常村矿井开采设计方案的改进.pdf

恪 ⋯ 圈 圆 困 因 l ／ 弓 ～～～～ 选计 I J 册 暴 谶 计 方 案 的 改 进 常村煤 矿副总I程师 壬室 太原 煤矿 设 计研 究院副 总 程 师 孙 ．．．世 _-- 俊 ----- - 常村矿井由原联邦德国蒙坦咨询公司提供技术 咨询服务， 太原煤矿设计研究院编制矿井可行性研 究报告 代初步设计 ， 并于 1 9 8 3 年 l 1 月2 7日得到 国家计委批准。1 9 8 5 年 7月 1日破土开工。常村矿 井是煤炭部首次从世界银行筹借部分贷款的第一个 现代化特大型矿井， 设计规模为年产原煤 4 Mr 。 该矿 位于 山西省长治市屯留县境内， 由潞安矿务局管辖。 1 常村矿井地质概况 常村矿井位于沁水煤 田的东南部 ， 屯留祥查区 的东部 井田内地层走向近于南北 ， 由东向西倾斜 ， 地层倾角为 3 。 ～1 2 。 ， 一般在 3 。 ～5 。 。 含煤地层为上石炭统太原群及下二迭统 山西 组。井 田内计算储量的可采和局部可采煤层有 3 、 8 、 9 、 1 2 、 1 5 、 1 5 、 1 5 共七层煤。主要 可采煤层为 3 煤层和 1 5 煤层组 ， 其 主要煤层特征 如表 1 。 煤层大部分为单一的贫煤， 井 田东部井界浅 部为偏贫煤， 西部 1 5 煤层为无烟煤 。 衰 I 矿井主要可采爆层特征衰 煤 厚度 m 攥 层 夹 稳 顶底板岩性 屡 最小～最大 间 石 定 可采 编 距 层 程 情况 顶板 底板 号 平均 m 披 度 4 ． 8 4 ～7 ． 3 2 垒井田 荻黑色j瞄 酥灰色糟 3 0 ～3 稳定 眇岩泥岩 岩细砂岩 6 - 0 S 3 2 可采 O ～I ． 3 5 局部 黑色 灰黑色 l 5 一 0 ～3 稳 可采 岩炭质 0 6 5 1 ．“ 定 泥岩 泥岩 O ～0 - 8 7 雨 局部 灰黑色 嶷质泥岩 l 5 - i 0 ～3 稳 可采 泥岩 0 -5 7 定 3 ．1 目 O ～2 ． 3 7 稳 昧冲艘 l 5 - i 0 ～3 ， 卜 垒井 捉色泥岩 灰色泥岩 1 -6 6 定 口可 煤尘具有爆炸危险性 ， 无 自燃现象 。 矿井属高瓦 弋 D 2 斯矿井， 中央并列式通风系统， 抽出式通风方式 。 全井田地质储量为8 ． 8 亿t ， 可采储量为5 亿t 。 第一水平地质储量为 4 ． 1 亿 t ， 可采储量为 2 ． 3亿t ， 均为 3 煤层。 矿井设计服务年限为 8 8 年 ， 第一水平 服务年限为 4 2 年 。 2 常村矿井开采设计改进的特色 在原联邦德 国蒙坦咨询公司技术服务下 ， 常村 矿井设计具有西欧国家开拓分区方式的模式和先进 性 。 在原联 帮德 国蒙坦公司服务下， 太原煤矿设计 研究院改进了常村矿井的开采系统。 其指导思想是 力求减少矿 井井巷工程量 ， 减少岩巷， 增加煤巷， 加 快矿井建设速度， 缩短建井工期， 早出煤， 提高效率 和经济效益。 在矿井设计中， 对原设计进行 了分析和 论证 ， 提出了新的开采系统方案。 常村矿井原设计的 矿井开采系统如图 1 。对几个开采系统方案在技术 和经济技术指标分析对比后， 确定了新的改进方案， 改进后矿井开采系统如图 2 。 修改后的矿井开采系统具有如下特色 2 ． 1 减少 1井筒数 目 原设计有五个井筒。 在通风设计中， 原设计为对 角式通风系统， 设南翼进风井和南北翼回风井。 由于 采区上下山集中布置在井底车场附近， 经过分析对 比， 决定改为中央并列式通风， 设一个 中央风井 净 直径 5 5 m ， 并安设梯子间作为一个安全出口。这 样， 减少了一个进风井和一个回风井 ， 不仅减少了开 拓工程量， 而且有利于井筒的贯通 ， 节省了矿井投 资， 缩短了建井工期。 3 1 维普资讯 2 ． 2 靠近I业广场 南北布置投产采区， 实现单翼开 采， 减少矿井初期井巷I程量 原设计采用长向长壁倾斜分层采煤法， 采 区为 双翼开采 ， 顺槽走向长 l O 0 0 m， 工作面长度 1 5 0 m。 但 结合采区的划分， 回采工作面布置在矿井南北翼延 展较长， 使开拓和准备巷道 以及 回采工作面施工、 设 备搬迁、 材料运送、 接续等战线较长 ， 同时在矿井投 产前还需施工约3 5 0 0 m的运输大巷等。