礦井建設(shè)的總體方案優(yōu)化設(shè)計(jì)
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摘要:現(xiàn)代礦井建設(shè)的總體方案優(yōu)化設(shè)計(jì)往往需要基于具體的礦區(qū)環(huán)境和開采施工條件，進(jìn)行不同的方案制定，從而保證設(shè)計(jì)優(yōu)化方案與現(xiàn)實(shí)情況相契合。本文在對(duì)某礦區(qū)的井田地質(zhì)特征進(jìn)行研究后，對(duì)該地區(qū)的開拓方案進(jìn)行總結(jié)，借由開采方案，社處處具體的建設(shè)方案優(yōu)化，并為今后礦井建設(shè)優(yōu)化方案提供了設(shè)計(jì)思路。
關(guān)鍵詞:礦井建設(shè)；開拓方案；優(yōu)化思路；永久裝備
現(xiàn)代礦井的建設(shè)總體方案優(yōu)化一般分為3個(gè)部分，分別為建設(shè)方案優(yōu)化、提升方案優(yōu)化以及通風(fēng)方案優(yōu)化。其具體的優(yōu)化實(shí)施往往需要結(jié)合不同的礦井條件和開拓方法。譬如在主井的方案設(shè)計(jì)中采取先貫通先改絞，就需要設(shè)計(jì)者對(duì)工期時(shí)間、運(yùn)輸安全進(jìn)行全盤的考慮。因此筆者在進(jìn)行方案優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)選用了具體的礦井實(shí)例進(jìn)行研究，使優(yōu)化設(shè)計(jì)方案可以落到實(shí)處。
1實(shí)例礦區(qū)條件概述
1.1礦區(qū)自然條件
本文所選取的實(shí)例礦區(qū)是我國(guó)西北部某省份擁有一定交通條件且面積較大的礦區(qū)，該地區(qū)屬于典型的溫帶季風(fēng)氣候，年均降水量600mm，均溫10℃，海拔1300m。從地質(zhì)構(gòu)造角度分析，該礦區(qū)的地層劃分應(yīng)當(dāng)屬于華北地層中的鄂爾多斯盆地分區(qū)，含煤層在侏羅紀(jì)中統(tǒng)延安組中，走向分布為凹陷區(qū)和隆起區(qū)相間，煤層傾斜角度最高為5°，且賦存穩(wěn)定，厚度大，適宜機(jī)械作業(yè)。在某8.0Mt/a井田中，基底構(gòu)造對(duì)煤層的控制較大，因斷層稀少、無(wú)巖漿活動(dòng)，可借助三維地震勘探進(jìn)行首采區(qū)研究，保證采礦生產(chǎn)安全。
1.2礦井開拓方案
針對(duì)該礦區(qū)的自然條件和地質(zhì)構(gòu)造，開采施工團(tuán)隊(duì)擬定了施工開拓方案。礦井采用立井開拓，在場(chǎng)地內(nèi)集中布置，并使用裝車方式進(jìn)行布置裝車線遷出，場(chǎng)地中井筒分為主立井、副立井、回風(fēng)筒3個(gè)，以保證開采后期的通風(fēng)安全。3個(gè)立井在車場(chǎng)水平落底，并選用皮帶運(yùn)輸作為主運(yùn)輸方式，實(shí)現(xiàn)單水平開拓。布置集中開拓大巷，各盤區(qū)巷道由分煤組布置，且在東西兩翼選用帶式輸送機(jī)、一二號(hào)輔助運(yùn)輸、一二號(hào)回風(fēng)的五巷布置。
2礦井建設(shè)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
2.1井筒貫通設(shè)計(jì)
