溜子挡煤板之间，供就近卸车立架用，切眼轨道和钢梁帽点柱逐渐立架、逐渐拆除。

综采准备工作面无论采用掘进机一次性扩帮立架工艺还是采用采煤机扩帮立架工艺，都便于设置循环车道和储车场。在准备工作面稳装刮板运输机时运输机机尾电机和减速机暂不安装，并且在稳装刮板运输机时在尾部先少稳两节溜槽。因为两种工艺在切眼扩帮后都利用轨道运支架，如果整机全部安装好，机尾电机和减速机向古塘方向尺寸增大，运支架时在运输机机尾部的轨道曲率半径会增大，运输机机尾巷道及切眼宽度开拓量增大，既不经济又容易损坏设备。待工作面支架立完，割两刀煤后拆开运输机机尾再安装两节溜槽、电机和减速机（见图4）。

图4 综采准备工作面机组、支架、运输机稳装示意

⑥综采准备工作面准备完成后在储车场处支一排带帽点柱，柱距1.0m，帽长1.2m。

4 扩帮工艺及扩帮宽度的选择

4.1 扩帮工艺的选择

扩帮工艺的选择根据巷道和工作面切眼的顶板情况以及综采工作面接替的时间间隔来决定。若综采工作面短时间（1～3个月）急需接替，机掘施工巷道时巷道和工作面切眼的顶板稳定坚硬，采用掘进机一次性将准备工作面巷道储车场以及切眼扩宽，立架采用一次性扩帮立架工艺，采煤机也可在立完支架后稳装，所以切眼扩得比采煤机扩帮宽。

综采工作面若接替的时间长（4～6个月），因控顶时间长，在机掘施工巷道时，即使巷道和工作面切眼的顶板稳定，机掘巷道时也暂不施工巷道储车场，工作面切眼与巷道掘同宽。待后期工作面准备前再施工储车场。准备工作面切眼扩帮立架采用采煤机扩帮立架工艺。

4.2 扩帮宽度

扩帮宽度根据所使用的支架在立架时的最小回转空间尺寸决定。以我矿使用的厚、中、薄煤层3种支架为例，支架整架尺寸为：

ZZSX6000型，长5.72 m，宽1.45 m，采高1.7/ 3.65，重17.24 t；

ZZS5600型，长5.83 m，宽1.45 m，采高1.4/ 2.8，重17.3 t；

ZYB4400型，长4.76 m，宽1.45 m，采高1.35/ 1.8，重9.24 t。

ZZS5600型支架最小回转空间尺寸为6 m，采用掘进机一次性扩帮立架工艺切眼扩宽7.0 m，采用机组扩帮立架工艺切眼扩宽6.8 m。

ZYB4400型支架最小回转空间尺寸为5m，采用掘进机一次性扩帮立架工艺切眼扩宽6.0 m，采用机组扩帮立架工艺切眼扩宽5.8 m。

本文的支护以及扩帮宽度均是以准备工作面立ZZS5600型支架为依据来确定的。

我矿准备运送物料平车长2.5 m，装运支架平车长3.5 m，依据送物料平车、装运支架平车尺寸，储车场设置可储车30～40辆，空平车满足综采准备连续作业的要求。

5 社会经济效益

经计算，一个综采准备面储车场的支护材料费用比同段巷道支护费用多3.5万元，人工投入费用多3万元，共多投入费用6.5万元。

一个综采准备面需要运送物料及设备500多车，其中有250车因循环不畅需返平车。经技术革新后，每天可节约21人的工资投入；准备工作面立架、运架由原来的25 d缩短为15 d，每天可减少25人的工资投入，实现了空重车出入互不影响，可以在准备工作面立架前提前20 d将物料及设备运到位。我矿每年准备9个综采面，人工工资按每工300元计算，年节约人工投入资金＝准备立架前运输节约人工资金投入＋立架运架节约运输人工资金投入-储车场多投入的费用＝（20×21＋10×25）×300×9/10 000-6.5×9＝122.4万元。

工作面立架前初期准备比原来提前20 d完成，其社会经济效益尤为显著。

6 结束语

煤矿老矿井下盘区轨道巷狭窄，运输距离长，随着矿井开采的不断延深，储车场的循环车道和设置显得尤为重要。特别是综采准备工作面运送物料和液压支架料多车重，在准备工作面设置循环车道和储车场，使运送物料、运送支架、返空车互不影响，投资小、维护周期短，且能够充分发挥机械化的优点，施工便于实现。

对顶板稳定机掘一次掘够立架宽度的工作面切眼，由于立架前工作面切眼轨道不拆，支架运送到立架位置前，实现就近卸架、立架。尤其对一个采区多个作业点运送物料而准备面运输距离长，设置循环车道和储车场非常实用。

[1]马全礼，代进，李洪.锚杆支护对围岩破碎区的作用分析[J].矿山压力与顶板管理，2005，22（1）：42-46.

[2]董方庭.巷道围岩松动圈支护理论及技术应用[M].北京：煤炭工业出版社，1999.

[3]钱鸣高，石平五.矿山压力与岩层控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.

S etting of Fully Mechanized Efficient Preparation Circular Lane and Storage Yard

Wang Zhiquan Wang Jie

The paper introduces amethod of setting circular lane and storage yard at the preparation face roadway of old mine because of long underground transportation distance.The method is small investment and short maintenance cycle with little influence on any of fully mechanized preparation transporting materials,transporting support and return empty,it can accelerate recycling of preparation work face transporting material vehicles and shorten the fullymechanized preparation time.

undergroundmining;roadway transportation;circular lane;storage yard

TD823.97

B

1000-4866（2015）01-0041-06

2014－12－26

王志全，男，1958年5月出生，现在大同煤矿集团公司同家梁矿工作，高级工程师，同煤集团首席专家。研究方向：综采搬家准备。

王捷，男，1983年9月出生，现在大同煤矿集团公司马脊梁矿工作，技术员。