王建鋒

(煤炭工業(yè)合肥設計研究院有限責任公司，安徽 合肥 230041)

為滿足煤礦的安全生產(chǎn)需要，依據(jù)《煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范》、《煤礦安全規(guī)程》及相關規(guī)程規(guī)范的要求，我國的大多數(shù)煤礦一般設計3個井筒，即主井、副井、回風井。對井田面積大，地面平坦，煤層埋藏深，資源儲量豐富的礦井，從減少工業(yè)場地壓煤量，地面布置緊湊、系統(tǒng)簡單、有利于管理等方面綜合分析，宜將井筒集中布置在一個工業(yè)場地內(nèi)[1]。集中布置的井筒，上連接地面各生產(chǎn)系統(tǒng)，下連接井底車場與相關硐室。涉及的各生產(chǎn)系統(tǒng)既相互獨立又存在相互影響，只有在設計中進行優(yōu)化，才能減少相互影響、不但節(jié)省投資，而且各系統(tǒng)更加順暢，有利于礦井安全高效高產(chǎn)[2]。

建設安全高產(chǎn)高效的現(xiàn)代化礦井[3]是一項復雜的系統(tǒng)工程，涉及到生產(chǎn)結構布局的調(diào)整、生產(chǎn)要素的優(yōu)化、生產(chǎn)力水平的提高等多方面。對礦井而言，只有從設計源頭把好關，采用新理念[4]，做出合理、優(yōu)秀、科學設計才能簡化生產(chǎn)環(huán)節(jié)，完善生產(chǎn)系統(tǒng)，從而為礦井高產(chǎn)高效奠定良好的基礎[5]。本文以口孜東礦為例，論述了井筒位置關系對井上下設計的影響，通過方案比較進行了研究分析和設計。

1 口孜東礦井概況

口孜東礦井設計生產(chǎn)能力500萬t/a，采用立井、主要石門、分組大巷開拓方式，一水平標高-967m。

根據(jù)井田面積的大小、地形地貌、資源儲量的分布情況，井上下生產(chǎn)工藝的要求，從井田開拓的合理性、有利于通風、節(jié)約投資省等方面分析，3個井筒可集中布置在同一個工業(yè)場地，也可分散布置在不同的工業(yè)場地?？谧螙|礦井井田面積達36km2，地面平坦，可采儲量達4億t，為提高減少工業(yè)場地壓煤，便于集中生產(chǎn)和管理[6]，結合開拓方式，主井、副井、中央回風井3個井筒布置在同一個工業(yè)場地內(nèi)較優(yōu)。

根據(jù)口孜東礦井生產(chǎn)需要，為滿足礦井提升和通風等要求，經(jīng)科學計算，確定主井井筒凈直徑7.5m，井筒內(nèi)布置2套27t箕斗，專用于提煤，兼作部分進風；副井井筒凈直徑8.0m，布置1套1.5t雙層四車一寬一窄罐籠和1套9t矸石箕斗，其中：矸石箕斗專用于提矸，罐籠用于上下人員、提升設備和材料，本井筒為礦井主要進風井，并裝備梯子間兼作安全出口；中央回風井井筒凈直徑7.5m，為礦井專用回風井，井筒內(nèi)裝備玻璃鋼封閉梯子間，為礦井另一安全出口。井下煤炭及矸石采用膠帶運輸機運輸，材料、人員、設備等采用8t蓄電池電機車牽引1.5t固定式礦車運輸。

2 井筒相互關系對地面總平面圖設計的影響

從口孜東礦井開拓方式、生產(chǎn)能力等因素分析，該礦井地面總平面布置應考慮以下5個方面的主要因素：一是，滿足生產(chǎn)，少壓煤。必須滿足井下開拓布置與地面生產(chǎn)工藝、場內(nèi)外運輸條件要求，節(jié)約用地，減少壓煤。二是，因地制宜，合理分區(qū)。建(構)筑物的布置應結合地形、地物及開采條件，盡量壓縮場地西側用地，以減少首采區(qū)壓煤量，不同功能的建(構)筑物應因地制宜分區(qū)布置。三是，科學合理，留有余地。平面布置應集中、簡化，緊湊合理，整齊美觀，人流、貨流通暢簡潔，并留有適當?shù)陌l(fā)展余地。四是，靠近中心。供電、供水、供熱的建(構)筑物應盡量靠近負荷中心布置。五是，滿足規(guī)范，條件優(yōu)良。工業(yè)場地布置應滿足國家環(huán)境保護、防火、防震和工業(yè)安全與衛(wèi)生等方面的規(guī)程、規(guī)范要求，使建(構)筑物有良好的采光、通風和衛(wèi)生條件[7-9]。

