發(fā)展創(chuàng)新，把握煤礦設(shè)計方向

宋吉曜（昆明煤炭設(shè)計研究院，云南 昆明 650000）

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發(fā)展創(chuàng)新，把握煤礦設(shè)計方向

宋吉曜（昆明煤炭設(shè)計研究院，云南 昆明 650000）

煤礦的設(shè)計應(yīng)當(dāng)重視其經(jīng)濟(jì)合理性，以貫徹國家方針為基本原則，實(shí)現(xiàn)設(shè)計的更新，最終改變我國的煤礦生產(chǎn)面貌，而為了把握煤礦總體設(shè)計方向，實(shí)現(xiàn)發(fā)展創(chuàng)新，必須進(jìn)一步完善礦井設(shè)計，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化發(fā)展。本文即結(jié)合煤礦設(shè)計現(xiàn)狀，針對其發(fā)展創(chuàng)新進(jìn)行了探討，以供參考。

發(fā)展；創(chuàng)新；煤礦；設(shè)計

1　引言

我國煤炭資源總量豐富，在煤礦開采中，礦井設(shè)計開拓是其建設(shè)與生產(chǎn)的關(guān)鍵，影響著建井工期和生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)的投入、產(chǎn)出、質(zhì)量與效益。因此，煤礦設(shè)計在其中發(fā)揮著決定性的作用，要求相關(guān)設(shè)計人員必須掌握相關(guān)專業(yè)知識，具有遠(yuǎn)見，看到煤礦設(shè)計的整體發(fā)展方向，結(jié)合礦區(qū)實(shí)際，不斷改進(jìn)煤礦設(shè)計，加強(qiáng)煤礦的生產(chǎn)能力與經(jīng)濟(jì)效益。

2　煤炭開采工業(yè)現(xiàn)狀與問題

2.1發(fā)展現(xiàn)狀

經(jīng)過恢復(fù)時期、困難時期和改革開放初期之后，我國煤炭工業(yè)進(jìn)入飛速發(fā)展時期。煤炭設(shè)計行業(yè)經(jīng)過簡單模仿、一邊模仿一邊創(chuàng)新，發(fā)展到現(xiàn)在的科學(xué)模仿和自己創(chuàng)造。在充分吸收過去的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，積極運(yùn)用最新技術(shù)和裝備的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一批不同地質(zhì)條件下的大型和特大型現(xiàn)代化礦井。這些礦井的設(shè)計生產(chǎn)能力、井田開拓、工藝布置、系統(tǒng)配置、集中化自動化程度、施工方法、建設(shè)工期等方面，總體上達(dá)到了國際先進(jìn)水平，有些技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。截止2013年底，全國已經(jīng)建成年產(chǎn)120萬t及以上的大型現(xiàn)代化煤礦850多處，礦井?dāng)?shù)量占全國總數(shù)的7%但產(chǎn)量占到全國的65%，其中千萬噸級的特大型煤礦53處，產(chǎn)量占到全國的17%，甚至還出現(xiàn)了一批千萬噸級的回采工作面。

2.2煤炭開采存在的問題

我國的煤炭工業(yè)目前已經(jīng)取得一定的成績，但仍然存在一些深層次的矛盾，具體來說，煤炭工業(yè)的發(fā)展主要存在以下幾個方面的問題：

2.2.1資源配置不合理，破壞浪費(fèi)

我國當(dāng)前的煤礦企業(yè)往往在資質(zhì)管理制度方面不完善，資源價格缺乏辦礦條件企業(yè)與個人經(jīng)濟(jì)實(shí)力上的優(yōu)勢，甚至需要通過炒賣資源的方式謀取利益，因而對行業(yè)持續(xù)發(fā)展帶來不利影響。

2.2.2整體的技術(shù)水平較低

我國目前的煤炭行業(yè)科技貢獻(xiàn)率僅僅達(dá)到約24.2%，低于全國的29.5%平均水平，煤炭行業(yè)的整體生產(chǎn)技術(shù)水平較為落后，除了部分的國有大礦，大多數(shù)為生產(chǎn)技術(shù)水平低、裝備差、效率低的小型煤礦。

