礦井開采后期生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

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摘要：為優(yōu)化突出礦井開采后期的生產(chǎn)系統(tǒng)，鄭州煤炭工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司超化煤礦依據(jù)礦井儲(chǔ)量分布、井下巷道和地面現(xiàn)有構(gòu)筑物布置情況，選擇更加合理的礦井生產(chǎn)系統(tǒng)。在確定礦井后期生產(chǎn)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)分析其對(duì)礦井經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益的影響程度。

關(guān)鍵詞：生產(chǎn)系統(tǒng)；礦井開采；生產(chǎn)系統(tǒng)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

鄭州煤炭工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司超化煤礦到2016年，采掘活動(dòng)全部延深至深部水平，巷道支護(hù)投入加大，瓦斯治理、防治水工程量增加，所需投入人力和資金將超過鄭州煤炭工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司規(guī)定，受煤炭市場影響，礦井生產(chǎn)經(jīng)營狀況將出現(xiàn)下滑。礦井開采后期煤炭資源如何合理開采已成為礦井面臨的主要問題，因此，超化煤礦需要調(diào)整礦井后期生產(chǎn)系統(tǒng)，使剩余煤炭資源安全、合理開采出來。

1礦井概況

超化井田位于河南省新密市煤田西南部，開采上限標(biāo)高+60m，下限標(biāo)高-900m。該區(qū)主要可采煤層為二疊系山西組二1煤，煤層平均厚度9.07m，屬低灰、低硫貧廋煤。二1煤可采儲(chǔ)量為1430.8萬t，服務(wù)年限10a。礦井水文地質(zhì)條件復(fù)雜，正常涌水量869m3/h，最大涌水量為1112m3/h。礦井為煤與瓦斯突出礦井，始突表高-208m，礦井瓦斯絕對(duì)涌出量18.60m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量4.63m3/t。二1煤煤塵爆炸指數(shù)17.58%，為有煤塵爆炸危險(xiǎn)性煤，自然發(fā)火等級(jí)為Ⅲ類，屬不易自燃煤層。

2礦井現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)

超化煤礦現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)為：主立井擔(dān)負(fù)提煤任務(wù)；副立井擔(dān)負(fù)進(jìn)風(fēng)、人員物料升降等任務(wù)；西風(fēng)井擔(dān)負(fù)進(jìn)風(fēng)任務(wù)；東風(fēng)井、31風(fēng)井擔(dān)負(fù)回風(fēng)任務(wù)；-100m和-300m水平排水陣地均為一級(jí)排水系統(tǒng)，均能夠滿足礦井排水要求；供電系統(tǒng)利用地面35kV變電站和井底車場附近中央變電所向各使用地點(diǎn)供電；原煤在主副立井工業(yè)廣場內(nèi)進(jìn)行篩分、儲(chǔ)存和鐵路運(yùn)輸。礦井利用現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行開采，無需增加投資。到2015年底，其他區(qū)域基本采完只能開采深部31采區(qū)，礦井生產(chǎn)規(guī)模維持在150萬t/a左右。

3現(xiàn)有系統(tǒng)存在問題

①深部二1煤內(nèi)在灰分高，發(fā)熱量低，不符合國家供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革相關(guān)政策；②礦井為突出礦井，人員較多，生產(chǎn)成本居高不下，導(dǎo)致礦井2015-2021年礦井回收煤柱前，礦井生產(chǎn)經(jīng)營較困難；③深部區(qū)域瓦斯含量大，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，如果僅開采深部資源，將導(dǎo)致瓦斯抽采、巷道掘進(jìn)、煤炭回采等作業(yè)場所過度集中于一個(gè)采區(qū)，不利于安全管理。