这样布置， 对投产水平来说， 虽然为矿井后期的开拓准备减少 了压力， 但在矿井建设期 间井巷工程量大 ， 工期长 ， 投资多。常村矿井为世界银行贷款项目 总投资为 7 7 7 7 ． 7 4万美元 ， 利息 8 ， 若拖延工期一年， 仅投 资利息就要多支付约 6 5 万美元， 又加当时我国煤炭 企业基本建设费用由国家拨款改为贷款， 若矿井建 设投资多， 则所承担的利息就多 ， 偿还期加长， 经济 效益就差。 因此， 矿井设计的改进不仅要综合考虑技 北一下 l O O om 术经济的合理性， 还要考虑长远和照顾当前， 既要考 虑投产后的生产也要照顾建井期间巷道施工， 力求 达到投资少， 工期短， 受益快的目的。 针对上述存在的问题， 重新划分采区， 将设计的 四个采区布置在紧靠工业广 场， 将采区划分为单翼 开 采。采 区 走 向 长 度 由原 来 的 l O 0 0 m 加 长 到 2 0 0 0 m。 井下原煤运输全部采用皮带。 这样不仅减少 了煤柱损失， 为国家多采出煤炭， 而且也减少了建井 期间巷道施工搬家战线过长的问题。 在矿井投产后 ， 能实现集 中生产， 充分发挥采掘设备的能力， 提高采 区和工作面生产能力， 缩短运输战线， 减少了环节生 产人员， 也便于集中管理。改进的矿井开采系统 ， 南 北翼运输太巷总长度约 1 5 0 0 m。设计的四个采区可 采储量丰富， 采 区服务年限为 1 5 ～2 0年， 因此， 在矿 井投产后 ， 能有充足的时间进行新采区的开拓和准 备。 圉1 潞安常村矿井原方案示意圉 2 ． 3 减少岩巷 ， 增加煤巷 原设 计 井 巷 工程 量 中， 岩 巷 工 程量 较 大， 为 2 7 0 3 8 m， 占总工程量的 4 6 ． 4 。分析其原因， 主要是 由于采区开拓和准备巷道布置在煤层底板 底板岩 巷、 煤层联络巷、 材料转运站以及采区上 下 山均布 置在岩层中 。 在尽量多掘进煤巷 ， 少掘进岩巷的思想 指导下， 经分析对 比后， 决定将原采区布置 的三条上 3 2 下 山 一条煤 ， 二条岩 改为二条上 下 山， 且均布 置在煤层 中， 同时也减少了其它岩巷工程。 这样 ， 很大 程度上改变了煤 、 岩巷道的比例， 使岩石工程量由原 2 7 0 3 8 m下降到 7 3 5 1 m 实际施工中， 由于地质构造 影响， 岩巷有所增加 ， 占总工程量的 1 6 ， 煤巷工程 量由4 6 ． 4 增加到 8 4 。设计方案修改前后的比 较 见表 2 。 维普资讯 衰 2 设计方案修改的后比较衰 项 目 原设计 修改后的设计 ⋯蛆 l 豁 总 工 程 量 46 4 善 薹 参薅 仰 上 投资 矿 5 2 井 8 6 总 5 , 投 1 8 资 元 磊 悉蔓 j 2 ． 4 改普采为综采， 实现矿井集中生产 随着综采技术的发展， 综采已成为采煤的主要手 段 。因此 ， 巷道开拓布置应适应综采单产高和生产集 中的原则 ， 这不仅有利于生产， 而且可减少矿井开拓 量， 节约投资 ， 缩短建井工期 在修改矿井设计中， 建 设单位对矿井设计提出了一些合理的修改意见， 如改 普 采为综采 ， 实现矿井集中生产 ， 经太原煤矿设计研 究院同意， 将矿井移交生产时工作面的个数由原设计 的 l 0 个改为 5个综采工作 面 其中一个为备用工作 面 。这样， 矿井 总井巷 工程量 由 5 0 4 4 5 m 降至 4 4 8 5 0 m， 工程量减少 5 5 9 5 m， 极大地缩短了建井工期 ，节约了投资费用， 仅减少井巷工程量长度一项就节 约费用约 7 0 0万元 ， 从而大大改善了矿井设计的技术 经济面貌。 2 ． 5 加 大回采I作 面长度 根据 1 9 7 5 ～1 9 8 3 年山西省统配煤矿 5 O 个综采 工作面的统计资料， 工作面平均长度为 1 4 1 ． 2 6 m。在 采厚为 2 ． 8 ～3 ． 3 m 的 2 4个工作面 ， 其平均长度为 1 3 6 ． 9 6 m。与潞安矿区煤层条件相似的几个矿区， 采 厚 2 ． 8 ～ 3 ． 3 m 的 l 4个 工 作 面， 平 均 长 度 为 1 3 5 ． 5 7 m。 潞安矿务局现有综采工作面的平均长度为 1 4 6 、 3 m。 