立井井筒相互關(guān)系對地面總平面布置和井底車場設(shè)計的影響研究

王建鋒

(煤炭工業(yè)合肥設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230041)

為滿足煤礦的安全生產(chǎn)需要，依據(jù)《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范》、《煤礦安全規(guī)程》及相關(guān)規(guī)程規(guī)范的要求，我國的大多數(shù)煤礦一般設(shè)計3個井筒，即主井、副井、回風(fēng)井。對井田面積大，地面平坦，煤層埋藏深，資源儲量豐富的礦井，從減少工業(yè)場地壓煤量，地面布置緊湊、系統(tǒng)簡單、有利于管理等方面綜合分析，宜將井筒集中布置在一個工業(yè)場地內(nèi)[1]。集中布置的井筒，上連接地面各生產(chǎn)系統(tǒng)，下連接井底車場與相關(guān)硐室。涉及的各生產(chǎn)系統(tǒng)既相互獨(dú)立又存在相互影響，只有在設(shè)計中進(jìn)行優(yōu)化，才能減少相互影響、不但節(jié)省投資，而且各系統(tǒng)更加順暢，有利于礦井安全高效高產(chǎn)[2]。

建設(shè)安全高產(chǎn)高效的現(xiàn)代化礦井[3]是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及到生產(chǎn)結(jié)構(gòu)布局的調(diào)整、生產(chǎn)要素的優(yōu)化、生產(chǎn)力水平的提高等多方面。對礦井而言，只有從設(shè)計源頭把好關(guān)，采用新理念[4]，做出合理、優(yōu)秀、科學(xué)設(shè)計才能簡化生產(chǎn)環(huán)節(jié)，完善生產(chǎn)系統(tǒng)，從而為礦井高產(chǎn)高效奠定良好的基礎(chǔ)[5]。本文以口孜東礦為例，論述了井筒位置關(guān)系對井上下設(shè)計的影響，通過方案比較進(jìn)行了研究分析和設(shè)計。

1 口孜東礦井概況

口孜東礦井設(shè)計生產(chǎn)能力500萬t/a，采用立井、主要石門、分組大巷開拓方式，一水平標(biāo)高-967m。

根據(jù)井田面積的大小、地形地貌、資源儲量的分布情況，井上下生產(chǎn)工藝的要求，從井田開拓的合理性、有利于通風(fēng)、節(jié)約投資省等方面分析，3個井筒可集中布置在同一個工業(yè)場地，也可分散布置在不同的工業(yè)場地?？谧螙|礦井井田面積達(dá)36km2，地面平坦，可采儲量達(dá)4億t，為提高減少工業(yè)場地壓煤，便于集中生產(chǎn)和管理[6]，結(jié)合開拓方式，主井、副井、中央回風(fēng)井3個井筒布置在同一個工業(yè)場地內(nèi)較優(yōu)。

根據(jù)口孜東礦井生產(chǎn)需要，為滿足礦井提升和通風(fēng)等要求，經(jīng)科學(xué)計算，確定主井井筒凈直徑7.5m，井筒內(nèi)布置2套27t箕斗，專用于提煤，兼作部分進(jìn)風(fēng)；副井井筒凈直徑8.0m，布置1套1.5t雙層四車一寬一窄罐籠和1套9t矸石箕斗，其中：矸石箕斗專用于提矸，罐籠用于上下人員、提升設(shè)備和材料，本井筒為礦井主要進(jìn)風(fēng)井，并裝備梯子間兼作安全出口；中央回風(fēng)井井筒凈直徑7.5m，為礦井專用回風(fēng)井，井筒內(nèi)裝備玻璃鋼封閉梯子間，為礦井另一安全出口。井下煤炭及矸石采用膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸，材料、人員、設(shè)備等采用8t蓄電池電機(jī)車牽引1.5t固定式礦車運(yùn)輸。

2 井筒相互關(guān)系對地面總平面圖設(shè)計的影響

從口孜東礦井開拓方式、生產(chǎn)能力等因素分析，該礦井地面總平面布置應(yīng)考慮以下5個方面的主要因素：一是，滿足生產(chǎn)，少壓煤。必須滿足井下開拓布置與地面生產(chǎn)工藝、場內(nèi)外運(yùn)輸條件要求，節(jié)約用地，減少壓煤。二是，因地制宜，合理分區(qū)。建(構(gòu))筑物的布置應(yīng)結(jié)合地形、地物及開采條件，盡量壓縮場地西側(cè)用地，以減少首采區(qū)壓煤量，不同功能的建(構(gòu))筑物應(yīng)因地制宜分區(qū)布置。三是，科學(xué)合理，留有余地。平面布置應(yīng)集中、簡化，緊湊合理，整齊美觀，人流、貨流通暢簡潔，并留有適當(dāng)?shù)陌l(fā)展余地。四是，靠近中心。供電、供水、供熱的建(構(gòu))筑物應(yīng)盡量靠近負(fù)荷中心布置。五是，滿足規(guī)范，條件優(yōu)良。工業(yè)場地布置應(yīng)滿足國家環(huán)境保護(hù)、防火、防震和工業(yè)安全與衛(wèi)生等方面的規(guī)程、規(guī)范要求，使建(構(gòu))筑物有良好的采光、通風(fēng)和衛(wèi)生條件[7-9]。

