园子沟矿井建设总体方案优化设计.pdf

第4 6 卷 第8 期 2 0 1 4 年 第8 期 煤炭工程 C0A L E NGI NEE RI NG Vo 1 46， No 8 No 8， 2 01 4 d oi ： 1 0 1 l 79 9 c e 2 0l 4 08 0 O 2 园子 沟矿井 建设 总体 方案优化设计 杨怀敏 ，滕鑫麟 ，魏高巍 ( 河北工程大学 资源学院，河北 邯郸0 5 6 0 3 8 ) 摘要 ：文章 围绕矿井建设期间提升和通风安全这两个重要 系统 ，以三井筒交替装备顺序为 核心 ，对园子沟矿 井的几种 总体建设方案进行 了对比分析 ，通过方案 比选，选择 了最优的设计方 案 ，达到 了缩短建设工期 ，提高经济效益的 目的。 关键词 ：矿井建设 ；提升 系统 ；井筒装备；总体建设 ；方案优化 中图分类号 ：T D 2 1 4 4 文献标识码 ：A 文章编号 ：1 6 7 1 0 9 5 9 ( 2 0 1 4 ) 0 8 - 0 0 0 5 - 0 4 Opt i mi z e d De s i g n o n Ge n e r a l Co n s t r uc t i o n Pl a n o f Yua n z i g o u M i n e YAN G Hu a i mi n ， T E NG Xi nl i n，W EI Ga owe i ( S c h o o l o f R e s o u r c e s ，He b e i U n i v e r s i t y of E n g i n e e r i n g ，H a 玎 d a r | 0 5 6 0 3 8，C h i n a ) Ab s t r a c t ： A r o u n d t h e t o w i mp o r t a n t s y s t e ms o f the mi n e h o i s ti n g a n d v e n ti l a t i o n s a f e t y d u r i n g the mi n e c o n s t r u c ti o n p e r i o d b a s e d o n t h r e e a l t e r n a t i v e e q u i p me m i n s t a l l a t i o n s e q u e n c e s o f t h e mi n e s h aft as the k e y ， a c o mp a r i s o n a n a l y s i s Was c o n d u c t e d o n s e v e r a l g e n e r a l c o n s t r u c t i o n p l a n s o f Yu a n z i g o u Mi n e Wi t h the c o mp a r i s o n s e l e c ti o n s o f t h e p l an ， fi n o p t i mi z e d d e s i g n p l an Was s e l e c t e d a n d t h e t a r g e t t o r e d u c e t h e c o n s t r u c t i o n p e r i od an d t o i mp r o v e t h e e c o n o mi c b e n e fi t Was o b t a i n e d Ke y wo r d s ： mi n e c o n s t r u c t i o n； h o i s ti n g；e q u i p me n t of mi n e s h aft ；g e n e r a l c o n s t r u c ti o n；p l a n o p timi z a t i o n 园子沟井田位于陕西省宝鸡市麟北区西部。矿井采用 立井开拓 ，场地集中布置，装车方式为新建铁路装车线迁 出式布置。工业场地集中布置有主立井、副立井、回风立 井 3个井筒 。为 了后期通 风及边界 安全出 口需 要 ，设有 东、 西两翼后期进、回风立井各一对。 