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[摘要]對(duì)晉煤集團(tuán)在建礦井東大煤礦的初步設(shè)計(jì)、施工組織設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化,并從巷道布置、采掘裝備、瓦斯抽放、工序轉(zhuǎn)換、硐室布局等方面進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新,找出一條系統(tǒng)簡(jiǎn)單、功能不變、縮短工期、降低投資的良好途徑,實(shí)現(xiàn)了效益最大化。
[關(guān)鍵詞]工程設(shè)計(jì);優(yōu)化;實(shí)踐應(yīng)用
0引言
在煤礦項(xiàng)目生產(chǎn)建設(shè)中,礦井設(shè)計(jì)至關(guān)重要,設(shè)計(jì)工作中的每次方案比較,每項(xiàng)技術(shù)決定,甚至每個(gè)參數(shù)、系數(shù)的選取,都將對(duì)項(xiàng)目建設(shè)和以后的生產(chǎn)有著不同程度的影響。進(jìn)入新時(shí)代,煤礦建設(shè)及生產(chǎn)的理念發(fā)生了質(zhì)的變化,由最初重規(guī)模產(chǎn)量逐步向重質(zhì)量效益轉(zhuǎn)變,而優(yōu)化工程設(shè)計(jì)是新理念最直接、最顯著的體現(xiàn)。晉煤集團(tuán)東大煤礦作為在建的特大型礦井,在礦井初步設(shè)計(jì)、施工組織設(shè)計(jì)以及施工圖設(shè)計(jì)中,集思廣益,不斷對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化,取得了較好的效果。
1礦井概況
晉煤集團(tuán)東大煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力500萬t/a,井田范圍117km2,主采3#煤層,平均煤層厚度5.32m,埋深在510~1065m,探明地質(zhì)儲(chǔ)量8.43億t,為優(yōu)質(zhì)無煙煤,煤層氣儲(chǔ)量115億m3,為高瓦斯突出礦井,水文地質(zhì)類型為中等型,全井田帶壓開采。礦井為立井開拓方式,工業(yè)廣場(chǎng)共布置3個(gè)立井筒(主、副和回風(fēng)),井深在580~610m,初期通風(fēng)方式為中央并列式,后期為混合式通風(fēng)方式。主井筒設(shè)置裝載硐室、煤倉(cāng)、清理撒煤等硐室,配備2套36t箕斗;副井筒設(shè)置排水降溫管子道、安全出口、等候室、液壓操作配電硐室,配套1套寬體罐和1套交通罐;井底設(shè)置消防硐室、降溫硐室、變電所、水泵房、矸石倉(cāng)等硐室。大巷為五巖一煤三進(jìn)三回平行布置。礦井設(shè)計(jì)達(dá)產(chǎn)時(shí)共布置1個(gè)盤區(qū),1個(gè)長(zhǎng)壁大采高綜采工作面,保證礦井產(chǎn)量需要;布置2個(gè)煤巷連掘面,2個(gè)巖巷機(jī)械化掘進(jìn)面,1個(gè)巖巷普掘面,滿足掘進(jìn)需要。井巷總長(zhǎng)度48400m,其中巖巷29570m,煤巷18830m。礦井于2018年9月開工建設(shè),計(jì)劃2023年10月投產(chǎn),設(shè)計(jì)建設(shè)工期為78個(gè)月。
2工程設(shè)計(jì)優(yōu)化
2.1初步設(shè)計(jì)優(yōu)化
