小四股箕斗井在荣华二斜井的设计实践

 

                                张福春、王桂芝

（龙煤工程设计研究院鸡西分院）

摘要：采用小四轨箕斗井双钩提升的布置形式，在国内煤矿提升斜井形式中尚属首例，优点是减少井筒工程量，减小井筒断面，降低掘进成本，节省工程造价。

关键词：国内首例、减少工程量、降低费用。

一、概况

鸡西矿业（集团）有限责任公司荣华二斜井（梨树煤矿二区）位于黑龙江省鸡西市梨树区风山村与邱家村之间，鸡西市梨树区风山村以东一公里处，本井田位于荣华二井勘探区西南侧，邱家村附近，西侧为梨树煤矿三井境界，东、北西侧属本井田勘探区范围。该井的建设是梨树矿七井的接续矿井。

该井共有两个可采煤层，其中3^#上层属中生代侏罗纪鸡西群穆棱含煤组，煤种为1/3焦煤为生产井；14^#煤层属中生代侏罗纪城子河组，全区发育，煤层赋存稳定，可采厚度1.63-2.34m， 14^#层是低磷、低硫、低灰分的优质中厚煤层，煤种为焦煤，是市场极缺的煤种，销售市场广阔，14^#层移交生产后，增加焦煤45万吨，有可观的经济效益。

该井田已探明的地质储量为3514.42万吨，其中14^#层2302.23万吨，3^#上层1212.19万吨。可采储量2636.26万吨，其中14^#层可采储量1669.87万吨，3^#上层可采储量966.39万吨。此外，在该矿井勘探区边缘（深部、东部及南部），根据已有勘探资料及临近矿井的开采实践，煤层有变厚趋势，且煤层赋存趋于稳定，该区域有可观的远景储量，可以保证矿井投产后有长远的发展后劲。

二、开拓方案

为充分利用荣华二斜井现有设施，以少投入多产出为原则，以获得最佳的经济效益为目标。开拓14^#层是低磷、低硫、低灰分的优质中厚煤层，煤种为主焦煤，是市场极缺的煤种，销售市场广阔，荣华二斜井14^#煤层移交生产后，增加主焦用煤有可观的经济效益。也是为了矿区发展的需要。

根据本井田煤层范围及煤层埋藏深度等情况，共提出两种开拓方案进行比较，然后确定矿井开拓方式。各开拓方案叙述如下：

Ⅰ方案主要内容：仍利用原有三条斜井井筒继续延深，新建一条箕斗井做为14^＃层主提升井，并将原二号风井改造为3^＃上皮带井的开拓方案。本方案是充分利用原有矿井部分已形成的开拓巷道，节省井巷工程投资费用。确定14^＃层的生产水平为-275m标高，在井底-275m标高布置主运道、回风大巷及主要硐室等，箕斗井井底装载点标高为-329.0m，煤仓高度45米。一段副井延深310米至+16.0m标高处布置一二段副井联络车场；一段副井设计全长770米，倾角21°46′。二段副井绞车道井底标高-275m，设计斜长762米，倾角24°。

14^＃层与3^＃上层的回风，在＋135米水平由立风井集中回风；14^＃层二段风道由＋135米标高至-265m标高，斜长852米，倾角28°，3^＃上层由＋135米标高布置二段绞车道、风道、皮带道。矿井初期投产时共安排两个采区生产即3^＃上层北采区和14^＃层一采区。14^＃层一采区布置方式为盘区式布置，采煤工作面为沿倾斜布置采煤方法； 3^＃上层北采区下山布置，采煤工作面布置方式为走向长壁后退式开采。Ⅰ方案投产时井巷工程量为16615米。

Ⅱ方案主要开拓内容：

与Ⅰ方案不同之处是在原有绞车道东南50米处新掘一个14^＃层主提升立井的开拓方式，该主提升立井井筒直接到-275m水平，立井垂深555m，然后在-275m水平向西北方向布置一条1120米长主运石门至主运大巷；3^＃上层新掘一条钢丝绳牵引皮带井，斜长811米，倾角16°，一、二号回风斜井并联回风，其它系统和采区布置均与Ⅰ方案相同。Ⅱ方案投产时井巷工程量为18497米。

Ⅰ方案主要优点：

1、开拓工程量较Ⅱ方案少1882m，可节省投资1751万元；

2、建井工期，一方案建井工期为36个月，二方案建井工期为42个月，一方案较二方案少6个月。

缺点：1、工业广场占地面积稍大些；

2、箕斗和轨道道床检修工作量稍大些；

Ⅱ方案主要优点：

1、工业广场占地面积比Ⅰ方案少；

2、井筒装备检修工作量小。

缺点：

1、矿井开拓工程量比Ⅰ方案多1882米，比Ⅰ方案多投资1751万元；

2、立井井塔投资及设备安装比Ⅰ方案多投800万元。

3、Ⅱ方案比Ⅰ方案多投资2551万元。

方案确定：经两个开拓方案优缺点比较论证后,确定本矿井开拓方案采用1方案。

   水平划分：本矿井为两个水平布置，14^＃层水平标高确定在－275米标高；矿井井底车场，煤炭卸载，主要运输和回风大巷均设在-275米水平；各采区根据煤层赋存情况采用上下山的布置方式进行开采，矿井深部境界至-700米标高。3^＃上层水平标高确定在＋132米标高，深部标高至－200米左右。

