杨克龙 马新亮
新汶矿业集团孙村煤矿
摘要：本文根据某矿生产经验，研究斜巷上山掘进时不同工况条件下的快速掘进方法。通过在轨道运输上山掘进巷道设计双提升系统，以及在胶带运输上山掘进巷道设计一套轨道运输与胶带运输搭接设备，实现了巷道上山掘进快速施工，大幅度缩短了施工周期，带来巨大的经济效益。
关键词： 斜巷掘进 双提升系统 机柜合一 底卸式矿车
煤矿井下斜巷上山掘进作业一般采用普通钻爆法施工。其中爆破产生的矸石采用轨道运输方式下运，其运输系统采用一部安装于斜巷底变坡点的提升绞车，通过位于耙斗装岩机底部的滑轮，将钢丝绳返回头后牵引矿车进行运输。该种运输系统虽然结构简单，但是运输效率低，并且安全性得不到保障。本项目重点研究矿井不同工况条件下上山掘进提高效率的方法。
1 轨道上山斜巷掘进双系统设计
某矿21采区轨道上山及21采区胶带上山之间设计联络巷。传统施工方式是联络巷掘进施工与上山迎头绞车共用一套提升系统，联络巷矸石运输车辆提放与上山迎头矸石车的提放交替进行。此方案实施时，上山迎头放矸至底弯道，挂联络巷空车钩上提，完成联络巷一个提升循环后，在底弯道挂上山迎头空车钩上提，如此循环进行。一套提升系统较容易保障生产安全，但是交替挂钩周期较长，工作效率低，容易出现迎头积矸现象，将为生产进度带来阻力。
本项目根据现场运输空间等实际情况，在保障施工安全的前提下，在21采区轨道运输上山斜巷途中设计并且安装了两套运输系统，这两套运输系统能够同时施工，互不干涉。采用双提升系统在同一条上山斜巷内运行，必须将原设计的单股轨道进行双股轨道的改造。双提升系统的重点在于如何保障系统运行安全，采取的安全措施如图1所示。JD-1.6绞车后方8m处打设一堵钢筋混凝土挡墙，用来保护绞车工。挡墙的底板固定不少于6根Φ20mm×2500mm树脂锚杆，挡墙与巷帮的固定不少于4根Φ20mm×2500mm树脂锚杆 [1] ，锚杆的外露长度不小于500mm。中间用网片进行绑扎固定，再采用C20以上型号的混凝土对锚杆进行浇筑。但是需要注意的是，要在挡墙的后方安装一道11号护身梯，为了保证其功能性，此护身梯主要采用矿用工字钢加工而成。然后还要做好绞车工的保护装置，施工人员可以根据矿井项目的具体情况，在JD-1.6调度绞车和30kg间与挡墙外侧平齐部位安装一些硬圆木或者钢筋，注意根据调度绞车与挡墙外侧距离所安装的硬圆木或者钢筋根数不得少于4根，且其直径应该在200mm及以上。在避难硐室开口向里10m处安装一个4.5m长11#矿用工字钢加工挡车梯(4#挡车杠)，用来确保安全提升。2号挡车杠安装在21采区轨道上山34m处的30kg轨道内。3号挡车杠安装在21采区轨道上山37m处22kg轨道内，并在此处设置一名专职信号把钩工，主要负责挡车杠的开启工作及DK630-4-12(左)道岔的开闭工作。斜巷临时停车点，在停车点矿车后必须有能将车辆可靠阻挡住的挡车装置。
2 胶带上山斜巷掘进快速掘进系统
某煤矿21采区胶带上山总长983m，在开始施工时，在把工作面矸石往外运输的过程中，先是采用了传统的调度绞车，通过反滑轮对矿车进行牵引，最终实现了矸石的运输。但是在运输的过程中发现，依旧存在着绞车容绳量不够、运输时间长等问题，导致施工效率较低。
2.1 系统设计思路
