巷道是矿井生产、运输、通风、下料、行人等必备的井下工程,构成煤矿井下工程的巷道分三种,开拓巷道、准备巷道和回采巷道,由于这些巷道与其所处的地质条件、巷道的服务年限、用途、使用运输设备的规格及架设检修的要求等各不相同,因此,巷道断面的形状、大小也各不相同,笔者认为,它必须符合下述规定:《煤矿安全规程》的规定、《煤炭工业矿井设计规范》的规定、《煤矿矿井巷道断面及交叉点设计规范》的规定、《煤炭工业抗震设计》及《锚杆喷射混凝土支护技术规范》的规定。
一、要做好巷道形状的选择。不同的巷道、不同的地质条件及不同的矿山压力所选择的巷道形状各有不同,总的来说巷道有拱型、矩型、圆型、马蹄型、梯形等,决定巷道形状的因素有如下几种:巷道的用途和服务年限、矿山压力及岩石的物理学性质、巷道的支护和支护材料、施工技术及其装备情况及科技进步情况。(1)在特殊的地质条件下,如矿山压力大,有底鼓现象等,选用圆型、马蹄型巷道;(2)巷道围岩比较稳定,矿山压力不大,服务年限不长时,一般选用工字钢支架,锚杆支架等,断面形状一般选用梯形或矩型,如富力煤矿的回采巷道等,都选用梯形巷道;(3)随着技术的不断进步,锚喷支护、混凝土砌碹支护、U型钢可缩性支护的逐渐普及和推广,拱型断面,半圆型巷道断面逐渐普及,这种巷道形状选择的使用弹性很大,在矿山压力不大和较大的情况下都选用此类型巷道。如井底车场巷道,主要运输大巷等。
一般来讲,开拓巷道、准备巷道在巷道围岩稳定和不太稳定的情况下都选用三心拱型巷道和半圆拱型巷道,某煤矿的开拓巷道、准备巷道甚至一些采区巷道都采用拱型巷道,实践证明这种巷道类型将是矿井的主要巷道类型。截至到目前,某煤矿的开拓岩巷工程大都使用三心拱型巷道,如钢带机井筒,折二皮带井,集中石门,主要运输大巷等。串车提升的巷道大都为半圆拱型,如材料井、排矸暗井等。
二、要做好巷道宽度的确定。确定巷道的宽度分两种情况:(1)使用时不需要太大的宽度,但在掘进时由于掘进设备的最大轮廓大于使用时巷道的宽度,这种情况下以掘进时掘进设备的最大轮廓来确定巷道的宽度,如井下火药库巷道的施工,按照设计要求,井下火药库的巷道使用宽度以能满足用手推车拉火药运输,并能保持足够风量为准,但矿用扒斗机的最小巷道要求是2m,因此确定巷道的宽度最终确定为2m宽;(2)使用时运输设备的最大轮廓尺寸和人行道、设备间距和设备间距与巷道墙间距相加确定巷道的宽度,人行道的宽度还要考虑巷道水沟规格的大小,下面以岩巷工程三心拱双轨巷道为例剖析巷道宽度的确定过程:双轨(包括皮带输送机和轨道合一)巷道净宽度:B=a1+b+c1 式中:B为巷道净宽度,mm;a1为非行人侧轨道中心线到巷道墙之间的距离;c1为行人侧轨道中心线到巷道墙之间的距离,mm; b为轨道(或输送机)中心线之间的距离,mm。上述所计算的巷道净宽度B值,应只进不舍,以100mm进级。
某煤矿井下巷道轨距为600mm,1.5t矿车的体积按长×宽×高计,为2400×1050×1200,取1050mm为设备最大轮廓值。按照《煤矿安全规程》的要求,主要运输巷道的设备与巷道墙之间的距离不小于500mm,则取500mm,非行人侧的轨道中心线到巷道墙之间的距离为: a1=1050÷2+500=1025mm 按照《煤矿安全规程》规定,两设备间的最小距离不小于200mm,取200mm,两个轨道中心的距离应为: b=1050÷2+200=1250mm 行人侧有水沟,宽度到墙500mm,行人宽按《煤矿安全规程》的规定,不小于800mm,取800mm,所以,行人侧轨道中心线到巷道墙之间的距离为: c1=500+800+1050÷2=1825mm。因此,巷道净宽度为1025+1250+1825=4100mm。
三、要做好巷道净高度的确定。这里,我仍以三心拱双轨巷道为例,巷道的高度指正中心的顶板到底板的高度,它分两个部分,拱高和墙高,拱高与墙高之和就是巷道的高度,习惯上都以轨道面到巷道正中心的高度作为巷道的净高度:H=h3+h0
式中:H为巷道的高度,mm;h3为巷道墙高,mm;h0为巷道拱高mm。
三心拱拱高为巷道净宽度的三分之一,即:h0=B÷3=4100÷3=1367(mm) h3≥h4+hc-■式中:h4为轨面起至电机车架线高度,2000mm; hc为巷道底板至轨面高度,200mm;r为三心拱小圆半径,1074mm;n为导电弓距拱壁间安全距离,300mm;k为导电宽度之半,360mm。 计算得h3=1856(mm) 。巷道全高为:1856+1367-160=3063(mm)取上限为3100mm ,则巷道净高度按轨道面算为:3100-360=2740(mm)
四、要把握好其他因素对确定巷道断面的影响。上述巷道断面的高度和宽度的确定是按照相关规程的要求确定的,但巷道断面的大小还要考虑其它方面的因素。在高产高效现代化矿井建设不断发展的今天,单纯的以上述方法确定巷道断面是违背现代化矿井建设的要求的,现在,采区开拓设计正向一源一汇的巷道布置方法转型,这种设计要求巷道合成化、集约化、人性化,还要考虑施工工程中的工作舒适与否,因此,巷道断面有了新的规定,主要运输巷道净面积不小于14m2,其它不小于10m2 ,现在,富力煤矿的开拓巷道,准备巷道,回采巷道的净断面积都不少于10m2 ,事实证明,这个确定巷道断面的方法是正确的,为这个煤矿的长远发展打下了坚实的基础。
□ 忻州神达能源集团有限公司 郑永亮