   三、箕斗提升井线路布置

本井共有五条井筒，箕斗斜井和回风立井为新设计井筒，副井、3^＃上皮带井和3^＃上入风井利用原有已形成井筒经延深和扩修后使用。

为用好有限资金，充分利用该井现有场地及设施，以较少的投入，获得最佳的经济效益为目标。箕斗井为二水平14^#煤层的主提升井，采用小断面四轨双钩提升的布置形式，其最大优点为最大限度地减少井筒工程量，减小井筒断面降低掘进成本，提高掘进速度，节省井筒掘进工程费用。

箕斗斜井井筒坡度34°，斜长1091米，半圆拱形断面，井筒内铺设四根43公斤轨道整体道床轨距1500mm，正常运行段四根轨的中心相差400mm如图，两箕斗在装载站、卸载站和中间错车道部分，分别设置了四组道岔，道岔的设计考虑了箕斗运行的轨迹由小四股变为大四股，从轨道中心相关400mm到2100mm，为了保证箕斗运行平稳，道岔的角度既要考虑不要太大，又要满足错车部分钢丝绳顺利进入设计的轨道绳槽中，以免影响另一箕斗正常运行，在道岔中布置了喇叭轮、立轮及托绳轮，绳轮位置的设计充分考虑钢丝绳的运行轨迹，迫使钢丝绳顺利进槽，井筒内设一对10T轻型箕斗担负14^＃层的煤炭生产提升任务，箕斗的设计也是按照道岔进行设计的，箕斗的牵引钢丝绳高度不能设置太高，否则钢丝绳不能顺利进槽，为了使箕斗正常运行，箕斗的轮组两侧也不能一样，在两箕斗运行的内侧用平轮，是在中间错车部分使钢丝绳压在箕斗轮子下面，另一侧（外侧）布置成槽轮，使箕斗能正常的沿轨道运行。

四、箕斗斜井提升设备

（一）设计依据：

开采二水平14^#煤层年设计产量：45万t/a，装载点至井口斜长1061m，井口标高+281.00m，井底标高-329.00m，井筒倾角：34°，双钩提升方式，井筒内铺设43kg/m小四股轨道，井筒中间设错车道，井口门至卸载点斜长：27m，年工作日：330天，每天提升时间：16小时。

（二）、设计选型：

1、一次提升时间：

T_近=+θ= +10=170.91s

2、一次提升量：Q₁= =4.653t/次

选：载重量为10t的XJ-10Q斜井轻型箕斗，有效容积为12m³，自重：4500kg。

3、钢丝绳的选择：

Q=（Q+Qc）(Sinα+f₁cosα)

=8229kg

提升距离：L_t=1061+30=1091m

钢丝绳的单位长度重量：

P′= 

=4.34kg/m

选：钢丝绳为6×7股（1+6），Dt=36.5mm，Qg=81750kg，P_K=5.038kg/m

校核钢丝绳的安全系数：

m= =6.69>6.5

4、提升机的选择

卷筒直径：D卷≥（60～80）dt

=2.92m

卷筒宽度：

B′= ×（36.5+3.5）                       

=1424mm

选：2JK-3.5/20A双筒提升机一台

D=3500mm   B=1700mm    F2=17000kgf   Fc=11500kgf    i=20    V=6.85m/s    n=740r/min

钢丝绳最大破断力总和为118500kg

作用在滚筒上的最大静张力差：

Fc=F2-Qc×(sinα+f₁cosα)

=9806kg<11500kg

选提升机合适。

5、电动机的选择：

N=

=844kw

选：YR118/61-8型电动机一台，N=1000kw，6kv，自重：6150kg，

n=740r/min。

   实际提升速度：

Vmax=

=6.78m/s

实际提升能力：

A=

=0.87Mt/a

即箕斗提升斜井的提升能力为87万吨/年

6、提升系统：

天轮选择：Dt=80Dq=80×3.5=2.8m

选用：TSG3000/20天轮二个。

天轮间距：2100m，重量：2466kg。

过卷距离：Lg=1+0.5Vmax+ 

=10.59m

地面储装运系统：本矿井下生产的煤炭，3^#上层生产系统是煤炭经采区皮带卸入井底煤仓，再经往复式给煤机给入GD型钢丝绳牵引胶带运输机提升至地面风选车间，经分选后再进入储煤场。

14^#层箕斗井井底-275m车场采用600轨距3t底卸式矿车将煤卸入井底煤仓。在箕斗井底煤仓下采用10吨箕斗装载，提升至地面卸载煤仓，然后由仓下往复式给煤机给入筛分车间原煤分级筛，上仓皮带运至原煤装车仓，装车后运至平岗选煤厂入洗。

总结：箕斗提升斜井为二水平14^#煤层的主提升井，箕斗井采用小四股双钩提升的布置形式，在国内煤矿提升斜井实际应用中尚属首例，其最大优点为最大限度地减少井筒工程量，减小井筒断面降低掘进成本，提高掘进速度，节省工程费用，比立井提升方案可节省资金2551万元。缺点是装载站、卸载站、井筒中部错车道线路布置复杂，施工设计难度大，箕斗提升斜井的提升能力难以提高。2008年1月荣华二斜井14^#煤层投产以来，小四股箕斗井线路布置达到设计要求，在实际生产运行中安全稳定可靠，2008年提升生产原煤40 t/a，2009年提升生产原煤45万t/a满足生产要求，小四股箕斗井的设计提升能力87万t/a，提升潜力大，实际生产中将逐步达到设计提升能力，小四股箕斗井在荣华二斜井实际应用中是成功的，在国内煤矿提升井中是首例的。