原设计考虑到上述统计资料， 结合常村矿井 实际情况， 最后确定工作面长度为 1 5 0 m。 蒙坦公司在咨询服务过程中认为， 随着采煤工作 面机械化特别是综采机械化的发展， 工作面单产逐年 提高， 由此带来显著的技术经济效果， 使矿井生产集 中化程度提高， 最终反映到效率提高和成本降低 欧 洲 国家普 遍 采取加大工 作面长度 的措施 ， 应发展 2 0 0 m左右的长壁工作面 ， 而冒落法管理顶板的工作 面长度应在 2 0 0 m 以上。同时介绍 了原联邦德国在 1 9 8 2年综采工作面的平均长度 达 2 3 3 m 及鲁尔矿 区综采工作面长度与产量的情况 表 3 。 衰 3 ●尔矿区综采工作面长度与产■效率衰 工作面长度 m 1 3 0 1 6 0 1 9 0 2 2 0 2 S 0 工作面产量比0 ． 7 7 0 ． 8 3 0 9 3 1 ． O 0 1 ． 0 6 6 在修改矿井设计中， 太原煤矿设计研究院对综采 工作面长度进行了优化计算 ， 通过计算 ， 确定其各参 数的台理范围为 采区走向长度为 2 0 0 0 2 2 0 0 m， 采 区 内分 区段数为 4 ～6个， 回采工 作面个数为 1 ～2 个 ， 工作面最佳长度为 2 0 o ～2 2 0 m。 考虑到常村矿井是由世界银行贷款的建设项目， 其综采设备 以及区内的装备 ， 均系通过国际招标来选 定设备 ， 并具有 8 o年代末的先进水平， 因此 ， 不论从 设备的性能、 功率或质量等方面都与工作面长度、 产 量和需要相适应。同时， 由于项 目管理咨询和职工培 训中心的建立， 为矿井投产后职工培训 ， 提 高职工技 术操作和管理水平将会起到较大的作用，所以， 矿井 修改 中把综采工作面长度确定为 2 0 0 2 2 0 m， 回采工 作面全部改为综采工作面， 为矿井投产后实现高产稳 产创造了有利条件。 3 设备 常村矿井原设计中对采、 掘、 运设备主要考虑立 足于选择国产设备 ， 其装备水平在 目前国 内较为先 进 但也存在着薄弱环节， 如巷道掘进采用钻爆法， 采 区内辅助运输采用轨道无极绳牵引等， 这些薄弱环节 与现代化矿井生产很不适应。 根据蒙坦公司的建议， 决定引进国外先进的技术 装备 ， 并通过 国际招标来选定设备 ， 其设备主要具有 如下特色 直流电动牵引大功率 E l e t v o --5 0 0型 采煤机， 装机功率 5 6 0 k W， 生产能力 1 2 5 0 t ／ h 。 采区辅助运输采用 MWMD g l 6 --6 型单轨吊和 1 1 2 k w 液压牵引卡轨车， 负担采区的材料、 设备及人 员的运输。 ■●■● 维普资讯 口 口 圈 2 潞 安常村矿井改进方案示意 图 1 一主井， 2 一副井} 3 皮带运输太巷； 4 北二采区上山， 5 一北一采区下山； 6 一南二采区上山南； 卜 一采区下山； 8 一中央回风井； 9 一回风尢巷} 1 O 5 2 0 m运输大巷 副井提升采用单、 双罐 ， 双罐提升绞车为四绳落 地式摩擦轮 E MF OK3 5型提升机， 电动机功率为 9 0 0 k W， 可控硅整流供 电， 直流 电动机驱动， 微机控 制 。单罐为二绳落地式摩擦轮 E F M 3 K3 5型提升 机 ， 电机功率 2 6 0 k W ， 可控硅整流供电， 直流 驱动， 微机控制 ， 可提升材料长度达 1 2 ． 5 m 主井提升用 5绳落地式提升机 ， 电动机直接拖 动 ， 交一交变频控制 ， 大型工业计算机 s 1 5 0 u 型 控制， 一次提升煤重 3 2 t 箕斗 自重 4 7 t 。 大断面岩巷掘进采用履带式 3臂钻车、 侧卸式 装岩机、 锚杆钻装机、 混凝土喷射机 包括搅拌运输 系统 、 支架操作平台、 风动调车绞车及大功率局扇 风机等设备。 煤巷掘进采用部分断面掘进机 包括除尘及 喷 雾系统 、 桥式转载机、 可伸缩胶带输送机、 大功率局 扇等设备。 通过 国际招标选定的主要先进技术装备与选用 的国内先进设备相配套， 使矿井技术装备具有 8 0年 代末的先进水平， 矿井采、 掘 、 提升、 运输等系统不仅 能彼此协调， 实行生产集中化， 而且为矿井实现高 产 、 稳产创造了良好的条件 。 3 4 维普资讯