西卓煤礦恢復(fù)建設(shè)工程優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)策

楊彥宏

(中煤科工集團(tuán)北京華宇工程有限公司，北京 100120)

西卓煤礦為陜西澄合礦區(qū)新建礦井，建設(shè)規(guī)模3.0Mt/a，2009年開始動(dòng)工，2014年停工整頓。2019年，西卓煤礦啟動(dòng)恢復(fù)建設(shè)，委托地質(zhì)單位重新編制地質(zhì)勘探報(bào)告，并取得評(píng)審備案證明。停緩建期間，煤炭產(chǎn)業(yè)及環(huán)保政策陸續(xù)調(diào)整，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范相繼更新，先進(jìn)技術(shù)、工藝、設(shè)備不斷升級(jí)，原礦井設(shè)計(jì)方案已不能適應(yīng)礦井恢復(fù)建設(shè)需求，需要結(jié)合工程建設(shè)情況，根據(jù)現(xiàn)行政策、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，充分運(yùn)用新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備，對(duì)礦井原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

1 礦井概況

1.1 地質(zhì)條件

西卓煤礦位于澄合礦區(qū)東部，中深部，行政區(qū)劃屬合陽(yáng)縣城關(guān)鎮(zhèn)管轄，由陜西陜煤澄合礦業(yè)有限公司開發(fā)建設(shè)。井田面積33.4178km2，地質(zhì)資源量287.01Mt，主要可采煤層4、5號(hào)煤層，煤類為變質(zhì)程度較高的貧煤類。煤層瓦斯含量低，瓦斯等級(jí)鑒定為低瓦斯礦井，Ⅱ類自燃，煤塵具有爆炸危險(xiǎn)性，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，頂?shù)装逯械确€(wěn)定，大部處于一級(jí)熱害區(qū)，局部處于二級(jí)熱害區(qū)。

1.2 礦井建設(shè)現(xiàn)狀

礦井采用立井開拓，初期在工業(yè)場(chǎng)地布置主立井、副立井和回風(fēng)立井，后期在臨皋風(fēng)井場(chǎng)地布置進(jìn)、回風(fēng)立井。由于4、5號(hào)煤層間距較小，采用4、5號(hào)煤層聯(lián)合布置，分盤區(qū)設(shè)置盤區(qū)巷道。根據(jù)通風(fēng)、輔助運(yùn)輸要求，盤區(qū)巷道共設(shè)5條，分別為一盤區(qū)1、2號(hào)輔助運(yùn)輸巷、1、2號(hào)回風(fēng)巷和膠帶運(yùn)輸巷。全井田劃分為4個(gè)盤區(qū)，一、二盤區(qū)雙翼開采，三、四盤區(qū)單翼開采，井田開拓布置如圖1所示。

圖1 井田開拓布置

礦井停工整頓前，井筒已落底貫通，井底環(huán)形車場(chǎng)已形成，主排水泵房、中央變電所、總回風(fēng)大巷、部分輔運(yùn)巷等礦建工程已施工完成；辦公樓、食堂、聯(lián)合建筑、單身公寓、選煤廠、主井提升機(jī)房、鍋爐房等主體工程已完工；副井提升機(jī)房、110kV變電站、器材庫(kù)、器材棚、零星器材庫(kù)、進(jìn)場(chǎng)道路等已投入使用；地面綜合管網(wǎng)土建已完成50%。110kV變電站、風(fēng)井井筒裝備、副井井筒裝備、中央變電所、部分排水管路、副立井提升系統(tǒng)設(shè)備、鍋爐房部分設(shè)備已安裝，主立井提升設(shè)備、主通風(fēng)機(jī)設(shè)備、排水設(shè)備、壓風(fēng)設(shè)備已完成訂貨，部分設(shè)備已到貨。

1.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性

西卓礦井2009年動(dòng)工建設(shè)，原設(shè)計(jì)以經(jīng)濟(jì)效益為中心，井巷工程力求最省，主要固定設(shè)備力求節(jié)約，主要生產(chǎn)系統(tǒng)力求簡(jiǎn)省，建設(shè)工期力求最短，節(jié)約建設(shè)資金，建設(shè)低投入大型現(xiàn)代化礦井。