為滿足礦井生產(chǎn)的需要，按照功能不同，口孜東礦井工業(yè)場地內(nèi)應(yīng)設(shè)置場前區(qū)、生產(chǎn)區(qū)、輔助生產(chǎn)區(qū)、礦井水、污水處理站區(qū)和生活服務(wù)區(qū)。每個小區(qū)域如何布置不但要考慮自身功能的需要，還需要從同其他區(qū)域協(xié)調(diào)，進(jìn)場公路、鐵路專用線布置等方面綜合分析[10]。因此如何確定口孜東礦3個井筒在平面之間的關(guān)系，顯得尤其重要。

口孜東礦主井專用于提煤，煤炭經(jīng)主井提升后需通過棧橋運(yùn)至選煤廠[11]。為實(shí)現(xiàn)矸石連續(xù)運(yùn)輸，副井內(nèi)除布置罐籠用于上下人員、提升設(shè)備、材料外，還布置有一套矸石箕斗專用于提矸，因此副井周邊除常規(guī)的井口房、地面繞道、用于上下井人員更衣洗澡的聯(lián)合建筑外，還需要設(shè)置矸石連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)。回風(fēng)井地面需布置通風(fēng)機(jī)房，因噪音較大，因此應(yīng)與廠前區(qū)和其他生產(chǎn)區(qū)域保持一定的距離。

結(jié)合進(jìn)場公路在工業(yè)場地南邊，鐵路專用線在北側(cè)接軌較便利，本區(qū)域主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)等因素，口孜東總平面總體布局按場前區(qū)位于場區(qū)南部，生產(chǎn)區(qū)位于場區(qū)的西部，輔助生產(chǎn)區(qū)位于場區(qū)的東部和副井的北側(cè)較合理。根據(jù)該總體布局，3個井筒位置關(guān)系從南向北依按副井、主井、回風(fēng)井排列較恰當(dāng)[12，13]。據(jù)此思路，設(shè)計對礦井工業(yè)場地總平面布置提出2個方案進(jìn)行比選。

方案Ⅰ：工業(yè)場地內(nèi)設(shè)主井、副井和回風(fēng)井3個井筒。場地按照建(構(gòu))筑物的功能不同分為生產(chǎn)區(qū)、輔助生產(chǎn)區(qū)、場前區(qū)、礦井水及污水處理站區(qū)和單身宿舍區(qū)。生產(chǎn)區(qū)、儲煤場位于場區(qū)西部，輔助生產(chǎn)區(qū)位于的場區(qū)東部，場前區(qū)位于副井的南側(cè)，礦井水及污水處理站位于場區(qū)北部、鐵路站場北邊，生活服務(wù)區(qū)位于場地大門前、場前道路東側(cè)。場內(nèi)運(yùn)輸采用道路與窄軌鐵路兩種方式。場地南側(cè)設(shè)有人行主入口，西南和西北側(cè)設(shè)有地銷煤和貨運(yùn)2個入口。工業(yè)場地總平面布置方案Ⅰ如圖1所示。

圖1 工業(yè)場地總平面圖布置方案Ⅰ

方案Ⅱ：生產(chǎn)區(qū)位于工業(yè)場地東部，儲煤場位于鐵路站場北側(cè)，輔助生產(chǎn)區(qū)位于的場區(qū)西部，場前區(qū)與方案Ⅰ基本相同，礦井水及污水處理站布置在場區(qū)西北部，單身宿舍區(qū)布置在場區(qū)西南部。工業(yè)場地總平面布置方案Ⅱ如圖2所示。

圖2 工業(yè)場地總平面圖布置方案Ⅱ

兩個方案的共同優(yōu)點(diǎn)：平面布置緊湊，整齊美觀；功能分區(qū)明確合理，各區(qū)發(fā)展余地較大；場內(nèi)道路順直通暢，窄軌鐵路線路簡捷，且道路與窄軌鐵路交叉少，干擾?。蛔冸娝嘤秒娯?fù)荷中心近，供電線路較短；場前區(qū)較寬闊，綠化面積較大，主入口正對辦公樓，景觀效果好。方案Ⅰ的主要缺點(diǎn)：受裝車點(diǎn)限制，采用跨線倉；排矸帶式輸送機(jī)廊較長。方案Ⅱ的主要缺點(diǎn)：生產(chǎn)區(qū)、儲煤場位于場地全年主導(dǎo)風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)，對場區(qū)污染較大；輔助設(shè)施布置較分散。

