礦井建設的總體方案優化設計

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摘要:現代礦井建設的總體方案優化設計往往需要基于具體的礦區環境和開采施工條件，進行不同的方案制定，從而保證設計優化方案與現實情況相契合。本文在對某礦區的井田地質特征進行研究后，對該地區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化，并為今后礦井建設優化方案提供了設計思路。

關鍵詞:礦井建設；開拓方案；優化思路；永久裝備

現代礦井的建設總體方案優化一般分為3個部分，分別為建設方案優化、提升方案優化以及通風方案優化。其具體的優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化設計時選用了具體的礦井實例進行研究，使優化設計方案可以落到實處。

1實例礦區條件概述

1.1礦區自然條件

本文所選取的實例礦區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，該地區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，該礦區的地層劃分應當屬于華北地層中的鄂爾多斯盆地分區，含煤層在侏羅紀中統延安組中，走向分布為凹陷區和隆起區相間，煤層傾斜角度最高為5°，且賦存穩定，厚度大，適宜機械作業。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研究，保證采礦生產安全。

1.2礦井開拓方案

針對該礦區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形車場[1]。本文在設計優化中選用了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，聯絡巷50m，二號回風大巷45m，主井井底聯絡巷道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礦井建設一般優化思路

3.1優化思路前提

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優化方案選擇

本文在進行礦井的總體施工方案優化設計時供給設計了3套優化方案，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的時間、瓦斯抽放系統的運行方式、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，最終選定優化方案，保證施工質量，實現建設優化。

4結論

本文在進行礦井的建設總體方案優化設計研究中發現，設計者需要結合礦井的具體自然條件和施工環境，通過不同內容和側重點的對比，來最終確定優化設計方案。在分析和探討時，可以針對方案優劣勢、經濟效益、安全可靠性等大方向進行研究。在方案執行的過程中，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