資源整合礦井井底車場(chǎng)動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)

張俊峰

(山西晉城煤業(yè)集團(tuán)勘察設(shè)計(jì)院有限公司,山西 晉城 048006)

資源整合礦井井底車場(chǎng)動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)

張俊峰

(山西晉城煤業(yè)集團(tuán)勘察設(shè)計(jì)院有限公司,山西 晉城 048006)

為解決以往煤礦設(shè)計(jì)中井底車場(chǎng)巷道 沿巖層水平布置,存在巖巷工程量大、施工組織困難、工期長、投資大等問題,結(jié)合資源整合礦井特點(diǎn)進(jìn)行實(shí)例設(shè)計(jì)和實(shí)踐,通過兩階段動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,實(shí)現(xiàn)井底車場(chǎng)巷道及硐室基本沿煤層布置,為礦井盡快投產(chǎn)創(chuàng)造了條件,同時(shí)也為其他礦井井底車場(chǎng)及硐室沿煤層布置提供了值得借鑒的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

硐室;井底車場(chǎng);資源整合;動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)

1 傳統(tǒng)井底車場(chǎng)及硐室布置問題分析

因煤礦井下煤層賦存條件具有不確定性,煤層底板高低起伏不平,而煤礦井底車場(chǎng)巷道根據(jù)功能要求需布置成水平巷道,故一般布置在巖層中。本文以億欣煤業(yè)井底車場(chǎng)動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)為例,進(jìn)行實(shí)例設(shè)計(jì)與實(shí)踐,通過一系列思路創(chuàng)新、設(shè)計(jì)優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了井底車場(chǎng)沿煤層布置,具體如下:

億欣煤業(yè)為設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1.20 Mt/a的資源整合礦井,批準(zhǔn)開采2#、15#煤層,為低瓦斯礦井。首采盤區(qū)15#煤層厚度為1.90 m～ 4.05 m,平均厚度為2.55 m,頂板為K2石灰?guī)r,平均厚度12.5 m,屬極堅(jiān)硬巖石,穩(wěn)定性好,底板為泥巖,屬較軟弱的巖石。礦井采用一次采全高長壁綜采采煤方法,投產(chǎn)時(shí)布置主平硐、副平硐和回風(fēng)立井共3個(gè)井筒,其中主、副平硐為改造利用整合前既有井筒,回風(fēng)立井為新掘井筒。根據(jù)開拓部署及井筒與大巷的位置關(guān)系,確定井底車場(chǎng)為平車場(chǎng),采用道砟道床,井底車場(chǎng)附近布置中央變電所、水倉、水泵房、管子道、消防材料庫、等候硐室等硐室。

在礦井實(shí)際建設(shè)過程中,由于井底車場(chǎng)巷道及硐室功能均要求為水平巷道,而15#煤層有傾角、高低起伏不平,且施工前無法準(zhǔn)確獲得15#煤層的賦存標(biāo)高。如果井底車場(chǎng)及硐室按以往“一次設(shè)計(jì)、一次施工”的思路,按照事先推斷的水平標(biāo)高施工車場(chǎng),則井底車場(chǎng)必然會(huì)布置在巖層中,同時(shí)還存在從車場(chǎng)巖巷重新找煤層去掘進(jìn)東翼3條煤層大巷時(shí),破K2石灰?guī)r頂板、頂煤留不住、留底煤掘進(jìn)等問題。而且從施工車場(chǎng)巖巷過渡到煤層大巷(東軌道大巷),施工組織困難,施工速度慢,投資大。因此,如何準(zhǔn)確確定井底車場(chǎng)標(biāo)高,在起伏不平的15#煤層中水平布置井底車場(chǎng)巷道及硐室,成為億欣煤業(yè)面臨的技術(shù)難題。

2 井底車場(chǎng)及硐室動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

2.1第一階段設(shè)計(jì)

在億欣煤業(yè)井底車場(chǎng)施工前,根據(jù)礦井地質(zhì)報(bào)告提供煤層等高線,設(shè)計(jì)井底車場(chǎng)及硐室沿15#煤層布置,標(biāo)高預(yù)計(jì)為+1 070 m(地質(zhì)報(bào)告提供的15#煤層底板標(biāo)高),均為新掘巷道,見圖1。