4礦井生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的提出

根據(jù)礦井資源儲(chǔ)量分布情況，超化井田的優(yōu)勢(shì)資源（約860萬t）主要集中在主副立井保護(hù)煤柱內(nèi)，煤層厚度3.25～15.10m，平均厚度8m。根據(jù)井下實(shí)際采樣，該區(qū)域內(nèi)煤層灰分較低，煤質(zhì)相對(duì)較好。如果對(duì)礦井生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，使淺部優(yōu)勢(shì)資源與深部資源同時(shí)回采，將能夠大幅度提高礦井原煤發(fā)熱量，使兩個(gè)區(qū)域的瓦斯抽采、巷道掘進(jìn)、煤炭回采等作業(yè)活動(dòng)交替進(jìn)行。即礦井在深部區(qū)域和淺部區(qū)域分別布置一個(gè)工作面，其中一個(gè)正?；夭?，一個(gè)進(jìn)行瓦斯抽采，避免出現(xiàn)入井人員全部集中于一個(gè)區(qū)域的現(xiàn)象，提高礦井安全保障程度［1］。本次生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化要重點(diǎn)考慮以下問題：①優(yōu)化設(shè)計(jì)要與礦井現(xiàn)狀不矛盾，不影響礦井正常生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)；②目前煤炭市場下，要最大程度壓縮投資，認(rèn)真進(jìn)行投資分析，確保經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)；③系統(tǒng)優(yōu)化前后的生產(chǎn)銜接要順暢；④地面生產(chǎn)系統(tǒng)位置變化后，環(huán)保、煤炭外運(yùn)等問題要妥善解決。綜上所述，超化煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)將現(xiàn)有主、副立井報(bào)廢，改造現(xiàn)有西風(fēng)井（兩條斜井井筒）為主副、斜井，擔(dān)負(fù)礦井的提升任務(wù)及兼作進(jìn)風(fēng)井；井下調(diào)整礦井運(yùn)輸、通風(fēng)、提升、供電等系統(tǒng)；原主、副立井工業(yè)場地建筑及設(shè)施隨著開采進(jìn)度，逐次搬遷至主、副斜井新工業(yè)場地。

4.1井下生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化

改造后的主斜井斜長879m，鋪設(shè)帶寬1200mm的膠帶輸送機(jī)，并安裝架空乘人裝置，主要擔(dān)負(fù)礦井的提煤、上下人員及進(jìn)風(fēng)任務(wù)；副斜井斜長890m，安裝2JK-3.0×1.5/20型單繩纏繞式雙滾筒提升機(jī)，主要擔(dān)負(fù)礦井的提矸、運(yùn)料、運(yùn)設(shè)備等輔助提升任務(wù)并兼作進(jìn)風(fēng)井及安全出口。在-205m以淺新增集中軌道下山和集中皮帶下山，擔(dān)負(fù)22采區(qū)和深部31采區(qū)的運(yùn)輸、進(jìn)風(fēng)、運(yùn)送人員等任務(wù)。排水系統(tǒng)利用-300m水平排水系統(tǒng)，泵房配備8臺(tái)MD500-57×11型多級(jí)離心泵，4用3備1檢修，水倉容積9060m3，能夠滿足《煤礦安全規(guī)程》要求。通風(fēng)系統(tǒng)仍利用現(xiàn)有的東風(fēng)井和31風(fēng)井。供電系統(tǒng)利用在主副斜井工業(yè)廣場新建的35kV變電站和井下中央變電所向各作業(yè)場所供電。

4.2地面生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化

在主、副斜井工業(yè)廣場，合理利用現(xiàn)有建筑物作為調(diào)度樓、行政樓、生產(chǎn)樓、區(qū)隊(duì)值班樓、救護(hù)隊(duì)值班樓和燈房浴室等行政輔助設(shè)施以及機(jī)修車間、供應(yīng)倉庫、物資超市等輔助生產(chǎn)廠房；新建主副斜井井口房、提升機(jī)房、35kV變電站、空壓機(jī)房、篩分系統(tǒng)及儲(chǔ)煤場，原煤仍采用鐵路外運(yùn)。

