深井煤礦井底車場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

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摘要：為優(yōu)化井底車場(chǎng)設(shè)計(jì)，通過(guò)巨野礦區(qū)典型井底車場(chǎng)設(shè)計(jì)和改造設(shè)計(jì)案例，分析深井煤礦井底車場(chǎng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，主要有改變硐室結(jié)構(gòu)、加大間距、增加井下降溫硐室、主排水泵房和主變電所獨(dú)立回風(fēng)等。

關(guān)鍵詞：深井；井底車場(chǎng)；優(yōu)化

魯西煤炭基地是國(guó)家14個(gè)大型煤炭基地之一，也是較早進(jìn)入深井開(kāi)采的大型煤炭基地。巨野礦區(qū)是魯西煤炭基地全面進(jìn)入深井開(kāi)采的新建礦區(qū)，經(jīng)過(guò)十幾年的建設(shè)和生產(chǎn)，積累了豐富的優(yōu)化案例和經(jīng)驗(yàn)。本文通過(guò)收集巨野礦區(qū)井底設(shè)計(jì)和建設(shè)生產(chǎn)過(guò)程中優(yōu)化案例，總結(jié)深井煤礦井底車場(chǎng)的特點(diǎn)，為類似煤礦設(shè)計(jì)提供參考和依據(jù)。

1巨野礦區(qū)簡(jiǎn)介

巨野礦區(qū)位于山東省西南部，包括巨野煤田和梁寶寺煤田，總面積約1210km2，是山東省最晚開(kāi)發(fā)的礦區(qū)。巨野煤田劃分為5對(duì)煤礦，即龍固煤礦（6.00Mt/a）、趙樓煤礦（3.00Mt/a）、郭屯煤礦（2.40Mt/a）、鄆城煤礦（2.40Mt/a）、萬(wàn)福煤礦（1.80Mt/a）；梁寶寺煤田劃為2對(duì)煤礦，即梁寶寺煤礦（1.80Mt/a）和彭莊煤礦（0.60Mt/a）。礦區(qū)自2004年開(kāi)始建設(shè)，至今已經(jīng)建成6對(duì)煤礦，剩余萬(wàn)福煤礦正在建設(shè)中。其中龍固、趙樓和鄆城煤礦開(kāi)采深度都超過(guò)800m，地溫偏高，一般原始地溫36~46℃。趙樓煤礦實(shí)測(cè)原巖溫度至少在43℃左右，高于采掘工作面必須停止作業(yè)溫度30℃，都采取了機(jī)械降溫措施，是典型的深井煤礦。巨野礦區(qū)的巷道支護(hù)難度明顯加大，在深井支護(hù)方面做了大量的研究和試驗(yàn)。

2井底車場(chǎng)設(shè)計(jì)案例

（1）鄆城煤礦井底車場(chǎng)兼顧東、北兩個(gè)開(kāi)拓方向。優(yōu)化后的車場(chǎng)布置如圖1所示。（2）龍固煤礦井底車場(chǎng)兼顧東、北兩個(gè)開(kāi)拓方向，巷道較復(fù)雜，采用電機(jī)車運(yùn)輸。優(yōu)化后的車場(chǎng)布置如圖2所示。

3主副井系統(tǒng)優(yōu)化

3.1主井相關(guān)硐室優(yōu)化

由于提升高度增加，主井提升設(shè)備由一對(duì)箕斗增加為兩對(duì)箕斗。鄆城煤礦裝備兩套20t雙箕斗，達(dá)到2.40Mt/a的提升能力。箕斗裝載硐室由主井單側(cè)布置變?yōu)殡p側(cè)布置，見(jiàn)圖1中13號(hào)工程。硐室凈長(zhǎng)19m，凈寬6m，對(duì)井壁結(jié)構(gòu)和硐室支護(hù)有較高要求。龍固煤礦采用雙主井布置，各裝備1套32t箕斗，達(dá)到6.00Mt/a的提升能力。箕斗裝載硐室單側(cè)布置，凈長(zhǎng)8.5m，凈寬6.2m，兩主井間距45m，見(jiàn)圖2中1號(hào)工程。兩個(gè)箕斗裝載硐室平行布置，見(jiàn)圖2中13號(hào)工程。沒(méi)有產(chǎn)生明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象。

3.2副井相關(guān)硐室優(yōu)化

3.2.1增加交通罐通道由于井筒較深，人員通過(guò)副井內(nèi)梯子間到達(dá)地面的難度較大，井筒內(nèi)增加交通罐，副井與井底車場(chǎng)之間增加交通罐通道，滿足緊急情況下人員通行需要。根據(jù)交通罐的開(kāi)口方向，通道的布置方式不同。通道可能利用副井井筒與井底車場(chǎng)連接處現(xiàn)有巷道，也可能需要單獨(dú)增加一條巷道。應(yīng)盡量避免單獨(dú)增加巷道，減少硐室開(kāi)口對(duì)井壁的分割，避免井壁應(yīng)力過(guò)度集中。

3.2.2加大硐室與車場(chǎng)巷道的間距主排水泵房、主變電所等主要硐室與臨近車場(chǎng)巷道的距離一般為20~25m。深井煤礦為減少應(yīng)力集中和臨近巷道施工影響，適當(dāng)加大間距。主排水泵房、主變電所與臨近車場(chǎng)巷道距離30~35m。見(jiàn)圖1、圖2中4、5號(hào)工程。井底煤倉(cāng)之間、井底煤倉(cāng)與主井之間一般間距25~30m，深井煤礦應(yīng)加大至40~50m。見(jiàn)圖1、圖2中1、14、15號(hào)工程。