礦井停緩建長(zhǎng)達(dá)5年，期間礦井建設(shè)政策環(huán)境、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范變化較大，行業(yè)技術(shù)進(jìn)步較快，原設(shè)計(jì)部分已完工程已淘汰報(bào)廢，部分工藝設(shè)備略顯落后。經(jīng)與建設(shè)單位商定，重新確定礦井建設(shè)理念，積極推廣采用新技術(shù)新工藝，在已完工程基礎(chǔ)上對(duì)礦井各系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 礦井優(yōu)化設(shè)計(jì)思路

礦井恢復(fù)建設(shè)后，首先應(yīng)全面系統(tǒng)梳理設(shè)計(jì)基礎(chǔ)條件變化情況，包括政策環(huán)境、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、新技術(shù)新工藝、報(bào)廢工程及新地質(zhì)資料，為礦井優(yōu)化設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，從三個(gè)方面開展設(shè)計(jì)優(yōu)化工作，一是遵循現(xiàn)行規(guī)程規(guī)范，重新論證礦井設(shè)計(jì)方案，開展標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范更新設(shè)計(jì)調(diào)整工作，二是充分運(yùn)用新技術(shù)、新工藝，對(duì)落后環(huán)節(jié)升級(jí)替代；三是對(duì)標(biāo)現(xiàn)行政策法規(guī)，梳理安全環(huán)保工程，重新論證建設(shè)方案[1-6]。設(shè)計(jì)優(yōu)化思路如圖2所示。

圖2 設(shè)計(jì)優(yōu)化思路框架

3 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范更新設(shè)計(jì)變更

3.1 投產(chǎn)盤區(qū)巷道布置優(yōu)化

恢復(fù)建設(shè)前原設(shè)計(jì)礦井投產(chǎn)時(shí)共布置2個(gè)盤區(qū)，每個(gè)盤區(qū)各布置1個(gè)5號(hào)煤工作面，一、二盤區(qū)巷道分別掘至超前首采工作面2個(gè)區(qū)段，原設(shè)計(jì)投產(chǎn)盤區(qū)布置如圖3所示。

圖3 原設(shè)計(jì)投產(chǎn)盤區(qū)布置

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》(2016版)第一百四十七條：新建高瓦斯礦井、突出礦井、煤層容易自燃礦井及有熱害的礦井應(yīng)當(dāng)采用分區(qū)式通風(fēng)或者對(duì)角式通風(fēng)；初期采用中央并列式通風(fēng)的只能布置一個(gè)采區(qū)生產(chǎn)。第一百四十九條：采區(qū)進(jìn)、回風(fēng)巷必須貫穿整個(gè)采區(qū)[7]。

恢復(fù)建設(shè)后，西卓煤礦委托地質(zhì)單位重新編制地質(zhì)勘探報(bào)告，并取得評(píng)審備案證明。結(jié)合經(jīng)評(píng)審備案的地質(zhì)勘探報(bào)告，礦井屬于熱害礦井，應(yīng)當(dāng)采用分區(qū)式通風(fēng)或者對(duì)角式通風(fēng)；礦井初期采用中央并列式通風(fēng)，只能布置一個(gè)采區(qū)生產(chǎn)；采區(qū)進(jìn)回風(fēng)巷必須貫穿整個(gè)采區(qū)。因此，設(shè)計(jì)將投產(chǎn)盤區(qū)調(diào)整為1個(gè)盤區(qū)，并將首采工作面位置調(diào)整為一盤區(qū)4、5號(hào)煤各布置1個(gè)工作面，同時(shí)將投產(chǎn)時(shí)盤區(qū)主要進(jìn)、回風(fēng)巷延伸至盤區(qū)邊界，如圖4所示。