圖1 第一階段井底車場(chǎng)及硐室布置圖Fig. 1 Layout of pit bottom and chambers in stage I

2.2施工過程中設(shè)計(jì)思路創(chuàng)新

在主、副平硐施工過程中,隨著現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際揭露情況不斷變化,結(jié)合既有井筒寬度、支護(hù)條件、功能適應(yīng)性、井口場(chǎng)地等現(xiàn)場(chǎng)條件,按照技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的原則,提出“主、副平硐位置互換”的思路[1-5]。

礦井即將進(jìn)入井底車場(chǎng)巷道施工時(shí),基于15#煤層為近水平煤層的有利條件,提出“井底車場(chǎng)巷道先沿15#煤層頂板掘進(jìn)煤巷,盡快進(jìn)入15#煤層?xùn)|翼施工3條大巷,然后再二次起底調(diào)平井底車場(chǎng)”的創(chuàng)新思路。同時(shí)探清15#煤層賦存條件,為井底車場(chǎng)及硐室第二次動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供煤層標(biāo)高實(shí)測(cè)資料。

在井筒位置互換的基礎(chǔ)上,依據(jù)第一階段實(shí)際揭露整合前既有舊巷、15#煤層賦存條件、巷道底板實(shí)測(cè)標(biāo)高等資料,如何因地制宜沿煤層布置車場(chǎng)巷道及硐室,成為第二階段優(yōu)化設(shè)計(jì)的技術(shù)難點(diǎn)。

2.3第二階段優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)井底車場(chǎng)施工過程中實(shí)測(cè)巷道底板標(biāo)高,結(jié)合實(shí)際揭露的既有舊巷等現(xiàn)場(chǎng)條件,重新確定車場(chǎng)標(biāo)高,對(duì)井底車場(chǎng)及硐室進(jìn)行第二次優(yōu)化設(shè)計(jì),通過局部巷道起底調(diào)平、硐室位置調(diào)整、充分利用舊巷等優(yōu)化技術(shù),形成科學(xué)合理的、完全符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的井底車場(chǎng)及硐室布置圖,見圖2。根據(jù)第二階段井底車場(chǎng)及硐室優(yōu)化設(shè)計(jì)圖(圖2),進(jìn)行井底車場(chǎng)巷道二次起底調(diào)平,形成永久車場(chǎng)。在不影響東翼大巷掘進(jìn)面施工的前提下,安排井底車場(chǎng)二次起底平行作業(yè),從而不影響礦井建設(shè)工期。

圖2 第二階段優(yōu)化設(shè)計(jì)后井底車場(chǎng)及硐室布置圖Fig. 2 Layout of pit bottom and chambers after stage II of optimization design

第二階段井底車場(chǎng)及硐室優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容如下:

1)根據(jù)煤層巷道底板實(shí)測(cè)標(biāo)高,重新確定井底車場(chǎng)標(biāo)高,由原設(shè)計(jì)+1 070 m調(diào)整為+1 064.3 m,則避免了井底車場(chǎng)及硐室布置在+1 070 m水平的巖層中,實(shí)現(xiàn)了多掘煤巷、少掘巖巷,提高了資源回采率,同時(shí)緩解了工期緊張、資金短缺的矛盾。

2)按照盡量少起底的原則,對(duì)副平硐與井底車場(chǎng)連接處約98 m巷道進(jìn)行局部起底,把軌道5 m過渡段和平曲線布置在平面上,在平曲線和摘掛鉤車場(chǎng)連接處,布置信號(hào)硐室和調(diào)度室。

3)按照盡可能簡化系統(tǒng)的原則,充分利用15#煤層111 m較平緩巷道,聯(lián)合布置副平硐井底車場(chǎng)和15#煤東軌道大巷無極繩連續(xù)牽引車調(diào)車場(chǎng),大幅縮短了井底調(diào)車時(shí)間。

4)主、副平硐位置互換后,在主平硐(布置下井管纜)東側(cè)布置中央變電所、水倉、泵房、管子道,主排水管和下井電纜就近沿主平硐敷設(shè),簡化了管纜布置路徑。

5)充分利用施工期間實(shí)際揭露的整合前既有巷道情況,中央變電所及其通道由原設(shè)計(jì)新掘硐室,優(yōu)化為改造利用既有巷道,節(jié)約投資62.7萬元。

6)根據(jù)15#煤層實(shí)際賦存條件,中央變電所與中央水泵房由原設(shè)計(jì)的“I”型布置,優(yōu)化為“L”型布置,管子道充分利用整合前既有巷道,管子道新掘段巷道由原設(shè)計(jì)130 m優(yōu)化為27 m,節(jié)約投資62.4萬元。