4.3礦井生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化工期及投資

礦井生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化礦建工程為擴(kuò)砌主副斜井，掘進(jìn)22采區(qū)皮帶下山和軌道下山；土建工程為在主副斜井工業(yè)廣場新建篩選樓、皮帶走廊、儲(chǔ)煤場及防風(fēng)抑塵網(wǎng)等項(xiàng)目，生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整工期2a，期間不影響礦井其他區(qū)域正常生產(chǎn)，項(xiàng)目總投資20126.48萬元。根據(jù)國家煤炭產(chǎn)業(yè)政策將礦井生產(chǎn)能力由180萬t/a下降到150萬t/a，服務(wù)年限10a。

5礦井生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化方案比較

5.1原生產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

5.1.1優(yōu)點(diǎn)。①維持目前開拓開采，不再對(duì)礦井做生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化，減少了基建投資；②維持目前開采方式，各生產(chǎn)系統(tǒng)不用變化。5.1.2缺點(diǎn)。①深部二1煤內(nèi)在灰分高，發(fā)熱量低，導(dǎo)致二1煤售價(jià)低；②礦井為突出礦井，人員較多，生產(chǎn)成本居高不下，導(dǎo)致礦井2015-2021年礦井回收煤柱前，礦井生產(chǎn)經(jīng)營困難，年均虧損2.1億元；③井下各類抽、掘、采等作業(yè)場所集中于一個(gè)采區(qū)，人員過度集中。

5.2優(yōu)化后生產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

5.2.1優(yōu)點(diǎn)。①提前淺部優(yōu)勢(shì)資源，使之與深部煤配采，降低煤的灰分，提高煤的發(fā)熱量，煤的售價(jià)增高，效益好轉(zhuǎn)；②生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化后，礦井生產(chǎn)能力穩(wěn)定，投資回收期5.33a，年均稅后利潤3277.09萬元；③將抽、掘、采作業(yè)場所和下井人員在兩區(qū)域間合理調(diào)配，利于安全管理。5.2.2缺點(diǎn)。①礦井生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化要增加基建投資；②主副斜井工業(yè)場地現(xiàn)有占地面積小，地面各場所緊湊；③工業(yè)場地變化后要嚴(yán)格落實(shí)環(huán)境保護(hù)相關(guān)規(guī)定。綜合考慮，原有生產(chǎn)系統(tǒng)維持開采方式不變，但礦井經(jīng)營困難，且不符合國家供給側(cè)結(jié)構(gòu)改造政策要求，因此確定對(duì)礦井開采后期生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

6礦井生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化后盈虧分析

按照計(jì)算期第5年數(shù)據(jù)分析計(jì)算，盈虧平衡點(diǎn)為：生產(chǎn)能力利用率（BEP）=年固定總成本/（年銷售收入-年可變成本-銷售稅金及附加）×100%=15570/（42300-16902-1091）×100%=64.05%。該項(xiàng)目達(dá)到生產(chǎn)能力的64.05%，即礦井生產(chǎn)能力達(dá)到117.65萬t/a，企業(yè)就可保本，這說明超化煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)較小。

7結(jié)語

技術(shù)人員對(duì)突出礦井開采后期的生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了合理優(yōu)化，達(dá)到了改善礦井生產(chǎn)經(jīng)營狀況的目的，開采出了優(yōu)質(zhì)煤炭，符合國家目前煤炭產(chǎn)業(yè)政策。優(yōu)化礦井后期生產(chǎn)系統(tǒng)時(shí)，要協(xié)調(diào)考慮設(shè)計(jì)方案對(duì)正常生產(chǎn)的影響、對(duì)礦區(qū)環(huán)境的影響，并對(duì)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益分析要全面、可靠。

參考文獻(xiàn)：

［1］于新勝，王育才.淺談礦井設(shè)計(jì)優(yōu)化［J］.煤炭工程，2002（5）：13-15.

作者：吳振玉 劉君洋 寇金聚 彭功強(qiáng) 楊柳青 單位：鄭州煤炭工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司超化煤礦