多水平矿井复杂生产系统优化工程的应用

朱学龙

（山东东山古城煤矿有限公司，山东 兖州 272100）

老矿区井下行人、运输、通风、供电、排水等生产系统线路长、环节多；同时后路巷道的年久失修，也给生产系统带来了安全隐患。受上述两方面原因影响，井下生产系统呈复杂状态，给矿井的安全生产和稳定发展带来了严重影响。古城煤矿行人需周转6 部架空乘人装置到达生产水平大巷，往返耗时2 h；排水环节复杂，采用三级排水方式；最远通风线路达15 km，负压大，主通风机长时间高阻运行。为此提出安全高效生产高速线的理念，对矿井生产系统进行优化，施工主进风巷工程，一条巷道直通三水平，使水、电、风、人一站式到达作业区域，大大减少职工上下井时间，降低矿井通风阻力，改善作业环境，简化供电、排水、运输等环节，集中优化改造生产系统，彻底解决了矿井系统复杂的现状[1-5]。

1 工程概况

古城煤矿隶属于山东能源临沂矿业集团公司，矿井于2001 年1 月投产，井田面积16.66 km2，核定生产能力为180 万t/a。矿井采用立井、暗斜井多水平开拓方式，共分三个水平，第一水平为505 m，第二水平为850 m，第三水平为1030 m。矿井最大采深超过1200 m， 开采工艺为条带式综采放顶煤。矿井主采煤层为二迭系山西组3 煤，平均煤厚8.5 m。

矿井受大采深、高应力及复杂地质条件影响，后路巷道变形，生产系统复杂，矿井通风阻力较大，矿井行人、运输、通风、供电、排水等生产系统线路长、环节多、耗时长、能耗高。基于此原因，矿井需要实施生产系统优化工程，提高生产系统安全性和可靠性。

2 实施方案

（1）创建大断面岩巷快速掘进作业线。施工工艺由传统的人工风钻施工炮眼+耙装机装煤+矿车运煤升级为矿用液压快速凿岩钻车施工炮眼+挖掘式装载机装煤+皮带运输机运煤。对于无法利用皮带输送机运输的工作面，通过梭式矿车和人造缓冲矸石仓的方法消除运输环节施工时间。快速作业线全岩人均工效由0.05 m/工提高到0.08 m/工（净断面22.4 m2，支护密度锚索20 根/m、锚杆21.25根/m），单头掘进进尺（-505 m 水平）由55 m 提升到97.5 m，达到了历史新水平，实现了质的突破。传统作业线与快速作业线掘进指标效果对比如图1。

图1 传统作业线与快速作业线掘进指标效果对比

（2）创新应用含双大空孔的直眼掏槽新工艺。基于裂槽-抛渣的理念，设计科学、配套的爆破参数选取标准，提出含双大空孔的直眼掏槽新方法，同时运用基于裂槽-抛渣思想研制的矿用液压快速钻车，优化爆破方案和施工工艺，实现减少每循环炮孔数目15%，每循环降低炸药消耗量0.4 kg/m3以上，将炮眼利用率提高到95%以上。

（3）巷道差异化支护，科学控制成本。通过对巷道支护围岩特征及受力情况分析，在理论研究下结合巷道实际压力及服务年限进行差异化支护，支护期间进行了密切的跟踪和观察，通过现场检测、数据分析，取得了良好的效果，共节约279 万元的支护材料。如图2。

图2 主进风巷差异化支护巷道断面支护图

（4）基于矿井控制网内建立独立坐标系技术，实现万米变形严重巷道零误差贯通。主进风巷贯通导线全长7500 m，横跨三个水平，属于特大型贯通工程。因贯通导线较长、测站较多、累计误差较大，故提出在矿井控制网内建立独立坐标系，然后在这个独立坐标系下分区段建立两个小的独立坐标系统。同时导线测量采用日本产尼康NPL-322+本安型防爆全站仪独立施测两个测回，测量精度为15″级；高程测量采用三角高程法，两次仪器观测，最终实现巷道零误差贯通。

（5）提出打造矿井安全高效生产高速线的设计理念，集中优化矿井生产系统。行人系统方面创造国内运行功率（185 kW）、运行工作距离（3000 m）、运行高低落差（525 m），速度达到安全规程规定最高值1.7 m/s，使职工上下井时间缩短1 h；通风系统方面使矿井通风量增加1030 m3/min，负压降低440 Pa，主通风机年节能259 万元，同时巷道风速由原来的5 m/s 减至3 m/s，改善了通风环境，解决了职工上下井受冻问题；排水系统方面使矿井三级排水升级为二级自动排水，减少了1 岗4 工，减少了排水泵耗能，减少了-850 m 水仓巷道维护费、清仓费和管道磨损费，年节省费用400 万元。

3 取得的效果

（1）生产系统优化工程所采用的大断面岩巷快速掘进作业线刷新矿井人均工效记录，打破单头掘进进尺，目前人均工效最高达到0.077 m/工，施工人员42 人，掘进进尺达到97.5 m。

（2）施工工艺中直眼掏槽新工艺实现减少每循环炮孔数目15%～20%，降低每循环单位炸药消耗量0.4 kg/m3以上，将炮眼利用率提高到95%以上。

（3）该工程差异化支护巷道长700 m，大大节约了锚杆、锚索等支护材料，累计节约材料费279万元。差异化支护技术简化了支护工序，节省了支护成本，节约了施工时间，减轻了职工的劳动强度，提高了掘进工作面单进水平。

（4）通过生产系统优化工程的实施，矿井通风、供电、排水、辅助运输等生产系统得到了简化，系统距离缩短，解决了生产系统受巷道年久失修的影响，提高了生产系统的安全性和可靠性。

4 结语

该工程的实施和配套装备的成功应用，成功解决了我国老矿区煤矿生产系统复杂的工程难题，为矿井生产系统如何集中优化提供了新的设计理念；后期排水、通风、行人、供电四大生产系统的优化改进，为矿井的安全生产和高产高效提供了强有力的保障；同时，该工程每天节省职工上下井1 h 的时间，减轻了作业强度，增加了职工幸福指数。