煤矿项目建设工程设计优化实践探索

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［摘要］对晋煤集团在建矿井东大煤矿的初步设计、施工组织设计和施工图设计进行了优化，并从巷道布置、采掘装备、瓦斯抽放、工序转换、硐室布局等方面进行了技术创新，找出一条系统简单、功能不变、缩短工期、降低投资的良好途径，实现了效益最大化。

［关键词］工程设计；优化；实践应用

0引言

在煤矿项目生产建设中，矿井设计至关重要，设计工作中的每次方案比较，每项技术决定，甚至每个参数、系数的选取，都将对项目建设和以后的生产有着不同程度的影响。进入新时代，煤矿建设及生产的理念发生了质的变化，由最初重规模产量逐步向重质量效益转变，而优化工程设计是新理念最直接、最显著的体现。晋煤集团东大煤矿作为在建的特大型矿井，在矿井初步设计、施工组织设计以及施工图设计中，集思广益，不断对设计进行优化，取得了较好的效果。

1矿井概况

晋煤集团东大煤矿设计生产能力500万t/a，井田范围117km2，主采3#煤层，平均煤层厚度5.32m，埋深在510~1065m，探明地质储量8.43亿t，为优质无烟煤，煤层气储量115亿m3，为高瓦斯突出矿井，水文地质类型为中等型，全井田带压开采。矿井为立井开拓方式，工业广场共布置3个立井筒（主、副和回风），井深在580~610m，初期通风方式为中央并列式，后期为混合式通风方式。主井筒设置装载硐室、煤仓、清理撒煤等硐室，配备2套36t箕斗；副井筒设置排水降温管子道、安全出口、等候室、液压操作配电硐室，配套1套宽体罐和1套交通罐；井底设置消防硐室、降温硐室、变电所、水泵房、矸石仓等硐室。大巷为五岩一煤三进三回平行布置。矿井设计达产时共布置1个盘区，1个长壁大采高综采工作面，保证矿井产量需要；布置2个煤巷连掘面，2个岩巷机械化掘进面，1个岩巷普掘面，满足掘进需要。井巷总长度48400m，其中岩巷29570m，煤巷18830m。矿井于2018年9月开工建设，计划2023年10月投产，设计建设工期为78个月。

2工程设计优化

2.1初步设计优化

初步设计作为矿井建设的总纲，在可行性研究的基础上明确了矿井建设各系统的技术及经济参数，东大矿井在建井初期，根据煤矿发展趋势对初步设计中巷道工程量、采掘装备、瓦斯抽放、重要硐室等进行了优化，在保证功能不变的情况下节省了投资。（1）降低巷道工程量。按照突出矿井规定，主要大巷需布置于岩层中，加之工作面需要提前布置底抽巷，增加了矿井岩巷工程量。随着千米钻机穿层长钻孔的广泛应用，采取一巷多用措施，缩减了多条工作面底抽巷；超前掘进3条开拓岩巷，利用开拓岩巷对盘区巷道进行消突，减少了盘区巷道岩巷工程量。经优化，总进尺由原先的61900m缩减到48400m，岩巷占比由70%降至55%~60%。（2）采掘装备国产化。随着国产采掘装备质量的大幅度提升，经调查研究，东大煤矿将原先计划采购的多个进口装备改为国产装备，如进口连采机改为国产掘支一体机，可节省2套岩巷掘进设备。（3）瓦斯抽放灵活超前。通过综合比较千米钻机和普通钻机施工特点，选择合理层位，减少岩层钻进量，确定千米钻孔长度在400~600m，普通钻孔长度不超150m，尽可能地实现一孔多用。（4）硐室简单实用。主井井底清理平巷由溜槽运输改为胶轮车运输，副井井底30m水仓不保留清理斜巷，井底矸仓由立仓改为斜仓，各环节工程力求简单实用。

