深井煤矿井底车场优化设计.pdf

752020 年第 9 期 宋国忠等深井煤矿井底车场优化设计 收稿日期 2020-05-19 作者简介 宋国忠（1981），男，山东烟台人，注册咨询工程师， 一级建造师，2004 年毕业于中国矿业大学采矿工程专业，高级工 程师，从事煤矿设计及项目管理工作。 深井煤矿井底车场优化设计 宋国忠 张 辉 赵 琦 （通用技术集团工程设计有限公司， 山东 济南 250031） 摘 要 为优化井底车场设计，通过巨野矿区典型井底车场设计和改造设计案例，分析深井煤矿井底车场设计特点，主要 有改变硐室结构、加大间距、增加井下降温硐室、主排水泵房和主变电所独立回风等。 关键词 深井 井底车场 优化 中图分类号 TD822 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2020.09.028 Optimized Design of Deep Coal Mine Pit Bottom Song Guozhong Zhang Hui Zhao qi General Technology Group Engineering Design Co., Ltd., Shandong Jinan 250031 Abstract In order to optimize the design of the coal mine pit bottom, through the typical pit bottom design and retrofit design cases in Juye mining area, the design characteristics of the pit bottom of the deep mine are analyzed. The main changes include changing the structure of the chamber, increasing the spacing, increasing the temperature of the chamber, the main drainage pump room and the independent return air of the main substation. Key words deep coal mine pit bottom optimization 鲁西煤炭基地是国家 14 个大型煤炭基地之一， 也是较早进入深井开采的大型煤炭基地。巨野矿区 是鲁西煤炭基地全面进入深井开采的新建矿区，经 过十几年的建设和生产，积累了丰富的优化案例和 经验。本文通过收集巨野矿区井底设计和建设生产 过程中优化案例，总结深井煤矿井底车场的特点， 为类似煤矿设计提供参考和依据。 1 巨野矿区简介 巨野矿区位于山东省西南部，包括巨野煤田和 梁宝寺煤田，总面积约 1210 km2，是山东省最晚开 发的矿区。巨野煤田划分为 5 对煤矿，即龙固煤矿 （6.00 Mt/a） 、 赵楼煤矿 （3.00 Mt/a） 、 郭屯煤矿 （2.40 Mt/a） 、 郓城煤矿 （2.40 Mt/a） 、 万福煤矿 （1.80 Mt/a） ； 梁宝寺煤田划为2对煤矿，即梁宝寺煤矿（1.80 Mt/a） 和彭庄煤矿（0.60 Mt/a）。矿区自 2004 年开始建设， 至今已经建成6对煤矿， 剩余万福煤矿正在建设中。 其中龙固、 赵楼和郓城煤矿开采深度都超过800 m， 地温偏高，一般原始地温 3646 ℃。赵楼煤矿实测 原岩温度至少在 43 ℃左右，高于采掘工作面必须停 止作业温度 30 ℃，都采取了机械降温措施，是典型 的深井煤矿。巨野矿区的巷道支护难度明显加大， 在深井支护方面做了大量的研究和试验。 2 井底车场设计案例 （1）郓城煤矿井底车场兼顾东、北两个开拓 方向。优化后的车场布置如图 1 所示。 （2）龙固煤矿井底车场兼顾东、北两个开拓 方向，巷道较复杂，采用电机车运输。优化后的车 场布置如图 2 所示。 