圖4 優(yōu)化調(diào)整后投產(chǎn)盤區(qū)布置

3.2 未完土建工程補(bǔ)充勘察

由于近年來《巖土工程勘察規(guī)范》《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范》《煤炭工業(yè)礦井建設(shè)巖土工程勘察規(guī)范》等主要規(guī)范均進(jìn)行了改版和修訂，對(duì)煤礦建構(gòu)筑物有了特定勘察要求，原工業(yè)場(chǎng)地勘察報(bào)告已滿足不了現(xiàn)階段礦井施工圖設(shè)計(jì)和施工圖審查的需要。因此，未完土建工程及地基處理施工圖設(shè)計(jì)前，建設(shè)單位需要重新委托有資質(zhì)的地質(zhì)勘察單位，對(duì)礦井工業(yè)場(chǎng)地的新建土建工程進(jìn)行重新勘察和評(píng)價(jià)，確?？辈靾?bào)告能夠滿足礦井施工圖設(shè)計(jì)和圖紙審查的需要[8]。

3.3 建構(gòu)筑物消防改造及修復(fù)

礦井工業(yè)場(chǎng)地辦公樓、食堂、聯(lián)合建筑、職工公寓等行政福利建筑停緩建前主體工程已完工，但未進(jìn)行消防驗(yàn)收。停緩建期間，建筑結(jié)構(gòu)、消防、節(jié)能、抗震等設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范相繼更新，但原設(shè)計(jì)已施工完成的地面建構(gòu)(筑)物配筋構(gòu)造、結(jié)構(gòu)等已無法按新規(guī)范改造，消防、節(jié)能等需要按新規(guī)范重新設(shè)計(jì)，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工改造。

由于停緩建時(shí)間較長(zhǎng)，器材庫(kù)、主井井架基礎(chǔ)、主副井提升機(jī)房等部分土建工程未完工，已施工部分存在鋼結(jié)構(gòu)銹蝕、裝修破損、混凝土損壞等情況，需要委托有資質(zhì)的單位對(duì)鋼結(jié)構(gòu)銹蝕、裝修破損、混凝土損壞等情況進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，針對(duì)各個(gè)建筑物的不同損壞情況，分類進(jìn)行鋼構(gòu)件除銹防腐處理、局部加固改造或重建。

3.4 更新指標(biāo)評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)效益

近年來礦井建設(shè)工程價(jià)差、定額、指標(biāo)、取費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)變化較大，材料、人工價(jià)格上漲較快；停緩建期間產(chǎn)生了大量的看護(hù)、維修、管理費(fèi)、貸款利息等費(fèi)用；設(shè)備訂貨環(huán)節(jié)復(fù)雜，設(shè)備合同簽訂、付款進(jìn)度與設(shè)備供應(yīng)安裝進(jìn)度不匹配，需要逐項(xiàng)核實(shí)設(shè)備及安裝工程形象進(jìn)度；部分土建工程已完工，但存在報(bào)廢、檢測(cè)修復(fù)、改造等問題[9]。

基于以上情況，項(xiàng)目恢復(fù)建設(shè)后，需根據(jù)礦井建設(shè)的工程形象進(jìn)度，估算已完工程投資；同時(shí)根據(jù)優(yōu)化調(diào)整后的礦井設(shè)計(jì)方案，按照新的定額指標(biāo)、取費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)、材料及人工價(jià)格，并結(jié)合工程價(jià)差批復(fù)文件，合理選擇經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，估算未完工程及改造投資。在此基礎(chǔ)上，重新評(píng)價(jià)礦井經(jīng)濟(jì)效益，為建設(shè)單位科學(xué)決策提供依據(jù)。

4 新技術(shù)、新工藝升級(jí)替代

西卓煤礦煤層松軟，掘進(jìn)、支護(hù)及輔助運(yùn)輸制約礦井高效生產(chǎn)；礦井資源儲(chǔ)量有限，地面村莊等設(shè)施壓覆資源量較大，影響礦井服務(wù)年限；提高智能化裝備水平，提升礦井掘進(jìn)及輔助運(yùn)輸效率，提高煤炭資源回收率，為礦井投產(chǎn)后亟待攻克的難題。設(shè)計(jì)圍繞上述難題，結(jié)合新技術(shù)發(fā)展水平對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行升級(jí)替代。

