煤礦項目建設工程設計優(yōu)化實踐探索

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［摘要］對晉煤集團在建礦井東大煤礦的初步設計、施工組織設計和施工圖設計進行了優(yōu)化，并從巷道布置、采掘裝備、瓦斯抽放、工序轉換、硐室布局等方面進行了技術創(chuàng)新，找出一條系統(tǒng)簡單、功能不變、縮短工期、降低投資的良好途徑，實現(xiàn)了效益最大化。

［關鍵詞］工程設計；優(yōu)化；實踐應用

0引言

在煤礦項目生產(chǎn)建設中，礦井設計至關重要，設計工作中的每次方案比較，每項技術決定，甚至每個參數(shù)、系數(shù)的選取，都將對項目建設和以后的生產(chǎn)有著不同程度的影響。進入新時代，煤礦建設及生產(chǎn)的理念發(fā)生了質的變化，由最初重規(guī)模產(chǎn)量逐步向重質量效益轉變，而優(yōu)化工程設計是新理念最直接、最顯著的體現(xiàn)。晉煤集團東大煤礦作為在建的特大型礦井，在礦井初步設計、施工組織設計以及施工圖設計中，集思廣益，不斷對設計進行優(yōu)化，取得了較好的效果。

1礦井概況

晉煤集團東大煤礦設計生產(chǎn)能力500萬t/a，井田范圍117km2，主采3#煤層，平均煤層厚度5.32m，埋深在510~1065m，探明地質儲量8.43億t，為優(yōu)質無煙煤，煤層氣儲量115億m3，為高瓦斯突出礦井，水文地質類型為中等型，全井田帶壓開采。礦井為立井開拓方式，工業(yè)廣場共布置3個立井筒（主、副和回風），井深在580~610m，初期通風方式為中央并列式，后期為混合式通風方式。主井筒設置裝載硐室、煤倉、清理撒煤等硐室，配備2套36t箕斗；副井筒設置排水降溫管子道、安全出口、等候室、液壓操作配電硐室，配套1套寬體罐和1套交通罐；井底設置消防硐室、降溫硐室、變電所、水泵房、矸石倉等硐室。大巷為五巖一煤三進三回平行布置。礦井設計達產(chǎn)時共布置1個盤區(qū)，1個長壁大采高綜采工作面，保證礦井產(chǎn)量需要；布置2個煤巷連掘面，2個巖巷機械化掘進面，1個巖巷普掘面，滿足掘進需要。井巷總長度48400m，其中巖巷29570m，煤巷18830m。礦井于2018年9月開工建設，計劃2023年10月投產(chǎn)，設計建設工期為78個月。

2工程設計優(yōu)化

2.1初步設計優(yōu)化

初步設計作為礦井建設的總綱，在可行性研究的基礎上明確了礦井建設各系統(tǒng)的技術及經(jīng)濟參數(shù)，東大礦井在建井初期，根據(jù)煤礦發(fā)展趨勢對初步設計中巷道工程量、采掘裝備、瓦斯抽放、重要硐室等進行了優(yōu)化，在保證功能不變的情況下節(jié)省了投資。（1）降低巷道工程量。按照突出礦井規(guī)定，主要大巷需布置于巖層中，加之工作面需要提前布置底抽巷，增加了礦井巖巷工程量。隨著千米鉆機穿層長鉆孔的廣泛應用，采取一巷多用措施，縮減了多條工作面底抽巷；超前掘進3條開拓巖巷，利用開拓巖巷對盤區(qū)巷道進行消突，減少了盤區(qū)巷道巖巷工程量。經(jīng)優(yōu)化，總進尺由原先的61900m縮減到48400m，巖巷占比由70%降至55%~60%。（2）采掘裝備國產(chǎn)化。隨著國產(chǎn)采掘裝備質量的大幅度提升，經(jīng)調查研究，東大煤礦將原先計劃采購的多個進口裝備改為國產(chǎn)裝備，如進口連采機改為國產(chǎn)掘支一體機，可節(jié)省2套巖巷掘進設備。（3）瓦斯抽放靈活超前。通過綜合比較千米鉆機和普通鉆機施工特點，選擇合理層位，減少巖層鉆進量，確定千米鉆孔長度在400~600m，普通鉆孔長度不超150m，盡可能地實現(xiàn)一孔多用。（4）硐室簡單實用。主井井底清理平巷由溜槽運輸改為膠輪車運輸，副井井底30m水倉不保留清理斜巷，井底矸倉由立倉改為斜倉，各環(huán)節(jié)工程力求簡單實用。