經(jīng)分析，方案Ⅰ平面布置緊湊合理，整齊美觀，功能分區(qū)明確，場內(nèi)道路順直通暢，生產(chǎn)區(qū)、儲煤場位于場地全年主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)側(cè)，對場區(qū)污染較小，故該設(shè)計推薦方案Ⅰ。

3 井筒相互關(guān)系對井底車場及硐室的影響

立井井底車場布置形式一般有臥式和立式。設(shè)計時應(yīng)從減少井巷工程量、縮短建井工期、有利于井底車場調(diào)度作業(yè)及硐室布置等方面綜合考慮，并結(jié)合井底車場附近地質(zhì)構(gòu)造情況，經(jīng)過方案比選最終擇優(yōu)確定[14]。

根據(jù)口孜東礦井下采場位于井底車場西翼和北翼的特點(diǎn)，經(jīng)方案比選設(shè)計推薦井底車場采用臥式布置。該布置形式的主要特點(diǎn)是：車場線路布置簡單，進(jìn)出車及調(diào)車方便，工程量省，與北翼石門、西翼大巷聯(lián)系較方便。本礦井井深、地壓大，巷道支護(hù)具有一定的難度，設(shè)計過程中還應(yīng)充分考慮巷道施工過程中臨近巷道或硐室之間的擾動影響[15]。為減少臨近巷道施工的擾動影響，根據(jù)設(shè)計規(guī)范，并結(jié)合兩淮礦區(qū)生產(chǎn)礦井的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計推薦口孜東礦井井底車場主要巷道之間間距為50m。

結(jié)合口孜東井下采區(qū)均位于北翼和西翼的特點(diǎn)，副井井底車場宜采用西側(cè)進(jìn)車，東側(cè)出車方便。從地面來看，輔助生產(chǎn)區(qū)位于場區(qū)的東部和副井的北側(cè)，地面宜采用東側(cè)進(jìn)車、西側(cè)出車。根據(jù)地面和井下布置，最終確定副井井上下進(jìn)出車方式為異側(cè)進(jìn)出車，該布置方式具有安全可靠、操作便利等優(yōu)點(diǎn)?？谧螙|礦井井底車場布置如圖3所示。

圖3 口孜東礦井井底車場布置(m)

4 口孜東礦工程設(shè)計效果分析

口孜東礦較好的井筒位置關(guān)系，為地面總平面圖布置設(shè)計奠定了良好的基礎(chǔ)，從建成的實(shí)際情況來看，在地面和井下取得較好的效果。

1)地面設(shè)計效果分析：①平面布置緊湊，整齊美觀，功能分區(qū)明確合理；②場內(nèi)道路順直通暢，窄軌鐵路線路簡捷，且道路與窄軌鐵路交叉少，干擾??；③生產(chǎn)區(qū)、儲煤場、礦井水及污水處理站、矸石周轉(zhuǎn)場位于場地全年主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)側(cè)，對場區(qū)污染??；④場前區(qū)較寬闊，綠化面積較大，主入口正對辦公樓，景觀效果好。

2)井下設(shè)計效果分析：①工業(yè)場地壓煤量為少，壓煤沒有壓一水平的煤炭，壓煤均為一水平以下煤炭；②井底車場線路設(shè)計合理，調(diào)車便利、時間，有利于井底車場調(diào)度作業(yè)、硐室布置，更加有利于井筒施工到底后井筒的互相貫通[16]；③因井筒位置關(guān)系設(shè)置合理，主井、風(fēng)井施工同時先到底后，2個月后副井到底，實(shí)現(xiàn)了3個井筒盡快貫通，井下形成了全負(fù)壓通風(fēng)[17]，滿足了井下多頭同時掘進(jìn)的需求。跟同類型礦井，在相同的條件下相比，口孜東礦自井筒到底形成多掘進(jìn)頭同時作業(yè)時間比同類型的劉莊礦井、顧橋礦井縮短了1.5個月，為縮短建井工期創(chuàng)造了有利的條件。

5 結(jié) 論

1)集中布置的井筒，上連接地面各生產(chǎn)系統(tǒng)，下連接井底車場與相關(guān)硐室。涉及的各生產(chǎn)系統(tǒng)既相互獨(dú)立又存在相互影響，只有在設(shè)計中進(jìn)行優(yōu)化，才能減少相互影響、才能使其他系統(tǒng)更加順暢，有利于礦井安全高效高產(chǎn)。

2)地面總平面布置設(shè)計時應(yīng)充分考慮不同區(qū)域功能合理劃分及大致位置的選擇，從而確定較合理的井筒位置關(guān)系。

3)在考慮地面總平面圖布置后，應(yīng)結(jié)合井下開拓情況，井上下進(jìn)出車方向、有利于支護(hù)等因素，合理設(shè)計井底車場，有利于井筒的互相貫通，能夠節(jié)約建井工期。