多水平礦井優(yōu)化布局技術(shù)的研究與實(shí)踐

文/李慶明

（作者系平頂山天安煤業(yè)股份有限公司一礦礦長）

平頂山天安煤業(yè)股份有限公司一礦有著60多年開采的歷史，隨著礦井服務(wù)年限延長，可采資源逐漸減少，存在接替緊張、系統(tǒng)復(fù)雜、生產(chǎn)效率低、盈利能力弱等問題，亟需通過優(yōu)化布局等手段，給礦井瘦身強(qiáng)體，進(jìn)而改善礦井經(jīng)營被動(dòng)局面。

一、礦井概況

平煤股份一礦于1959年12月投產(chǎn)，年生產(chǎn)能力320萬t。井田地質(zhì)構(gòu)造和水文地質(zhì)條件比較簡單，主要充水來源是丁戊組煤層頂板砂巖含水層。礦井屬于煤與瓦斯突出礦井，可采煤層有煤塵爆炸危險(xiǎn)，自然發(fā)火期一般為3～6個(gè)月。井田走向5km、傾斜長6.5km，采用主斜井、多水平集中石門大巷和分組上下山開拓方式，走向長壁法采煤。礦井共三個(gè)水平，一水平標(biāo)高-25m，二水平標(biāo)高-240m，三水平標(biāo)高-517m，其中一水平已結(jié)束開采。井田內(nèi)主要可采煤層為丁組、戊組煤層，分別為丁6、戊8、戊10煤層，均為中厚煤層以及薄煤層，礦井生產(chǎn)格局為四區(qū)四面。

二、優(yōu)化布局的主要對策

1.積極開展優(yōu)化布局和工程設(shè)計(jì)

合理進(jìn)行五年規(guī)劃，依據(jù)礦井產(chǎn)能確定生產(chǎn)布局，逐步實(shí)現(xiàn)減頭減面，將礦井生產(chǎn)布局調(diào)整為三區(qū)三面，人均工效提高到800t以上。編制完成了礦井“一優(yōu)三減”及“四化”建設(shè)三年規(guī)劃，合并戊一、戊二-517m至-950m生產(chǎn)采區(qū)，結(jié)束三水平戊一上山采區(qū)回采，進(jìn)一步壓減采區(qū)個(gè)數(shù)。

積極謀劃礦井可持續(xù)發(fā)展，研究開發(fā)深部戊一、戊二、丁二下山采區(qū)，加快賦存條件好的三水平戊二下山采區(qū)開發(fā)，為礦井可持續(xù)發(fā)展注入動(dòng)力。理清壓茬關(guān)系和開采順序，根據(jù)礦定保護(hù)層開采技術(shù)路線，合理安排采掘順序。合理規(guī)劃丁二、戊一、戊二采區(qū)上下分層資源，布置大儲(chǔ)量工作面，力爭保證礦井采掘接替，為高產(chǎn)高效創(chuàng)造條件。加快二水平大巷煤柱等采面開發(fā)進(jìn)度，在礦井深部區(qū)域瓦斯治理任務(wù)繁重、接替緊張期間，通過煤柱面復(fù)采充實(shí)礦井產(chǎn)量，近五年挖掘煤柱工作面圈定儲(chǔ)量500萬t以上。

優(yōu)化礦井行人系統(tǒng)，完成了丁戊二采區(qū)行人聯(lián)絡(luò)巷的施工和戊二下山采區(qū)架空乘人裝置的安裝，解決了丁二、戊二采區(qū)行人問題，縮短了職工上下班路途時(shí)間。優(yōu)化礦井通風(fēng)系統(tǒng)，對二水平丁戊三大巷等礦井二水平煤柱回收區(qū)不再使用的巷道進(jìn)行封閉，簡化礦井生產(chǎn)系統(tǒng)。