7)主平硐(布置架空成人裝置)與東膠帶大巷連接處,布置等候室、急救站、工具室,并通過聯(lián)絡(luò)巷與井底車場(chǎng)溝通;在等候硐室東側(cè)布置消防材料庫。

8)將井底車場(chǎng)原設(shè)計(jì)的道砟道床調(diào)整為固定道床,鋪底厚度270 mm,為礦井以后改造為無軌膠輪車輔助運(yùn)輸系統(tǒng)創(chuàng)造條件。

3 效果分析

億欣煤業(yè)井底車場(chǎng)及硐室分兩個(gè)階段進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì),在第一階段設(shè)計(jì)后,提出“井底車場(chǎng)巷道先沿15#煤層頂板掘進(jìn)煤巷,盡快進(jìn)入15#煤東翼施工3條大巷,然后再二次起底調(diào)平井底車場(chǎng)”創(chuàng)新思路,從而避免了井底車場(chǎng)及硐室布置在+1 070 m水平巖層中的情況,實(shí)現(xiàn)了多掘煤巷、少掘巖巷的目標(biāo),在井底車場(chǎng)巷道及硐室施工期間多出煤3 234 t,創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益97萬元,實(shí)現(xiàn)提前2個(gè)月掘進(jìn)東翼大巷(沿15#煤層布置),有效緩解了工期緊張、資金短缺的矛盾。同時(shí),井底車場(chǎng)巷道先期沿煤層頂板掘進(jìn),簡化了施工組織,避免了破煤頂、留煤底掘進(jìn)情況,從根源上改善了井底車場(chǎng)及硐室的支護(hù)效果。

針對(duì)井下煤層賦存標(biāo)高具有不確定性的特點(diǎn),根據(jù)實(shí)測(cè)煤層巷道底板標(biāo)高,進(jìn)行第二階段動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì),重新精準(zhǔn)確定井底車場(chǎng)標(biāo)高,通過井底車場(chǎng)優(yōu)化布局、局部巷道起底調(diào)平、硐室位置調(diào)整、充分利用既有舊巷等優(yōu)化設(shè)計(jì),因勢(shì)利導(dǎo),實(shí)現(xiàn)了井底車場(chǎng)及硐室沿煤層布置,同時(shí)節(jié)約投資125.1萬元。副平硐井底調(diào)車場(chǎng)與東軌道大巷調(diào)車場(chǎng)聯(lián)合布置,系統(tǒng)簡單,大幅縮短調(diào)車時(shí)間。

4 結(jié)束語

目前,億欣煤業(yè)井底車場(chǎng)及硐室已建成投運(yùn),各系統(tǒng)運(yùn)行正常、穩(wěn)定,為礦井安全高效生產(chǎn)提供了可靠保障。億欣煤業(yè)井底車場(chǎng)及硐室設(shè)計(jì)、施工中,采用了兩階段動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù),克服以往井底車場(chǎng)“一次設(shè)計(jì)、一次施工”沿巖層水平布置存在的缺點(diǎn),科學(xué)合理的解決了在煤層賦存標(biāo)高不確定、煤層高低起伏不平的條件下,沿煤層布置井底車場(chǎng)的問題。兩階段動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)理念和技術(shù),為其他礦井井底車場(chǎng)及硐室沿煤層布置提供了值得借鑒的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

[1] 張榮立,何國偉,李鐸.采礦工程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2003.

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ZHANG Yu.Design Factors and Example Analysis of Shaft Bottom in Coal Mine[J].Modernization of Coal Mine,2016(4):82-84.

DynamicOptimizationDesignofPitBottomofResource-integratedCoalMine

ZHANG Junfeng

(SurveyandDesignInstitute,JinchengCoalGroup,Jincheng048006,China)

In old coal mine designs, pit bottom tunnels go along the horizontal strata but have many shortcomings, including huge workload, difficult construction organization, long duration, and huge investment, etc. With resource-integrated coal mines, two-stage dynamic optimization design was used to realize the layout of pit bottom roadways and chambers along coal seam, which could create the condition for the mine to put into production as soon as possible. Meanwhile, it could offer references for similar pit bottom and chamber layout in other mines.

chambers;pit bottom;resource integration;dynamic optimization design

1672-5050(2017)02-0025-03

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.04.007

2017-02-28

張俊峰(1984-)，男，山西鄉(xiāng)寧人，碩士，工程師，從事煤礦設(shè)計(jì)工作。

TD214

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(編輯:薄小玲)