礦井建設的總體方案優(yōu)化設計

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摘要:現代礦井建設的總體方案優(yōu)化設計往往需要基于具體的礦區(qū)環(huán)境和開采施工條件，進行不同的方案制定，從而保證設計優(yōu)化方案與現實情況相契合。本文在對某礦區(qū)的井田地質特征進行研究后，對該地區(qū)的開拓方案進行總結，借由開采方案，社處處具體的建設方案優(yōu)化，并為今后礦井建設優(yōu)化方案提供了設計思路。

關鍵詞:礦井建設；開拓方案；優(yōu)化思路；永久裝備

現代礦井的建設總體方案優(yōu)化一般分為3個部分，分別為建設方案優(yōu)化、提升方案優(yōu)化以及通風方案優(yōu)化。其具體的優(yōu)化實施往往需要結合不同的礦井條件和開拓方法。譬如在主井的方案設計中采取先貫通先改絞，就需要設計者對工期時間、運輸安全進行全盤的考慮。因此筆者在進行方案優(yōu)化設計時選用了具體的礦井實例進行研究，使優(yōu)化設計方案可以落到實處。

1實例礦區(qū)條件概述

1.1礦區(qū)自然條件

本文所選取的實例礦區(qū)是我國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氣候，年均降水量600mm，均溫10℃，海拔1300m。從地質構造角度分析，該礦區(qū)的地層劃分應當屬于華北地層中的鄂爾多斯盆地分區(qū)，含煤層在侏羅紀中統(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，適宜機械作業(yè)。在某8.0Mt/a井田中，基底構造對煤層的控制較大，因斷層稀少、無巖漿活動，可借助三維地震勘探進行首采區(qū)研究，保證采礦生產安全。

1.2礦井開拓方案

針對該礦區(qū)的自然條件和地質構造，開采施工團隊擬定了施工開拓方案。礦井采用立井開拓，在場地內集中布置，并使用裝車方式進行布置裝車線遷出，場地中井筒分為主立井、副立井、回風筒3個，以保證開采后期的通風安全。3個立井在車場水平落底，并選用皮帶運輸作為主運輸方式，實現單水平開拓。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、一二號輔助運輸、一二號回風的五巷布置。

2礦井建設的優(yōu)化設計

2.1井筒貫通設計

對井筒貫通方案的設計，首先針對主井與副井。主井和副井距離為135m，需要通過對井底車場布置的研究，確定二者的相對關系，利用貫通方法形成環(huán)形車場[1]。本文在設計優(yōu)化中選用了2條線路進行貫通方案進行了分別設計.第一貫通線路施工時間短，無交叉點，且面向的貫通巷道斷面不大；第二貫通線路施工時間長，需要盡早展開工作面，為了保證施工質量，換裝硐室需要采用小斷面設計。主井和風井之間的距離為175m，同樣需要明確井底車場布置以及相對位置關系，本文為其設計了一條貫通線路。設計內容中，西側回風大巷設計為35m，聯(lián)絡巷50m，二號回風大巷45m，主井井底聯(lián)絡巷道70m，撒煤清理硐通道40m，總長度240m，預計施工期為100天[2]。

2.2臨時改絞方案設計

在礦井開采過程中，一般會通過將矸石提升到地面的方式來保障施工速度。在該井田的開采中，總共4條長度約為2900m的輔助運輸順槽，其出矸量超過了1200m3/d，因此需要對主井和風井設計優(yōu)化臨時改絞方案。其中，主井臨時改絞方案的確定在研究的了井筒提升機、直徑、提升方向后確定選用。方案中，設計一組雙層雙車的臨時罐籠，使其提升能力滿足750m3/d的既定標準要求，使人工推車的勞動強度最大限度降低，提升施工周轉效率。風井臨時改絞方案則選用了曾在內蒙古泊江海子礦井中取得優(yōu)異效果的1對8m3箕斗、1架1.5t單層雙車臨時罐籠的方案，通過二者的共同工作，使提升能力達到了2300m3/d。其中，箕斗的能力大，潛力強，對高速施工的適應能力好，能夠滿足本礦井的提升需求[3].

