張俊峰

(山西晉城煤業(yè)集團勘察設(shè)計院有限公司,山西 晉城 048006)

資源整合礦井井底車場動態(tài)優(yōu)化設(shè)計

張俊峰

(山西晉城煤業(yè)集團勘察設(shè)計院有限公司,山西 晉城 048006)

為解決以往煤礦設(shè)計中井底車場巷道 沿巖層水平布置,存在巖巷工程量大、施工組織困難、工期長、投資大等問題,結(jié)合資源整合礦井特點進行實例設(shè)計和實踐,通過兩階段動態(tài)優(yōu)化設(shè)計方法,實現(xiàn)井底車場巷道及硐室基本沿煤層布置,為礦井盡快投產(chǎn)創(chuàng)造了條件,同時也為其他礦井井底車場及硐室沿煤層布置提供了值得借鑒的實踐經(jīng)驗。

硐室;井底車場;資源整合;動態(tài)優(yōu)化設(shè)計

1 傳統(tǒng)井底車場及硐室布置問題分析

因煤礦井下煤層賦存條件具有不確定性,煤層底板高低起伏不平,而煤礦井底車場巷道根據(jù)功能要求需布置成水平巷道,故一般布置在巖層中。本文以億欣煤業(yè)井底車場動態(tài)優(yōu)化設(shè)計為例,進行實例設(shè)計與實踐,通過一系列思路創(chuàng)新、設(shè)計優(yōu)化,實現(xiàn)了井底車場沿煤層布置,具體如下:

億欣煤業(yè)為設(shè)計生產(chǎn)能力1.20 Mt/a的資源整合礦井,批準開采2#、15#煤層,為低瓦斯礦井。首采盤區(qū)15#煤層厚度為1.90 m～ 4.05 m,平均厚度為2.55 m,頂板為K2石灰?guī)r,平均厚度12.5 m,屬極堅硬巖石,穩(wěn)定性好,底板為泥巖,屬較軟弱的巖石。礦井采用一次采全高長壁綜采采煤方法,投產(chǎn)時布置主平硐、副平硐和回風立井共3個井筒,其中主、副平硐為改造利用整合前既有井筒,回風立井為新掘井筒。根據(jù)開拓部署及井筒與大巷的位置關(guān)系,確定井底車場為平車場,采用道砟道床,井底車場附近布置中央變電所、水倉、水泵房、管子道、消防材料庫、等候硐室等硐室。

在礦井實際建設(shè)過程中,由于井底車場巷道及硐室功能均要求為水平巷道,而15#煤層有傾角、高低起伏不平,且施工前無法準確獲得15#煤層的賦存標高。如果井底車場及硐室按以往“一次設(shè)計、一次施工”的思路,按照事先推斷的水平標高施工車場,則井底車場必然會布置在巖層中,同時還存在從車場巖巷重新找煤層去掘進東翼3條煤層大巷時,破K2石灰?guī)r頂板、頂煤留不住、留底煤掘進等問題。而且從施工車場巖巷過渡到煤層大巷(東軌道大巷),施工組織困難,施工速度慢,投資大。因此,如何準確確定井底車場標高,在起伏不平的15#煤層中水平布置井底車場巷道及硐室,成為億欣煤業(yè)面臨的技術(shù)難題。

2 井底車場及硐室動態(tài)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)

2.1第一階段設(shè)計

在億欣煤業(yè)井底車場施工前,根據(jù)礦井地質(zhì)報告提供煤層等高線,設(shè)計井底車場及硐室沿15#煤層布置,標高預計為+1 070 m(地質(zhì)報告提供的15#煤層底板標高),均為新掘巷道,見圖1。

圖1 第一階段井底車場及硐室布置圖Fig. 1 Layout of pit bottom and chambers in stage I

2.2施工過程中設(shè)計思路創(chuàng)新

在主、副平硐施工過程中,隨著現(xiàn)場實際揭露情況不斷變化,結(jié)合既有井筒寬度、支護條件、功能適應(yīng)性、井口場地等現(xiàn)場條件,按照技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的原則,提出“主、副平硐位置互換”的思路[1-5]。