對(duì)井筒貫通方案的設(shè)計(jì)，首先針對(duì)主井與副井。主井和副井距離為135m，需要通過(guò)對(duì)井底車場(chǎng)布置的研究，確定二者的相對(duì)關(guān)系，利用貫通方法形成環(huán)形車場(chǎng)[1]。本文在設(shè)計(jì)優(yōu)化中選用了2條線路進(jìn)行貫通方案進(jìn)行了分別設(shè)計(jì).第一貫通線路施工時(shí)間短，無(wú)交叉點(diǎn)，且面向的貫通巷道斷面不大；第二貫通線路施工時(shí)間長(zhǎng)，需要盡早展開工作面，為了保證施工質(zhì)量，換裝硐室需要采用小斷面設(shè)計(jì)。主井和風(fēng)井之間的距離為175m，同樣需要明確井底車場(chǎng)布置以及相對(duì)位置關(guān)系，本文為其設(shè)計(jì)了一條貫通線路。設(shè)計(jì)內(nèi)容中，西側(cè)回風(fēng)大巷設(shè)計(jì)為35m，聯(lián)絡(luò)巷50m，二號(hào)回風(fēng)大巷45m，主井井底聯(lián)絡(luò)巷道70m，撒煤清理硐通道40m，總長(zhǎng)度240m，預(yù)計(jì)施工期為100天[2]。
2.2臨時(shí)改絞方案設(shè)計(jì)
在礦井開采過(guò)程中，一般會(huì)通過(guò)將矸石提升到地面的方式來(lái)保障施工速度。在該井田的開采中，總共4條長(zhǎng)度約為2900m的輔助運(yùn)輸順槽，其出矸量超過(guò)了1200m3/d，因此需要對(duì)主井和風(fēng)井設(shè)計(jì)優(yōu)化臨時(shí)改絞方案。其中，主井臨時(shí)改絞方案的確定在研究的了井筒提升機(jī)、直徑、提升方向后確定選用。方案中，設(shè)計(jì)一組雙層雙車的臨時(shí)罐籠，使其提升能力滿足750m3/d的既定標(biāo)準(zhǔn)要求，使人工推車的勞動(dòng)強(qiáng)度最大限度降低，提升施工周轉(zhuǎn)效率。風(fēng)井臨時(shí)改絞方案則選用了曾在內(nèi)蒙古泊江海子礦井中取得優(yōu)異效果的1對(duì)8m3箕斗、1架1.5t單層雙車臨時(shí)罐籠的方案，通過(guò)二者的共同工作，使提升能力達(dá)到了2300m3/d。其中，箕斗的能力大，潛力強(qiáng)，對(duì)高速施工的適應(yīng)能力好，能夠滿足本礦井的提升需求[3].
2.3施工提升
在實(shí)例礦井建設(shè)期間，主要將主筒施工、巷道施工進(jìn)行了分別提升。其中，主筒施工的提升優(yōu)化方案設(shè)計(jì)為：將副井井筒、主井井筒和風(fēng)井井筒根據(jù)其特點(diǎn)進(jìn)行提升機(jī)和吊桶的配套。本文選用了大型提升機(jī)3套以及大吊桶3套為主井井筒和副井井筒進(jìn)行配套，大型提升機(jī)2套和大吊桶2套為風(fēng)井井筒配套，利用吊桶掉底的方式，借助提升機(jī)進(jìn)行提升。其中，主井吊桶的提升時(shí)間設(shè)計(jì)為400天，副井吊桶提升時(shí)間設(shè)計(jì)為540天，風(fēng)井吊桶的提升時(shí)間設(shè)計(jì)為380天。巷道提升則涉及到巷道的臨時(shí)罐籠能力、提升能力以及出巖量等內(nèi)容。以出巖量為例，本文對(duì)施工期間巷道斷面、巖石的松散系數(shù)以及各時(shí)段出巖高峰進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，最終得出了煤松散系數(shù)約為1.72，巖石松散系數(shù)約為2.11。對(duì)于工作面來(lái)說(shuō)，這一系數(shù)的得出使得施工設(shè)計(jì)將之前的5個(gè)掘進(jìn)頭增加了2個(gè)，以保證工程的順利展開[4]。
2.4壓風(fēng)與通風(fēng)安全
