特殊地段平面布置與高效生產(chǎn)的研究與應(yīng)用

朱 亞 平

(大同煤礦集團(tuán)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，山西 大同 037003)

0 引言

同忻煤礦是國(guó)家發(fā)改委2006年核準(zhǔn)的全國(guó)十個(gè)千萬(wàn)噸級(jí)礦井之一，也是山西省和同煤集團(tuán)“十一五”期間的重點(diǎn)工程之一，2008年4月取得了山西省煤炭工業(yè)局批準(zhǔn)的開(kāi)工報(bào)告，2010年建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力10.0 Mt/年。礦井地質(zhì)資源/儲(chǔ)量為1 452.80 Mt，工業(yè)資源/儲(chǔ)量為1 339.57 Mt，設(shè)計(jì)可采資源/儲(chǔ)量為1 040.46 Mt，礦井服務(wù)年限為62.8年。礦井現(xiàn)開(kāi)采一盤(pán)區(qū)，接替盤(pán)區(qū)為二盤(pán)區(qū)。同忻二盤(pán)區(qū)以二盤(pán)區(qū)主要大巷為界，盤(pán)區(qū)大巷北部區(qū)域?yàn)楸倍P(pán)區(qū)，南部區(qū)域?yàn)槟隙P(pán)區(qū)，南二盤(pán)區(qū)受口泉溝工業(yè)場(chǎng)地、鐵路、河床壓煤及地質(zhì)構(gòu)造影響，不宜布置推進(jìn)長(zhǎng)度較長(zhǎng)的綜采工作面，難以滿足同忻礦高產(chǎn)高效的生產(chǎn)要求。同家梁礦位于大同煤田東南部口泉溝中下游地區(qū)，地處大同市西南20 km處，是一座具有60多年開(kāi)采歷史的國(guó)有大型煤礦企業(yè)?，F(xiàn)隸屬于山西省大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司管轄，現(xiàn)有在職員工約7 000人。2003年，企業(yè)重組改制，同家梁礦成為大同煤業(yè)股份有限公司的主力生產(chǎn)礦井之一。

同家梁礦批準(zhǔn)的井田面積28.68 km2，批采侏羅系11號(hào)、12號(hào)、14號(hào)煤層，同家梁礦侏羅系11號(hào)、12號(hào)煤層已基本回采結(jié)束，現(xiàn)正開(kāi)采14號(hào)煤層。截至2012年年底，礦井可采儲(chǔ)量為134萬(wàn)t，按當(dāng)時(shí)礦井核定生產(chǎn)能力1.8 Mt/年計(jì)算，礦井服務(wù)年限約為0.7年。經(jīng)60多年的開(kāi)采，同家梁現(xiàn)有侏羅系煤炭資源接近枯竭，而接替礦井由于各種原因遲遲無(wú)法開(kāi)工，安排員工就業(yè)和維持礦區(qū)及周邊社會(huì)穩(wěn)定成為亟需解決的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)斜井、立井等多個(gè)方案比較篩選，最終確定在同家梁礦液壓車(chē)間場(chǎng)地(同忻礦井主、副平硐以東附近)新掘副立井，通過(guò)聯(lián)巷與同忻礦副平硐連通，用作南二盤(pán)區(qū)過(guò)渡開(kāi)采期間小型設(shè)備、材料及人員的提升，支架等大型設(shè)備利用同忻礦副平硐運(yùn)輸，煤炭運(yùn)輸利用同忻礦主運(yùn)輸系統(tǒng)。使同忻礦南二盤(pán)區(qū)作為同家梁礦單獨(dú)開(kāi)采區(qū)域，并形成相對(duì)獨(dú)立的管理系統(tǒng)。

1 研究?jī)?nèi)容

根據(jù)GB 50215—2015煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范中3.2.1規(guī)定，提升井口的位置不應(yīng)受巖崩、滑坡、泥石流和洪水等災(zāi)害威脅，不應(yīng)距鐵路線太近。從資源儲(chǔ)量、運(yùn)輸、工期、成本等綜合條件最終將副立井選在同家梁礦液壓車(chē)間場(chǎng)地，但該工業(yè)場(chǎng)地地段特殊，西北側(cè)山腳下是京包鐵路、大秦鐵路，鐵路線與副立井工業(yè)場(chǎng)地高差12 m，之間用毛石壩墻防護(hù)，井口與壩墻距離為20.5 m，東南側(cè)為陡峭的山坡，可用場(chǎng)地115 m×73 m。在這種受洪水威脅、距離鐵路線近且高差大的狹小地帶，如何將場(chǎng)內(nèi)道路及井架、井口房、絞車(chē)房、鍋爐房等生命線建構(gòu)筑物安全合理的布置是當(dāng)時(shí)必須克服的難題和主要研究對(duì)象，也是當(dāng)時(shí)迫在眉睫、必須解決的任務(wù)，否則整個(gè)系統(tǒng)建設(shè)將化為泡影。

