矿井建设的总体方案优化设计

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摘要:现代矿井建设的总体方案优化设计往往需要基于具体的矿区环境和开采施工条件，进行不同的方案制定，从而保证设计优化方案与现实情况相契合。本文在对某矿区的井田地质特征进行研究后，对该地区的开拓方案进行总结，借由开采方案，社处处具体的建设方案优化，并为今后矿井建设优化方案提供了设计思路。

关键词:矿井建设；开拓方案；优化思路；永久装备

现代矿井的建设总体方案优化一般分为3个部分，分别为建设方案优化、提升方案优化以及通风方案优化。其具体的优化实施往往需要结合不同的矿井条件和开拓方法。譬如在主井的方案设计中采取先贯通先改绞，就需要设计者对工期时间、运输安全进行全盘的考虑。因此笔者在进行方案优化设计时选用了具体的矿井实例进行研究，使优化设计方案可以落到实处。

1实例矿区条件概述

1.1矿区自然条件

本文所选取的实例矿区是我国西北部某省份拥有一定交通条件且面积较大的矿区，该地区属于典型的温带季风气候，年均降水量600mm，均温10℃，海拔1300m。从地质构造角度分析，该矿区的地层划分应当属于华北地层中的鄂尔多斯盆地分区，含煤层在侏罗纪中统延安组中，走向分布为凹陷区和隆起区相间，煤层倾斜角度最高为5°，且赋存稳定，厚度大，适宜机械作业。在某8.0Mt/a井田中，基底构造对煤层的控制较大，因断层稀少、无岩浆活动，可借助三维地震勘探进行首采区研究，保证采矿生产安全。

1.2矿井开拓方案

针对该矿区的自然条件和地质构造，开采施工团队拟定了施工开拓方案。矿井采用立井开拓，在场地内集中布置，并使用装车方式进行布置装车线迁出，场地中井筒分为主立井、副立井、回风筒3个，以保证开采后期的通风安全。3个立井在车场水平落底，并选用皮带运输作为主运输方式，实现单水平开拓。布置集中开拓大巷，各盘区巷道由分煤组布置，且在东西两翼选用带式输送机、一二号辅助运输、一二号回风的五巷布置。

2矿井建设的优化设计

2.1井筒贯通设计

对井筒贯通方案的设计，首先针对主井与副井。主井和副井距离为135m，需要通过对井底车场布置的研究，确定二者的相对关系，利用贯通方法形成环形车场[1]。本文在设计优化中选用了2条线路进行贯通方案进行了分别设计.第一贯通线路施工时间短，无交叉点，且面向的贯通巷道断面不大；第二贯通线路施工时间长，需要尽早展开工作面，为了保证施工质量，换装硐室需要采用小断面设计。主井和风井之间的距离为175m，同样需要明确井底车场布置以及相对位置关系，本文为其设计了一条贯通线路。设计内容中，西侧回风大巷设计为35m，联络巷50m，二号回风大巷45m，主井井底联络巷道70m，撒煤清理硐通道40m，总长度240m，预计施工期为100天[2]。

2.2临时改绞方案设计

在矿井开采过程中，一般会通过将矸石提升到地面的方式来保障施工速度。在该井田的开采中，总共4条长度约为2900m的辅助运输顺槽，其出矸量超过了1200m3/d，因此需要对主井和风井设计优化临时改绞方案。其中，主井临时改绞方案的确定在研究的了井筒提升机、直径、提升方向后确定选用。方案中，设计一组双层双车的临时罐笼，使其提升能力满足750m3/d的既定标准要求，使人工推车的劳动强度最大限度降低，提升施工周转效率。风井临时改绞方案则选用了曾在内蒙古泊江海子矿井中取得优异效果的1对8m3箕斗、1架1.5t单层双车临时罐笼的方案，通过二者的共同工作，使提升能力达到了2300m3/d。其中，箕斗的能力大，潜力强，对高速施工的适应能力好，能够满足本矿井的提升需求[3].

2.3施工提升

在实例矿井建设期间，主要将主筒施工、巷道施工进行了分别提升。其中，主筒施工的提升优化方案设计为：将副井井筒、主井井筒和风井井筒根据其特点进行提升机和吊桶的配套。本文选用了大型提升机3套以及大吊桶3套为主井井筒和副井井筒进行配套，大型提升机2套和大吊桶2套为风井井筒配套，利用吊桶掉底的方式，借助提升机进行提升。其中，主井吊桶的提升时间设计为400天，副井吊桶提升时间设计为540天，风井吊桶的提升时间设计为380天。巷道提升则涉及到巷道的临时罐笼能力、提升能力以及出岩量等内容。以出岩量为例，本文对施工期间巷道断面、岩石的松散系数以及各时段出岩高峰进行了统计，最终得出了煤松散系数约为1.72，岩石松散系数约为2.11。对于工作面来说，这一系数的得出使得施工设计将之前的5个掘进头增加了2个，以保证工程的顺利展开[4]。

2.4压风与通风安全

在矿井建设过程中，相较于生产期间，用风量有十分巨大的提升，因此为了满足施工需求，结合各类压风设备的特点，本文针对主副井和风井不同的风量进行了压风设备的选择。其整体原则为以地面临时压风系统为主，必要时选用永久压风管路。在井筒的施工建设期间，需要通过通风方案的设计来保证工作面形成的炮烟顺利排出，保证生产安全。鉴于本文所选用的矿井实例中主井、副井、风井3个井筒的深度都在600m左右，且净直径达到8m以上，因此采用了压入式的通风方案设计，利用安装在地面的局部通风机，将新鲜的风流导入，并借由通风机中的玻璃钢风筒到达工作面，乏风排除[5]。

3矿井建设一般优化思路

3.1优化思路前提

在本文的井田开拓施工中，主井井筒的施工时间为12月底、风井井筒则为1月中旬，副井井筒为11月初，对于西北方地区年均温10℃的气象条件来说，这一时期正值隆冬，气温寒冷。对于困难的气候条件对施工工况的影响来说，优化设计需要首先预算施工周期，保证施工完成时间气候条件满足，从而为回采留出瓦斯抽离的时间。

3.2优化方案选择

本文在进行矿井的总体施工方案优化设计时供给设计了3套优化方案，分别以副井的永久装备的根基，通过主井和风井永久装备的协调来满足不同施工条件的需求。在具体的方案选择过程中，设计者需要认真对比考察永久装备顺序、提升运行中运行与持续的时间、瓦斯抽放系统的运行方式、生产煤总量、经济效益的预估等多个层面来进行研究，从而明确自身设计的侧重点和倾向方向，最终选定优化方案，保证施工质量，实现建设优化。

4结论

本文在进行矿井的建设总体方案优化设计研究中发现，设计者需要结合矿井的具体自然条件和施工环境，通过不同内容和侧重点的对比，来最终确定优化设计方案。在分析和探讨时，可以针对方案优劣势、经济效益、安全可靠性等大方向进行研究。在方案执行的过程中，还需要对开采施工中的难点和重点进行实时跟进，从而保证问题的及时解决。

参考文献：

[1]陈吉华.张集矿井开拓布置及其特点［J］.煤炭工程，2002（12）：7－9.

2]董方庭.井巷设计与施工［M］.徐州:中国矿业大学出版社，1994.

[3]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，2007（12）：9－11.

作者:翟国星 单位:山西辰诚建设工程有限公司