按照客观经济规律优化岱庄矿井设计.pdf

迎 生筮垒期堪芷遮进 3 济南煤炭设计研究院何芳现 摘 要介绍2 4 个月建成1 5 0 万t ，a 生产能力的岱庄矿井设计优化。 关键词矿井设计优化 岱庄矿井是在我国改革开放新形势下设计和 建设的。在设计中坚决贯彻党的基本路线和两个 根本转变的战略决策，依靠科学技术进步，以提高 经济效益为中心，对设计不断优化和积极创新，经 过设计、施工、建设等单位的共同努力，已建成为 投入少、工期短、质量优、效率高、效益好、环境优 美的现代化矿井。 岱庄矿井1 9 9 8 年1 月2 6 日正式破土动工， 2 0 0 0 年1 月2 6 日投入试生产，工期只有2 4 个月。 经山东工程质量监督中心站验收认证，各单位工 程全部合格，按煤炭建设工程质量认证办法规 定，工程计算得分达8 8 ．3 8 分，评为优良工程。截 至2 0 0 0 年1 2 月已产煤1 1 0 万t 。预计2 0 0 1 年产 量将达到1 8 0 万t 以上。 1 设计简介 岱庄矿井位于山东省济宁市北郊，隶属于淄 博矿务局。井田东西长9 ．2 k m ，南北宽7 ．2 k m ，面 积6 5 饼。含煤地层为石炭二选系，含4 个可采煤 层，主采3 ．煤层，厚0 ～6 m ，平均2 ．5 m ，倾角一般 5 0 左右，煤质为低灰、特低硫、高发热量的优质气 煤，矿井正常涌水量4 8 0 耐／h 。矿井地质储量3 9 0 ． 4 3 M t ，工业储量3 1 6 ．2 3 M t ，可采储量1 6 0 ．0 9 M t 。设 计能力1 ．5 M “a ，矿井服务年限7 6 a 。 矿井立井开拓。在工业广场内布置主、副、风 三个井筒，主并蝉．5 m ，副井嘶．5 m ，风井筋．o I I l 。 井底水平标高一4 1 0 m 。 井下开采 见图l 、图2 。初期采区选择在井 筒及工业场地保安煤柱的北面，投产一个采区一 长一短两个综采工作面，面长分别为1 5 0 m 和 ‰，工作面推进长度1 0 0 0 ～2 0 0 0 m 。移交生产时 井巷工程量为1 2 ‰。 主井提升系统主井布置1 对载重1 2 t 多绳 箕斗。选用删D 3 ．5 4 Ⅲ E 落地式多绳提升 机，电气设备选用瑞典A B B 公司，提升机的最大 提升速度8 ．7 9 “s ，直流直联同步电动机功率 1 3 0 0 l 【w ，年提升能力2 1 3 万t ，提升机采用计算机 全数字调速监控，可实现主井提升全部自动化。 副井提升系统副井布置1 套提升设备，1 个 加宽型 4 3 1 0 1 7 ‰ 大罐和1 个标准罐笼。选 用J 砌．5 4 Ⅲ E 落地式多绳提升机，电动机 功率1 2 5 0 k W ，最大提升速度8 ．7 3 “s ，供电方式采 用晶闸管直流系统。提升机采用计算机全数字调 速和监控系统。 ／ 蚀1．0V1 ／ _ - _ _ j 影样f - 咐。1 ／么 钐k 7 么 缉 扩 r ／ ／，，一l u ‘似z 彳，≤ 趣编鬻工醉湎连i i 糟 卜t l l 蛆L r矽“一 1 一 土 毽啦，＼州0 幽l 7 ， 一一 n 1 ／船3 L 批傅 1 。 z j I [ 。氏。一翮鬻‘攀堪 ll 产i 0 [ _ ～』门．。 一 ，l 拓。j l }＼ ’ 7／，∥- } I 腿t t ‘- 图2 采区巷道布置图 万方数据 生煤贮遮 土趔 生筮垒翅 通风系统风井与主、副井在同一工业场地 内，为中央并列式通风方式，初期风量8 0 甜／s ，负 压1 5 8 9 ．