浅谈杨村矿井设计特点与创新

2014-12-23徐海鹏

山东工业技术 2014年10期

徐海鹏

（中煤科工集团南京设计研究院，南京 210031）

1 概述

杨村矿井为《淮南新集矿区总体规划》规划矿井之一，矿井位于淮南矿区陈桥区东北，地处安徽省亳州、阜阳、淮南三市交界,由国投新集能源股份有限公司开发建设,中煤科工集团南京设计研究院设计，矿井正在建设中。

杨村井田走向长14.8km，倾向宽4.2～7.0km，面积72.7604km2，井田总体为走向北西、倾向北东的单斜构造，地层倾角一般10～25°，构造复杂程度属中等。可采煤层共有10层，主要可采煤层从下而上有1、6-1、8、11-2、13-1等5层，矿井地质资源量88293万t，采储量43950.8万t。矿井水文地质条件中等～复杂型；按煤与瓦斯突出设计；煤尘有爆炸危险性；各煤层为不自燃～容易自燃；煤种以气煤为主；煤质属中灰、特低中～低硫、低磷、中～高热值煤。

矿井设计生产能力500万t/a，服务年限65.1a。矿井开拓方式采用立井多水平开拓，一水平标高-945m，工业场地设主、副、风井3个井筒，以2个采区2个综采工作面保证矿井产量。

2 矿井设计特点

2.1 工业场地及井口位置的选择特点杨村矿井工业场地及井口位置受西淝河影响，西淝河在井田地面绕弯通过，井田储量赋存面积绝大部分位于西淝河主河道及蓄洪区之下，仅在杨村乡附近淝左堤以北局部范围不在西淝河影响范围，而淝左堤（即西淝河左大堤）为国家一级堤防，根据相关法律法规，西淝河左堤以内不允许建设矿井建（构）筑物，矿井井位及工业场地选择必须服从于有关防洪法规，只能布置于淝左堤以北，即井口位于杨村乡，淝左堤以外，0－6孔附近东侧，该井位具有如下优点：（1）位于西淝河行洪区以外，不影响行洪和蓄洪；（2）位于井田的走向中心和储量中心，有利于矿井均衡生产；（3）工业场地压煤和西淝河左大堤保护煤柱基本重合；（4）新生界松散层厚度薄，有利于建井；（5）工程量少，贯通距离短，建设工期短。

2.2 开拓开采布置特点矿井采用立井多水平开拓，由于本井田煤层倾角较大，煤层平距不是很大，经统计，13-1煤至1煤的煤层平距为493～1096m，平均815m，即石门工程量不大，因此经综合比较，设计采用采用集中大巷、分区石门大巷布置方式，在13-1煤层底板岩石中布置服务于所有煤（层）组的集中大巷，用分区石门贯穿各煤（层）组，并以煤（层）组为单元建立各采区上山，具有生产环节少，工程量省，巷道维护量小的优点。

2.3 井筒施工方法及井壁结构形式设计在大断面井筒厚表土条件下优化井壁结构，优化井筒断面平面布置，主井直径7.5m，装备2对32t箕斗；副井直径7.5m，装备一对1.5t矿车双层四车罐笼（一宽一窄）；风井井筒净直径分别为7.8m，三井深度分别为987m、1001m和987m。三井筒采用冻结法施工，主井、副井、风井冻结深度分别为723m、725m和800m，创目前在建矿井冻结深度全国之最。

主井、副井、风井三个井筒冻结段均采用双层钢筋混凝土、塑料夹层复合井壁，即双层现浇钢筋混凝土井壁，在外层井壁与地层之间铺设厚25mm～75mm的聚苯乙烯泡沫板，用于外层井壁的保温及缓压；在内、外层井壁之间敷设2层1.5mm厚的聚苯乙烯塑料夹层，用于克服内、外层井壁施工过程中产生的温度应力。混凝土强度等级为CF50。由于基岩段大多为不稳定地层，其中局部为断层破碎带，只有少量段高为较稳定或稳定地层，且基岩地层含水量较大，施工中出现片帮、冒水现象，因此，基岩段亦以双层井壁为主。

3 矿井设计创新

设计在深井、厚表土、瓦斯突出、高地温、高地压、多煤层复杂条件下建设大型现代化高产高效矿井，充分利用成熟的采煤技术，并积极进行相关创新，与同类型矿井相比，建井技术、开拓开采、运输等技术方案有所创新。

3.1 巷道支护优化与创新由于杨村矿井为千米深井，深部高地压作用影响明显，-995m处垂直应力超过20MPa，矿井巷道支护较困难，设计按照不同情况采用不同的支护组合。一般较稳定岩层段巷道采用成本相对较低的锚网索喷+二次锚网喷、注浆支护方式，即一次支护采用“锚网索喷”，二次支护滞后迎头60～80m进行二次锚网喷支护，并及时进行帮顶注浆；在局部断层破碎带及受采动影响区域采用锚网索喷+套36U型棚+喷注或钢管混凝土支架复合支护方式，并在其壁后充填砂石，实现让压与抗压相结合，保证巷道支护效果。

设计除了优选巷道位置、采取合适的断面形式外，在解决巷道支护困难方面还有如下措施：（1）巷道掘进首选机械掘进，减少掘进对围岩的扰动，保持围岩整体强度；（2）增大巷道间距，各巷道之间保持55m间距，减少相互扰动；（3）考虑在地面预注浆对采区上山所处的层位提前进行加固；（4）大巷通过管道排水，一方面减少巷道开挖量，另一方面减少矿井水对岩石的浸泡破坏。

3.2 矸石分时运输创新由于矿井为煤与瓦斯突出矿井，岩巷掘进量大，为减少辅助运输和副井提升量，井下矸石采用胶带输送机运输。采区设矸石胶带输送机上山，为减少大巷数目及设备，大巷胶带输送机采用分时运输矸石，主井其中一对32t箕斗负责分时提升井底矸石仓储存矸石，地面设分时运输胶带输送机运至临时矸石山存放。分时运输工作制度采用一天一次，井下在采区均设采区煤仓，煤仓容量1000m3，可满足井下采区约2h的煤炭生产量，经计算，井下矸石分时运输需时1.72h，不影响矿井正常生产。该系统在减少矿井基建投资情况下实现了矸石的连续运输，具有转载环节少、运营费用省、事故率低等优点。

3.3 大巷排水系统创新杨村矿井由于地压较大，井巷变形量大，为减少水沟掘进对巷道的破坏及矿井水对巷道的浸泡，井下轨道大巷敷设D400无缝钢管，在各采区上山下部设沉淀池，工作面涌水汇入各采区上山下部的沉淀池，沉淀池高出轨道大巷8m，沉淀后矿井水进入无缝钢管通过自流最终排至井底车场水仓入口处。

3.4 砂石水泥物料输送系统由于地压大，井下巷道部分采用钢管混凝土支护，其壁后需充填大量砂浆混凝土，矿井拟采用物料输送系统，将砂石、水泥混合干料通过管道输送至井下掘进工作面，供掘进工作面壁后充填及喷浆使用。

该系统在地面设圆筒形钢板料仓，将干燥物料通过风力经风井井筒管路输送至井下，然后经100～150m水平管路输送至中转站，该系统输送能力为10 m3/h，井下设置4个中转站和5个移动工作站。移动工作站主要用于掘进工作面的壁后充填、喷射混凝土。该系统减少了矿井辅助运输量，提高了矿井自动化水平。