基于胶轮车运输需求的回采巷道设计优化

段生辉

（晋能控股煤业集团长治公司，山西 长治 046000）

1 工程概况

为提升矿井辅助运输效率，王庄煤矿进行了辅助运输改造，配备了WC20R（E）型人车，WC19R、WC9R、WC10R、WCJ5E 型 料 车，WC1.9E、ZL20EFB 型装载机，WC40E 型铲板搬运车，WC80Y 型支架搬运车等运行车辆。胶轮车特别是支架搬运车对回采工作面巷道功能性要求较多，由于矿井前期巷道设计未考虑无轨胶轮车运输需求，导致运行初期特别是工作面安装撤除期间，无轨胶轮车严重制约运输效率。后经过充分研究分析，根据无轨胶轮车运输需求，对回采工作面巷道设计进行优化[1-5]。

2 基于需求的设计优化

2.1 巷道功能性需求分析

相较于传统的轨道运输，胶轮车运输对巷道的功能性要求更高，既要满足日常人行车及料车的行车、掉头及会车的空间要求，也要满足工作面安装撤除期间大型设备运输特别是支架搬运车的载重、拐弯等各项功能性需求。为满足上述需求，在巷道设计时，在综合考虑巷道布置、硐室设置、巷道断面设计的同时，需要对巷道顶底板、拐角细节处理进行充分考虑、重点处理。

2.2 辅助运输顺槽

2.2.1 辅助运输顺槽断面设计

回采工作面正常生产期间，主要功能性巷道为辅助运输顺槽和胶带运输顺槽。其中，辅助运输顺槽除承担正常生产期间的物料、人员运输功能外，还是工作面安装及撤除期间设备的主要运输通道，对巷道尺寸、底板强度、特殊区域处理等有特殊要求。工作面安装撤除过程中，运输车辆最大尺寸为支架搬运车。王庄矿在用WC80Y 型支架搬运车为中央铰接两段式，外形尺寸为长×宽×高=10.59 m×3.97 m×2.192 m，离地220 mm，内转弯半径≤4500 mm，外转弯半径≤9200 mm。工作面辅运顺槽宽度除考虑支架搬运车运行需求外，还要在顺槽两侧留出0.75 m，用于安装管路、施工工作面排水沟。基于此，运输顺槽净宽度为5.5 m。工作面安装期间，最大尺寸设备为液压支架。矿井用液压支架最低高度为3 m，液压支架与巷道顶板各预留0.3 m 安全距离。基于此，工作面运输顺槽支架最小净高度为3.6 m。最终确定工作面运输顺槽断面净尺寸为宽×高=5.5 m×3.6 m。该巷道在原巷道的基础上，综合考虑辅助运输、排水、通风等各项需求，巷道宽度增大0.5 m，巷道高度增大0.4 m。经工作面回采及回撤验证，巷道断面满足各项需求。支架搬运车拐弯示意图如图1。

图1 支架搬运车拐弯示意图（mm）

2.2.2 运输顺槽底板固化

WC80Y 型支架搬运车重约43 t，在用支架重60 t，顺槽底板浮煤及直接底强度无法满足支架搬运车快速行驶的强度要求，特别是经设备运输车多次碾压后，路面易形成坑洼，导致设备运行受阻，因此需对巷道底板进行固化。考虑到底板总载重需求，选用C30 商砼，固化厚度30 mm，巷道非可采侧留500 mm 宽度排水沟。为防止重载车打滑，在巷道拐弯或坡度变化区域敷设全螺纹锚杆，锚杆一半固化在路面内，一半外露，增大车轮与地面摩擦，也增大了特殊区域底板固化强度，有效解决了重载车爬坡及拐弯打滑的问题。

2.2.3 辅助运输顺槽硐室设置

正常生产期间，车辆完成物料行人运输后，需在运输顺槽内调头，故需在运输顺槽施工调车硐室。调车硐室间距400 m，保证工作面正常回采期间运输车辆最大倒车距离不超过400 m。考虑邻近工作面开采防火及防水需求，调车硐室施工在巷道可采侧。调车硐室满足车辆调车需求后，尽可能减小硐室断面，防止工作面推采至调车硐室区域因大面积悬顶导致冒顶事故。故最终确定调车硐室尺寸为长×宽×高=5 m×4 m×3.5 m。调车硐室底板固化厚度200 mm，由内向外以3°斜坡施工，防止倒车硐室积水。

