煤矿矿井设计及采区优化分析

牛小龙 季 伟

（山东万祥矿业有限公司，山东 济南 271104）

近几年煤矿矿井设计在不断进行改进和创新，这也是目前煤矿企业需面临的新挑战。 本文主要分析煤矿矿井设计的发展和现状， 对矿井安全操作进行研究，希望可以提高矿井生产效率。

1 煤矿矿井设计现状

（1）通风井设计：煤矿开采通常都是在地面以下的位置进行，坑口数量较多，比如说大河滩坑口、长夜坑口等，每一个坑口和地面之间都是互相连接的，所以说如果出现失误就会造成漏风等现象，因此，设计通风井时需要确保其安全性和科学性。 不同的坑口可以进行划分，将一个或者几个作为进风井，其他的作为回风井，这样也可以确保风向是回流的。通风口一定要严格按照规定标准进行设置，不通风的地方一定要进行密闭设置。

（2）倾斜煤矿设计结合矿井的不同规律和形状，内框可以分为不同类型，即大、中、小，但是倾斜煤矿是完全避免不了的， 因为几乎所有的煤层都会有一定的倾斜程度，所以说，对优化倾斜煤矿的设计过程中，一定要充分考虑到井口的倾斜度，之后再进行设计，矿井设计时也要符合实际需求，进而提出整体设计方案。

2 采矿区优化设计

采矿区应该提高安全性和稳定性，这样才能保证采矿效率，所以说对其进行优化设计十分必要。

2.1 建立系统结构

通常来说， 采矿区地理位置具有一定复杂性，所以要建立系统结构， 在实际设置过程中应该给对煤矿所在位置的水位地质情况、煤矿情况、开采量等进行详细考虑， 开采时也要有计划性和步骤性。 在开采过程中，开采顺序、使用设备、支护方式等都要有条不紊地进行。 这一系列结构不仅要具有科学性和合理性，更应该符合实际需求和要求，而且，在实际建立当中还需要有专业的勘察团队和专业的工作人员进行配合。

2.2 分析系统功能

分析系统功能时最主要的方法就是数值分析法。开采过程中的稳定性一般由三个指标来进行判断，包括：位移、应力、破坏区和塑性区的综合指标；平衡状态分析，对能量和运动分别进行分析；破坏概率，主要是利用可靠度进行分析，这样也可以确定系统是稳定的状态。

3 煤矿优化模型的创新

首先是思想创新。煤矿的安全生产教育工作应放在安全管理的首要位置，将其作为第一任务和工序。其次，调动每一位员工的安全意识以及自我需求意识，认识到安全施工的重要性是自己不容推辞的任务之一，久而久之员工也会树立起安全理念， 即“公司的安全我尽责，他人的安全我有责，自己的安全我负责”。

其次，是手段创新。 手段创新是指对教育培训手段进行创新，做到“过三关斩五将”。 过“三关”是指：第一，认识关，从思想上认识违规操作的重要性和危害性，提高安全意识；第二，绩效考核关，建立完整的绩效考核体系，将其和奖励奖金进行挂钩；第三，联保关，如果出现违规操作的情况，要对违规工作人员和相关负责人、其他涉及人员一起进行处罚，形成共同承担安全风险的局面。 “五将”是指将要引起的二次伤害、将要发生的事故、将要发生的违规操作、将要发生的违规指挥、将要发生的违规思想。

最后，是机制创新。 煤矿企业的经营考评范围应该将安全管理工作和生产经营工作都纳入其中，做到同考核、同安排、同兑现。之后建立有效的安全生产评估体系、安全考核体系、安全责任体系等，将安全管理体系不断进行完善，提高起日常化和制度性，进而实现自我良好控制的目的。