初步設(shè)計(jì)作為礦井建設(shè)的總綱,在可行性研究的基礎(chǔ)上明確了礦井建設(shè)各系統(tǒng)的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)參數(shù),東大礦井在建井初期,根據(jù)煤礦發(fā)展趨勢(shì)對(duì)初步設(shè)計(jì)中巷道工程量、采掘裝備、瓦斯抽放、重要硐室等進(jìn)行了優(yōu)化,在保證功能不變的情況下節(jié)省了投資。(1)降低巷道工程量。按照突出礦井規(guī)定,主要大巷需布置于巖層中,加之工作面需要提前布置底抽巷,增加了礦井巖巷工程量。隨著千米鉆機(jī)穿層長(zhǎng)鉆孔的廣泛應(yīng)用,采取一巷多用措施,縮減了多條工作面底抽巷;超前掘進(jìn)3條開拓巖巷,利用開拓巖巷對(duì)盤區(qū)巷道進(jìn)行消突,減少了盤區(qū)巷道巖巷工程量。經(jīng)優(yōu)化,總進(jìn)尺由原先的61900m縮減到48400m,巖巷占比由70%降至55%~60%。(2)采掘裝備國(guó)產(chǎn)化。隨著國(guó)產(chǎn)采掘裝備質(zhì)量的大幅度提升,經(jīng)調(diào)查研究,東大煤礦將原先計(jì)劃采購(gòu)的多個(gè)進(jìn)口裝備改為國(guó)產(chǎn)裝備,如進(jìn)口連采機(jī)改為國(guó)產(chǎn)掘支一體機(jī),可節(jié)省2套巖巷掘進(jìn)設(shè)備。(3)瓦斯抽放靈活超前。通過綜合比較千米鉆機(jī)和普通鉆機(jī)施工特點(diǎn),選擇合理層位,減少巖層鉆進(jìn)量,確定千米鉆孔長(zhǎng)度在400~600m,普通鉆孔長(zhǎng)度不超150m,盡可能地實(shí)現(xiàn)一孔多用。(4)硐室簡(jiǎn)單實(shí)用。主井井底清理平巷由溜槽運(yùn)輸改為膠輪車運(yùn)輸,副井井底30m水倉(cāng)不保留清理斜巷,井底矸倉(cāng)由立倉(cāng)改為斜倉(cāng),各環(huán)節(jié)工程力求簡(jiǎn)單實(shí)用。
2.2施工組織設(shè)計(jì)優(yōu)化
礦井施工組織設(shè)計(jì)是指導(dǎo)工程規(guī)劃、部署、組織、計(jì)劃的一種技術(shù)文件,提前做好了人、機(jī)、料以及環(huán)境的科學(xué)配置,是工程準(zhǔn)備和施工的依據(jù)。東大煤礦經(jīng)過優(yōu)化施工組織設(shè)計(jì),建設(shè)工期較原設(shè)計(jì)縮短了15個(gè)月。(1)臨時(shí)改絞期間不停掘。在3個(gè)井筒施工時(shí),都有獨(dú)立的提升、通風(fēng)等生產(chǎn)系統(tǒng)。當(dāng)井筒落底且井下巷道貫通后,回風(fēng)井筒的臨時(shí)主扇需要投入運(yùn)行(高突礦井井筒貫通后回風(fēng)井嚴(yán)禁提升),主井井筒需要對(duì)臨時(shí)絞車進(jìn)行改造(工期45d),而副井井筒需要安裝永久提升系統(tǒng)。為保證井巷工程正常掘進(jìn),采用副井井筒一期裝備,對(duì)井底出矸、運(yùn)料、人員運(yùn)輸?shù)妊b置提前進(jìn)行改造,同時(shí)在主井井筒臨時(shí)改絞期間,交叉施工副井永久井架灌注樁,既滿足了井巷施工要求,又保證了副井井筒永久提升系統(tǒng)的安裝不受影響。(2)井下一期巷道貫通工程。3個(gè)井筒相距較遠(yuǎn),直線距離均超過200m,其中主井和回風(fēng)井筒井下貫通后巷道長(zhǎng)度超過500m。由于主井井筒設(shè)計(jì)了3個(gè)水平(120m水平為井底,175m水平為裝載硐室煤倉(cāng)下口,225m水平為煤倉(cāng)上口和井筒聯(lián)絡(luò)巷),回風(fēng)井筒設(shè)計(jì)了2個(gè)水平(120m水平為井底,170m水平為上馬頭門),為避免上一水平后期貫通施工給主井井筒施工造成影響,在施工組織設(shè)計(jì)中明確了主井220m水平與風(fēng)井170m水平貫通、主井170m水平與風(fēng)井170m水平貫通和主井120m水平與風(fēng)井120m水平貫通同步進(jìn)行。這樣可提前實(shí)現(xiàn)3條巷道貫通,縮短建井工期6個(gè)月。(3)水倉(cāng)和吸水井聯(lián)合施工。水泵房?jī)?nèi)的吸水井構(gòu)造復(fù)雜,以往是在水倉(cāng)與水泵房貫通以后再施工吸水井,這樣所需時(shí)間比較長(zhǎng)。由于井底水倉(cāng)的投運(yùn)直接關(guān)系到三期工程能否順利進(jìn)行,因此需要提前形成永久排水系統(tǒng)。首先將水泵房?jī)?nèi)的應(yīng)急水倉(cāng)斜坡施工至吸水小井聯(lián)絡(luò)巷處,然后利用就近系統(tǒng)提前施工吸水小井、通風(fēng)孔和小井聯(lián)絡(luò)巷,待主輔水倉(cāng)和吸水小井貫通后,水泵房安裝工程也接近尾聲,這樣水泵房可提前1個(gè)月投運(yùn)[1]。
