范各庄矿水平延深中主提升系统的优化

2005/10/14 16:00:10

　　摘　要　结合范各庄矿水平接替、产量分布和老主井、新混合井的运行情况及较为复杂的水文地质条件，在三水平延深过程中对主运输系统中二至一水平胶带斜井进行了综合优化，取得了较好效果。
　　关键词　主提升系统　胶带斜井　设计　优化

　　范各庄矿是一座年产320万t的大型矿井，目前，该矿一水平(-310 m)已接近收尾，二水平(-490 m)为主要生产水平，三水平(-620 m)正在延深。二至一水平胶带斜井是在三水平延深设计中布置的，与三至二水平主胶带斜井搭接，通过分析近年来矿井的生产布局和老主井及新混合井的提升情况，认为该胶带斜井原有的设计方案不能满足矿井今后生产需要，在充分论证的基础上对其基建及机电设计进行了综合优化，达到了预期目的。

1　二至一水平原胶带斜井设计简述
　　原设计中二至一水平胶带斜井位于最下一层可采煤层即12煤层底板砂岩中，坡度为13°23′57″，运输距离737.762 m，带式输送机机头直接与一水平105上仓胶带搭接。因受二水平潜水泵房配水巷及井底车场区域的多处导水构造影响，带式输送机机尾布置在二水平(-490 m)潜水泵房以东-488.64 m水平岩层中，与三至二水平胶带斜井用一通过式立井联接，同二水平储煤仓不发生任何关系，二水平5t矿车运出的煤不能上返一水平，造成老主井能力闲置、新主井能力不足的不合理现象(图1)。

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图1　原二至一水平胶带斜井剖面图
1—胶带斜井；2—105上仓胶带；3—三至二水平胶带斜井；
4—新混合井；5—二水平储煤仓；6—老主井；7—二水平
潜水泵房；8—潜水泵房吸水立井清扫斜巷；9—12煤层

　　原胶带输送机选型设计如下：① 胶带机长度L=741.8 m；② 倾角：α=13°23′57″；③ 年运输能力：Q=270万t/a；④ 胶带：带宽B=1.2 m，带速V=2.5 m/s，胶带强度G_x=2 500 N/ mm;⑤ 电机数量及特征：4台，功率N=185 kW，电压V=660 V;⑥ 滚筒直径1.25 m;⑦ 提升高度：170.966 m。

2　修改设计的依据
2.1　矿井的提升情况
　　该矿主提升井筒共有2个，一个是服务于一水平的老主井，其设计提升能力为180万t/a，经挖潜改造，实际最大提升能力达360万t/a，30多年来运行情况良好；另一个是新混合井，目前主要服务于二水平，其设计提升能力为220万t/a，主提系统于1992年投产，通过近几年的运行情况看，因其设备存在先天不足，挖潜的可能性不大，提升的最好水平是1995年8月至12月份，其提升情况如表1。

表1　1995年8月至12月份提升煤量统计

项　　目	8月	9月	10月	11月	12月
产量/万t	15.59	20.26	19.25	15.26	20.76
平均月提升量/万t	18.224

　　从表1可以看出，1995年的9、10、12月份提升情况最好，但实际运行非常紧张，占用相当长的检修时间，对提升系统的维护有一定的影响，所以，新混合井的主提能力基本能满足设计要求，但超产的可能性不大。
2.2　矿井的水平接替及产量分布
　　目前，该矿由一、二水平来维持矿井的产量，从储量分布情况看，一水平还有实际可采储量1374.8万t，其中大部分为护巷煤柱及北翼急倾斜部分；二水平为主要生产水平，其靠近一水平的工作面按下山开采布置，各采区已下山开采近一半储量，今后难于布置下山开采工作面；三水平正在延深，因受透水等灾害的影响，预计到2002年以后才能形成生产能力，因此，三水平不能按时接替一水平。由于矿井的水平接替非常紧张，所以在很长一段时间内二水平将负担我矿80%以上生产产量，甚至更高。根据矿井的规划安排，1996～2002年的产量分布如表2。

表2　1996～2003年产量分布

项　　目	1996年	1997年	1998年	1999年	2000年	2001年	2002年	2003年
一水平产量/万t	133	106	80	10	41	21	28	10
二水平产量/万t	187	214	240	310	279	299	292	310

　　从表2中可以看出，今后几年中，新主井的产量均大大超过设计能力(220万t/a)，根据现有设备运行情况分析，新混合井的主提升能力难满足生产需求。
　　因此，该矿充分考虑了将二至一水平胶带斜井延深至二水平储煤仓底的可行性，并在原设计的基础上进行了综合优化。

