大型礦井主井提升方案的探討研究

彭永東，薛 軍

（內(nèi)蒙古煤礦設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010）

大型礦井主井提升方案的探討研究

彭永東，薛 軍

（內(nèi)蒙古煤礦設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010）

依據(jù)礦井的地質(zhì)特征和賦存條件，以主井提升方式為焦點(diǎn)，提出三套井筒開拓方案，系統(tǒng)分析各方案的布置方式，詳細(xì)比較其技術(shù)特征、工程量及建設(shè)投資，同時結(jié)合礦井的外部條件和礦方的建井目標(biāo)，最終協(xié)商一致確定合適的井筒開拓方案。研究成果不僅為完善礦井的整體設(shè)計提供基礎(chǔ)，而且為進(jìn)一步研究斜井在較大垂深礦井中的應(yīng)用提供一定的參考及見解。

主井提升；斜井；大型礦井

井田開拓方式為礦井設(shè)計的重要內(nèi)容之一，合理地確定井田開拓方式，關(guān)系到礦井的基建工程量、初期投資及建設(shè)速度，也決定著礦井的生產(chǎn)面貌和技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

立井及斜井開拓方式一直是我國采用最多的開拓方式，并隨著開采技術(shù)、生產(chǎn)水平及技術(shù)裝備的發(fā)展不斷發(fā)展變化。斜井開拓方式雖然在一定時期內(nèi)得到了發(fā)展，取得了數(shù)量上的優(yōu)勢，但由于提升設(shè)備及提升能力的限制，大型礦井仍以立井為主。

本文主要針對具有15.0 mt/a生產(chǎn)能力的榆樹林礦井，以主井提升系統(tǒng)的選取作為焦點(diǎn)，提出井筒開拓方案，綜合考慮各方面影響因素探討了各個方案的優(yōu)缺點(diǎn)，最終研究確定適合礦井的主井提升方案。

1 斜、立井開拓方式概述

1）井巷工程量。斜井比立井工程量要?。褐髁⒕枰^復(fù)雜的輔助硐室、水窩、井架等，系統(tǒng)復(fù)雜，工程量也大；立井井筒斷面大，需要在井底至大巷之間布置長石門；當(dāng)水平延深時，主斜井井筒可直接延深，而主立井則極其困難，輔助工程量增大。

2）煤炭提升。膠帶輸送機(jī)膠帶強(qiáng)度的不斷增大，使斜井的煤炭提升能力已超過立井的提升能力，斜井膠帶與立井箕斗提升相比所突出優(yōu)點(diǎn)是：運(yùn)輸連續(xù)化，潛力大；可接受多點(diǎn)來煤，有利于多水平同時生產(chǎn)；膠帶機(jī)系統(tǒng)易于維護(hù)，斜井井筒裝備簡單，地面輔助設(shè)施少，鋼材消耗量少；水平延深時延深膠帶斜井比箕斗立井容易的多。

3）礦井通風(fēng)。由于具有較大的通風(fēng)斷面和較小的通風(fēng)距離，立井在通風(fēng)方面占明顯優(yōu)勢，對于大型及特大型礦井，尤其是高瓦斯礦井來說，礦井風(fēng)量通常需200 m3/s～500 m3/s或更高，必須通過立井才能滿足要求。

4）礦井施工。斜井施工對地質(zhì)條件要求較高，但其施工技術(shù)比立井簡單，占用施工設(shè)備及人員較少，施工速度較快。

2 礦井概況

榆樹林煤礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)準(zhǔn)格爾煤田西南部。礦井可采煤層有4層，4號煤為大部可采；6號煤為主采煤層，全區(qū)可采；5、9號煤為局部可采。礦井地面標(biāo)高為+1 356.87 m～+1 161.30 m，煤層底板標(biāo)高為+860 m～+720 m，井田內(nèi)含煤地層的構(gòu)造形態(tài)總體為單斜構(gòu)造，傾角小于10°，煤層呈近水平產(chǎn)出，無巖漿巖侵入，構(gòu)造復(fù)雜程度屬簡單類型。地質(zhì)構(gòu)造對開采幾乎無影響。水文地質(zhì)類型為裂隙～孔隙充水的水文地質(zhì)條件簡單的礦床，對開采的影響較小。