1)原有場(chǎng)內(nèi)道路為沿?fù)鯄π藿ǖ幕炷恋缆?，井架建設(shè)必將隔斷場(chǎng)內(nèi)道路，若將道路沿東南側(cè)山腳鋪設(shè)則工程量大且道路不順暢。經(jīng)過(guò)院內(nèi)討論研究決定，調(diào)整井架與井口房的間距及井架柱腿的角度，在井架柱腿與井口房之間設(shè)計(jì)出滿足大型運(yùn)輸車(chē)輛通行通道，為避免過(guò)往重車(chē)與井架發(fā)生碰撞，在井架兩端設(shè)置了限高架。

2)井架靠近鐵路線一側(cè)的基礎(chǔ)因與擋墻距離近高差大不滿足GB 50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范中5.4.2條的規(guī)定，為避免鋼井架基礎(chǔ)施工對(duì)擋土墻、大秦鐵路的影響，保證同忻礦井南二盤(pán)區(qū)整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，鋼井架基礎(chǔ)采用人工挖孔樁基礎(chǔ)，將井架水平及豎向荷載傳至標(biāo)高-15.000的巖石層，實(shí)現(xiàn)鐵路線與鋼井架互不干擾。鋼井架結(jié)構(gòu)類(lèi)型為斜雙柱框架式鋼結(jié)構(gòu),構(gòu)件為焊接封閉箱形斷面。提升機(jī):落地式多繩摩擦式提升機(jī)JKMD-3.5X4Ⅰ型，天輪:直徑3.5 m，天輪共兩組,每組天輪變位質(zhì)量6.0 t，提升機(jī)最大靜張力525 kN，鋼絲繩每根最小鋼絲破斷拉力總和792 kN，提升速度:V=7.96 m/s，提升容器:四繩單層寬罐籠16 t，四繩單層窄罐籠21 t。

3)為滿足供熱及GB 50215—2015煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范中10.2.14鍋爐房與井口距離要求工業(yè)場(chǎng)地拆除舊鍋爐房，在原址新建鍋爐房，熱負(fù)荷主要包括井口防凍、建筑物采暖及燈房浴室供熱，鍋爐選用SZL10-1.25-AⅢ型蒸汽鍋爐2臺(tái)。鍋爐房空間高、跨度大，傳統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)滿足不了使用上的需要，地上3層采用排架結(jié)構(gòu)，屋面采用輕鋼結(jié)構(gòu)，地下1層為型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)，總建筑面積1 847.9 m2，建筑高度17.7 m，主體結(jié)構(gòu)采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)和筏板基礎(chǔ)，磚砌體采用條形基礎(chǔ)；鍋爐間及除塵間屋蓋采用輕鋼屋面，其他屋面均為鋼筋混凝土現(xiàn)澆屋面板。

4)工業(yè)場(chǎng)地東南側(cè)為陡峭的山坡，為確保生命線井口免受泥石流、護(hù)坡和洪水的威脅，山坡根部采用毛石擋墻，上部采用掛網(wǎng)噴射混凝土護(hù)坡維護(hù)。護(hù)坡頂部設(shè)置截水明溝，場(chǎng)地內(nèi)設(shè)置排水井，將山洪引入指定排洪溝。

5)工業(yè)場(chǎng)地總占地面積1.74 hm2，以經(jīng)濟(jì)效益為中心，貫徹工期短、投資少、見(jiàn)效快的原則充分利用同家梁礦現(xiàn)有燈房浴室聯(lián)合建筑、機(jī)修車(chē)間、材料庫(kù)房等現(xiàn)有配套設(shè)施，以安全可靠的采、掘、運(yùn)設(shè)備為保障，以科學(xué)的安全、生產(chǎn)管理為手段，將該區(qū)域建設(shè)成為安全、高效、環(huán)保型的現(xiàn)代化采區(qū)。

2 創(chuàng)新點(diǎn)