4.1 快速掘進(jìn)、輔助運(yùn)輸?shù)认到y(tǒng)優(yōu)化

澄合礦區(qū)煤層松軟，掘進(jìn)、輔助運(yùn)輸?shù)认到y(tǒng)一直是制約礦井高效生產(chǎn)的難題。

為加快掘進(jìn)速度，提升礦井生產(chǎn)效率，設(shè)計(jì)擬布置1個(gè)快速掘進(jìn)工作面，配合3個(gè)綜掘工作面，滿足礦井采掘平衡關(guān)系?？焖倬蜻M(jìn)工作面配備1套掘錨一體化機(jī)組，在松軟煤層巷道條件下開展專項(xiàng)研究，并進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)，為礦井投產(chǎn)后推廣采用快速掘進(jìn)系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。

原設(shè)計(jì)礦井輔助運(yùn)輸采用蓄電池電機(jī)車+無極繩連續(xù)牽引車，為進(jìn)一步提升礦井輔助運(yùn)輸效率，設(shè)計(jì)在分析輔助運(yùn)輸巷頂?shù)装鍑鷰r強(qiáng)度及傾角、輔助運(yùn)輸量及運(yùn)輸距離、提升系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀等條件基礎(chǔ)上，根據(jù)優(yōu)化調(diào)整后的盤區(qū)巷道布置方案，通過對(duì)無軌膠輪車、無極繩連續(xù)牽引車、單軌吊進(jìn)行選型及適用性研究，經(jīng)詳細(xì)的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)合理性對(duì)比分析，優(yōu)選蓄電池電機(jī)車+單軌吊作為礦井輔助運(yùn)輸方式，配備6臺(tái)蓄電池電機(jī)車，服務(wù)于地面及井底車場(chǎng)的車輛調(diào)度；配備2臺(tái)DC120Y柴油機(jī)單軌吊服務(wù)于大件設(shè)備運(yùn)輸，配備2臺(tái)DX100的蓄電池單軌吊車，配備2臺(tái)DX80蓄電池單軌吊車服務(wù)于一般材料、設(shè)備及人員運(yùn)輸。配備專用軌道、彎軌15500m，各類起吊梁15套，人車8輛。同時(shí)配備礦車、平板車及集裝箱300輛。與原方案相比，大大簡(jiǎn)化了運(yùn)輸環(huán)節(jié)，提高了運(yùn)輸效率。

4.2 無煤柱110工法適應(yīng)性論證

為提高煤炭資源回收率，減緩礦山壓力，在礦井開采方案論證過程中，設(shè)計(jì)結(jié)合5.0m以上松軟煤層大采高開采條件，深入研究了“無煤柱自成巷110工法”的適應(yīng)性，探討了切頂卸壓留巷分區(qū)支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)、設(shè)備選型及材料消耗，并估算了投資及生產(chǎn)成本。但考慮到國(guó)內(nèi)目前尚無5.0m以上采高的先例，為確保首采工作面順利達(dá)產(chǎn)，擬確定礦井投產(chǎn)后逐步實(shí)施。

4.3 智能干選及矸石充填

井下矸石智能干選及矸石充填為近年來新興的矸石處理技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)矸石就地分選，增加主井有效提升能力，減少矸石升井排放，節(jié)省了矸石運(yùn)輸和生態(tài)環(huán)境治理費(fèi)用[10]。根據(jù)井下盤區(qū)巷道布置，設(shè)計(jì)選定在轉(zhuǎn)載煤倉(cāng)上口布置矸石分選系統(tǒng)，煤倉(cāng)上口來煤通過滾軸篩對(duì)原煤進(jìn)行分級(jí)，50mm以下原煤通過轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī)返回轉(zhuǎn)載煤倉(cāng)，50mm以上原煤通過2臺(tái)智能分選機(jī)實(shí)現(xiàn)煤矸分離，塊矸經(jīng)轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī)進(jìn)入矸石倉(cāng)，塊煤通過轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī)返回轉(zhuǎn)載煤倉(cāng)，如圖5所示。

圖5 井下矸石分選布置

矸石倉(cāng)下口布置矸石運(yùn)輸系統(tǒng)，選定村莊壓覆區(qū)、難回收三角煤區(qū)域及廢棄巷道作為充填開采區(qū)域，布置充填工作面。