2.2施工组织设计优化

矿井施工组织设计是指导工程规划、部署、组织、计划的一种技术文件，提前做好了人、机、料以及环境的科学配置，是工程准备和施工的依据。东大煤矿经过优化施工组织设计，建设工期较原设计缩短了15个月。（1）临时改绞期间不停掘。在3个井筒施工时，都有独立的提升、通风等生产系统。当井筒落底且井下巷道贯通后，回风井筒的临时主扇需要投入运行（高突矿井井筒贯通后回风井严禁提升），主井井筒需要对临时绞车进行改造（工期45d），而副井井筒需要安装永久提升系统。为保证井巷工程正常掘进，采用副井井筒一期装备，对井底出矸、运料、人员运输等装置提前进行改造，同时在主井井筒临时改绞期间，交叉施工副井永久井架灌注桩，既满足了井巷施工要求，又保证了副井井筒永久提升系统的安装不受影响。（2）井下一期巷道贯通工程。3个井筒相距较远，直线距离均超过200m，其中主井和回风井筒井下贯通后巷道长度超过500m。由于主井井筒设计了3个水平（120m水平为井底，175m水平为装载硐室煤仓下口，225m水平为煤仓上口和井筒联络巷），回风井筒设计了2个水平（120m水平为井底，170m水平为上马头门），为避免上一水平后期贯通施工给主井井筒施工造成影响，在施工组织设计中明确了主井220m水平与风井170m水平贯通、主井170m水平与风井170m水平贯通和主井120m水平与风井120m水平贯通同步进行。这样可提前实现3条巷道贯通，缩短建井工期6个月。（3）水仓和吸水井联合施工。水泵房内的吸水井构造复杂，以往是在水仓与水泵房贯通以后再施工吸水井，这样所需时间比较长。由于井底水仓的投运直接关系到三期工程能否顺利进行，因此需要提前形成永久排水系统。首先将水泵房内的应急水仓斜坡施工至吸水小井联络巷处，然后利用就近系统提前施工吸水小井、通风孔和小井联络巷，待主辅水仓和吸水小井贯通后，水泵房安装工程也接近尾声，这样水泵房可提前1个月投运［1］。

2.3施工图设计优化

（1）钻场设计优化。原设计的抽放钻场大多数布置在中央回风大巷内距离3#煤层底板以下25~30m的岩层中，导致穿层抽放钻孔岩巷工程量巨大。经过优化，对回风大巷采取抬坡的方式进行掘进，当进行至目标位置时，回风大巷的顶板距煤层的距离缩小至7m，在该位置布置千米钻场，最大限度地降低了岩孔施工量。（2）降温管路通道优化。在副井井筒布置的2趟降温管路，原设计经过降温管子道（副井马头门以上7m位置）后再接入井底车场降温硐室。优化后，将2趟降温管路直接改为从副井马头门进入井底等候室，不需要经过降温管子道，可减少120m岩巷工程量。（3）巷道设计优化。修改副井底调车硐室和主井煤仓上口检修通道设计，可减少400m岩巷工程量。同时对建井期间的井下临时水仓、变电所、调车硐室等巷道都设计为永久巷道，减少临时巷道工程量。（4）交岔点优化。矿井井底车场共设计16个交岔点，交岔点断面跨度大，在牛鼻子处巷道高度可达7~8m，极易造成瓦斯积聚。根据矿井实际情况，将交叉点改为平顶布置，采用加长锚索（最长达12.3m）对顶部进行补强支护，降低了施工难度，消除了瓦斯隐患。（5）支护优化。由于矿井埋深大、地应力大，井下巷道均采用准22mm高强锚杆锚索进行支护，其中锚杆、锚索间排距分别为800mm×800mm、1600mm×2400mm。通过地应力测试和地质力学评估，对巷道支护设计进行优化，在对锚杆锚索施加更大预紧力的同时，将锚杆、锚索间排距调整为1200mm×1200mm、2400mm×2400mm，大幅度地降低了支护成本。

3结论

矿井设计工作贯穿煤矿建设和生产全过程，东大煤矿在矿井建设实践中，紧抓矿井建设主线和投资重点，对重点工程设计提前进行优化，效果十分显著。目前矿井还在建设中，随着巷道不断延深，还会出现各种各样的问题，如何寻求最佳路径满足矿井安全、进度、质量、效益需要，是煤矿始终面临的课题，只有不断创新，积极探索总结经验，才能更好地适应新时代赋予煤矿建设和生产的新要求。

［参考文献］

［1］王健.刘桥一矿主井提升系统改造优化设计［J］.煤矿技术，2008（10）：101-102.

作者:成小勇 单位:黑龙江科技大学采矿工专业