立井井筒相互关系对地面总平面布置和井底车场设计的影响研究

2020-10-10王建锋

煤炭工程 2020年9期

王建锋

(煤炭工业合肥设计研究院有限责任公司，安徽合肥 230041)

为满足煤矿的安全生产需要，依据《煤炭工业矿井设计规范》、《煤矿安全规程》及相关规程规范的要求，我国的大多数煤矿一般设计3个井筒，即主井、副井、回风井。对井田面积大，地面平坦，煤层埋藏深，资源储量丰富的矿井，从减少工业场地压煤量，地面布置紧凑、系统简单、有利于管理等方面综合分析，宜将井筒集中布置在一个工业场地内[1]。集中布置的井筒，上连接地面各生产系统，下连接井底车场与相关硐室。涉及的各生产系统既相互独立又存在相互影响，只有在设计中进行优化，才能减少相互影响、不但节省投资，而且各系统更加顺畅，有利于矿井安全高效高产[2]。

建设安全高产高效的现代化矿井[3]是一项复杂的系统工程，涉及到生产结构布局的调整、生产要素的优化、生产力水平的提高等多方面。对矿井而言，只有从设计源头把好关，采用新理念[4]，做出合理、优秀、科学设计才能简化生产环节，完善生产系统，从而为矿井高产高效奠定良好的基础[5]。本文以口孜东矿为例，论述了井筒位置关系对井上下设计的影响，通过方案比较进行了研究分析和设计。

1 口孜东矿井概况

口孜东矿井设计生产能力500万t/a，采用立井、主要石门、分组大巷开拓方式，一水平标高-967m。

根据井田面积的大小、地形地貌、资源储量的分布情况，井上下生产工艺的要求，从井田开拓的合理性、有利于通风、节约投资省等方面分析，3个井筒可集中布置在同一个工业场地，也可分散布置在不同的工业场地。口孜东矿井井田面积达36km2，地面平坦，可采储量达4亿t，为提高减少工业场地压煤，便于集中生产和管理[6]，结合开拓方式，主井、副井、中央回风井3个井筒布置在同一个工业场地内较优。

根据口孜东矿井生产需要，为满足矿井提升和通风等要求，经科学计算，确定主井井筒净直径7.5m，井筒内布置2套27t箕斗，专用于提煤，兼作部分进风；副井井筒净直径8.0m，布置1套1.5t双层四车一宽一窄罐笼和1套9t矸石箕斗，其中：矸石箕斗专用于提矸，罐笼用于上下人员、提升设备和材料，本井筒为矿井主要进风井，并装备梯子间兼作安全出口；中央回风井井筒净直径7.5m，为矿井专用回风井，井筒内装备玻璃钢封闭梯子间，为矿井另一安全出口。井下煤炭及矸石采用胶带运输机运输，材料、人员、设备等采用8t蓄电池电机车牵引1.5t固定式矿车运输。

2 井筒相互关系对地面总平面图设计的影响

从口孜东矿井开拓方式、生产能力等因素分析，该矿井地面总平面布置应考虑以下5个方面的主要因素：一是，满足生产，少压煤。必须满足井下开拓布置与地面生产工艺、场内外运输条件要求，节约用地，减少压煤。二是，因地制宜，合理分区。建(构)筑物的布置应结合地形、地物及开采条件，尽量压缩场地西侧用地，以减少首采区压煤量，不同功能的建(构)筑物应因地制宜分区布置。三是，科学合理，留有余地。平面布置应集中、简化，紧凑合理，整齐美观，人流、货流通畅简洁，并留有适当的发展余地。四是，靠近中心。供电、供水、供热的建(构)筑物应尽量靠近负荷中心布置。五是，满足规范，条件优良。工业场地布置应满足国家环境保护、防火、防震和工业安全与卫生等方面的规程、规范要求，使建(构)筑物有良好的采光、通风和卫生条件[7-9]。

为满足矿井生产的需要，按照功能不同，口孜东矿井工业场地内应设置场前区、生产区、辅助生产区、矿井水、污水处理站区和生活服务区。每个小区域如何布置不但要考虑自身功能的需要，还需要从同其他区域协调，进场公路、铁路专用线布置等方面综合分析[10]。因此如何确定口孜东矿3个井筒在平面之间的关系，显得尤其重要。

口孜东矿主井专用于提煤，煤炭经主井提升后需通过栈桥运至选煤厂[11]。为实现矸石连续运输，副井内除布置罐笼用于上下人员、提升设备、材料外，还布置有一套矸石箕斗专用于提矸，因此副井周边除常规的井口房、地面绕道、用于上下井人员更衣洗澡的联合建筑外，还需要设置矸石连续运输系统。回风井地面需布置通风机房，因噪音较大，因此应与厂前区和其他生产区域保持一定的距离。

