深井煤矿井底车场优化设计

宋国忠 张 辉 赵 琦

（通用技术集团工程设计有限公司， 山东 济南 250031）

鲁西煤炭基地是国家14 个大型煤炭基地之一，也是较早进入深井开采的大型煤炭基地。巨野矿区是鲁西煤炭基地全面进入深井开采的新建矿区，经过十几年的建设和生产，积累了丰富的优化案例和经验。本文通过收集巨野矿区井底设计和建设生产过程中优化案例，总结深井煤矿井底车场的特点，为类似煤矿设计提供参考和依据。

1 巨野矿区简介

巨野矿区位于山东省西南部，包括巨野煤田和梁宝寺煤田，总面积约1210 km2，是山东省最晚开发的矿区。巨野煤田划分为5 对煤矿，即龙固煤矿（6.00 Mt/a）、赵楼煤矿（3.00 Mt/a）、郭屯煤矿（2.40 Mt/a）、郓城煤矿（2.40 Mt/a）、万福煤矿（1.80 Mt/a）；梁宝寺煤田划为2 对煤矿，即梁宝寺煤矿（1.80 Mt/a）和彭庄煤矿（0.60 Mt/a）。矿区自2004 年开始建设，至今已经建成6 对煤矿，剩余万福煤矿正在建设中。其中龙固、赵楼和郓城煤矿开采深度都超过800 m，地温偏高，一般原始地温36～46 ℃。赵楼煤矿实测原岩温度至少在43 ℃左右，高于采掘工作面必须停止作业温度30 ℃，都采取了机械降温措施，是典型的深井煤矿。巨野矿区的巷道支护难度明显加大，在深井支护方面做了大量的研究和试验。

2 井底车场设计案例

（1）郓城煤矿井底车场兼顾东、北两个开拓方向。优化后的车场布置如图1 所示。

（2）龙固煤矿井底车场兼顾东、北两个开拓方向，巷道较复杂，采用电机车运输。优化后的车场布置如图2 所示。

3 主副井系统优化

3.1 主井相关硐室优化

由于提升高度增加，主井提升设备由一对箕斗增加为两对箕斗。

郓城煤矿装备两套20 t 双箕斗，达到2.40 Mt/a的提升能力。箕斗装载硐室由主井单侧布置变为双侧布置，见图1 中13 号工程。硐室净长19 m，净宽6 m，对井壁结构和硐室支护有较高要求。

龙固煤矿采用双主井布置，各装备1 套32 t 箕斗，达到6.00 Mt/a 的提升能力。箕斗装载硐室单侧布置，净长8.5 m，净宽6.2 m，两主井间距45 m，见图2 中1 号工程。两个箕斗装载硐室平行布置，见图2 中13 号工程。没有产生明显的应力集中现象。

图1 郓城煤矿井底车场布置图

图2 龙固煤矿井底车场布置图

3.2 副井相关硐室优化

3.2.1 增加交通罐通道

由于井筒较深，人员通过副井内梯子间到达地面的难度较大，井筒内增加交通罐，副井与井底车场之间增加交通罐通道，满足紧急情况下人员通行需要。根据交通罐的开口方向，通道的布置方式不同。通道可能利用副井井筒与井底车场连接处现有巷道，也可能需要单独增加一条巷道。应尽量避免单独增加巷道，减少硐室开口对井壁的分割，避免井壁应力过度集中。

3.2.2 加大硐室与车场巷道的间距

主排水泵房、主变电所等主要硐室与临近车场巷道的距离一般为20～25 m。深井煤矿为减少应力集中和临近巷道施工影响，适当加大间距。主排水泵房、主变电所与临近车场巷道距离30～35 m。见图1、图2 中4、5 号工程。