在礦井建設(shè)過(guò)程中，相較于生產(chǎn)期間，用風(fēng)量有十分巨大的提升，因此為了滿足施工需求，結(jié)合各類壓風(fēng)設(shè)備的特點(diǎn)，本文針對(duì)主副井和風(fēng)井不同的風(fēng)量進(jìn)行了壓風(fēng)設(shè)備的選擇。其整體原則為以地面臨時(shí)壓風(fēng)系統(tǒng)為主，必要時(shí)選用永久壓風(fēng)管路。在井筒的施工建設(shè)期間，需要通過(guò)通風(fēng)方案的設(shè)計(jì)來(lái)保證工作面形成的炮煙順利排出，保證生產(chǎn)安全。鑒于本文所選用的礦井實(shí)例中主井、副井、風(fēng)井3個(gè)井筒的深度都在600m左右，且凈直徑達(dá)到8m以上，因此采用了壓入式的通風(fēng)方案設(shè)計(jì)，利用安裝在地面的局部通風(fēng)機(jī)，將新鮮的風(fēng)流導(dǎo)入，并借由通風(fēng)機(jī)中的玻璃鋼風(fēng)筒到達(dá)工作面，乏風(fēng)排除[5]。
3礦井建設(shè)一般優(yōu)化思路
3.1優(yōu)化思路前提
在本文的井田開拓施工中，主井井筒的施工時(shí)間為12月底、風(fēng)井井筒則為1月中旬，副井井筒為11月初，對(duì)于西北方地區(qū)年均溫10℃的氣象條件來(lái)說(shuō)，這一時(shí)期正值隆冬，氣溫寒冷。對(duì)于困難的氣候條件對(duì)施工工況的影響來(lái)說(shuō)，優(yōu)化設(shè)計(jì)需要首先預(yù)算施工周期，保證施工完成時(shí)間氣候條件滿足，從而為回采留出瓦斯抽離的時(shí)間。
3.2優(yōu)化方案選擇
本文在進(jìn)行礦井的總體施工方案優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)供給設(shè)計(jì)了3套優(yōu)化方案，分別以副井的永久裝備的根基，通過(guò)主井和風(fēng)井永久裝備的協(xié)調(diào)來(lái)滿足不同施工條件的需求。在具體的方案選擇過(guò)程中，設(shè)計(jì)者需要認(rèn)真對(duì)比考察永久裝備順序、提升運(yùn)行中運(yùn)行與持續(xù)的時(shí)間、瓦斯抽放系統(tǒng)的運(yùn)行方式、生產(chǎn)煤總量、經(jīng)濟(jì)效益的預(yù)估等多個(gè)層面來(lái)進(jìn)行研究，從而明確自身設(shè)計(jì)的側(cè)重點(diǎn)和傾向方向，最終選定優(yōu)化方案，保證施工質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)建設(shè)優(yōu)化。
4結(jié)論
本文在進(jìn)行礦井的建設(shè)總體方案優(yōu)化設(shè)計(jì)研究中發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)者需要結(jié)合礦井的具體自然條件和施工環(huán)境，通過(guò)不同內(nèi)容和側(cè)重點(diǎn)的對(duì)比，來(lái)最終確定優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。在分析和探討時(shí)，可以針對(duì)方案優(yōu)劣勢(shì)、經(jīng)濟(jì)效益、安全可靠性等大方向進(jìn)行研究。在方案執(zhí)行的過(guò)程中，還需要對(duì)開采施工中的難點(diǎn)和重點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟進(jìn)，從而保證問(wèn)題的及時(shí)解決。
參考文獻(xiàn)：
[1]陳吉華.張集礦井開拓布置及其特點(diǎn)［J］.煤炭工程，2002（12）：7－9.
2]董方庭.井巷設(shè)計(jì)與施工［M］.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1994.
[3]曹佐勇，周治林.木孔礦井開拓方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化分析與探討［J］.煤炭工程，2007（12）：9－11.
作者:翟國(guó)星 單位:山西辰誠(chéng)建設(shè)工程有限公司