8 P a ；后期风量1 2 0 甜／s ，负压为1 9 6 0 ～ 2 6 1 5 P a 。通风设备选用G A F 一2 3 ．7 1 1 ．8 1 型 轴流式风机2 台，初期电机2 5 0 k W ，后期6 3 0 k W 。 排水设备矿井设计涌水量5 0 0 甜／h ，选用4 台D 5 0 0 5 7 9 离心式水泵，电机功率1 0 5 0 k W ， 排水管为3 趟∞2 5 1 3 无缝钢管。 空气压缩设备设计地面集中供风方式，选用 4 台L 一2 2 ／7 空压机，电机功率1 3 2 k W ，排风量2 2 甜／n l i I l ，压力0 ．7 M P a 。 供电系统矿井设1 1 0 k W 变电站，电源引自 济宁东北郊2 2 0 k v 区域变电站，主变压器选用带 负荷自动调压的1 6 0 0 0 k V 变压器2 台，1 1 0 k v 开 关选用承一1 1 0 组合开关。 井下环境监测和生产监控系统本矿井采用 l J 一6 6 型矿井监测监控系统。对井下各地点的 瓦斯、C O 、风速、负压、温度、烟雾等环境进行监 测，对矿井主要设备的生产过程和运行情况进行 监控，并有数据采集储存，记录报警趋势分析，自 动报表等功能。 地面布置按建筑物的功能划分成三个区一 是场前区，位于工业场地的南部，主要由办公楼、 职工食堂、1 1 0 ／3 5 k v 变电所组成；二是生产区，位 于场地的中部和东北部，由煤的提升、加工、洗选、 储装等组成；三是辅助生产区，位于场地的西北 部，以副井为中心，主要有修理车间及综采设备 库、锅炉房、排水联合泵房、坑木加工房、通风机 房、防火灌浆站等组成。工广布置紧凑合理，功能 分区明确，工艺流程清晰便捷，环境优美舒适，占 地总平面积1 2 ．6 6 h a 包括矿井及选煤厂 。 矿井初期全员功率6 t ，工，在籍人数1 2 0 0 人； 矿井设计概算投资7 ．4 亿元，截至2 0 0 0 年1 月2 6 日投入试生产时投资只有5 ．2 亿元。 2 设计优化创新主要内容 2 ．1 设计与地质勘探配合，深入分析地质资料 地质资料是矿井设计最主要的基础资料，设 计总结过去矿井建设经验，在岱庄矿井地质勘探 时就开始配合地质部门研究勘探设计和地质问 题。本着“全面控制，搞清规律，抓住重点，确保采 区”的原则布置勘探工作量。同时酝酿矿井开发 设想 井口位置、初期采区等 ，对地质勘探及时提 出具体的要求 勘探程度和重点提供资料的内容 等 。这样即让地质人员了解设计意图，也使设计 人员吃透地质情况，尽可能把地质问题解决在勘 探中，避免了以往设计等地质报告提出后，才研究 资料发现问题，造成勘探和设计反复，给施工和生 产造成浪费现象。岱庄矿井通过设计与地质部门 密切配合，不仅节省了勘探工作量和费用，也为矿 井顺利建设与生产打下了可靠的基础。 2 ．2 按照客观经济规律，合理确定生产能力 生产能力是矿井最重要的技术经济指标。岱 庄矿井设计生产能力1 5 0 万t ／a 。设计是按照岱 庄矿井本身的客观条件和顺应市场经济的发展要 求确定的。在济东矿区总体设计中岱庄矿井的设 计生产能力是2 4 0 万t ／a ，我们经过认真分析煤层 的赋存特点和开采条件，从可能和需要、技术和经 济、宏观和微观各方面多方案比选论证，认为设计 生产能力1 5 0 万t ／a 工程量少、投产快、吨煤投资 省、经济效益最好。