1)在這種受洪水威脅、距離鐵路線近、高差大且可用空間小的平面布置方式是集團(tuán)公司首例，在全國(guó)來(lái)說(shuō)也是聞所未聞。

2)為在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)工業(yè)場(chǎng)地的整體布置，采用在井架柱腿與井口房之間布置場(chǎng)內(nèi)道路。

3)為確保南二盤(pán)區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)及運(yùn)煤鐵路線的正常運(yùn)行井架采用人工挖孔樁基礎(chǔ)。

4)鋼井架及立架首次由集團(tuán)內(nèi)部設(shè)計(jì)，罐籠運(yùn)行平穩(wěn)、順暢，安全可靠，能勝任小型設(shè)備、材料及人員提升任務(wù)，井架高聳矗立，不僅象征著我們的設(shè)計(jì)水平上升了一個(gè)新臺(tái)階，更象征著集團(tuán)公司穩(wěn)步發(fā)展，蒸蒸日上的新氣象。

5)貫徹工期短、投資少、見(jiàn)效快的原則，充分利用同家梁礦現(xiàn)有燈房浴室聯(lián)合建筑、機(jī)修車(chē)間、材料庫(kù)房等現(xiàn)有配套設(shè)施，平面布置合理緊湊，以安全可靠的采、掘、運(yùn)設(shè)備為保障，以科學(xué)的安全、生產(chǎn)管理為手段，將該區(qū)域建設(shè)成為安全、高效、環(huán)保型的現(xiàn)代化采區(qū)。

3 應(yīng)用情況及經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益

1)同忻礦井南二盤(pán)區(qū)井下、地面及其他附屬工程已陸續(xù)施工完成，于2017年全部竣工驗(yàn)收，現(xiàn)已投入使用。平面布置節(jié)約資源、合理緊湊，場(chǎng)內(nèi)道路流線通順、使用方便，人員下井便捷，罐籠運(yùn)行平穩(wěn)、順暢，讓下井員工感到非常踏實(shí)和安全。

2)同家梁礦井現(xiàn)已關(guān)閉，本項(xiàng)目的建設(shè)在解決同家梁礦2 700位～3 000位職工的再就業(yè)的同時(shí)還為維持礦區(qū)及周邊社會(huì)穩(wěn)定做出了巨大貢獻(xiàn)。

3)目前每月出煤約8萬(wàn)t，后期每年生產(chǎn)能力可達(dá)180萬(wàn)t，每噸煤市場(chǎng)價(jià)650元，毛利潤(rùn)每年約12億元人民幣。

4)南二盤(pán)區(qū)副立井在確保完成本盤(pán)區(qū)小型設(shè)備、材料及人員提升任務(wù)的同時(shí)，兼做三盤(pán)區(qū)材料及人員的臨時(shí)運(yùn)輸，解決了三盤(pán)區(qū)永久井口、井架、井口房等建、構(gòu)筑物的建設(shè)導(dǎo)致井下工程無(wú)法繼續(xù)施工的瓶頸。

5)用新掘副立井，通過(guò)聯(lián)巷與同忻礦副平硐連通，用作南二盤(pán)區(qū)過(guò)渡開(kāi)采期間小型設(shè)備、材料及人員的提升，支架等大型設(shè)備利用同忻礦副平硐運(yùn)輸，煤炭運(yùn)輸利用同忻礦主運(yùn)輸系統(tǒng)。這種以經(jīng)濟(jì)效益為中心，工期短、投資少、見(jiàn)效快的提能改造方式為煤炭行業(yè)填補(bǔ)空白，對(duì)煤礦提能改造技術(shù)的發(fā)展起到了積極推動(dòng)作用。

4 推廣應(yīng)用前景

同忻井田上部還有4個(gè)侏羅系生產(chǎn)礦井，即忻州窯、煤峪口、永定莊及大斗溝，現(xiàn)均處于產(chǎn)量衰減階段。該項(xiàng)目的順利投產(chǎn)并使用為其他礦井改造擴(kuò)寬了思路，奠定了基礎(chǔ)，是煤礦行業(yè)重大改革的“探路石”，該項(xiàng)目不僅解決了同家梁礦職工再就業(yè)問(wèn)題，保證了礦井的正常采掘銜接接替，有利于礦井的安全高效生產(chǎn)，同時(shí)對(duì)我國(guó)其他礦井改造提供了很好的參考價(jià)值和借鑒經(jīng)驗(yàn)。

[1] GB 50215—2015,煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB 50007—2011,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].