為滿足礦井生產(chǎn)的需要，按照功能不同，口孜東礦井工業(yè)場地內(nèi)應設置場前區(qū)、生產(chǎn)區(qū)、輔助生產(chǎn)區(qū)、礦井水、污水處理站區(qū)和生活服務區(qū)。每個小區(qū)域如何布置不但要考慮自身功能的需要，還需要從同其他區(qū)域協(xié)調(diào)，進場公路、鐵路專用線布置等方面綜合分析[10]。因此如何確定口孜東礦3個井筒在平面之間的關系，顯得尤其重要。

口孜東礦主井專用于提煤，煤炭經(jīng)主井提升后需通過棧橋運至選煤廠[11]。為實現(xiàn)矸石連續(xù)運輸，副井內(nèi)除布置罐籠用于上下人員、提升設備、材料外，還布置有一套矸石箕斗專用于提矸，因此副井周邊除常規(guī)的井口房、地面繞道、用于上下井人員更衣洗澡的聯(lián)合建筑外，還需要設置矸石連續(xù)運輸系統(tǒng)?；仫L井地面需布置通風機房，因噪音較大，因此應與廠前區(qū)和其他生產(chǎn)區(qū)域保持一定的距離。

結合進場公路在工業(yè)場地南邊，鐵路專用線在北側接軌較便利，本區(qū)域主導風向為東南風等因素，口孜東總平面總體布局按場前區(qū)位于場區(qū)南部，生產(chǎn)區(qū)位于場區(qū)的西部，輔助生產(chǎn)區(qū)位于場區(qū)的東部和副井的北側較合理。根據(jù)該總體布局，3個井筒位置關系從南向北依按副井、主井、回風井排列較恰當[12，13]。據(jù)此思路，設計對礦井工業(yè)場地總平面布置提出2個方案進行比選。

方案Ⅰ：工業(yè)場地內(nèi)設主井、副井和回風井3個井筒。場地按照建(構)筑物的功能不同分為生產(chǎn)區(qū)、輔助生產(chǎn)區(qū)、場前區(qū)、礦井水及污水處理站區(qū)和單身宿舍區(qū)。生產(chǎn)區(qū)、儲煤場位于場區(qū)西部，輔助生產(chǎn)區(qū)位于的場區(qū)東部，場前區(qū)位于副井的南側，礦井水及污水處理站位于場區(qū)北部、鐵路站場北邊，生活服務區(qū)位于場地大門前、場前道路東側。場內(nèi)運輸采用道路與窄軌鐵路兩種方式。場地南側設有人行主入口，西南和西北側設有地銷煤和貨運2個入口。工業(yè)場地總平面布置方案Ⅰ如圖1所示。

圖1 工業(yè)場地總平面圖布置方案Ⅰ

方案Ⅱ：生產(chǎn)區(qū)位于工業(yè)場地東部，儲煤場位于鐵路站場北側，輔助生產(chǎn)區(qū)位于的場區(qū)西部，場前區(qū)與方案Ⅰ基本相同，礦井水及污水處理站布置在場區(qū)西北部，單身宿舍區(qū)布置在場區(qū)西南部。工業(yè)場地總平面布置方案Ⅱ如圖2所示。

圖2 工業(yè)場地總平面圖布置方案Ⅱ

兩個方案的共同優(yōu)點：平面布置緊湊，整齊美觀；功能分區(qū)明確合理，各區(qū)發(fā)展余地較大；場內(nèi)道路順直通暢，窄軌鐵路線路簡捷，且道路與窄軌鐵路交叉少，干擾小；變電所距用電負荷中心近，供電線路較短；場前區(qū)較寬闊，綠化面積較大，主入口正對辦公樓，景觀效果好。方案Ⅰ的主要缺點：受裝車點限制，采用跨線倉；排矸帶式輸送機廊較長。方案Ⅱ的主要缺點：生產(chǎn)區(qū)、儲煤場位于場地全年主導風向的上風側，對場區(qū)污染較大；輔助設施布置較分散。