3 井田開拓方案

礦井北部6號煤層賦存深度約500 m左右，由于埋藏相對較深，開拓方式可采用立井開拓或斜－立井混合開拓方式。設(shè)計確定副井和風(fēng)井采用立井，根據(jù)主井的開拓方式的不同，提出三個方案進(jìn)行比較：

1）大傾角主斜井布置方案。采用斜－立井混合開拓，即主斜井、副立井和回風(fēng)立井。主斜井傾角22°，落底于6號煤層底板，通過檢修清理平巷與6煤輔運(yùn)大巷連通。在主斜井下部順向設(shè)上位煤倉，煤倉凈直徑10 m，均通過給煤機(jī)裝載硐室與主斜井連接，運(yùn)輸大巷通過上倉膠運(yùn)斜巷至煤倉上口卸載硐室，布置方式見圖1。

圖1 方案一開拓布置剖面示意圖

2）15°折返式主斜井布置方案。該方案主斜井采用15°折返布置，落底于副井車場附近6煤底板，采用兩部膠帶輸送機(jī)提升，在中部設(shè)轉(zhuǎn)載膠帶輸送機(jī)，采用平巷轉(zhuǎn)載方式，設(shè)轉(zhuǎn)載硐室。在主斜井上、下段井筒內(nèi)分別布置架空乘人器，在上段井筒內(nèi)鋪設(shè)檢修軌道，在地面安裝提升絞車，布置方式見圖2。

圖2 方案二開拓布置剖面示意圖

主斜井采用分段布置，對于膠帶輸送機(jī)的選型較為有利，減少了膠帶機(jī)的長度。主斜井下段井筒與運(yùn)輸大巷平行布置，通過上倉膠帶機(jī)斜巷和煤倉進(jìn)行連接，井下設(shè)上位煤倉。首采工作面采用大巷條帶式布置，位于井底附近，初期井巷工程量較小。

3）主立井布置方案。井田開拓方式采用立井開拓，均位于井田北部邊界處同一工業(yè)場地，布置方式見圖3。

礦井水平劃分及大巷布置方式均與斜井方案相同。主立井采用箕斗提升，設(shè)二對45t箕斗，“一”字形布置。井下設(shè)兩個煤倉，煤倉凈直徑10m。膠帶裝載硐室沿6號煤層底板布置，與井底車場為同一標(biāo)高，裝載硐室通過平巷與車場巷道連接，極大的方便了裝載硐室的設(shè)備檢修及通風(fēng)。

圖3 方案三開拓布置剖面示意圖

4 推薦開拓方案

1）方案比較。根據(jù)井筒布置方案的特征，從技術(shù)方案、主提升設(shè)備方面進(jìn)行比較，得出其優(yōu)缺點(diǎn)、設(shè)備能耗、工程量以及建設(shè)投資等，如表1～表2所示。

表1 各方案技術(shù)比較

2）方案推薦。本礦井位于準(zhǔn)格爾煤田，由于準(zhǔn)格爾地區(qū)地層巖性多屬軟弱～半堅硬巖類，并且地層中無大的含水層，因此具備斜井施工的條件，斜井施工較簡單，準(zhǔn)備期短，而且表土段較薄，明槽開挖工程量少，從表1可看出，方案二傾角15°，具備綜掘機(jī)施工的條件，具有掘進(jìn)速度快，施工安全的特點(diǎn)。