不仅能保证矿井合理的服务 年限和正常的生产接续，而且为今后的发展留有 余地，可使矿井取得最佳的经济效益。对一个矿 井来说，在一定历史阶段，根据煤层本身的赋存及 开采条件以及市场发展需求，客观上存在一个经 济合理的生产能力，这就需要我们认真地去分析 研究。投产以来的实际证明，设计确定的生产能 力是合理的，矿井主要生产系统环节都已达到设 计生产能力，整个系统运行良好，也使岱庄矿井成 为全国建成速度最快，达产时间最短，经济效益显 著的矿井。 2 ．3园地制宜，合理选择开拓开采系统 岱庄井田表土层厚约2 7 0 m ，采用立井开拓方 式。井口位于井田中部，靠近初期采区，有利于前 期开采，又照顾全井田开拓，整个开拓系统简单， 工程量省。井筒到底就在地质与开采条件好的部 位布置投产采区。而且大巷开出保安煤柱后直接 进入首采工作面 见图2 。大大简化了开采系 统，即节省了巷道工程量，又缩短了建设工期和初 期投资，为矿井2 4 个月建成生产出煤打下了良好 的基础。 2 ．4 坚持设计改革，改进 优化 采煤方法 岱庄矿井位于济宁市北郊，地面村庄稠密是 矿井的突出问题，井田内共有村庄7 5 个，1 ．3 万 多户，还有1 5 个工厂、机关和学校，压煤量占全矿 井的7 0 ％，因此妥善研究解决村庄下采煤是矿井 开采设计的关键。为此设计进行了广泛的调查研 万方数据 缝i 生筮垒魍堪芷遮让5 究，收集国内外建筑物下开采的资料。大胆进行 设计改革，努力探讨新的采煤方法，同时对岱庄煤 层覆岩规律进行研究，用计算机模拟方法预计地 表移动规律，大胆提出了分期进行条带开采的采 煤方法，即先采用条带跳采，在保证建筑物安全的 条件下，再对留下来支撑上覆岩层的条带煤柱实 行第二次开采。两次开采的结果等于采用特殊的 方法全部采出建筑物压煤。该方法的特点是第 一次条采时，地表移动和变形很小，下沉系数仅 0 ．2 ；第二次开采时，由于存在较长的时间间隔，第 一次开采引起的采动附加应力已部分释放不再迭 加，再加之第二次开采时易于采用协调开采技术， 所以，其变形比常规的长壁开采要小得多。从而 既解决了井下煤层开采，地面又不用搬迁村庄，土 地亦不影响播种。 2 ．5 改革巷道布置和支护方式 井下巷道全煤层布置，运输和通风环节少、系 统简单。巷道支护除了立井井筒和井底车场主要 硐室外，全部采用锚喷、锚网、锚网喷、锚索等支 护，尤其是顺槽设计积极推广锚索支护，代替传统 的工字钢支护方式，大大减轻了劳动强度，加快了 掘进速度，降低了成本，提高了效率。 2 ．6 推广条带综采技术 矿井投产初期布置一长一短两个采煤工作 面，长壁面在非压煤区开采，在建筑物下开采。短 综采面开采参数和设备选型，目前国内还没有较 成熟的经验，设计和建设单位与设备厂家积极攻 关，经广泛调查论证后较合理的选择了适合岱庄 矿井的开采技术装备。有效的解决了矿井开采问 题，并取得了良好的经济效果，短综采面日产达 2 0 0 0 t ，平均月产4 ．2 万t ，超过了设计生产能力。 2 ．7 优化井筒施工设计，加快矿井建设速度 井筒施工是矿井建设的关键工程，为确保质 量和进度，设计采取了以下技术措施 1 优化设计井壁结构，敢于创新。如冻结段 井筒内壁设计岱庄矿井冻结深度较大，深部井壁 较厚，自上而下井壁厚度变化范围较大。若内壁 厚度变化次数过多，施工中就要相应多次改变外 壁模板直径，造成模板费用增加；同时，多次拆装 模板。