多水平礦井復(fù)雜生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化工程的應(yīng)用

朱學(xué)龍

（山東東山古城煤礦有限公司，山東 兗州 272100）

老礦區(qū)井下行人、運(yùn)輸、通風(fēng)、供電、排水等生產(chǎn)系統(tǒng)線路長(zhǎng)、環(huán)節(jié)多；同時(shí)后路巷道的年久失修，也給生產(chǎn)系統(tǒng)帶來(lái)了安全隱患。受上述兩方面原因影響，井下生產(chǎn)系統(tǒng)呈復(fù)雜狀態(tài)，給礦井的安全生產(chǎn)和穩(wěn)定發(fā)展帶來(lái)了嚴(yán)重影響。古城煤礦行人需周轉(zhuǎn)6 部架空乘人裝置到達(dá)生產(chǎn)水平大巷，往返耗時(shí)2 h；排水環(huán)節(jié)復(fù)雜，采用三級(jí)排水方式；最遠(yuǎn)通風(fēng)線路達(dá)15 km，負(fù)壓大，主通風(fēng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間高阻運(yùn)行。為此提出安全高效生產(chǎn)高速線的理念，對(duì)礦井生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，施工主進(jìn)風(fēng)巷工程，一條巷道直通三水平，使水、電、風(fēng)、人一站式到達(dá)作業(yè)區(qū)域，大大減少職工上下井時(shí)間，降低礦井通風(fēng)阻力，改善作業(yè)環(huán)境，簡(jiǎn)化供電、排水、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)，集中優(yōu)化改造生產(chǎn)系統(tǒng)，徹底解決了礦井系統(tǒng)復(fù)雜的現(xiàn)狀[1-5]。

1 工程概況

古城煤礦隸屬于山東能源臨沂礦業(yè)集團(tuán)公司，礦井于2001 年1 月投產(chǎn)，井田面積16.66 km2，核定生產(chǎn)能力為180 萬(wàn)t/a。礦井采用立井、暗斜井多水平開(kāi)拓方式，共分三個(gè)水平，第一水平為505 m，第二水平為850 m，第三水平為1030 m。礦井最大采深超過(guò)1200 m， 開(kāi)采工藝為條帶式綜采放頂煤。礦井主采煤層為二迭系山西組3 煤，平均煤厚8.5 m。

礦井受大采深、高應(yīng)力及復(fù)雜地質(zhì)條件影響，后路巷道變形，生產(chǎn)系統(tǒng)復(fù)雜，礦井通風(fēng)阻力較大，礦井行人、運(yùn)輸、通風(fēng)、供電、排水等生產(chǎn)系統(tǒng)線路長(zhǎng)、環(huán)節(jié)多、耗時(shí)長(zhǎng)、能耗高。基于此原因，礦井需要實(shí)施生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化工程，提高生產(chǎn)系統(tǒng)安全性和可靠性。

2 實(shí)施方案

（1）創(chuàng)建大斷面巖巷快速掘進(jìn)作業(yè)線。施工工藝由傳統(tǒng)的人工風(fēng)鉆施工炮眼+耙裝機(jī)裝煤+礦車運(yùn)煤升級(jí)為礦用液壓快速鑿巖鉆車施工炮眼+挖掘式裝載機(jī)裝煤+皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)煤。對(duì)于無(wú)法利用皮帶輸送機(jī)運(yùn)輸?shù)墓ぷ髅妫ㄟ^(guò)梭式礦車和人造緩沖矸石倉(cāng)的方法消除運(yùn)輸環(huán)節(jié)施工時(shí)間?？焖僮鳂I(yè)線全巖人均工效由0.05 m/工提高到0.08 m/工（凈斷面22.4 m2，支護(hù)密度錨索20 根/m、錨桿21.25根/m），單頭掘進(jìn)進(jìn)尺（-505 m 水平）由55 m 提升到97.5 m，達(dá)到了歷史新水平，實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的突破。傳統(tǒng)作業(yè)線與快速作業(yè)線掘進(jìn)指標(biāo)效果對(duì)比如圖1。

圖1 傳統(tǒng)作業(yè)線與快速作業(yè)線掘進(jìn)指標(biāo)效果對(duì)比

（2）創(chuàng)新應(yīng)用含雙大空孔的直眼掏槽新工藝?；诹巡?拋渣的理念，設(shè)計(jì)科學(xué)、配套的爆破參數(shù)選取標(biāo)準(zhǔn)，提出含雙大空孔的直眼掏槽新方法，同時(shí)運(yùn)用基于裂槽-拋渣思想研制的礦用液壓快速鉆車，優(yōu)化爆破方案和施工工藝，實(shí)現(xiàn)減少每循環(huán)炮孔數(shù)目15%，每循環(huán)降低炸藥消耗量0.4 kg/m3以上，將炮眼利用率提高到95%以上。