由于投產(chǎn)時(shí)井下暫無村莊壓覆區(qū)、難回收三角煤區(qū)域及廢棄巷道，設(shè)計(jì)考慮預(yù)留矸石分選系統(tǒng)接口及位置，待井下形成充填區(qū)域后，有序推進(jìn)井下矸石智能干選及矸石充填。

4.4 礦井智能化建設(shè)

近年來，國(guó)家大力推進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)與煤炭開發(fā)的深度融合，先后出臺(tái)了一系列推動(dòng)煤礦智能化發(fā)展的政策文件。各煤礦企業(yè)為提升礦井安全高效水平，積極探索推動(dòng)智能化煤礦建設(shè)。為打造渭北復(fù)雜地質(zhì)條件下智能精準(zhǔn)開采示范礦井，提高生產(chǎn)效率，保證生產(chǎn)安全，提高企業(yè)管理水平，設(shè)計(jì)貫徹“安全、高效、智能、綠色”的建設(shè)理念，從智能化礦山基礎(chǔ)設(shè)施、生產(chǎn)調(diào)度協(xié)同管控、安全保障協(xié)同管理、運(yùn)維監(jiān)測(cè)管理、智能化選煤廠等方面開展礦井智能化設(shè)計(jì)。由于我國(guó)煤礦智能化仍處于培育示范階段，部分智能化開采技術(shù)有待突破，設(shè)計(jì)按整體規(guī)劃，分步實(shí)施的原則，將礦井智能化建設(shè)分三個(gè)階段實(shí)施，第一階段構(gòu)建調(diào)度指揮中心、數(shù)據(jù)中心、物聯(lián)網(wǎng)傳輸平臺(tái)、基礎(chǔ)軟件平臺(tái)等基礎(chǔ)設(shè)施，建設(shè)礦井生產(chǎn)調(diào)度、安全保障必需的協(xié)同管控中心；第二階段構(gòu)建采掘、運(yùn)輸、通風(fēng)、供配電及安全保障系統(tǒng)；第三階段結(jié)合先進(jìn)智能開采技術(shù)，建設(shè)現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)傳輸平臺(tái)及運(yùn)維監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)。

5 安全環(huán)保工程設(shè)計(jì)優(yōu)化

5.1 礦井余熱綜合利用

西卓煤礦原設(shè)計(jì)在工業(yè)場(chǎng)地建設(shè)燃煤鍋爐房一座，內(nèi)設(shè)2臺(tái)20蒸噸和一臺(tái)10蒸噸燃煤鍋爐。停緩建前已基本建成，未投入運(yùn)轉(zhuǎn)。近年來，為加強(qiáng)大氣污染防治，北方地區(qū)大力推進(jìn)冬季清潔取暖，按照市場(chǎng)監(jiān)管總局、國(guó)家發(fā)展改革委和生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合下發(fā)的《關(guān)于加強(qiáng)鍋爐節(jié)能環(huán)保工作的通知》(國(guó)市監(jiān)特設(shè)〔2018〕227號(hào))要求，該礦井地處汾渭平原，屬大氣污染防治重點(diǎn)區(qū)域，原則上不再新建每小時(shí)35蒸噸以下的燃煤鍋爐[11]。該礦井已建鍋爐屬淘汰落后鍋爐，探索清潔取暖勢(shì)在必行。

該礦井屬高溫?zé)岷ΦV井，根據(jù)地勘報(bào)告，大部處于一級(jí)熱害區(qū)，局部處于二級(jí)熱害區(qū)。礦井水文地質(zhì)條件復(fù)雜，井下涌水量較大，水溫較高，正常涌水量為786.97m3/h，最大涌水量為1090.51m3/h。設(shè)計(jì)擬采用礦井水、乏風(fēng)、空壓機(jī)余熱等清潔能源解決礦井工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)建筑采暖(空調(diào))、井筒防凍、洗浴熱水問題。同時(shí)，為解決井下降溫問題，設(shè)計(jì)將井下降溫機(jī)組與礦井余熱回收機(jī)組聯(lián)合布置，利用礦井余熱回收機(jī)組富余制冷量，充分回收礦井降溫的冷凝熱[12]。