2.3施工提升

在實例礦井建設期間，主要將主筒施工、巷道施工進行了分別提升。其中，主筒施工的提升優(yōu)化方案設計為：將副井井筒、主井井筒和風井井筒根據其特點進行提升機和吊桶的配套。本文選用了大型提升機3套以及大吊桶3套為主井井筒和副井井筒進行配套，大型提升機2套和大吊桶2套為風井井筒配套，利用吊桶掉底的方式，借助提升機進行提升。其中，主井吊桶的提升時間設計為400天，副井吊桶提升時間設計為540天，風井吊桶的提升時間設計為380天。巷道提升則涉及到巷道的臨時罐籠能力、提升能力以及出巖量等內容。以出巖量為例，本文對施工期間巷道斷面、巖石的松散系數以及各時段出巖高峰進行了統(tǒng)計，最終得出了煤松散系數約為1.72，巖石松散系數約為2.11。對于工作面來說，這一系數的得出使得施工設計將之前的5個掘進頭增加了2個，以保證工程的順利展開[4]。

2.4壓風與通風安全

在礦井建設過程中，相較于生產期間，用風量有十分巨大的提升，因此為了滿足施工需求，結合各類壓風設備的特點，本文針對主副井和風井不同的風量進行了壓風設備的選擇。其整體原則為以地面臨時壓風系統(tǒng)為主，必要時選用永久壓風管路。在井筒的施工建設期間，需要通過通風方案的設計來保證工作面形成的炮煙順利排出，保證生產安全。鑒于本文所選用的礦井實例中主井、副井、風井3個井筒的深度都在600m左右，且凈直徑達到8m以上，因此采用了壓入式的通風方案設計，利用安裝在地面的局部通風機，將新鮮的風流導入，并借由通風機中的玻璃鋼風筒到達工作面，乏風排除[5]。

3礦井建設一般優(yōu)化思路

3.1優(yōu)化思路前提

在本文的井田開拓施工中，主井井筒的施工時間為12月底、風井井筒則為1月中旬，副井井筒為11月初，對于西北方地區(qū)年均溫10℃的氣象條件來說，這一時期正值隆冬，氣溫寒冷。對于困難的氣候條件對施工工況的影響來說，優(yōu)化設計需要首先預算施工周期，保證施工完成時間氣候條件滿足，從而為回采留出瓦斯抽離的時間。

3.2優(yōu)化方案選擇

本文在進行礦井的總體施工方案優(yōu)化設計時供給設計了3套優(yōu)化方案，分別以副井的永久裝備的根基，通過主井和風井永久裝備的協(xié)調來滿足不同施工條件的需求。在具體的方案選擇過程中，設計者需要認真對比考察永久裝備順序、提升運行中運行與持續(xù)的時間、瓦斯抽放系統(tǒng)的運行方式、生產煤總量、經濟效益的預估等多個層面來進行研究，從而明確自身設計的側重點和傾向方向，最終選定優(yōu)化方案，保證施工質量，實現建設優(yōu)化。

4結論

本文在進行礦井的建設總體方案優(yōu)化設計研究中發(fā)現，設計者需要結合礦井的具體自然條件和施工環(huán)境，通過不同內容和側重點的對比，來最終確定優(yōu)化設計方案。在分析和探討時，可以針對方案優(yōu)劣勢、經濟效益、安全可靠性等大方向進行研究。在方案執(zhí)行的過程中，還需要對開采施工中的難點和重點進行實時跟進，從而保證問題的及時解決。

參考文獻：

[1]陳吉華.張集礦井開拓布置及其特點［J］.煤炭工程，2002（12）：7－9.

2]董方庭.井巷設計與施工［M］.徐州:中國礦業(yè)大學出版社，1994.

[3]曹佐勇，周治林.木孔礦井開拓方案技術經濟優(yōu)化分析與探討［J］.煤炭工程，2007（12）：9－11.

作者:翟國星 單位:山西辰誠建設工程有限公司