（3）巷道差異化支護(hù)，科學(xué)控制成本。通過(guò)對(duì)巷道支護(hù)圍巖特征及受力情況分析，在理論研究下結(jié)合巷道實(shí)際壓力及服務(wù)年限進(jìn)行差異化支護(hù)，支護(hù)期間進(jìn)行了密切的跟蹤和觀察，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、數(shù)據(jù)分析，取得了良好的效果，共節(jié)約279 萬(wàn)元的支護(hù)材料。如圖2。

圖2 主進(jìn)風(fēng)巷差異化支護(hù)巷道斷面支護(hù)圖

（4）基于礦井控制網(wǎng)內(nèi)建立獨(dú)立坐標(biāo)系技術(shù)，實(shí)現(xiàn)萬(wàn)米變形嚴(yán)重巷道零誤差貫通。主進(jìn)風(fēng)巷貫通導(dǎo)線全長(zhǎng)7500 m，橫跨三個(gè)水平，屬于特大型貫通工程。因貫通導(dǎo)線較長(zhǎng)、測(cè)站較多、累計(jì)誤差較大，故提出在礦井控制網(wǎng)內(nèi)建立獨(dú)立坐標(biāo)系，然后在這個(gè)獨(dú)立坐標(biāo)系下分區(qū)段建立兩個(gè)小的獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)。同時(shí)導(dǎo)線測(cè)量采用日本產(chǎn)尼康NPL-322+本安型防爆全站儀獨(dú)立施測(cè)兩個(gè)測(cè)回，測(cè)量精度為15″級(jí)；高程測(cè)量采用三角高程法，兩次儀器觀測(cè)，最終實(shí)現(xiàn)巷道零誤差貫通。

（5）提出打造礦井安全高效生產(chǎn)高速線的設(shè)計(jì)理念，集中優(yōu)化礦井生產(chǎn)系統(tǒng)。行人系統(tǒng)方面創(chuàng)造國(guó)內(nèi)運(yùn)行功率（185 kW）、運(yùn)行工作距離（3000 m）、運(yùn)行高低落差（525 m），速度達(dá)到安全規(guī)程規(guī)定最高值1.7 m/s，使職工上下井時(shí)間縮短1 h；通風(fēng)系統(tǒng)方面使礦井通風(fēng)量增加1030 m3/min，負(fù)壓降低440 Pa，主通風(fēng)機(jī)年節(jié)能259 萬(wàn)元，同時(shí)巷道風(fēng)速由原來(lái)的5 m/s 減至3 m/s，改善了通風(fēng)環(huán)境，解決了職工上下井受凍問(wèn)題；排水系統(tǒng)方面使礦井三級(jí)排水升級(jí)為二級(jí)自動(dòng)排水，減少了1 崗4 工，減少了排水泵耗能，減少了-850 m 水倉(cāng)巷道維護(hù)費(fèi)、清倉(cāng)費(fèi)和管道磨損費(fèi)，年節(jié)省費(fèi)用400 萬(wàn)元。

3 取得的效果

（1）生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化工程所采用的大斷面巖巷快速掘進(jìn)作業(yè)線刷新礦井人均工效記錄，打破單頭掘進(jìn)進(jìn)尺，目前人均工效最高達(dá)到0.077 m/工，施工人員42 人，掘進(jìn)進(jìn)尺達(dá)到97.5 m。

（2）施工工藝中直眼掏槽新工藝實(shí)現(xiàn)減少每循環(huán)炮孔數(shù)目15%～20%，降低每循環(huán)單位炸藥消耗量0.4 kg/m3以上，將炮眼利用率提高到95%以上。

（3）該工程差異化支護(hù)巷道長(zhǎng)700 m，大大節(jié)約了錨桿、錨索等支護(hù)材料，累計(jì)節(jié)約材料費(fèi)279萬(wàn)元。差異化支護(hù)技術(shù)簡(jiǎn)化了支護(hù)工序，節(jié)省了支護(hù)成本，節(jié)約了施工時(shí)間，減輕了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了掘進(jìn)工作面單進(jìn)水平。

（4）通過(guò)生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化工程的實(shí)施，礦井通風(fēng)、供電、排水、輔助運(yùn)輸?shù)壬a(chǎn)系統(tǒng)得到了簡(jiǎn)化，系統(tǒng)距離縮短，解決了生產(chǎn)系統(tǒng)受巷道年久失修的影響，提高了生產(chǎn)系統(tǒng)的安全性和可靠性。

4 結(jié)語(yǔ)

該工程的實(shí)施和配套裝備的成功應(yīng)用，成功解決了我國(guó)老礦區(qū)煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)復(fù)雜的工程難題，為礦井生產(chǎn)系統(tǒng)如何集中優(yōu)化提供了新的設(shè)計(jì)理念；后期排水、通風(fēng)、行人、供電四大生產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)，為礦井的安全生產(chǎn)和高產(chǎn)高效提供了強(qiáng)有力的保障；同時(shí)，該工程每天節(jié)省職工上下井1 h 的時(shí)間，減輕了作業(yè)強(qiáng)度，增加了職工幸福指數(shù)。