從主井提升設(shè)備來看，一般來說煤層賦存深度在400m以下的礦井，主井多采用立井開拓，箕斗提升方式，其技術(shù)成熟，設(shè)備可靠，為多數(shù)礦井所采用的傳統(tǒng)布置模式。隨著膠帶輸送機(jī)技術(shù)的發(fā)展，新材料的應(yīng)用，我國目前膠帶輸送機(jī)的應(yīng)用較為方泛。尤其是大傾角膠帶輸送機(jī)的應(yīng)用，礦井主運(yùn)輸系統(tǒng)已全部實現(xiàn)連續(xù)運(yùn)輸，具有運(yùn)輸環(huán)節(jié)少，系統(tǒng)簡單，運(yùn)行效率高，維護(hù)費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)。我國目前國產(chǎn)膠帶帶強(qiáng)最大為St 5400，因此受膠帶帶強(qiáng)的限制，煤層賦存深度在400m以上的大型礦井，尤其是10.0 mt/a以上的礦井還尚未有大傾角膠帶機(jī)運(yùn)行的先例。

表2 各方案主提升設(shè)備比較

從表2可以看出，方案一膠帶輸送機(jī)帶寬2.0 m，帶速 4.5 m/s，運(yùn)量 3 500 t/h，帶強(qiáng) St 7000，膠帶需進(jìn)口，價格高，安裝維護(hù)困難，運(yùn)行不可靠。方案二井筒采用折返式布置，采用二部膠帶機(jī)運(yùn)輸，中部設(shè)平巷轉(zhuǎn)載，一是減少了提升傾角，二是縮短了單部膠帶機(jī)的長度，在保證3 500 t/h運(yùn)量不變的情況下，帶寬由2.0m降到1.8m，帶速由4.5 m/s降到4.0 m/s，帶強(qiáng)由St 7000分別降到St 5400和St 4500。膠帶的帶寬和強(qiáng)度是影響膠帶機(jī)價格的決定因素，因此方案二兩部膠帶機(jī)的價格仍低于方案一單部膠帶機(jī)價格，同時降低帶速使膠帶運(yùn)行更可靠。該方案的缺點(diǎn)就是設(shè)備較多，故障率高，設(shè)備總功率大，運(yùn)營費(fèi)用高，但對于大型礦井來說，膠帶機(jī)提升仍具有不可比擬的優(yōu)勢，因此，最終選定方案二為開拓方案。

5 結(jié)論

本文以主井提升方式為焦點(diǎn)，提出了三套井筒開拓方案，系統(tǒng)分析了各個方案的布置方式，詳細(xì)比較了各方案的技術(shù)特征和井筒裝備，同時結(jié)合本地區(qū)地質(zhì)特征和外部條件，最終確定了主斜井折返式布置方案，是大型礦井主井布置及提升方式發(fā)展的一種新思路。

[1]李德榮.磁窯堡煤礦六煤開拓方案的優(yōu)化[J].煤炭工程，2002，（4）：12-13.

[2]嚴(yán)志剛，馬云偉.梅花井煤礦主斜井布置方式方案比較[J].煤炭工程，2005，（3）：66-67.

[3]宋來金.試論斜立混合開拓方式之應(yīng)用[J].煤炭工程，2004，（2）：27-29.

Discussion on Main Shaft Hoist Schemes in Large-scale Mines

PENG Yong-dong,XUE Jun
(Innermongol i a CoalDesi gn Inst i t ut e,H uhhotInnermongol i a 010010,Chi na)

A ccording to geological characteristics and existence condition, three shaft exploitation schemes are proposed on main-shaft mode. The author studies the three schemes' distribution modes respectively and compares their technological characteristics, engineering quantities and construction investments. meantime, based on the outsider condition and construction destination, the final scheme is determined w ith consensus. The study provides not only the basis for the improvement of mines' integral construction,but also references for further application of inclined shaft in large-scale mines.

ain shaft hoist;inclined shaft;large-scale mines

TD53

A

1672-5050（2010）12-0073-03

編輯：徐樹文

2010-11-04

彭永東（1976—），男，山西大同人，工程師，主要從事煤礦設(shè)計及研究工作。