4 模型优化时存在的问题以及对策

4.1 优化模型结构

对整体进行优化虽然可以提高矿井生产能力和效率，也可以对各种系统方案进行全面优化，将系统中各个组成部分之间的影响进行充分反应，但是其实得出的结果和矿井设计表述并不完全一致，不过也没有任何影响。 优化模型在实际构建过程中，应该考虑到各个系统之间的独立性和合作性，不仅要发挥出自身价值，还要促进其他构造的增强和提高，这样才能够体现出优化模型的最高效率，将各个部分的作用共同发挥出作用。

4.2 投资费用计算

矿井方案优化过程中面临的主要困难之一就是对投资费用的计算， 因为矿井优化模型中子系统较多，保证单价合理并且可以平均分配到每一个子系统中难度也较大。 所以说，矿井工程费用计算应该单独进行和展开， 在优化模型时重视引入和计算工程技术，投资费用计算时也可以建立专门的模型，不仅可以保证质量，还可以提高费用计算和投资的有效性。

4.3 同步优化和模拟

要想让矿井设计提高其实用性， 可以同步引入模拟，检测方案设计能否达到预期效果，也就需要对不同的子系统进行模拟，同时对整个系统进行模拟，进而保证煤矿矿井设计具有一定的事实依据和理论依据。

5 采区优化设计分析

（1）优化内容：矿区设计和采区优化主要包括选择机械设备、更新采煤方法等，是建立在优化模型以及巷道布置的基础之上的，采集到的数据可以对采煤方法进行确定，还可以明确设备选择标准。

（2）是优化方法：第一，联合布置，减少岩巷的同时降低其掘进率，将两层组进行联合布置可以提高可行性，结合具体论证进行分析，在条件允许的情况下，利用二层组和一层组进行联系。第二，一巷多用，布置和设计巷道的过程中，以前的巷道也要尽可能保留和利用，之后结合其他区域进行改造，避免出现浪费的情况，还可以实现一巷多用，不仅可以降低投入成本，还可以提高工作效率。第三，取消岩石大巷，如果矿井地质结构较为简单，煤层也具有一定稳定性，并且两个煤层都属于单一层时， 那么在实际布置巷道过程中，可以取消岩石大巷，采用自然层一条龙的方式，可以节省更多人力物力。 第四，适当增加阶段高度和长度，增加阶段高度可以提高生产率，因此可对开采条件进行提前了解和调查，勘察技术设备，在条件允许的情况下，对阶段高度进行适当增加，同时增加工作长度和采区长度，减少分段数量，从根本上降低成本，增加采煤工作量，充分发挥机械化功能。

（3）重视计算机编程：首先，对方案的代码机器数量继续宁定性，利用计算机技术特有的灵活性对使用程序进行比较， 对程序结构和语言进行适当简化，同时安排不同的道路机器数量；其次，对采区的设计方案进行优化；再次，矿区整体设计也要提高，进行相应的优化；最后，对结果进行输出。

另外，必要的情况下要改造运输系统：对原来的生产系统以及环节进行相应的技术改造， 尽可能地提高设备仪器的智能性、生产的连续性、能力的大型性以及系统的简单性集中性， 如果条件和资金允许的情况下，也可以尝试采取无人化采区的方式方法。

6 采区优化保障措施

首先，要树立正确的思想，坚持安全第一的原则。在实际工作中对工作人员安全行为和安全思想都要有足够的重视，提高安全教育宣传力度，让其树立安全意识，明确自身工作职责和义务，对自己的工作和他人的生命安全负责。 其次，对宣传形式进行优化和创新，结合新时代发展的趋势和实际需求，对煤矿矿井设计和采区优化提高重视，结合不同的宣传手段进行渗透，例如，多媒体技术、三维动画技术、微信、微博、各种短视频平台等，都是非常好的宣传平台，也可以让更多的人关注到煤矿矿井设计现状。 除此之外，还要让工作人员对设计优化有足够的重视，在宣传时也可以有针对性地展开工作，使其充分认识到这项工作的优势，利用其优势来展开后续工作。