2.推進(jìn)項(xiàng)目建設(shè)，為系統(tǒng)優(yōu)化創(chuàng)造條件

隨著采深不斷增加，三水平供電、壓風(fēng)、排水、輔助運(yùn)輸、瓦斯抽采等各個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)無法滿足深部區(qū)域安全生產(chǎn)需要，因此亟需加快三水平下延工程的建設(shè)。因此，平煤股份一礦不斷加大北三工程組織協(xié)調(diào)力度，提前籌備各項(xiàng)工程，組織礦建、土建、安裝單位，排定工期組織施工，推進(jìn)了北三提升機(jī)房、井筒裝備、壓風(fēng)機(jī)房等工程進(jìn)度，完成了北三副井井筒裝備，為深部開采創(chuàng)造了各種系統(tǒng)條件。

3.實(shí)施礦井各主要生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化

（1）礦井主運(yùn)輸系統(tǒng)優(yōu)化。礦井主運(yùn)輸系統(tǒng)有并行的兩套系統(tǒng)，其中一水平主斜井系統(tǒng)有10套運(yùn)輸設(shè)備（其中6部皮帶），裝機(jī)功率6542.1kW；二水平主斜井系統(tǒng)有27套運(yùn)輸設(shè)備（其中19部皮帶，含排矸巷及煤樓），裝機(jī)功率5767kW。兩套系統(tǒng)日運(yùn)行時(shí)間長達(dá)20小時(shí)，皮帶均達(dá)不到滿負(fù)荷，占用了大量運(yùn)行和維護(hù)人員，費(fèi)用投入高，增加了礦井機(jī)電運(yùn)行成本。

系統(tǒng)優(yōu)化主要考慮兩個(gè)方面，一是停運(yùn)1套主運(yùn)輸系統(tǒng)，二是在采區(qū)外圍規(guī)劃新建大容量煤倉，實(shí)現(xiàn)集中出煤，減少外圍皮帶系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間。

考慮巷道狀況、各部皮帶運(yùn)輸能力和采區(qū)煤倉方案等因素，充分利用一水平主斜井，戊七一部、戊七二部、戊一巖石皮帶三部，主運(yùn)一部二部等運(yùn)輸能力較大的皮帶，施工主運(yùn)轉(zhuǎn)載巷70m。停運(yùn)其余主系統(tǒng)及為該系統(tǒng)服務(wù)的設(shè)備運(yùn)輸通道、硫化設(shè)備等。優(yōu)化后可減少人員93人，年度節(jié)約2290萬元。同時(shí)，在主力采區(qū)戊一和丁戊二采區(qū)上部新建4000t左右容量的煤倉，每天壓縮一個(gè)班的出煤時(shí)間，壓縮出煤時(shí)間年節(jié)約費(fèi)用達(dá)600多萬元。

（2）礦井物料運(yùn)輸系統(tǒng)優(yōu)化。隨著礦井水平的延伸，礦井物料運(yùn)輸系統(tǒng)不斷延伸，運(yùn)輸環(huán)節(jié)多、距離長、人員投入多、設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用高。因此，依托新裝備的北三副井，進(jìn)行配套料場、加工車間等工程改造，擬逐步停運(yùn)礦院副井、戊七斜井運(yùn)輸系統(tǒng)，利用北二、北三副井入井。

優(yōu)化系統(tǒng)后，輔助運(yùn)輸人員減少194人，物料單程運(yùn)行時(shí)間至少縮短44小時(shí)。同時(shí)，可停用巷道約8000m，單程運(yùn)輸費(fèi)用由520元/車降至210元/車，年經(jīng)濟(jì)效益約1550萬元，還可減少停用巷道內(nèi)供水、壓風(fēng)、通訊、防塵等投入。

（3）礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化。礦井通風(fēng)方式采用多進(jìn)風(fēng)井、多回風(fēng)井混合式通風(fēng)，通風(fēng)方法為抽出式，8個(gè)井筒進(jìn)風(fēng)、3個(gè)回風(fēng)井回風(fēng)，礦井3組主要通風(fēng)機(jī)聯(lián)合運(yùn)行。

通過礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整，合理分配主扇供風(fēng)區(qū)域，停運(yùn)北一或北二主扇。僅用兩組主要通風(fēng)機(jī)滿足礦井通風(fēng)任務(wù)，可節(jié)約人員14人，節(jié)約人工、用電和維護(hù)等費(fèi)用共1164萬元/年。