2.3 工作面开切眼

胶轮车安装，相较于传统的绞车安装对开切眼的尺寸及硐室要求更高，开切眼宽度除了要满足工作面设备安装尺寸要求外，需要考虑液压支架运输至开切眼后的旋转调正，其最大宽度要大于液压支架整体顶梁投影的对角线长度。王庄煤矿在用ZY20000/33.5/68D 型液压支架整体顶梁长9.5 m，宽2.05 m，其对角线长度约为9.7 m，留出0.2 m富余空间，故开切眼宽度设计为9.9 m。支架搬运车及铲板车将支架、刮板输送机等设备搬运安装到位后，需要调头后返回，故需在工作面开切眼内施工倒车硐室。其中WC80Y 型支架搬运车所需调车硐室尺寸较大，为满足支架搬运车的掉头拐弯需求，需在开切眼施工调车硐室两个。调车硐室施工在开切眼非采侧尺寸为长×宽×高=10.0 m×4.5 m×3.6 m，硐室两侧抹角尺寸4.0 m×4.0 m。第一个硐室距离辅运顺槽100 m，第二个硐室距离第一个硐室100 m，保证设备安装完毕后，车辆倒行最大距离不足100 m，可提高安装效率，保证车辆运行安全。考虑经济成本及施工效率，开切眼半断面固化，即靠近非采侧进行底板固化。底板固化使用C30 商砼，固化厚度300 mm。非可采侧平整后，安装刮板输送机，无需固化，这样可满足工作面安装期间开切眼内设备运输需求，也能最大程度解决成本，提高功效。如图2。

图2 工作面开切眼设计示意图（m）

2.4 回撤通道

2.4.1 回撤通道功能需求分析

传统的轨道运输工作面，布置两条顺槽即可满足要求，轨道顺槽作主要运输通道，承担工作面安装及撤除期间的设备运输及正常生产期间的物料、人员运输功能，胶带顺槽承担生产期间的运煤功能。相较于传统的轨道运输，胶轮车运输除要满足设备安装、日常运输功能外，还需要考虑工作面回撤期间液压支架的快速撤除问题，故需额外增加回撤通道及回撤通道联络巷。工作面撤除期间，由回撤通道联络巷作为支架撤除点，相较于传统绞车撤除，回撤点提高效率更快。

2.4.2 专用回撤通道设计依据

回撤通道及回撤通道联络巷位置的选择，是关系到工作面安全快速回撤的关键。回撤通道距离工作面距离小，临近停采时，受超前支承压力影响，回撤通道矿压显现，巷道变形，回撤工作受阻；回撤通道距离工作面过远，则回撤通道联络巷掘进工程量大，不经济。确定回采工作面超前支承压力影响范围，是回撤通道位置确定的主要依据。王庄煤矿在首采工作面进行了矿压观测，观测范围为自工作面开采位置后方200 m 到工作面开采位置前方120 m。设置测站两个，测站一布置在工作面顺槽内，安装钻孔应力计八个，布置表面位移观测点两个，安设锚杆测力计八个；测站二布置在工作面联络巷，布置三个表面位移观测点和八个锚杆测力计。经监测数据分析确定，工作面开采超前压力影响范围为60 m，以此作为回撤通道联络巷位置确定依据，确保工作面末采期间回撤通道不会因工作面超前支承压力影响，导致巷道大面积变形，影响工作面安全回撤。如图3。

图3 锚杆测力计应力变化曲线

2.4.3 专用回撤通道设计

基于回采工作面矿压显现规律，确定距离工作面停采线以外80 m 处施工回撤通道。回撤通道通过两条回撤通道联络巷与工作面连接，回撤通道联络巷垂直于回撤通道布置，长度为80 m。两条回撤通道联络巷均匀布置，间距100 m。回撤通道及联络巷断面净尺寸为宽×高=5.5 m×3.6 m。为满足设备运输车辆拐弯需求，在回撤通道与回撤通道联络巷连接处拐角近轨道侧处施工抹角，抹角尺寸为长×宽=4 m×4 m。回撤通道进行底板固化，固化采用强度为C30 商砼，固化厚度300 mm。为防止工作面回采超前支承压力导致的底鼓破坏路面，回撤通道固化时，靠近工作面一侧施工沟槽。沟槽宽200 mm，深500 mm，作为超前支承压力释放时的让压空间。回撤通道联络巷施工后，不进行固化，待工作面停面后，回撤前进行底板固化。

3 结论

基于胶轮车运输对巷道的功能性需求，综合考虑巷道排水、通风、设备布置等需求后，在巷道布置、断面设计、底板固化、硐室布置等方面对回采工作面的巷道设计进行研究优化。经过实践验证，优化设计后的巷道能满足胶轮车运输需求，工作面辅助运输及安装撤除效率得到极大提高。