2.2.3安全基礎(chǔ)薄弱，安全生產(chǎn)形勢嚴(yán)峻

我國許多的國有重點(diǎn)煤礦都陸續(xù)進(jìn)入衰老報廢的高峰期，對于事故的抵御能力嚴(yán)重不足，而數(shù)量較多的鄉(xiāng)鎮(zhèn)小煤礦則大多為了追求高額利潤，忽視安全投入，導(dǎo)致煤礦事故時有發(fā)生，嚴(yán)重影響了煤炭工業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

2.2.4資源綜合利用程度不夠，破壞生態(tài)環(huán)境

“十五”以來，我國的煤炭產(chǎn)量大幅增長，高強(qiáng)度資源開發(fā)加劇了生態(tài)環(huán)境的破壞。此外，煤炭的生產(chǎn)、加工過程中，所產(chǎn)生的煤泥、劣質(zhì)煤、煤伴生礦物和礦井水等，未能得到有效利用。

3　發(fā)展創(chuàng)新，把握煤礦設(shè)計方向的措施

隨著經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇，國家對于能源的需求也隨之增加，我國當(dāng)前的煤炭工業(yè)必須立足當(dāng)前，著眼長遠(yuǎn)，從而認(rèn)真做好以下方面的工作：

實(shí)驗(yàn)中,節(jié)點(diǎn)數(shù)2、3、4時的平均精度分別為98.82%、90.29%、76.72%,可見,隨著預(yù)測節(jié)點(diǎn)數(shù)增多,預(yù)測精度降低,預(yù)測結(jié)果的穩(wěn)定性也開始下滑.這是因?yàn)?當(dāng)預(yù)測的節(jié)點(diǎn)數(shù)增多時,所有節(jié)點(diǎn)組成區(qū)域內(nèi)的鏈路組合數(shù)量呈指數(shù)倍增長,而組合數(shù)越多,使得預(yù)測結(jié)果的搜索空間越大,模型越難準(zhǔn)確地命中真實(shí)的情況,從而導(dǎo)致其預(yù)測穩(wěn)定性的下滑;同時,當(dāng)數(shù)據(jù)集大小有限時,對于每種組合下的輸入數(shù)據(jù)就會更少,即每種標(biāo)簽下對應(yīng)的訓(xùn)練樣本變少,使得各標(biāo)簽的訓(xùn)練過程不充分,模型出現(xiàn)欠擬合現(xiàn)象,從而導(dǎo)致其預(yù)測精度變低.

3.1推進(jìn)大型煤炭基地建設(shè)

我國應(yīng)當(dāng)依據(jù)國民經(jīng)濟(jì)的實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r與煤炭需求，以“上大關(guān)小、產(chǎn)能置換、優(yōu)化結(jié)構(gòu)”為基本原則，加快大型煤炭礦區(qū)的總體規(guī)劃工作，進(jìn)而優(yōu)化煤炭的整體開發(fā)布局。

3.2企業(yè)兼并重組，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

我國應(yīng)當(dāng)繼續(xù)大力整頓布局不合理、不符合相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)、浪費(fèi)資源且不符合環(huán)保要求的小型煤礦，必要情況下甚至可以直接關(guān)閉，以早日形成以大興煤礦企業(yè)為主體的煤炭供應(yīng)體系，從而提升煤炭行業(yè)的整體抗風(fēng)險能力與競爭力。

3.3做好煤炭資源管理利用，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)節(jié)能

我國需要通過不斷加大煤制油、煤氣化等項(xiàng)目的研究開發(fā)，盡可能降低煤炭這種終端能源的運(yùn)用比例，推動煤炭資源的清潔化利用，達(dá)到減少生態(tài)環(huán)境污染的目的，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會的可持續(xù)發(fā)展。