礦井即將進入井底車場巷道施工時,基于15#煤層為近水平煤層的有利條件,提出“井底車場巷道先沿15#煤層頂板掘進煤巷,盡快進入15#煤層東翼施工3條大巷,然后再二次起底調(diào)平井底車場”的創(chuàng)新思路。同時探清15#煤層賦存條件,為井底車場及硐室第二次動態(tài)優(yōu)化設(shè)計提供煤層標高實測資料。

在井筒位置互換的基礎(chǔ)上,依據(jù)第一階段實際揭露整合前既有舊巷、15#煤層賦存條件、巷道底板實測標高等資料,如何因地制宜沿煤層布置車場巷道及硐室,成為第二階段優(yōu)化設(shè)計的技術(shù)難點。

2.3第二階段優(yōu)化設(shè)計

根據(jù)井底車場施工過程中實測巷道底板標高,結(jié)合實際揭露的既有舊巷等現(xiàn)場條件,重新確定車場標高,對井底車場及硐室進行第二次優(yōu)化設(shè)計,通過局部巷道起底調(diào)平、硐室位置調(diào)整、充分利用舊巷等優(yōu)化技術(shù),形成科學合理的、完全符合現(xiàn)場實際的井底車場及硐室布置圖,見圖2。根據(jù)第二階段井底車場及硐室優(yōu)化設(shè)計圖(圖2),進行井底車場巷道二次起底調(diào)平,形成永久車場。在不影響東翼大巷掘進面施工的前提下,安排井底車場二次起底平行作業(yè),從而不影響礦井建設(shè)工期。

圖2 第二階段優(yōu)化設(shè)計后井底車場及硐室布置圖Fig. 2 Layout of pit bottom and chambers after stage II of optimization design

第二階段井底車場及硐室優(yōu)化設(shè)計內(nèi)容如下:

1)根據(jù)煤層巷道底板實測標高,重新確定井底車場標高,由原設(shè)計+1 070 m調(diào)整為+1 064.3 m,則避免了井底車場及硐室布置在+1 070 m水平的巖層中,實現(xiàn)了多掘煤巷、少掘巖巷,提高了資源回采率,同時緩解了工期緊張、資金短缺的矛盾。

2)按照盡量少起底的原則,對副平硐與井底車場連接處約98 m巷道進行局部起底,把軌道5 m過渡段和平曲線布置在平面上,在平曲線和摘掛鉤車場連接處,布置信號硐室和調(diào)度室。

3)按照盡可能簡化系統(tǒng)的原則,充分利用15#煤層111 m較平緩巷道,聯(lián)合布置副平硐井底車場和15#煤東軌道大巷無極繩連續(xù)牽引車調(diào)車場,大幅縮短了井底調(diào)車時間。

4)主、副平硐位置互換后,在主平硐(布置下井管纜)東側(cè)布置中央變電所、水倉、泵房、管子道,主排水管和下井電纜就近沿主平硐敷設(shè),簡化了管纜布置路徑。

5)充分利用施工期間實際揭露的整合前既有巷道情況,中央變電所及其通道由原設(shè)計新掘硐室,優(yōu)化為改造利用既有巷道,節(jié)約投資62.7萬元。

6)根據(jù)15#煤層實際賦存條件,中央變電所與中央水泵房由原設(shè)計的“I”型布置,優(yōu)化為“L”型布置,管子道充分利用整合前既有巷道,管子道新掘段巷道由原設(shè)計130 m優(yōu)化為27 m,節(jié)約投資62.4萬元。

7)主平硐(布置架空成人裝置)與東膠帶大巷連接處,布置等候室、急救站、工具室,并通過聯(lián)絡(luò)巷與井底車場溝通;在等候硐室東側(cè)布置消防材料庫。

8)將井底車場原設(shè)計的道砟道床調(diào)整為固定道床,鋪底厚度270 mm,為礦井以后改造為無軌膠輪車輔助運輸系統(tǒng)創(chuàng)造條件。