2.2施工組織設計優(yōu)化

礦井施工組織設計是指導工程規(guī)劃、部署、組織、計劃的一種技術文件，提前做好了人、機、料以及環(huán)境的科學配置，是工程準備和施工的依據(jù)。東大煤礦經(jīng)過優(yōu)化施工組織設計，建設工期較原設計縮短了15個月。（1）臨時改絞期間不停掘。在3個井筒施工時，都有獨立的提升、通風等生產(chǎn)系統(tǒng)。當井筒落底且井下巷道貫通后，回風井筒的臨時主扇需要投入運行（高突礦井井筒貫通后回風井嚴禁提升），主井井筒需要對臨時絞車進行改造（工期45d），而副井井筒需要安裝永久提升系統(tǒng)。為保證井巷工程正常掘進，采用副井井筒一期裝備，對井底出矸、運料、人員運輸?shù)妊b置提前進行改造，同時在主井井筒臨時改絞期間，交叉施工副井永久井架灌注樁，既滿足了井巷施工要求，又保證了副井井筒永久提升系統(tǒng)的安裝不受影響。（2）井下一期巷道貫通工程。3個井筒相距較遠，直線距離均超過200m，其中主井和回風井筒井下貫通后巷道長度超過500m。由于主井井筒設計了3個水平（120m水平為井底，175m水平為裝載硐室煤倉下口，225m水平為煤倉上口和井筒聯(lián)絡巷），回風井筒設計了2個水平（120m水平為井底，170m水平為上馬頭門），為避免上一水平后期貫通施工給主井井筒施工造成影響，在施工組織設計中明確了主井220m水平與風井170m水平貫通、主井170m水平與風井170m水平貫通和主井120m水平與風井120m水平貫通同步進行。這樣可提前實現(xiàn)3條巷道貫通，縮短建井工期6個月。（3）水倉和吸水井聯(lián)合施工。水泵房內(nèi)的吸水井構造復雜，以往是在水倉與水泵房貫通以后再施工吸水井，這樣所需時間比較長。由于井底水倉的投運直接關系到三期工程能否順利進行，因此需要提前形成永久排水系統(tǒng)。首先將水泵房內(nèi)的應急水倉斜坡施工至吸水小井聯(lián)絡巷處，然后利用就近系統(tǒng)提前施工吸水小井、通風孔和小井聯(lián)絡巷，待主輔水倉和吸水小井貫通后，水泵房安裝工程也接近尾聲，這樣水泵房可提前1個月投運［1］。

2.3施工圖設計優(yōu)化

（1）鉆場設計優(yōu)化。原設計的抽放鉆場大多數(shù)布置在中央回風大巷內(nèi)距離3#煤層底板以下25~30m的巖層中，導致穿層抽放鉆孔巖巷工程量巨大。經(jīng)過優(yōu)化，對回風大巷采取抬坡的方式進行掘進，當進行至目標位置時，回風大巷的頂板距煤層的距離縮小至7m，在該位置布置千米鉆場，最大限度地降低了巖孔施工量。（2）降溫管路通道優(yōu)化。在副井井筒布置的2趟降溫管路，原設計經(jīng)過降溫管子道（副井馬頭門以上7m位置）后再接入井底車場降溫硐室。優(yōu)化后，將2趟降溫管路直接改為從副井馬頭門進入井底等候室，不需要經(jīng)過降溫管子道，可減少120m巖巷工程量。（3）巷道設計優(yōu)化。修改副井底調車硐室和主井煤倉上口檢修通道設計，可減少400m巖巷工程量。同時對建井期間的井下臨時水倉、變電所、調車硐室等巷道都設計為永久巷道，減少臨時巷道工程量。（4）交岔點優(yōu)化。礦井井底車場共設計16個交岔點，交岔點斷面跨度大，在牛鼻子處巷道高度可達7~8m，極易造成瓦斯積聚。根據(jù)礦井實際情況，將交叉點改為平頂布置，采用加長錨索（最長達12.3m）對頂部進行補強支護，降低了施工難度，消除了瓦斯隱患。（5）支護優(yōu)化。由于礦井埋深大、地應力大，井下巷道均采用準22mm高強錨桿錨索進行支護，其中錨桿、錨索間排距分別為800mm×800mm、1600mm×2400mm。通過地應力測試和地質力學評估，對巷道支護設計進行優(yōu)化，在對錨桿錨索施加更大預緊力的同時，將錨桿、錨索間排距調整為1200mm×1200mm、2400mm×2400mm，大幅度地降低了支護成本。

3結論

礦井設計工作貫穿煤礦建設和生產(chǎn)全過程，東大煤礦在礦井建設實踐中，緊抓礦井建設主線和投資重點，對重點工程設計提前進行優(yōu)化，效果十分顯著。目前礦井還在建設中，隨著巷道不斷延深，還會出現(xiàn)各種各樣的問題，如何尋求最佳路徑滿足礦井安全、進度、質量、效益需要，是煤礦始終面臨的課題，只有不斷創(chuàng)新，積極探索總結經(jīng)驗，才能更好地適應新時代賦予煤礦建設和生產(chǎn)的新要求。

［參考文獻］

［1］王健.劉橋一礦主井提升系統(tǒng)改造優(yōu)化設計［J］.煤礦技術，2008（10）：101-102.

作者:成小勇 單位:黑龍江科技大學采礦工專業(yè)