5.2 水處理及外排工程

該礦井水文地質(zhì)復(fù)雜，涌水量大，合理選定礦井水處理方案，對(duì)于礦井節(jié)能減排綠色發(fā)展意義重大。近年來，部分礦井將水處理站建在井下，節(jié)省了礦井建設(shè)用地，減少了水倉(cāng)清淤環(huán)節(jié)和礦井水升井阻力、減緩了排水設(shè)備及管路的磨損。但目前較為成熟的工藝僅有超磁工藝，處理后水質(zhì)無法滿足現(xiàn)行井下消防灑水水質(zhì)要求。水處理消毒劑屬于禁止下井物品，需在地面另設(shè)消毒設(shè)施配合使用。本礦井涌水量大，水處理設(shè)備占用空間大，需設(shè)置超大斷面硐室，硐室工程量大，支護(hù)成本高，維護(hù)難度大。井下環(huán)境惡劣，對(duì)水處理設(shè)備運(yùn)行、維護(hù)和檢修要求高，需具備煤安標(biāo)志。

考慮到礦井涌水量大，為便于后期提高出水水質(zhì)，預(yù)留礦井水深度處理位置，設(shè)計(jì)推薦采用地面水處理站，處理工藝較為成熟，可以兼顧雨水處理，滿足環(huán)評(píng)要求及井下消防灑水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

礦井井下排水總量為19127m3/d，處理后礦井水自身利用1760m3/d，利用率為9.2%，剩余未利用水量需外排。礦井建設(shè)前期向東、向北先后設(shè)計(jì)了外排線路，受當(dāng)?shù)丨h(huán)保政策的影響，已施工線路均報(bào)廢?；謴?fù)建設(shè)后，礦井重新規(guī)劃設(shè)計(jì)了外排線路，經(jīng)與合陽(yáng)縣協(xié)商，將剩余礦井水作為合陽(yáng)縣金水溝小流域生態(tài)修復(fù)提升景觀工程的水源，并留設(shè)村民灌溉土地用水接口。礦井水利用17367m3/d，利用率90.8%。礦井水綜合利用率達(dá)到100%。生活污水經(jīng)處理后，全部回用做黃泥灌漿用水，不外排。

5.3 抗災(zāi)防排水系統(tǒng)

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第三百零八條：水文地質(zhì)條件復(fù)雜、極其復(fù)雜或者有突水淹井危險(xiǎn)的礦井，應(yīng)當(dāng)在井底車場(chǎng)周圍設(shè)置防水閘門或者在正常排水系統(tǒng)基礎(chǔ)上另外安設(shè)由地面直接供電控制，且排水能力不小于最大涌水量的潛水泵。

礦井水文地質(zhì)條件復(fù)雜，應(yīng)設(shè)置強(qiáng)排或防水閘門。根據(jù)盤區(qū)巷道布置及涌水量情況，采用強(qiáng)排方案需在井下布置強(qiáng)排硐室，選用2臺(tái)礦用潛水電泵，在回風(fēng)立井敷設(shè)2趟?377mm強(qiáng)排管路，并在地面布置強(qiáng)排配電室，在主立井敷設(shè)強(qiáng)排配電控制電纜，投資約1222萬元；采用防水閘門方案需在通往井底車場(chǎng)的各巷道連接處附近穩(wěn)定巖層中布置防水閘門硐室，共布置9處，井巷及設(shè)備投資約1673萬元。

考慮到防水閘門為被動(dòng)堵水，布置分散，管理不方便，一定程度影響井下運(yùn)輸，出現(xiàn)災(zāi)變控制難度大，管路、電纜通過防水閘門墻體時(shí)，安裝及施工工序復(fù)雜。而強(qiáng)排系統(tǒng)為主動(dòng)排水，可以迅速應(yīng)對(duì)日常礦井水量突然增加的狀況，保證礦井正常生產(chǎn)；出現(xiàn)災(zāi)變可以通過地面自動(dòng)化控制，啟動(dòng)快速方便，管理方便。同時(shí)，強(qiáng)排投資略低于防水閘門。綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，設(shè)計(jì)推薦礦井抗災(zāi)防排水采用強(qiáng)排系統(tǒng)。