4　我國煤礦設(shè)計的發(fā)展

4.1礦井設(shè)計發(fā)展方向

設(shè)計應(yīng)當(dāng)以全面貫徹科學(xué)開采作為基本原則，實(shí)現(xiàn)開采工作的安全、高效、綠色、經(jīng)濟(jì)、高回收率等，構(gòu)建資源開發(fā)、環(huán)境與生態(tài)保護(hù)、區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)格局。將引入科學(xué)產(chǎn)能的理念，按照時代和科學(xué)開采的要求，科學(xué)合理確定礦井設(shè)計生產(chǎn)能力，確保安全、高效、環(huán)境友好地開發(fā)煤炭資源。礦井設(shè)備將繼續(xù)向大型化、重型化、智能化、高可靠性、節(jié)能高效方向發(fā)展，進(jìn)一步加強(qiáng)瓦斯、水害、沖擊地壓等重大災(zāi)害的治理力度。以兩化深度融合、智能礦山和先進(jìn)可靠的技術(shù)裝備為基礎(chǔ)，集中、安全和高效生產(chǎn)。

4.2礦井設(shè)計大型化

影響礦井設(shè)計能力確定的因素很多，主要包括礦井地質(zhì)條件、煤層賦存條件、資源儲量、開采技術(shù)以及機(jī)械化裝備水平等確定。但隨著科技進(jìn)步，礦井大型化是必然的趨勢，近年來，在礦區(qū)總體規(guī)劃中確定礦井設(shè)計生產(chǎn)能力時，當(dāng)?shù)V井資源豐富、開采條件優(yōu)越、政策規(guī)定允許時，創(chuàng)新設(shè)計思路，盡可能規(guī)劃大型特大型礦井。

4.2.2井田面積大型化

礦井井田劃分主要依據(jù)地質(zhì)構(gòu)造、煤層賦存形態(tài)、地形地物及人為境界、設(shè)計生產(chǎn)能力等因素確定。隨著井型向大型特大型發(fā)展，設(shè)計單位在礦區(qū)總體規(guī)劃中主要根據(jù)資源儲量和開采條件等因素，在地質(zhì)條件允許的基礎(chǔ)上，在井田劃分上趨向于劃大井田面積。在生產(chǎn)礦區(qū)向深部發(fā)展或資源整合時，也盡可能根據(jù)相關(guān)規(guī)定合理地擴(kuò)大井田范圍，以適應(yīng)進(jìn)一步提高礦井生產(chǎn)能力的要求。

4.2.3井筒斷面大型化

由于受礦井提升量、通風(fēng)量和盡量少拆裝甚至不拆裝提升運(yùn)輸大型設(shè)備的要求，設(shè)計新建或改擴(kuò)建大型特大型礦井，如斜井井筒的巷道凈寬一般達(dá)到了4.0～5.0m，有的已超5.0m。巷道凈寬的增加對副斜井而言，主要是基于礦井輔助運(yùn)輸采用無軌膠輪車的礦井為方便施工和滿足錯車需要。主立井凈直徑增大到6.0～8.5m，副立井凈直徑也最大的已達(dá)到11.5m。加大井筒斷面、改變井筒斷面布置方式、解決大型設(shè)備整體進(jìn)出罐籠、選用大型支架運(yùn)輸車直接接力運(yùn)輸?shù)焦ぷ髅媸堑V井提升運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計的創(chuàng)新。

4.2.4采區(qū)尺寸大型化

為減少采煤工作面搬家次數(shù)、充分發(fā)揮設(shè)備能力并盡可能使工作面保持穩(wěn)定高產(chǎn)，除中央采區(qū)外多為單翼采區(qū)，并在地質(zhì)等條件允許的情況下盡可能加大尺寸。設(shè)計中當(dāng)不受地質(zhì)等條件影響下采區(qū)尺寸確定的一般原則：應(yīng)使單翼采區(qū)長度或雙翼采區(qū)的單翼長度至少滿足工作面一年以上的推進(jìn)尺度。

4.3巷道形式煤巷化

在近水平、緩傾斜或部分傾斜煤層條件下的大型特大型礦井設(shè)計中，設(shè)計首先考慮將井底車場巷道與銅室、井下主要巷道、采區(qū)上下山等主要井巷工程布置于煤層中，使井下盡可能除煤倉、聯(lián)絡(luò)斜巷等少量銅室和巷道為巖巷外全部為煤巷，實(shí)現(xiàn)巷道工程的煤巷化。