3 效果分析

億欣煤業(yè)井底車場及硐室分兩個階段進行動態(tài)優(yōu)化設(shè)計,在第一階段設(shè)計后,提出“井底車場巷道先沿15#煤層頂板掘進煤巷,盡快進入15#煤東翼施工3條大巷,然后再二次起底調(diào)平井底車場”創(chuàng)新思路,從而避免了井底車場及硐室布置在+1 070 m水平巖層中的情況,實現(xiàn)了多掘煤巷、少掘巖巷的目標,在井底車場巷道及硐室施工期間多出煤3 234 t,創(chuàng)造直接經(jīng)濟效益97萬元,實現(xiàn)提前2個月掘進東翼大巷(沿15#煤層布置),有效緩解了工期緊張、資金短缺的矛盾。同時,井底車場巷道先期沿煤層頂板掘進,簡化了施工組織,避免了破煤頂、留煤底掘進情況,從根源上改善了井底車場及硐室的支護效果。

針對井下煤層賦存標高具有不確定性的特點,根據(jù)實測煤層巷道底板標高,進行第二階段動態(tài)優(yōu)化設(shè)計,重新精準確定井底車場標高,通過井底車場優(yōu)化布局、局部巷道起底調(diào)平、硐室位置調(diào)整、充分利用既有舊巷等優(yōu)化設(shè)計,因勢利導,實現(xiàn)了井底車場及硐室沿煤層布置,同時節(jié)約投資125.1萬元。副平硐井底調(diào)車場與東軌道大巷調(diào)車場聯(lián)合布置,系統(tǒng)簡單,大幅縮短調(diào)車時間。

4 結(jié)束語

目前,億欣煤業(yè)井底車場及硐室已建成投運,各系統(tǒng)運行正常、穩(wěn)定,為礦井安全高效生產(chǎn)提供了可靠保障。億欣煤業(yè)井底車場及硐室設(shè)計、施工中,采用了兩階段動態(tài)優(yōu)化設(shè)計技術(shù),克服以往井底車場“一次設(shè)計、一次施工”沿巖層水平布置存在的缺點,科學合理的解決了在煤層賦存標高不確定、煤層高低起伏不平的條件下,沿煤層布置井底車場的問題。兩階段動態(tài)優(yōu)化設(shè)計理念和技術(shù),為其他礦井井底車場及硐室沿煤層布置提供了值得借鑒的實踐經(jīng)驗。

[1] 張榮立,何國偉,李鐸.采礦工程設(shè)計手冊[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2003.

[2] GB 50535-2009.煤礦井底車場設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2009.

[3] 李興才.山西金恒煤礦井底車場硐室布置設(shè)計優(yōu)化[J].河北煤炭,2012(12):3-4.

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[4] 張立民,劉鐵鳴,申金堂,等.五舉礦井井底車場優(yōu)化方案設(shè)計[J].陜西煤炭,2014(3):85-87.

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ZHANG Yu.Design Factors and Example Analysis of Shaft Bottom in Coal Mine[J].Modernization of Coal Mine,2016(4):82-84.

DynamicOptimizationDesignofPitBottomofResource-integratedCoalMine

ZHANG Junfeng

(SurveyandDesignInstitute,JinchengCoalGroup,Jincheng048006,China)

In old coal mine designs, pit bottom tunnels go along the horizontal strata but have many shortcomings, including huge workload, difficult construction organization, long duration, and huge investment, etc. With resource-integrated coal mines, two-stage dynamic optimization design was used to realize the layout of pit bottom roadways and chambers along coal seam, which could create the condition for the mine to put into production as soon as possible. Meanwhile, it could offer references for similar pit bottom and chamber layout in other mines.

chambers;pit bottom;resource integration;dynamic optimization design

1672-5050(2017)02-0025-03

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.04.007

2017-02-28

張俊峰(1984-)，男，山西鄉(xiāng)寧人，碩士，工程師，從事煤礦設(shè)計工作。

TD214

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(編輯:薄小玲)