綜采工作面

（4）礦井排矸系統(tǒng)優(yōu)化。排矸系統(tǒng)分為軌道礦車排矸系統(tǒng)和三水平下延皮帶連續(xù)排矸系統(tǒng)，系統(tǒng)僅采區(qū)外運(yùn)輸距離長達(dá)4000m，運(yùn)輸環(huán)節(jié)多。

通過分析矸石來源和矸石量，完善北三副井提升和地面排矸系統(tǒng)，將戊一下山和戊二下山矸石通過皮帶、礦車由北三副井排至地面。此外，大力推進(jìn)綠色礦山建設(shè)，推廣應(yīng)用矸石不升井模式，研究進(jìn)行矸石充填。優(yōu)化后，北三副井排矸將減少運(yùn)輸距離約2000m，減少排矸系統(tǒng)投入的人員、設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用約30萬元，同時(shí)為北一副井停運(yùn)創(chuàng)造條件，并可減少大量煤矸混運(yùn)，有利于原煤煤質(zhì)和售價(jià)提升，提高銷售收入。

（5）礦井排水系統(tǒng)優(yōu)化。礦井為一級(jí)排水，三個(gè)水平各有1套排水系統(tǒng)，2021年底-950m排水系統(tǒng)安裝后，礦井將有4套排水系統(tǒng)。隨著開采向深部轉(zhuǎn)移，需要及時(shí)關(guān)閉部分中央排水系統(tǒng)?？紤]到生產(chǎn)生活用水的需要，二水平排水系統(tǒng)暫不關(guān)閉，關(guān)閉一水平排水系統(tǒng)和三水平排水系統(tǒng)，停運(yùn)一水平和三水平-517m排水系統(tǒng)，拆除2套二水平排水泵，適當(dāng)減少設(shè)備維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)可以解決深部區(qū)域供水不足的問題。

（6）礦井供電系統(tǒng)優(yōu)化。平煤股份一礦井下供電由中央變電所送至各采區(qū)變電所，各采區(qū)變電所送至各用電地點(diǎn)，目前共有19個(gè)變電所及配電點(diǎn)。

礦井供電系統(tǒng)優(yōu)化方案包括兩項(xiàng)。一是變電所合并，合并二水平戊一三變和戊一四變，合并二水平戊一五變和三水平戊一二變，合并二水平丁一二變和三水平戊一一變，減少變電所數(shù)量；二是實(shí)施變電所無人值守改造，減少人員投入，同時(shí)盡早投運(yùn)-950m中央變電所，解決深部區(qū)域供電負(fù)荷不足的問題。

（7）礦井壓風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化。平煤股份一礦現(xiàn)有地面壓風(fēng)機(jī)房三個(gè)：分別為北一、北二和綜合廠壓風(fēng)機(jī)房。北三壓風(fēng)機(jī)房將于2021年10月投入運(yùn)行，運(yùn)行后停運(yùn)三水平戊一下山臨時(shí)壓風(fēng)機(jī)，并視二水平采掘工程和系統(tǒng)優(yōu)化情況，停運(yùn)北一壓風(fēng)機(jī)房，可節(jié)省三水平戊一下山臨時(shí)壓風(fēng)機(jī)電費(fèi)及維護(hù)費(fèi)用130萬元/年、節(jié)省北一壓風(fēng)機(jī)電費(fèi)及維護(hù)費(fèi)用230萬元/年，同時(shí)將會(huì)解決深部區(qū)域壓風(fēng)能力不足的問題。

三、結(jié)論

通過礦井生產(chǎn)布局和系統(tǒng)優(yōu)化，關(guān)閉了淺部結(jié)束采區(qū)，實(shí)現(xiàn)了減頭減面、集中生產(chǎn)，礦井各生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化，節(jié)約了大量系統(tǒng)設(shè)備、崗位人員、巷道維護(hù)等投入，解決了礦井系統(tǒng)復(fù)雜、崗位人員不足、生產(chǎn)效率低等問題，礦井運(yùn)行成本下降約20元/t，對于多水平老礦井的發(fā)展具有借鑒意義。