对井筒施工速度的提高也极为不利，因此， 设计中应用计算机程序模拟井壁结构，经过大量 的计算分析，确定了适当的计算段高，对不同深度 处的井壁，合理调整井壁厚度、混凝土强度等级及 配筋量三者之间的关系，深部井壁采用高强混凝 土来减薄壁厚，每个井筒冻结段内壁厚度只变化 了一次，对确保井筒质量和进度起到了积极作用。 2 岱庄矿井表土层厚约2 7 0 I I l ，是山东省已 建成煤矿中最大的。根据近年来华东地区有许多 井筒在基岩与表土交界处发生破坏的情况，分析 其原因，是由于采矿活动等因素引起深厚表土层 疏排水固结沉降而产生的竖直附加作用于井筒 上，由此产生的压应力超过混凝土的抗压强度时 引起井筒破坏。在岱庄矿井井筒施工中，利用部 分冻结孔对表土段的含水层进行地面预注浆，加 固充填含水层裂隙，使井筒周围的砂土形成一个 有一定厚度的相对致密的“砂土桩”，从而减少井 筒正常使用期间的漏水，将来地表下沉时，由于 “砂土柱”下沉量较小，竖向附加力主要由该“砂土 柱”承担，井筒受到的竖向附加力将大大降低，从 而保护井筒不致破坏，确保井筒长久安全。 3 治理基岩段涌水。地面预注以粘土为主 的粘土水泥浆，效果好，成本低，为同类型矿井的 建设提供了很好的经验，值得大力推广。 4 主、副井均采用了永久井架掘井，节省了 改变时间，又减少了大临工程和投资。 5 井筒装备主、副井均采用玻璃钢罐道；梯 子问采用井壁吊挂梯子间与整体平台板设计，节 省了材料费和安装费，缩短施工安装工期。 6 井筒施工情况风井于1 9 9 8 年1 月2 6 日 正式开挖，1 9 9 8 年6 月1 6 日到底，施工工期为5 个月，冻结段外壁掘砌最高月进尺1 9 1 ．6 m ，整个 井筒平均月成井8 5 ．7 m 。 副井于1 9 9 8 年4 月1 0 日正式开工。1 9 9 8 年9 月2 6 日到底，施工工期5 ．6 个月，冻结段外壁掘 砌最高月进尺1 8 3 ．8 m ，基岩段最高月进尺 1 3 0 ．3 m ，平均月成井8 4 ．9 m 。 主井于1 9 9 8 年7 月3 日正式开工，1 9 9 8 年1 2 月1 5 日到底，施工工期5 ．4 个月，冻结段外壁掘 砌最高月进尺1 8 7 ．6 m ，基岩段最高月进尺 1 2 2 ．3 m ，平均月成井8 3 ．4 m 。 三个井筒施工非常顺利，均创造了当时同井 径冻结段施工的全国记录，且井壁质量完好。 2 ．8 优化系统环节 1 主井提升系统主井提升是矿井正常生产 和增产的最关键环节，设计在技术经济分析的基 础上经多方案论证确定主井绞车国产，电控系统 引进。主要理由是国产3 ．5 m 绞车技术过关，投 资省；而电控和自动化对矿井生产至关重要，国内 万方数据 亘煤芝遮i 土塑 玺筮垒魍 电控设备与国外有一定差距，引进设备虽然投资 高，但设备性能好，事故少，综合经济效益好。经 过一年多地运行实践证明系统是合理地。 主井电控系统全套引进瑞典A B B 公司，其装 备的D C Ⅵ啪变流器装置、A C l l 0 控制装置、 √6 咀M 1 1 0 监控装置、W e s t i I l g h o u s e 公司的W E S M 帅 井筒控制系统，均具有国际先进水平。 直流驱动系统采用功能强大的D C v 7 0 0 系列 全数字变流器装置，每台变流装置均由独立的 D D C 数字控制器控制，A P C 应用控制器负责整个 直流驱动系统的控制，驱动系统相对独立工作，可 灵活方便的实现满载半速。电气调节控制系统实 现全数字化。 