倡源煤矿升级改造设计优化与创新

付亿杰

(煤炭工业石家庄设计研究院,河北石家庄 050051)

倡源煤矿升级改造设计优化与创新

付亿杰

(煤炭工业石家庄设计研究院,河北石家庄 050051)

Design Opt im ization and Innovation in Upgrade and Reformation of Changyuan Colliery

设计结合倡源煤矿地形复杂、场地狭窄的特点,在井筒和原煤储存仓布置上进行了优化与创新,打破常规布置方式,取得了场地布置紧凑、节省占地、挖方量少、节省投资的效果。对于条件类似的矿井,具有借鉴意义。

升级改造;优化与创新;混合井

1 矿井现状

1.1 概况

倡源煤矿为升级改造矿井,原生产能力0.15Mt/a,改造后生产能力 0.90Mt/a。矿井升级改造批准开采石炭二叠系煤层 6层,分上、下两组,上组为 2,3,5号煤层,下组为 9,10,11号煤层,其中主采煤层为 9号和 11号,平均厚度分别为 2.18m,2.98m;煤层埋藏深度 80～700m。

井田所处地形复杂,地势起伏,冲沟发育。

井田内断层较发育,地质构造类型属中等;水文地质条件为中等 -复杂类型;为低瓦斯矿井。

原矿井开采范围为井田西南部浅部煤层,采用斜井开拓方式;工业场地位于井田西南边界,东距介 (休)—沁 (源)公路 6km,布置有主、副、回风,3个斜井井筒。

矿井升级改造开采深部煤层,设计推荐采用立井开拓方式,工业场地位于井田中南部。

1.2 地形条件分析

矿井升级改造设计选择的工业广场北临介—沁公路;南为梨树沟,沟深约 60m,宽约 140m;东、西两侧为冲沟,沟深 15～30m,宽 20～40m,坡陡沟深。越过东侧冲沟为高 40～80m的石山。中部较平坦的区域呈南北宽、东西长的窄条状,宽约80～230m,长约 480m,面积约 7.44hm2。显然,仅此面积无法满足工业场地布置需要。复杂且狭窄的地形,给总图布置带来较大困难。

1.3 设计的原则

复杂的地形条件使场地挖、填方量大,建筑地基处理难度大、费用高,因此,设计必须充分利用地形地势,统筹各建 (构)筑物布局,尽量减少挖、填方和地基处理工程量,做到布置紧凑,减少占地,节省投资。

2 设计优化与创新

2.1 提升井筒数目与布置方式优化

由于工业场地地形狭窄,合理确定提升井筒的数目和布置方式,是本井田开拓方案的关键和重点。为此,设计结合原有井筒布置,提出了 2个方案进行比较。

方案 1 单立井布置方案。工业场地内新建一个混合立井作为矿井的主提升和辅助提升井,兼进风及安全出口,改造原副斜井作为矿井的专用回风井,原主斜井作为矿井的行人斜井 (安全出口)。混合立井井筒直径 8m,深度 498.5m,装备 1对 1t矿车单层 2车普通罐笼 (一宽一窄)和 1对 9t多绳箕斗。

方案 2 双立井布置方案。工业场地内新建主立井和副立井作为矿井的主提升井和辅助提升井,回风斜井和行人斜井的布置同方案 1。主立井井筒直径5m,深度442.5m,装备1对9t多绳箕斗;副立井井筒直径6m,深度467.5m,装备1对1t矿车单层 2车普通罐笼 (一宽一窄)。

方案 1特点:

(1)井口房、井架数量少,占地少,工业场地布置紧凑。

(2)井筒断面较大,施工作业空间大,有利于采用大型凿井设备,井筒施工速度较快。

(3)1套凿井设备施工,不受场地狭窄因素影响。

(4)通过统筹规划,合理布局,大部分建(构)筑物位于原始基础上,减少挖、填方和地基处理工程量,降低基础施工难度与费用。

(5)投资省,比方案 2节省投资 706万元。(6)2套提升设备布置在 1个井筒内,生产管理较复杂。

(7)井筒永久装备压占井口时间长,影响井巷工程施工,建井工期长。

方案 2特点:

(1)主、副提升设备在不同的井筒内独立运行,互不影响,生产管理简单。

(2)主、副井永久装备可以交替施工,对井巷工程施工影响较小,建井工期较短。

(3)工业场地布置分散,占地面积大。

(4)由于场地狭窄,主、副井筒施工期间相互影响较大。

(5)部分建 (构)筑物位于回填土上,回填深度最大 20余米,基础处理难度大,费用高。

混合提升井已在国内开滦集团吕家坨矿、兖矿集团南屯矿、新光集团淮北刘东矿等多个矿井成功使用。从吕家坨矿混合提升井的运行情况来看,混合井存在的一些缺点,如 2套提升设备布置在 1个井筒内,相互干扰、管理较复杂等,完全可以通过加强管理而避免。

综合分析,方案 1优于方案 2,因此,设计推荐采用方案 1,即混合井布置方案。

2.2 地面原煤储存仓布置创新

地面原煤储存仓应选择在地形简单,挖、填方工程小,基础易处理、费用低的位置。但本矿井工业场地狭窄,地形复杂,沟深山陡,没有适合布置原煤储存仓的位置。混合井东侧为深 15～30m的冲沟,若在此处建原煤储存仓,则基础处理难度大,费用高;东南侧为一石头山,高 40～80m,开山挖方工程量大,费用高;北侧靠近介—沁公路,设计作为预留选煤厂位置,不能占用。

为此,设计人员提出了开凿“山体仓”的方案,即将原煤储存仓布置在山体内,由通常的地面“明仓”改为“暗仓”。利用凿井技术在东南侧石山体内开凿 4个直径 15m、高 35m的原煤储存仓,仓下开凿原煤胶带输送机隧道,通过胶带将煤运至原煤装车仓装车外运。布置方式见图 1。

图1 地面原煤储存仓布置

此种布置方式优点有:

(1)充分利用自然地形,不需开山和平整场地,减少挖方工程量约 3×105m3,仅此一项节省投资约 690万元。

(2)原煤储存仓“隐身”山体内,工业场地内既看不到落地煤,又看不到原煤仓,是对建设环保型矿井理念的具体深化和实践。

(3)利用原始山体地形地势,节省占地。

(4)煤仓仓体靠岩石支承,不需做基础,节省基础施工费用。

(5)煤仓仓壁受力状态好。一般情况下煤仓仓壁受仓内贮料的张力单向作用,混凝土受力状态不好;而本煤仓仓壁受围岩挤压力和煤的张力的共同作用,可保持平衡状态。

3 结论

结合倡源煤矿地形复杂、场地狭窄的特点,经设计优化和创新,在井筒和原煤储存仓布置上打破常规,积极探索,充分利用地形地势,节省投资,减少占地。目前,混合井井筒和原煤储存仓均已投入使用,运行和使用状况良好。实践证明,设计是成功的,达到了预期目的。

本矿井的设计优化与创新思路,对于地形复杂、场地狭窄的同类型矿井具有借鉴意义。

[责任编辑:周景林]

TD214.2

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1006-6225(2010)06-0034-02

2010-03-22

付亿杰 (1965-),男,河北灵寿人,高级工程师,副总工程师,主要从事煤矿设计及项目管理工作。