2.3施工圖設(shè)計(jì)優(yōu)化
(1)鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)優(yōu)化。原設(shè)計(jì)的抽放鉆場(chǎng)大多數(shù)布置在中央回風(fēng)大巷內(nèi)距離3#煤層底板以下25~30m的巖層中,導(dǎo)致穿層抽放鉆孔巖巷工程量巨大。經(jīng)過優(yōu)化,對(duì)回風(fēng)大巷采取抬坡的方式進(jìn)行掘進(jìn),當(dāng)進(jìn)行至目標(biāo)位置時(shí),回風(fēng)大巷的頂板距煤層的距離縮小至7m,在該位置布置千米鉆場(chǎng),最大限度地降低了巖孔施工量。(2)降溫管路通道優(yōu)化。在副井井筒布置的2趟降溫管路,原設(shè)計(jì)經(jīng)過降溫管子道(副井馬頭門以上7m位置)后再接入井底車場(chǎng)降溫硐室。優(yōu)化后,將2趟降溫管路直接改為從副井馬頭門進(jìn)入井底等候室,不需要經(jīng)過降溫管子道,可減少120m巖巷工程量。(3)巷道設(shè)計(jì)優(yōu)化。修改副井底調(diào)車硐室和主井煤倉(cāng)上口檢修通道設(shè)計(jì),可減少400m巖巷工程量。同時(shí)對(duì)建井期間的井下臨時(shí)水倉(cāng)、變電所、調(diào)車硐室等巷道都設(shè)計(jì)為永久巷道,減少臨時(shí)巷道工程量。(4)交岔點(diǎn)優(yōu)化。礦井井底車場(chǎng)共設(shè)計(jì)16個(gè)交岔點(diǎn),交岔點(diǎn)斷面跨度大,在牛鼻子處巷道高度可達(dá)7~8m,極易造成瓦斯積聚。根據(jù)礦井實(shí)際情況,將交叉點(diǎn)改為平頂布置,采用加長(zhǎng)錨索(最長(zhǎng)達(dá)12.3m)對(duì)頂部進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù),降低了施工難度,消除了瓦斯隱患。(5)支護(hù)優(yōu)化。由于礦井埋深大、地應(yīng)力大,井下巷道均采用準(zhǔn)22mm高強(qiáng)錨桿錨索進(jìn)行支護(hù),其中錨桿、錨索間排距分別為800mm×800mm、1600mm×2400mm。通過地應(yīng)力測(cè)試和地質(zhì)力學(xué)評(píng)估,對(duì)巷道支護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化,在對(duì)錨桿錨索施加更大預(yù)緊力的同時(shí),將錨桿、錨索間排距調(diào)整為1200mm×1200mm、2400mm×2400mm,大幅度地降低了支護(hù)成本。
3結(jié)論
礦井設(shè)計(jì)工作貫穿煤礦建設(shè)和生產(chǎn)全過程,東大煤礦在礦井建設(shè)實(shí)踐中,緊抓礦井建設(shè)主線和投資重點(diǎn),對(duì)重點(diǎn)工程設(shè)計(jì)提前進(jìn)行優(yōu)化,效果十分顯著。目前礦井還在建設(shè)中,隨著巷道不斷延深,還會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問題,如何尋求最佳路徑滿足礦井安全、進(jìn)度、質(zhì)量、效益需要,是煤礦始終面臨的課題,只有不斷創(chuàng)新,積極探索總結(jié)經(jīng)驗(yàn),才能更好地適應(yīng)新時(shí)代賦予煤礦建設(shè)和生產(chǎn)的新要求。
[參考文獻(xiàn)]
[1]王健.劉橋一礦主井提升系統(tǒng)改造優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].煤礦技術(shù),2008(10):101-102.
作者:成小勇 單位:黑龍江科技大學(xué)采礦工專業(yè)