2 副井提升系统副井提升为国内最先采用 先进的全数字化调节控制系统的几套可控硅直流 提升机之一。其先进的数字调节控制系统、优良 的运行性能和稳定性结束了模拟调节系统可控硅 直流提升机的历史使命。副井提升机电控系统主 回路系统设计为1 2 脉动供电系统，有效的抑制了 对电网造成严重污染的低次谐波分量。副井提升 仅用1 ．5 个月就完成调试，比模拟调节系统减少 2 个月的调试周期，9 9 年5 月正式投入运行。 3 矿井通风系统 选用G _ 啦3 ．7 1 1 ．8 1 轴流式扇风机。该 设备是上海鼓风机厂引进德国里兹公司技术生产 的，该机高效、噪音小、调整方便、电耗低。设计选 用一套在线检测装置，对风机的风量、风压、轴承 温度、振动等进行监测，并对运行情况进行显示。 从1 9 9 9 年1 1 月1 0 日一次试车成功并投入运行， 至今运行稳定、正常，保证了矿井通风安全。 4 1 1 0 k V 变电所岱庄1 1 0 k V 变电所是山东 煤炭系统第一座三卷式主变，全国煤炭系统第一 个采用全微机监测、监控及保护的变电所。微机 监测、监控及保护设备均为国内目前最先进的，功 能齐全，对变电所的运行全面监测监控。大大提 高了变电所的自动化水平。在变电所设计中采用 智能型免维修铝酸蓄电池直流电源系统。不仅增 加了二次系统的安全可靠性，而且大大降低了维 护工作量。并可与微机监测系统接口，随时检测 直流电源的情况。 设备选型先进可靠，主变压器及动力变压器 均选用新型节能产品，各电压等级的配电装置均 选用无油化产品，减少了维护工作量，提高了供电 的安全可靠性。无功功率补偿装置采用新型的滤 波补偿装置，既提高了功率、节省了电能，又消除 了高次谐波的危害，对设备的可靠运行起到了良 好的作用。 5 安全监测和生产监控系统矿井采用目 一6 6 监测监控系统，它是全矿井生产调度和指挥 的核心设备，具有全矿井各种环境参数和矿井主 要设备工况进行监测、监视，数据采集、贮存、记 录、报警、趋势分析、报表生成，并在地面实现对井 下主煤流胶带输送机的集中控制。 2 ．9 改革地面布置 在矿井地面设计中，彻底改革过去煤矿办社 会大而全的体制和模式，合理规划好煤矿生产、生 产服务与生活服务三条线。按照“依托社会办矿” 的思想，将生产服务与生活服务社会比、城市化。 矿井不另设居住区，从而节省了工厂占地和基建 投资，简化组织管理工作，达到减员增效目的。该 矿井地面设计改革的模式和经验成为煤炭系统学 习的典型。 2 ．1 0 优化工业场地布置 设计矿井工业场地总平面布置体现了功能分 区明确、布局合理、生产工艺流程便捷、注重环境 质量与内外部环境协调、布置紧凑、节省占地。在 整体布局上，设计充分考虑了气象因素与功能区 域的工艺合理性关系。 场前区作为整个矿井的“形象工程”所在地， 布置简洁大方，矿井主大门以略呈弧形的综合办 公楼作为进场对景，西侧的食堂，东侧的变电所， 并配置广场道路、绿化将场前围合成一个大小适 宜、视觉合理、环境清静、内外联系方便的场前小 区，给人一种新颖明快、舒适的感觉。办公楼建筑 设计体现现代风格，无论是布局、空间形象和场区 绿地等都和谐协调，较好地体现了跨世纪现代企 业的形象，深受业主和各方面的高度赞赏，成为全 国形象最好的煤矿之一。 3 结束语 岱庄矿井成功地设计、施工和生产经验，对今 后类似矿井设计，特别是开拓开采系统优化，地面 合理分区布置，井筒设计和施工方法，中厚煤层建 筑物下开采，系统能力合理配套等都有广泛地推 广意义。 责任编辑章新敏 万方数据