3.2.3兼顧無(wú)軌膠輪車運(yùn)輸無(wú)軌膠輪車具有運(yùn)行速度快、人員運(yùn)輸靈活、可整架搬運(yùn)液壓支架等優(yōu)點(diǎn)，在大型礦井中普遍使用。小型無(wú)軌膠輪車可直接通過(guò)副井罐籠上下井，大型無(wú)軌膠輪車可分體下井。龍固煤礦采用軌道運(yùn)輸+無(wú)軌膠輪車運(yùn)輸，雙運(yùn)輸大巷一進(jìn)一回，保證了運(yùn)輸安全，提高了運(yùn)輸效率。重型綜采工作面設(shè)備的拆除與安裝可在40d內(nèi)完成。井底車場(chǎng)應(yīng)采用固定道床，軌面標(biāo)高應(yīng)與硬化的大巷底板上表面標(biāo)高一致，既可避免突出的鋼軌劃傷輪胎，又可避免無(wú)軌膠輪車擠壓導(dǎo)致軌道變形、移位等問(wèn)題。

4降溫相關(guān)系統(tǒng)優(yōu)化

4.1增加井下降溫硐室

根據(jù)井上下?lián)Q熱的需要，一般在進(jìn)風(fēng)的主、副井井筒內(nèi)敷設(shè)低溫管路，在回風(fēng)井內(nèi)設(shè)高溫管路，所以降溫硐室應(yīng)靠近進(jìn)風(fēng)井和回井，見(jiàn)圖1中17號(hào)工程。一般包括制冷站、配電室、控制室等，長(zhǎng)度一般超過(guò)100m，例如趙樓煤礦井下降溫硐室長(zhǎng)159m。龍固煤礦將降溫硐室布置在副井和等候室附近，有利于降低進(jìn)風(fēng)溫度，也是一個(gè)較好的布置方式。見(jiàn)圖2中的2、10、17號(hào)工程。隨著開(kāi)采深度的增加，需要的制冷量增加，設(shè)計(jì)應(yīng)留有擴(kuò)建的余地，進(jìn)一步增加了井底車場(chǎng)硐室的布置難度。

4.2主排水泵房和主變電所獨(dú)立回風(fēng)

主排水泵房和主變電所一般布置在副井附近，主排水泵房通過(guò)管子道與副井相連，都處于進(jìn)風(fēng)風(fēng)流中，沒(méi)有煤塵和瓦斯污染，可以不獨(dú)立通風(fēng)。在深井煤礦中由于原巖溫度高，引起硐室內(nèi)溫度偏高，機(jī)電設(shè)備和礦井水散熱提高了進(jìn)風(fēng)溫度，加大了機(jī)械降溫系統(tǒng)的負(fù)荷。鄆城煤礦通過(guò)改造，增加主排水泵房回風(fēng)道，見(jiàn)圖1中的11號(hào)工程，形成獨(dú)立回風(fēng)系統(tǒng)，實(shí)測(cè)水泵房?jī)?nèi)溫度下降8℃，軌道石門進(jìn)風(fēng)溫度略有下降。

4.3高溫礦井水沿回風(fēng)巷流動(dòng)

一般礦井主水溝沿軌道石門或軌道大巷布置在進(jìn)風(fēng)巷道中。深井煤礦涌水溫度偏高，如鄆城煤礦掘進(jìn)工作面實(shí)測(cè)水溫45℃，礦井輻射出大量的熱量，成為流動(dòng)的熱源，發(fā)散出大量水蒸氣，提高了井下空氣的濕度和等效溫度。設(shè)計(jì)將主排水溝布置在回風(fēng)石門或回風(fēng)大巷中，避免高溫礦井水對(duì)新鮮空氣的加溫、加濕作用。排水管路沿回風(fēng)井筒敷設(shè)，比傳統(tǒng)的沿副井敷設(shè)可降低副井井底溫度2~3°。

5支護(hù)材料與斷面優(yōu)化

5.1增大支護(hù)材料強(qiáng)度

礦井支護(hù)材料一般采用18mm直徑的螺紋鋼錨桿，配合17.8mm直徑的鋼絞線錨索。深井支護(hù)一般采用20mm直徑的高強(qiáng)螺紋鋼錨桿，配合21.6mm直徑的鋼絞線錨索。支護(hù)難度大的區(qū)域也可以采用22mm直接的高強(qiáng)螺紋鋼錨桿，配合21.6mm直徑的鋼絞線錨索。錨桿用鋼材的屈服強(qiáng)度從400MPa提高到500MPa，個(gè)別礦井使用過(guò)600MPa的螺紋鋼錨桿。

5.2設(shè)計(jì)U型底板

在高應(yīng)力作用下，巷道底板發(fā)生蠕變產(chǎn)生底鼓，對(duì)軌道運(yùn)輸影響較大。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，采用U型底板效果較好，U型底板拱高度為1/5~1/8巷道凈寬。底板中部增加錨桿，可不澆筑混凝土反底拱。趙樓、萬(wàn)福煤礦增加反底拱設(shè)計(jì)，減少了巷道返修。

6結(jié)語(yǔ)

深井煤礦井底車場(chǎng)有顯著的特點(diǎn)，本文從主井相關(guān)硐室、副井相關(guān)硐室、降溫相關(guān)系統(tǒng)、支護(hù)4個(gè)方面進(jìn)行分析和總結(jié)，各自在優(yōu)化后均有不同程度的效果，如合理硐室結(jié)構(gòu)、增大支護(hù)強(qiáng)度、增加井下降溫硐室、主排水泵房和主變電所獨(dú)立回風(fēng)、高溫礦井水沿回風(fēng)巷流動(dòng)等，為深井井底車場(chǎng)的布局和類似礦井設(shè)計(jì)提供了有益參考。

【參考文獻(xiàn)】

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作者：宋國(guó)忠 張輝 趙琦 單位：通用技術(shù)集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限公司