3　优化方案的确定
3.1　胶带斜井下延至二水平储煤仓底的可行性分析
　　二至一水平胶带斜井下延至二水平储煤仓底主要有两方面的困难，一是胶带斜井-490 m以段(下延段)与现有的潜水泵吸水立井清扫斜巷较近，潜水泵房吸水立井清扫斜巷中的水可能会通过12煤层底板砂岩中较为发育的裂隙导通到胶带斜井，造成施工和管理困难。二是下延段以北约80m处有204出水点(涌水量4.0 m³/min)，且处于奥灰岩溶陷落柱发育区，水文地质情况不易把握。
　　为此，由地质科作了大量工作，布置探水钻孔3个，并按各岩层的性质和层位不同作出了较为详细的地质剖面。设计人员结合地质资料及现场情况进行了胶带下延的可行性分析。
　　通过计算得知，潜水泵房清扫斜巷与胶带斜井下延段的最小净岩柱为9.8 m，其高程位置基本与水面相同，无渗透压，向下间距逐渐增大到26 m，到-517.15 m处有一条南北向的吸水立井联络巷，其南端距胶带斜井较近，为13 m，此处的水压约为0.24 MPa。
　　从层位上看，胶带斜井下延段位于12煤层底板砂岩中，潜水泵房吸水立井的清扫斜巷位于12煤层底板粗、细砂岩界面上下。从岩性上分析，粗砂岩为灰白色，以石英为主，裂隙发育，硅质胶结，通过现场观察，其裂隙大都由方解石充填，所以，围岩的导水性较差，即使围岩有一定的导水性，也可以通过注浆封堵等办法加以解决。
3.2　胶带斜井优化方案的确定
　　新布置的二至一水平胶带斜井仍然位于12煤层底板中，因下延至二水平储煤仓底，其倾角增大到15°31′18″，运输距离加长到784.855 m，装载点巷道底板标高为-525.369 m，二水平储煤仓的煤可通过55°溜煤斜眼经给煤机到二至一水平胶带，上返一水平，由老主井提升到地面(图2)。

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图2　优化后二至一水平胶带斜井剖面图
1—胶带斜井；2—105上仓胶带；3—三至二水平胶带斜井；
4—新混合井；5—二水平储煤仓；6—老主井；7—二水平潜
水泵房；8—潜水泵房吸水立井清扫斜巷；9—12煤层

　　胶带斜井优化方案确定后，由开滦设计院在原胶带机选型设计的基础上，依据新方案的参数进行了选型计算，选型结果如下：胶带长度L=789.855 m,带速V=2.5 m/s，带强G_x=3150 N/ mm，滚筒直径1.4 m，电机数量4台，电机功率N=220 kW，电压V=660 V，提升高度为208.912 m。
　　因胶带强高达3 150 N/mm，相应带来许多问题，诸如驱动滚筒直径较大，胶带厚度大，不易安装运输等。对此，该矿进行了广泛调研及反复研究，最终吸取国内先进技术，确定了胶带机的优化方案。
　　优化后的设计方案与原方案不同的是：① 采用了软起动装置，胶带启动时间延长到25 s；② 采用了6000 V高压电机，数量由4台220 kW改为3台315 kW；③ 滚筒直径降至1.25 m；④ 胶带强度降至2500 N/mm；⑤ 采用了计算机控制，安装齐防跑偏、断带、纵撕、堆煤、烟雾等保护装置；⑥ 机头架由原来的方形支架改为三角形支架，降低了两主滚筒间的距离和硐室高度；⑦ 采用高寿命托辊，比普通托辊延长2～3倍寿命。

4　效果分析
　　(1)二至一水平胶带斜井施工过程中没有受到水害影响，施工效果良好。胶带机已进入安装调试阶段，投入使用后将大大增强该矿二水平提升系统的灵活性，既弥补了新混合井提升能力不足的缺陷，又能充分发挥老主井的作用；同时，解决了矿井在水平接替紧张情况下高产、稳产问题。
　　(2)胶带机选型设计集国内各项先进技术于一身，实现了运行可靠，经济合理的目的。较原方案节省设备购置费67.9万元。

作者简介：吕福强，1965年生，工程师，原河北煤炭建筑工程学院矿建专业毕业，现任开滦范各庄矿总工程师室副主任，地址：河北省唐山市古冶区，邮码：063109。
作者单位：开滦矿务局范各庄矿

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