1 矿井建设方案构思的前提条件 副井井筒按 2 0 1 2年 1 1 月 1 5日开工 ，主井井 筒按 2 0 1 2 年 l 2月 3 1日开工 ，风井井筒按 2 0 1 3年 1 月 1 5日开工 。主 副井通过副井井底连接处北侧 ( 马头门) 、等候室及通道、 消防材料库及通道、车场巷道 一段、临时巷道 5 0 m、 主井北侧措施巷等贯通。主风井通过风井西侧西翼一号回 风大巷、回风大巷联络巷、西翼二号回风大巷、井底联络 巷道、井底撒煤清理硐通道等进行 贯通 。 各井筒到底后先行贯通，在具备条件时进行壁后注浆， 再进行临时改绞。风井到底后先施工两侧巷道，在与主井 贯通的同时，形成环形车场 ，在具备条件时完成壁后注浆， 然后进行临时改绞。主井到底后分别与副井、风井进行贯 通，在具备条件时进行壁后注浆 ，然后进行临时改绞 ，并 形成临时通风系统。主、副和风三井贯通如图1所示。 副立井井筒 图 1 主副风三并贯通布置图 通点 副井井筒解冻时 间为 5 3个月 ，壁 后 注浆工 期为 3个 月 ；主井井筒 解 冻时 间为 4 8个 月 ，壁后 注 浆工 期 为 2 5 个月；风井井筒解冻时间为4 7个月，壁后注浆工期为 2 5 个月。主井永久提升系统装备工期为9个月，副井永久提 升系统装备工期为 8个月，风井井筒永久装备工期为 2个 收稿 日期 ：2 0 1 3 0 6 2 5 作者简介：杨怀敏( 1 9 5 8一) ，男 ，河南新安人，高级工程师，主要从事矿井建设施工组织方面的教学和研究工作， Ema i l ：2 5 0 5 9 9 2 1 7 q q - c o rn。 引用格式：杨怀敏，滕鑫麟，魏高巍园子沟矿井建设总体方案优化设计 J 煤炭工程，2 0 1 4 ，4 6 ( 8 ) ：5 7 ，1 1 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 煤炭工程 2 0 1 4 年第8期 月 。 按照 煤矿建设安全规范( A Q 1 0 8 32 0 1 1 ) 的规定： 矿井进入三期工程前 ，地面主要通风机必须投入使用并保 证 正常运 行 ，实现全 风压通 风。矿井必 须优先 建立 排水 系 统 ，在永久排水 系统形成前 ，不得施工三期工程。因此， 回采 工作 面巷 道施 工在永久排水 系统形成后再进行安排 。 回采前安排6个月的工作面预抽瓦斯时间。主井和风 井临时提升期间尽可能形成较独立的施工 区域。井下中央 变电所、水泵房、水仓等永久供电、排水系统尽早安排并 形成。主井和风井均布置临时车场，以提高临时提升能力。 上仓斜巷、配煤输送机巷等与主井提升系统配套工程尽早 安排 ，与主井永久提升系统一并投入运行。 2 矿井建设方案总体优化思路 根据 前述 内容 ，围绕 园子 沟矿井建 设重 点 ，结 合矿 井 建设特点 ，严格执行 发改能源 2 0 1 0 7 0 9号文 、 煤 矿建设安全规范 ( A Q1 0 8 3 2 0 1 1 ) 等相关规定 ，在保证矿 井建设期间安全的前提下，以缩短建设工期为 目的进行工 期优化。 在工程安排方面。一是以投产工作面为龙头，保持双 巷同时不问断施工；二是在有限条件下，以保证矿井投产 为前提，合理安排各项工程 ，争取投产时完成较多工程； 三是各井筒到底后首先贯通，同时形成环形车场，以提高 临时提升能力；四是井下中央变电所、水泵房、水仓等永 久供电、排水系统尽早安排并形成。 在通 风系统方面 。一是 全矿井 尽早 形成一 进一 回的全 风压通风系统 ；二是各施工区域也尽早形成一进一 回的通 风系统 ，尽量缩短独头通风距离；三是在巷道揭煤层前尽 量实现一进一回的通风系统。 在提升系统方面 。保 持 2个 井简 同时 提升 ，尽 可能 形 成较 大的提升能力。 优化三条线建设 2 J 。第一条是以投产工作面形成为龙 头的井巷工程线，应争取尽早完成 ；第二条是主井提升运 输线，要求主井永久提升系统装备、井下上仓运输系统同 步形成；第三条井筒交替装备线 ，要求既保证提升，也要 保证通风、排水、瓦斯抽采。三条线要密切配合 ，井筒装 备要适应工作面形成和瓦斯抽采的需要，各系统形成时间 满足投产需要等。 3 矿井建设方案总体优化 本矿井为高瓦斯矿井，围绕提升和通风安全这两个重 要系统 ，以三条井筒交替装备顺序为核心 ，提出园子 沟矿井的总体建设方案。 