4.4巷道支護(hù)錨索化

我國礦井巷道的斷面設(shè)計形式和支護(hù)方式多取決于巷道圍巖條件、支護(hù)材料及人的思維定式。隨著礦井建設(shè)速度加快的要求，巷道支護(hù)材料種類的增加，持續(xù)改進(jìn)、設(shè)計思路的不斷創(chuàng)新，設(shè)計更趨向于單一化。如新設(shè)計的主要巷道多采用半圓拱斷面，除圍巖地質(zhì)條件較差地段外大多采用錨噴或錨網(wǎng)噴支護(hù)，而基本不再采用三心拱、切圓拱斷面，較少采用料石、混凝土、鋼筋混凝土支護(hù)；對采區(qū)巷道多采用矩形或半圓拱斷面，采用錨網(wǎng)噴和局部破碎地段加錨索的聯(lián)合支護(hù)方式；礦井巷道斷面形式趨向于半圓拱和矩形，支護(hù)方式多集中于錨索化，其受力好、施工速度快、工程造價低。

4.5礦井管控系統(tǒng)信息化

煤礦信息化系統(tǒng)是將先進(jìn)的管理技術(shù)、自動化控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、視頻監(jiān)控技術(shù)通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)集成，能夠?qū)崿F(xiàn)文字、數(shù)據(jù)、語言、視頻、圖像、圖形等多媒體的傳輸和處理，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、管理等環(huán)節(jié)的信息交流和資源共享。部分礦井又進(jìn)一步在此信息化監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了自動監(jiān)控、監(jiān)測和檢測的智能化功能，真正實(shí)現(xiàn)礦井安全生產(chǎn)的全系統(tǒng)全過程的“管控一體化”。

4.6礦井設(shè)計的環(huán)?；?/p>

隨著近年來國家對環(huán)保、節(jié)能減排、綜合利用等的愈加重視，加強(qiáng)環(huán)保功能，建設(shè)綠色礦山成為設(shè)計單位的共識，煤礦設(shè)計中除以往設(shè)計要求內(nèi)容外也正在和逐步加強(qiáng)有關(guān)環(huán)保、節(jié)能減排、綜合利用的內(nèi)容。

在礦井工業(yè)場地位置選擇時，應(yīng)考慮以下原則：不占用基本農(nóng)田，不破壞水源，占地面積不超過相關(guān)政策規(guī)定，堅持集約節(jié)約用地，設(shè)計中增加大面積覆蓋、全方位綠化的工程設(shè)計內(nèi)容。礦區(qū)設(shè)計理念徹底改變過去原煤輸出型的粗放式設(shè)計模式，走產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、科技提升創(chuàng)新、集約高效生產(chǎn)、綠色低碳引領(lǐng)、資源綜合利用、持續(xù)和諧發(fā)展的新道路，加強(qiáng)環(huán)保節(jié)能，建設(shè)綠色礦山，是目前及今后煤礦設(shè)計的基本原則和目標(biāo)。

5　結(jié)語

煤礦設(shè)計的發(fā)展歷程由復(fù)雜到簡單，全礦井系統(tǒng)的簡單化、人型化、信息化、標(biāo)準(zhǔn)化、環(huán)?；透鞣窒到y(tǒng)的單一化等均是礦井科技水平的體現(xiàn)，成為今后我國煤礦設(shè)計邁向更高層次的基礎(chǔ)。設(shè)計人員必須通過不斷學(xué)習(xí)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)反復(fù)調(diào)查研究，注意借鑒和吸收，結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)條件，不斷更新設(shè)計理念，尋找合理的煤礦設(shè)計，加強(qiáng)設(shè)計的合理創(chuàng)新。

［1］王知友.如何提高煤礦設(shè)計效率與設(shè)計質(zhì)量［J］.云南煤炭，2015（3）：57～59.

［2］段著君.環(huán)境保護(hù)措施在煤礦設(shè)計中的應(yīng)用［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2015（9）：182.

［3］左崗永.某型煤礦鉆機(jī)臥式動力源開式油箱的設(shè)計［J］.機(jī)床與液壓，2015（2）：90～92.

宋吉曜（1966-），男，工程師，主要從事煤礦采掘技術(shù)、地測防治水管理、煤礦項(xiàng)目設(shè)計及基建工程管理等工作。

F426.21

A

2095-2066（2016）16-0086-02

2016-5-19