在21采区胶带上山掘进作业时，尝试胶带运输与轨道运输的有机结合，在巷道内同时增加了轨道与带式输送机，胶带机尾处设计安装了一套卸载系统，使矿井工作面存在的矸石直接经矿车、胶带机就可卸载，并且所需要的物料也可以直接通过轨道运上来。这样不但加快了工作面的矸石外排，还有效地促进了整个施工作业的循环，对整个运输系统进行了高度的整合，工作效率得到了提升，并且斜巷物料、工作面矸石的运输安全性也得到了保障。
2.2 机轨合一方案可行性分析
机轨合一运输新模式要在同一巷道内同时铺设轨道及带式输送机，轨道主要用于运送物料，带式输送机主要用于出矸，两种运输线路各行其道，可以大大地提高工作效率。该方案的技术难点在于如何实现矸石由矿车向胶带机的转载，希望借鉴高位翻车机的工作原理，促使工作面的矸石向胶带机转载。但是在此过程中遇到的难点是，要想实现这一目标，就需要在矿井斜巷工作面开采较大的工作空间，需要对现有的巷道进行拓宽，这样一来，无形中增加了巷道支护的难度，同时增加了工程造价。在结合多种因素进行分析后发现，可以充分利用巷道对面的垂直空间，利用巷道坡度，实现工作面矸石向胶带机的转载。布置结构采用了底卸式矿车、卸载架、胶带机呈上、中、下的布置结构，仅需施工一个最大深度不超过1.7m的卸载坑，布局较为紧凑，布局图如图2所示。
2.3 底卸式矿车设计
底卸式矿车是一种底部设置仓门、能够实现矸石从底部卸载的特殊矿车，适宜在斜巷下山运输时使用，由一套曲轨装置配合实现仓门的开闭，其结构如图3所示。底部卸载仓门设计为双开式，其优点在于可以实现矸石的渐进式卸载，矿车在卸载架上运行时，仓门在曲轨的作用下可以实现先后开启，使矸石分两次卸载，避免了一次性卸载对胶带机产生瞬时大负载，有利于设备运行安全。底卸式矿车为托轮承载式，利用斜巷运输矿车的自身重力在巷道方向的分力，使前后仓门依次打开，实现矸石的卸载。2.4 胶带上山斜巷快速掘进运输系统
所需底卸式矿车及卸载架等设备经过加工、地面调试等程序后，连同胶带机设备陆续入井，运送至安装地点开始安装。胶带上山400m施工了一个基坑，自胶带上山底弯道铺设了一部DJS80/2×40带式输送机，并将机尾延伸至基坑内，将制作完成的卸载站安装至机尾缓冲床上部，并使其曲轨延伸，与原有轨道运输系统进行对接，底卸式矿车仅在卸载站与工作面耙矸机之间进行来回运输，且不需要摘挂钩，大大提升了效率。优化前后的运输系统比较见图4。由于原本3辆矿车时装矸期间需要动车2次，项目实施后，仅需要动车1次。
3 结论
以上两种矿山斜巷掘进方式，实际投入运行后实现了21采区胶带上山迎头工作面矸石由轨道运输向胶带运输的转换，轨道上山双系统的投入使用，解决了轨道上山多个工作面同时施工矸石运输的难题，提高了日进尺水平。本文的两个关键工程均达到了预期的目的，取得了较好的使用效果，改变了上山掘进运输的模式，摈弃了传统的小绞车提升模式，特别在远距离斜巷上山开掘施工中提供了全新思考。双轨道提升系统及轨道运输与胶带运输方式的有机结合，大大提升了工作面矸石排出效率，缩短了工作面单次作业循环时间，提高了进尺速度。
参考文献
[1]肖世国，曹顺利，赵琳智．加固岩体的预应力锚索拉力松弛分析模型[J]．北京工业大学学报，2020,46(08):940-947.