經(jīng)分析，方案Ⅰ平面布置緊湊合理，整齊美觀，功能分區(qū)明確，場內(nèi)道路順直通暢，生產(chǎn)區(qū)、儲煤場位于場地全年主導風向的下風側，對場區(qū)污染較小，故該設計推薦方案Ⅰ。

3 井筒相互關系對井底車場及硐室的影響

立井井底車場布置形式一般有臥式和立式。設計時應從減少井巷工程量、縮短建井工期、有利于井底車場調(diào)度作業(yè)及硐室布置等方面綜合考慮，并結合井底車場附近地質構造情況，經(jīng)過方案比選最終擇優(yōu)確定[14]。

根據(jù)口孜東礦井下采場位于井底車場西翼和北翼的特點，經(jīng)方案比選設計推薦井底車場采用臥式布置。該布置形式的主要特點是：車場線路布置簡單，進出車及調(diào)車方便，工程量省，與北翼石門、西翼大巷聯(lián)系較方便。本礦井井深、地壓大，巷道支護具有一定的難度，設計過程中還應充分考慮巷道施工過程中臨近巷道或硐室之間的擾動影響[15]。為減少臨近巷道施工的擾動影響，根據(jù)設計規(guī)范，并結合兩淮礦區(qū)生產(chǎn)礦井的經(jīng)驗，設計推薦口孜東礦井井底車場主要巷道之間間距為50m。

結合口孜東井下采區(qū)均位于北翼和西翼的特點，副井井底車場宜采用西側進車，東側出車方便。從地面來看，輔助生產(chǎn)區(qū)位于場區(qū)的東部和副井的北側，地面宜采用東側進車、西側出車。根據(jù)地面和井下布置，最終確定副井井上下進出車方式為異側進出車，該布置方式具有安全可靠、操作便利等優(yōu)點?？谧螙|礦井井底車場布置如圖3所示。

圖3 口孜東礦井井底車場布置(m)

4 口孜東礦工程設計效果分析

口孜東礦較好的井筒位置關系，為地面總平面圖布置設計奠定了良好的基礎，從建成的實際情況來看，在地面和井下取得較好的效果。

1)地面設計效果分析：①平面布置緊湊，整齊美觀，功能分區(qū)明確合理；②場內(nèi)道路順直通暢，窄軌鐵路線路簡捷，且道路與窄軌鐵路交叉少，干擾??；③生產(chǎn)區(qū)、儲煤場、礦井水及污水處理站、矸石周轉場位于場地全年主導風向的下風側，對場區(qū)污染?。虎軋銮皡^(qū)較寬闊，綠化面積較大，主入口正對辦公樓，景觀效果好。

2)井下設計效果分析：①工業(yè)場地壓煤量為少，壓煤沒有壓一水平的煤炭，壓煤均為一水平以下煤炭；②井底車場線路設計合理，調(diào)車便利、時間，有利于井底車場調(diào)度作業(yè)、硐室布置，更加有利于井筒施工到底后井筒的互相貫通[16]；③因井筒位置關系設置合理，主井、風井施工同時先到底后，2個月后副井到底，實現(xiàn)了3個井筒盡快貫通，井下形成了全負壓通風[17]，滿足了井下多頭同時掘進的需求。跟同類型礦井，在相同的條件下相比，口孜東礦自井筒到底形成多掘進頭同時作業(yè)時間比同類型的劉莊礦井、顧橋礦井縮短了1.5個月，為縮短建井工期創(chuàng)造了有利的條件。

5 結 論

1)集中布置的井筒，上連接地面各生產(chǎn)系統(tǒng)，下連接井底車場與相關硐室。涉及的各生產(chǎn)系統(tǒng)既相互獨立又存在相互影響，只有在設計中進行優(yōu)化，才能減少相互影響、才能使其他系統(tǒng)更加順暢，有利于礦井安全高效高產(chǎn)。

2)地面總平面布置設計時應充分考慮不同區(qū)域功能合理劃分及大致位置的選擇，從而確定較合理的井筒位置關系。

3)在考慮地面總平面圖布置后，應結合井下開拓情況，井上下進出車方向、有利于支護等因素，合理設計井底車場，有利于井筒的互相貫通，能夠節(jié)約建井工期。