结合进场公路在工业场地南边，铁路专用线在北侧接轨较便利，本区域主导风向为东南风等因素，口孜东总平面总体布局按场前区位于场区南部，生产区位于场区的西部，辅助生产区位于场区的东部和副井的北侧较合理。根据该总体布局，3个井筒位置关系从南向北依按副井、主井、回风井排列较恰当[12，13]。据此思路，设计对矿井工业场地总平面布置提出2个方案进行比选。

方案Ⅰ：工业场地内设主井、副井和回风井3个井筒。场地按照建(构)筑物的功能不同分为生产区、辅助生产区、场前区、矿井水及污水处理站区和单身宿舍区。生产区、储煤场位于场区西部，辅助生产区位于的场区东部，场前区位于副井的南侧，矿井水及污水处理站位于场区北部、铁路站场北边，生活服务区位于场地大门前、场前道路东侧。场内运输采用道路与窄轨铁路两种方式。场地南侧设有人行主入口，西南和西北侧设有地销煤和货运2个入口。工业场地总平面布置方案Ⅰ如图1所示。

图1 工业场地总平面图布置方案Ⅰ

方案Ⅱ：生产区位于工业场地东部，储煤场位于铁路站场北侧，辅助生产区位于的场区西部，场前区与方案Ⅰ基本相同，矿井水及污水处理站布置在场区西北部，单身宿舍区布置在场区西南部。工业场地总平面布置方案Ⅱ如图2所示。

图2 工业场地总平面图布置方案Ⅱ

两个方案的共同优点：平面布置紧凑，整齐美观；功能分区明确合理，各区发展余地较大；场内道路顺直通畅，窄轨铁路线路简捷，且道路与窄轨铁路交叉少，干扰小；变电所距用电负荷中心近，供电线路较短；场前区较宽阔，绿化面积较大，主入口正对办公楼，景观效果好。方案Ⅰ的主要缺点：受装车点限制，采用跨线仓；排矸带式输送机廊较长。方案Ⅱ的主要缺点：生产区、储煤场位于场地全年主导风向的上风侧，对场区污染较大；辅助设施布置较分散。

经分析，方案Ⅰ平面布置紧凑合理，整齐美观，功能分区明确，场内道路顺直通畅，生产区、储煤场位于场地全年主导风向的下风侧，对场区污染较小，故该设计推荐方案Ⅰ。

3 井筒相互关系对井底车场及硐室的影响

立井井底车场布置形式一般有卧式和立式。设计时应从减少井巷工程量、缩短建井工期、有利于井底车场调度作业及硐室布置等方面综合考虑，并结合井底车场附近地质构造情况，经过方案比选最终择优确定[14]。

根据口孜东矿井下采场位于井底车场西翼和北翼的特点，经方案比选设计推荐井底车场采用卧式布置。该布置形式的主要特点是：车场线路布置简单，进出车及调车方便，工程量省，与北翼石门、西翼大巷联系较方便。本矿井井深、地压大，巷道支护具有一定的难度，设计过程中还应充分考虑巷道施工过程中临近巷道或硐室之间的扰动影响[15]。为减少临近巷道施工的扰动影响，根据设计规范，并结合两淮矿区生产矿井的经验，设计推荐口孜东矿井井底车场主要巷道之间间距为50m。

结合口孜东井下采区均位于北翼和西翼的特点，副井井底车场宜采用西侧进车，东侧出车方便。从地面来看，辅助生产区位于场区的东部和副井的北侧，地面宜采用东侧进车、西侧出车。根据地面和井下布置，最终确定副井井上下进出车方式为异侧进出车，该布置方式具有安全可靠、操作便利等优点。口孜东矿井井底车场布置如图3所示。

图3 口孜东矿井井底车场布置(m)

4 口孜东矿工程设计效果分析

口孜东矿较好的井筒位置关系，为地面总平面图布置设计奠定了良好的基础，从建成的实际情况来看，在地面和井下取得较好的效果。

1)地面设计效果分析：①平面布置紧凑，整齐美观，功能分区明确合理；②场内道路顺直通畅，窄轨铁路线路简捷，且道路与窄轨铁路交叉少，干扰小；③生产区、储煤场、矿井水及污水处理站、矸石周转场位于场地全年主导风向的下风侧，对场区污染小；④场前区较宽阔，绿化面积较大，主入口正对办公楼，景观效果好。

2)井下设计效果分析：①工业场地压煤量为少，压煤没有压一水平的煤炭，压煤均为一水平以下煤炭；②井底车场线路设计合理，调车便利、时间，有利于井底车场调度作业、硐室布置，更加有利于井筒施工到底后井筒的互相贯通[16]；③因井筒位置关系设置合理，主井、风井施工同时先到底后，2个月后副井到底，实现了3个井筒尽快贯通，井下形成了全负压通风[17]，满足了井下多头同时掘进的需求。跟同类型矿井，在相同的条件下相比，口孜东矿自井筒到底形成多掘进头同时作业时间比同类型的刘庄矿井、顾桥矿井缩短了1.5个月，为缩短建井工期创造了有利的条件。