3 1 方案 I：副井永久装备一 主井永 久装备一风 井永久装备 方 案 I的主要思路 ：该 方案 的核 心是尽量 保证 矿井 建 设期 间具有 较大的提 升能力 ，总有两个井 简同时提 升 ，1 0 1 盘区和 1 0 2盘区工作面同时投产。方案的具体内容： 1 )井筒交替装备顺序 ：副井永久装备一主井永久装 备一风井永久装备。 2 )井筒永久装备时间。副井永久装备时机：副井完成 井简施工、与主井贯通、井壁注浆，并在主井临时改绞完 成后，副井开始进行永久提升系统装备，装备时间为 2 0 1 4 年7月 1日至 2 0 1 5年 2月 2 8日，2 0 1 5年 4月 1 5日正式运 行。主井永久装备时机 ：在副井永久装备完成并试运行 1 5 个月后，主井开始进行永久装备，2 0 1 5年4月 1 5日至2 0 1 6 年 1月 1 5日，2 0 1 6年 3月 1 5日正 式运行 。风 井永久装 备 时机：在主井永久装备完成、上仓斜巷、井底煤仓系统安 装完成并试运行 0 5个月后 ，风井开始进行永久装备，井 筒永久装备工期为2个月，完成时问为开工后 4 2个月。主 副风三井筒装备布置如图2所示。 2 0 1 4 a lz l 2 0 1 5 年 2 0 1 6 链 2 0 1 2 6 1 - 2 0 l 3 1 2 - 3 1 月 l I 3 5 I 7 J 9 l 1 J Il 刷 3 I 5 l 7 I 9 I J I 1 l 同J 3 I 5 J 7 I I 9 l 1 1 2 施工准备 第1 1 月 第3 9 - 4 9 月 期5 5 个月 1 3 月 第1 4 。 2 6 月 第2 7 3 8 月 剐 井工栏 u 开仕 苍l 且 磐 上 剐 井水 提装备 1 J 2 0 2 0 1 1 3 1 3 2 1 4 6 3 0 8 2 0 1 5 2 2 1通 风 构建 主 井 工 程 井 注 婆 主 l椅 改 主 井 l临 捷 l1 o 1 。3 。3 主 井 永 提 装 备 运 ，仃 兽 试 运 行 量 21 2 01 42 8 2 5 5 2 01 4 6 3 0 9 5 2 0l 4 1 5 9 2 0 I i 2v oJ1 6 3 1 5 1 o 2 盘 瓦 斯 预 抽 鸯 风 井 工 程 井 注 颦风 临 改 风 井 l临 时 提 升 球 井 k 另 颟抽 I 21 2 01 4 2 磊 2 5 5 2 0 1 4 6 3 0 2 0 5 2 0 1 6 3 f 5 2 2 o 1 6 5 1 5 6 2 0 1 6 1 1 2 0 1 2 6 1 2 O 3 1 2 - 3 1 月 l I 3 5 I 7 l 9 1 1 I I1 月I 3 l 5 I 7 J 9 I I 1 1 1 周I 3 I 5 l 7 I I 9 1 1 l 2 2 0 1 4 年 I 2 0 1 5 年 2 0 1 6 年 6 图例 矿井主要矛盾线( 井巷) 矿井主要矛盾线( 安装) 瓦斯预抽放 “主要安装工程 组织关联 线 图 2 主副风三井简装备网络图 矿 井 投 线 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年第8 期 煤炭工程 3 )提升系统 。提升系统可分为 四个 阶段 ：井筒 施工 阶 段、主井临时罐笼和风井临时箕斗、罐笼共同提升阶段、 风井临时箕斗、罐笼和副井永久罐笼共同提升阶段和主井 永 久提升系统运行 阶段 。 4 )通风系统。井筒施工期间各井筒均为独眼井，均采 用独立通风系统。三井首先贯通后 ，具备了一进一回的全 风压通风条件 ，可以建立全风压通风系统。矿井建设期间 的通风系统分为四个阶段 ：地面局扇通风阶段( 2 0 1 2年 1 1 月 1 5日至 2 0 1 4年 6月 3 0日) 、主井临时主扇通风阶段 ( 2 0 1 4年 7月 1日至 2 0 1 5年 3月 3 1日) 、副井 临 时主扇 通 风阶段( 2 0 1 5年 4月 1日至 2 0 1 6年 1 0月3 1日) 、风井永久 主扇通风阶段( 2 0 1 6年 1 1月 1日至 2 0 1 6年 1 2月 1日) 。 3 2 方案 ：副井永久装备一 主井永久装备、风 井永久装备平行进行 方案 的主要思路 ：该方案主要是针对 I方案永久通 风系统形成过晚，把风井永久装备提前一段时间进行，与 主井永久装备平行进行，风井永久通风系统与主井永久提 升系统一并投入运行。