5.4 底板注漿加固工程

礦井水文地質(zhì)條件復(fù)雜，井田內(nèi)主采煤層處于奧灰區(qū)域水位高程+372m以下，部分區(qū)域突水系數(shù)在0.06～0.10MPa/m，為帶壓開采突水威脅區(qū)。

根據(jù)鄰近礦井觀測(cè)數(shù)據(jù)，正常地層5號(hào)煤層底板采動(dòng)破壞深度為10m，在構(gòu)造帶地層中煤層底板破壞深度約20m。5號(hào)煤層底板至K2灰?guī)r(或石英砂巖)厚度為4.11～55.79m，一般為8～15m左右，可見底板破壞裂隙可在局部導(dǎo)通太原組石英砂巖或K2灰?guī)r裂隙水。5號(hào)煤層底板至奧陶系石灰?guī)r頂面距離一般厚度20～50m左右，雖遠(yuǎn)大于底板破壞裂隙厚度，但奧灰?guī)r溶水水頭壓力高，富水性強(qiáng)，石炭系上統(tǒng)太原組石英砂巖+K2灰?guī)r含水巖組與下伏奧陶系中統(tǒng)峰峰組二段灰?guī)r含水巖組之間隔水層(鋁質(zhì)泥巖)不穩(wěn)定，奧灰水將對(duì)煤層開采造成很大威脅。

設(shè)計(jì)在工業(yè)場(chǎng)地布置注漿站，與黃泥灌漿站聯(lián)建，在回風(fēng)立井和回風(fēng)大巷布置注漿管路，將漿體輸送至工作面回采巷道注漿孔[13]。通過對(duì)煤層底板隔水層進(jìn)行注漿加固，對(duì)K2段含水層進(jìn)行改造和充填，縮小或消除K2富水塊段的范圍，以提高5號(hào)煤層底板隔水層的完整性和阻水能力，增加隔水層的強(qiáng)度及厚度，如圖6所示。

圖6 煤層底板注漿加固與改造原理

6 結(jié) 語(yǔ)

1)受標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范更新的影響，設(shè)計(jì)優(yōu)化調(diào)整了投產(chǎn)盤區(qū)巷道布置、未完土建工程補(bǔ)充勘察、建構(gòu)筑物消防改造及修復(fù)等設(shè)計(jì)方案，并結(jié)合優(yōu)化調(diào)整后的設(shè)計(jì)方案，更新指標(biāo)評(píng)價(jià)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益。

2)設(shè)計(jì)結(jié)合近年來新技術(shù)發(fā)展，對(duì)掘進(jìn)、輔助運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行了升級(jí)替代；對(duì)技術(shù)暫不成熟的5.0m采高無煤柱開采擬在投產(chǎn)后逐步實(shí)施；對(duì)暫不具備條件的智能干選及矸石充填，預(yù)留接口及位置，條件成熟后有序推進(jìn)；對(duì)智能化礦井建設(shè)按整體規(guī)劃，分步實(shí)施的原則設(shè)計(jì)。

3)受環(huán)保政策的影響，已施工鍋爐房、外排線路報(bào)廢。設(shè)計(jì)采用礦井水、乏風(fēng)、空壓機(jī)余熱等清潔能源解決礦井采暖及降溫問題，對(duì)原供熱系統(tǒng)進(jìn)行改造；針對(duì)合陽(yáng)縣金水溝小流域生態(tài)修復(fù)提升景觀工程的水源需求，重新設(shè)計(jì)外排線路，解決礦井水外排問題。

4)礦井水文地質(zhì)條件復(fù)雜，煤層開采受奧灰水帶壓開采的影響，除文中所述的設(shè)抗災(zāi)防排水系統(tǒng)和底板注漿加固外，設(shè)計(jì)還遵照《煤礦防治水細(xì)則》規(guī)定，布置了其他防治水設(shè)施，制定了防治水措施，確保生產(chǎn)安全。