井底煤仓之间、井底煤仓与主井之间一般间距25～30 m，深井煤矿应加大至40～50 m。见图1、图2 中1、14、15 号工程。

3.2.3 兼顾无轨胶轮车运输

无轨胶轮车具有运行速度快、人员运输灵活、可整架搬运液压支架等优点，在大型矿井中普遍使用。小型无轨胶轮车可直接通过副井罐笼上下井，大型无轨胶轮车可分体下井。

龙固煤矿采用轨道运输+无轨胶轮车运输，双运输大巷一进一回，保证了运输安全，提高了运输效率。重型综采工作面设备的拆除与安装可在40 d内完成。井底车场应采用固定道床，轨面标高应与硬化的大巷底板上表面标高一致，既可避免突出的钢轨划伤轮胎，又可避免无轨胶轮车挤压导致轨道变形、移位等问题。

4 降温相关系统优化

4.1 增加井下降温硐室

根据井上下换热的需要，一般在进风的主、副井井筒内敷设低温管路，在回风井内设高温管路，所以降温硐室应靠近进风井和回井，见图1 中17号工程。一般包括制冷站、配电室、控制室等，长度一般超过100 m，例如赵楼煤矿井下降温硐室长159 m。

龙固煤矿将降温硐室布置在副井和等候室附近，有利于降低进风温度，也是一个较好的布置方式。见图2 中的2、10、17 号工程。

随着开采深度的增加，需要的制冷量增加，设计应留有扩建的余地，进一步增加了井底车场硐室的布置难度。

4.2 主排水泵房和主变电所独立回风

主排水泵房和主变电所一般布置在副井附近，主排水泵房通过管子道与副井相连，都处于进风风流中，没有煤尘和瓦斯污染，可以不独立通风。在深井煤矿中由于原岩温度高，引起硐室内温度偏高，机电设备和矿井水散热提高了进风温度，加大了机械降温系统的负荷。郓城煤矿通过改造，增加主排水泵房回风道，见图1 中的11 号工程，形成独立回风系统，实测水泵房内温度下降8 ℃，轨道石门进风温度略有下降。

4.3 高温矿井水沿回风巷流动

一般矿井主水沟沿轨道石门或轨道大巷布置在进风巷道中。深井煤矿涌水温度偏高，如郓城煤矿掘进工作面实测水温45 ℃，矿井辐射出大量的热量，成为流动的热源，发散出大量水蒸气，提高了井下空气的湿度和等效温度。设计将主排水沟布置在回风石门或回风大巷中，避免高温矿井水对新鲜空气的加温、加湿作用。排水管路沿回风井筒敷设，比传统的沿副井敷设可降低副井井底温度2～3°。

5 支护材料与断面优化

5.1 增大支护材料强度

矿井支护材料一般采用18 mm 直径的螺纹钢锚杆，配合17.8 mm 直径的钢绞线锚索。深井支护一般采用20 mm 直径的高强螺纹钢锚杆，配合21.6 mm 直径的钢绞线锚索。支护难度大的区域也可以采用22 mm 直接的高强螺纹钢锚杆，配合21.6 mm 直径的钢绞线锚索。锚杆用钢材的屈服强度从400 MPa 提高到500 MPa，个别矿井使用过600 MPa 的螺纹钢锚杆。

5.2 设计U 型底板

在高应力作用下，巷道底板发生蠕变产生底鼓，对轨道运输影响较大。经过试验，采用U 型底板效果较好，U 型底板拱高度为1/5～1/8 巷道净宽。底板中部增加锚杆，可不浇筑混凝土反底拱。赵楼、万福煤矿增加反底拱设计，减少了巷道返修。

6 结语

深井煤矿井底车场有显著的特点，本文从主井相关硐室、副井相关硐室、降温相关系统、支护4个方面进行分析和总结，各自在优化后均有不同程度的效果，如合理硐室结构、增大支护强度、增加井下降温硐室、主排水泵房和主变电所独立回风、高温矿井水沿回风巷流动等，为深井井底车场的布局和类似矿井设计提供了有益参考。