风井提前进行永久装备 ，势必影响 风井临时提升能力的发挥，对工程进展有一定影响。方案 与方 案 I 的区别主要是 以下几个方 面 ： 3 2 1 井筒交替装备顺序和时间 副井永久装备一主井永久装备、风井永久装备平行进行。 副井永久装备：同方案 I。 主井永久装备：同方案 I。 风井永久装备：2 0 1 5年 8月 1 5日至 2 0 1 5年 1 0月 1 5 日。考虑地面风道施工、扇风机安装等，永久通风系统运 行时间为2 0 1 6年3月 1 5日。永久瓦斯抽放系统运行时间为 2 0 1 5年 1 0月 1 5日。 3 2 2 提升系统 该方案巷道施 工前 期 的提升 同方 案 I，由主井 和风 井 临时提升共 同承 担施 工任 务。施工 中期 前段 由副井 永久 提 升和风井 临时提 升共 同承 担 ，后段 由副 井永 久提升 一个 井 承担。施工后期由主井 、副井两个井承担。 该方案 主井 临时提升承担时间( 2 0 1 4年 7月 1日至 2 0 1 5年 4月 1 5日) 。风 井 承 担 时 间 ( 2 0 1 4年 7月 1日至 2 0 1 5年 7月 3 1日) ，相比方案 I，风井临时提升持续时间 减少 了 7 5个月 。副 井永 久提 升一井 承担 的时间 为 7 5个 月。 3 2 3 通 风系统 仍 然是先主井 临时 回风 ，然后 是副 井 临时 回风 ，最后 是风井永久回风。但相比方案 I，风井永久通风系统运行 早 ，持续时间长，持续时间增加到 7 5个月。 3 2 4 工程特点 由于风井较早停止了临时提升，整个提升能力受到一 定影响，一是 1 0 2盘区工程后延，二是施工速度以提定产， 达不到确定的指标值 ，影响矿井投产工期。 3 3 方案 ：副 井永久装备一风 井永 久装备一主 井永久 装备 方案主要思路：该方案是针对 I方案存在的缺点， 在方案 的基础 上而提 出 的，核 心是 更早形 成永久 通风 系 统和瓦斯抽放系统，然后安排盘区工作面巷道施工。方案 与方案 I、方案 的区别 主要是 以下几个方面 ： 3 3 1 井筒交替装备顺序和时间 副井永久装备一风井永久装备一主井永久装备。 副井永久装备 ：与方案 I、相同。 风井永久装备：2 0 1 5年 4月 1 5日至 2 0 1 5年 6月 1 5 日，瓦斯抽采 系统同期启 用。 主井永久装备：2 0 1 5年 6月 1 5日至 2 0 1 6年 3月 l 5 日，考虑上仓斜巷、井底煤仓 的形成时间和整体试运行， 主井永久提升系统 2 0 1 6年4月 1日正式运行。 3 3 2 提升系统 该方案巷道施工前 期 由主井 和风井 临时提 升承担 施工 任务，中期主要由副井永久罐笼承担提升，后期 由主井永 久系统承担煤矸提升，副井承担辅助提升。 3 3 3 通风系统 仍是先主井临时回风，后副井临时回风 ，再风井永久 回风 。但相 比方 案 I、 ，风井永 久 通风 系统运 行早 ，持 续时 间长 ，运行 时间增加 到 1 1 5个月 。 4 矿井建设总体方案比选 从主副风三井 装备 运行 时间 ，以及 通风 和抽放 系统 运 行时间等因素考虑 ，对三种方案进行了对比( 见表 1 ) 。 表 1 园子沟矿 井建设 总体 方案比较表 ( 下转第 1 1页) 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年第8期 煤炭工程 2 )方案 采用斜立综合开拓方式 ，利用现有的主斜井 和副斜井，采用轨道运输系统，副斜井装备一套 J K一3 2 2 3 1 5 E型单绳单卷筒缠绕式提升机；在风井场地布置一 对进 、回风井 。 方案 优点：新增进风立井，井筒净直径 7 0 m，进 风量有保证；投产初期共 4个井筒，井筒数量适宜； 采用无极绳绞车运输 ，所需巷道断面较小，对底板起伏适 应性 强。 方案 缺点：新开凿 1条进风立井 ，同时废弃现有 的一条斜井，工程量大，投资高；由于进风井筒落地均 位于井筒东部，西翼需布置 5条大巷，增设一条专用进风 巷，大巷工程量大；进风立井布置在风井场地，考虑井 筒防冻需增设供暖设施，增加占地及投资，也给矿井集约 化管理带来一定难度；矿井采用绞车提升系统 ，地面需 增设井口房、提升机房等设施，同时轨道运输需要地面、 副斜井井口、井底车场、工作面巷道开口等多个环节接力 运输，占用人员和设备多，运输效率低 ，管理 困难。