3 主副井系统优化 3.1 主井相关硐室优化 由于提升高度增加，主井提升设备由一对箕斗 增加为两对箕斗。 郓城煤矿装备两套 20 t 双箕斗，达到 2.40 Mt/a 的提升能力。箕斗装载硐室由主井单侧布置变为双 侧布置，见图 1 中 13 号工程。硐室净长 19 m，净 宽 6 m，对井壁结构和硐室支护有较高要求。 龙固煤矿采用双主井布置，各装备 1 套 32 t 箕 宋国忠等深井煤矿井底车场优化设计 762020 年第 9 期 斗，达到 6.00 Mt/a 的提升能力。箕斗装载硐室单侧 布置，净长 8.5 m，净宽 6.2 m，两主井间距 45 m， 见图 2 中 1 号工程。两个箕斗装载硐室平行布置， 见图2中13号工程。 没有产生明显的应力集中现象。 1主井；2- 副井；3- 风井；4- 井下主排水泵房；5- 井下主变电所； 6- 扩建主排水泵房；7- 水仓；8- 调度室；9- 管子道；10- 等候室； 11- 独立回风巷；12- 主副井清理斜巷；13- 箕斗装载硐室；14-1 号煤仓； 15-2号煤仓；16-胶带机头变电所；17-井下降温硐室；18-胶带机头联络巷； 19- 翻车机硐室；20- 永久避难硐室；21- 轨道石门；22- 回风石门； 23- 胶带石门；24- 北翼轨道大巷；25- 北翼胶带大巷 图 1 郓城煤矿井底车场布置图 图 2 编号大部分同图 1，不同部分11- 副井井底清理斜巷； 12- 主井井底清理斜巷；19- 胶带机头联络巷；21- 无轨车检修硐室； 22- 换装硐室；23- 机车存车库；24- 消防材料列车库； 25- 北区辅助运输大巷 1；26- 北区辅助运输大巷 2； 27- 北区回风大巷；28- 北区胶带大巷 图 2 龙固煤矿井底车场布置图 3.2 副井相关硐室优化 3.2.1 增加交通罐通道 由于井筒较深，人员通过副井内梯子间到达地 面的难度较大，井筒内增加交通罐，副井与井底车 场之间增加交通罐通道，满足紧急情况下人员通行 需要。根据交通罐的开口方向，通道的布置方式不 同。通道可能利用副井井筒与井底车场连接处现有 巷道，也可能需要单独增加一条巷道。应尽量避免 单独增加巷道，减少硐室开口对井壁的分割，避免 井壁应力过度集中。 3.2.2 加大硐室与车场巷道的间距 主排水泵房、主变电所等主要硐室与临近车场 巷道的距离一般为 2025 m。深井煤矿为减少应力 集中和临近巷道施工影响，适当加大间距。主排水 泵房、主变电所与临近车场巷道距离 3035 m。见 图 1、图 2 中 4、5 号工程。 井底煤仓之间、井底煤仓与主井之间一般间距 2530 m，深井煤矿应加大至 4050 m。见图 1、图 2 中 1、14、15 号工程。 3.2.3 兼顾无轨胶轮车运输 无轨胶轮车具有运行速度快、人员运输灵活、 可整架搬运液压支架等优点，在大型矿井中普遍使 用。小型无轨胶轮车可直接通过副井罐笼上下井， 大型无轨胶轮车可分体下井。 龙固煤矿采用轨道运输 无轨胶轮车运输，双 运输大巷一进一回，保证了运输安全，提高了运输 效率。重型综采工作面设备的拆除与安装可在 40 d 内完成。井底车场应采用固定道床，轨面标高应与 硬化的大巷底板上表面标高一致，既可避免突出的 钢轨划伤轮胎，又可避免无轨胶轮车挤压导致轨道 变形、移位等问题。 4 降温相关系统优化 4.1 增加井下降温硐室 根据井上下换热的需要，一般在进风的主、副 井井筒内敷设低温管路，在回风井内设高温管路， 所以降温硐室应靠近进风井和回井，见图 1 中 17 号工程。一般包括制冷站、配电室、控制室等，长 度一般超过 100 m，例如赵楼煤矿井下降温硐室长 159 m。 龙固煤矿将降温硐室布置在副井和等候室附 近，有利于降低进风温度，也是一个较好的布置方 式。见图 2 中的 2、10、17 号工程。 随着开采深度的增加，需要的制冷量增加，设 计应留有扩建的余地，进一步增加了井底车场硐室 的布置难度。 4.2 主排水泵房和主变电所独立回风 主排水泵房和主变电所一般布置在副井附近， 主排水泵房通过管子道与副井相连，都处于进风风 流中，没有煤尘和瓦斯污染，可以不独立通风。在 深井煤矿中由于原岩温度高，引起硐室内温度偏高， 772020 年第 9 期 宋国忠等深井煤矿井底车场优化设计 机电设备和矿井水散热提高了进风温度，加大了机 械降温系统的负荷。郓城煤矿通过改造，增加主排 水泵房回风道，见图 1 中的 11 号工程，形成独立 回风系统，实测水泵房内温度下降 8 ℃，轨道石门 进风温度略有下降。 4.3 高温矿井水沿回风巷流动 一般矿井主水沟沿轨道石门或轨道大巷布置在 进风巷道中。深井煤矿涌水温度偏高，如郓城煤矿 掘进工作面实测水温45 ℃， 矿井辐射出大量的热量， 成为流动的热源，发散出大量水蒸气，提高了井下 空气的湿度和等效温度。设计将主排水沟布置在回 风石门或回风大巷中，避免高温矿井水对新鲜空气 的加温、加湿作用。排水管路沿回风井筒敷设，比 传统的沿副井敷设可降低副井井底温度 23。 5 支护材料与断面优化 5.1 增大支护材料强度 矿井支护材料一般采用 18 mm 直径的螺纹钢 锚杆，配合 17.8 mm 直径的钢绞线锚索。深井支 护一般采用 20 mm 直径的高强螺纹钢锚杆，配合 21.6 mm 直径的钢绞线锚索。支护难度大的区域 也可以采用 22 mm 直接的高强螺纹钢锚杆，配合 21.6 mm 直径的钢绞线锚索。锚杆用钢材的屈服强 度从 400 MPa 提高到 500 MPa，个别矿井使用过 600 MPa 的螺纹钢锚杆。 5.2 设计 U 型底板 在高应力作用下，巷道底板发生蠕变产生底鼓， 对轨道运输影响较大。经过试验，采用 U 型底板效 果较好，U 型底板拱高度为 1/51/8 巷道净宽。底 板中部增加锚杆，可不浇筑混凝土反底拱。赵楼、 万福煤矿增加反底拱设计，减少了巷道返修。 6 结语 深井煤矿井底车场有显著的特点，本文从主井 相关硐室、副井相关硐室、降温相关系统、支护 4 个方面进行分析和总结，各自在优化后均有不同程 度的效果，如合理硐室结构、增大支护强度、增加 井下降温硐室、主排水泵房和主变电所独立回风、 高温矿井水沿回风巷流动等，为深井井底车场的布 局和类似矿井设计提供了有益参考。 【参考文献】 ［1］ 褚召祥， 辛嵩， 王保齐.赵楼煤矿原始岩温测定[J]. 煤炭工程，2010（09）91-93. ［2］ 郭俊生 . 龙固矿井设计综述 [J]. 煤炭工程，2011 （07）1-3. ［3］ 李善红，王辉，宋国忠 . 龙固煤矿井底车场辅助 排水系统设计 [J]. 煤炭工程，2012（08）25-26. ［4］ 马甲年 . 雅店矿井井底车场优化设计 [J]. 建井技 术，2018，39（03）9-13. （上接第 74 页） 压系统的维护有待提高；另一方面是机组的配套问 题，EBZ160 机组虽然较以往的 EBZ150 机组截割 效率有所提高，但是仅就构造区域而言还难以满足 施工需求，面对构造异常复杂的地质条件，有必要 使用更大功率的机组，以充分发挥综合机械化作业 线的优势。 5 结论 通过在长平矿 53031 巷大断面巷道过断层带期 间改革施工工艺、优化构造带支护设计、加强现场 机电设备管理等措施，将构造区域最高单日进尺由 2 m/d 提高至 4.8 m/d，仅用时 40 d 便通过了长达 110 m 的构造带，且未发生安全事故，在安全性、 经济性上都取得了显著的成效。 【参考文献】 ［1］ 田文军 . 大断面煤巷断层破碎区支护措施研究 [J]. 山东煤炭科技，2019（09）16-1720. ［2］ 崔占鳌 . 大断面巷道过断层破碎带支护技术 [J]. 陕西煤炭，2019（03）101-103. ［3］ 董俊亮，王文才 . 高应力大断面煤巷支护技术研 究 [J]. 能源与环保，2018（03）173-178184. ［4］ 肖丹，赵恩彪 . 大断面巷道软弱厚煤层顶板稳定 性控制与对策研究 [J]. 矿业安全与环保，2017 （12）31-3558. ［5］ 宋卫华，史苗壮，赵春阳，等 . 大断面矩形巷道 采动条件下过断层组破碎带研究 [J]. 煤炭科学技 术，2018（10）117-124. 宋国忠等深井煤矿井底车场优化设计