场 地地形复杂，采用轨道提升系统 ，井口场地和辅助生产区 需布置在同一平台，会造成矿井土方、边坡支护及挡墙工 程量大，投资高；现有副斜井为 2 3 。 ，倾角大，管理不 便 ，且不能担负人员提 升任务 ；矿井人员 需经主斜 井升降 ， 乘人装置与主提升带式输送机联合布置，存在一定安全隐 患。采用连续牵引车运输方式，转载环节多，占用人员 多，运输率低 ，工作面搬家时间长，影响矿井稳产。 综上所述 ，从辅助运输效率及对矿井场地地形的适应 来看 ，方案 I 具有明显优势，同时方案 I 还充分利用 了已有井筒工程，且进风井筒均处于矿井工程场地，对辅 助设施的集约化管理有利。因此，从技术方面 比较来看 ， 方案 I 较好 。 4 3 2 经济 比较 1 )方 案 I：井 巷工程投资 2 0 4 6 0 2万元 ；地 面土建 工 程投资 8 3 6 2万元 ；工业场地平整投资 7 0 8 1 8万元；机电 设备投资 3 1 9 4万元，共投资3 1 5 7 2 2万元。 2 )方案 ：井巷工程投资 1 9 3 3 9 4万元；地面土建工 程投资 1 4 7 5 9万元；工业场地平整投资7 6 4 9 6万元 ；机电 设备投资4 3 3 0万元，共投资3 2 7 9 4 7万元。 通过上述分析可以看出，方案 I在技术方面具有较大 优势，且方案 I 总体投资较方案 低 1 2 2 2 5万元。综合考 虑，推荐井田开拓方式采用方案 I，即斜井开拓方式。 5 结论 1 )小 回沟井 田工业广场位置 ，初步认为有两个 场址方 案 可供 选择 ：井 田东北 部西圪 台头村 附 近和西北 部 白岔沟 村附近。考虑西圪台头工业场地已征用部分土地，场地内 已有三条斜 井 ，且该 区域 煤层 埋深浅 ，适 宜采 用斜井开 拓 ， 最终将矿井工业场地选在井田东北部西圪台头村附近。 2 )针对西圪台头村工业广场位置，设计了斜井开拓和 斜立井综合开拓两种开拓方案，通过技术和经济比较，最 终选择方案 I：西圪台头村斜井开拓方案，即 “ 四斜一立” 开拓方案。 参考文献 ： 1 G B 5 0 2 1 5 2 0 0 5 ，煤炭工业矿井设计规范 S 2 张荣立，何国纬， 李铎采矿工程设计手册 M 北京： 煤炭工业出版社 ，2 0 0 3 3 陈 吉 华 张集 矿 井 开 拓 布 置 及 其特 点 J 煤 炭 工 程 ， 2 0 0 2 ( 1 2 ) ：7 9 4 董方庭井巷设计与施 工 M 徐 州 ：中国矿业 大学 出版 社 ，1 9 9 4 5 曹佐勇，周治林木孔矿井开拓方案技术经济优化分析与探 讨 J 煤炭工程 ，2 0 0 7 ( 1 2 ) ：91 1 6 郭俊 生 龙 固矿 井 设 计 综 述 J 煤 炭 工 程 ，2 0 1 1 ，4 3 ( 7 ) ：1 3 ( 责任编辑张 宝优 ) ( 上接 第 7页) 5结语 从工期看。三个方案的 1 0 1盘区的投产工期相同，均 为4 9 5个月，但 1 0 2盘区方案 最长 ，方案 次之。从投 产能力看，方案 I 一次投产 2个盘区，其他两个方案均是 分期投产。方案 I 投产能力最大。从提升能力和安全可靠 性方面看，方案 、方案都存在副井一个井提升，其时 间长达 7 5 个月、1 1个月 ，只有方案 I始终都是两个井筒 同时提升，提升能力大 ，安全可靠性高。 综合考虑各方案 的优缺点、安全可靠性 、经济效益、 实现的可能性、方案的可操作性等，本次优化设计推荐采 用方案 I。 参考文献： 1 龚炳 江和睦 山矿 区建 设工期 优化 J 金属矿 山，2 0 0 4 ( 1 )：1 1 61 1 7 2 赵秀 臣，岑毅南矿井施 工 组织设计 的经济优 化 J 建 井技术 ，1 9 9 9 ( 6 ) ：3 1 3 3 3 杨怀 敏 ，龚炳 江矿 井 建设 方案 优 化 中相 关 问题 的研究 J 矿业研究 与开发 ，2 0 0 4 ( 5 ) ：5 1 5 2 4 张国枢矿井通风实用技术 M 徐州：中国矿业大学出 版社 。2 0 0 0 5 仉 伟 东 ，杨 胜 远，单 衍瑞 ，等井 筒装 备 施 工技 术 管理 J 煤矿机械 ，2 0 0 1 ( 1 2 ) ：6 86 9 ( 责任编辑郭继圣) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m