多水平礦井復雜生產系統優化工程的應用

朱學龍

（山東東山古城煤礦有限公司，山東 兗州 272100）

老礦區井下行人、運輸、通風、供電、排水等生產系統線路長、環節多；同時后路巷道的年久失修，也給生產系統帶來了安全隱患。受上述兩方面原因影響，井下生產系統呈復雜狀態，給礦井的安全生產和穩定發展帶來了嚴重影響。古城煤礦行人需周轉6 部架空乘人裝置到達生產水平大巷，往返耗時2 h；排水環節復雜，采用三級排水方式；最遠通風線路達15 km，負壓大，主通風機長時間高阻運行。為此提出安全高效生產高速線的理念，對礦井生產系統進行優化，施工主進風巷工程，一條巷道直通三水平，使水、電、風、人一站式到達作業區域，大大減少職工上下井時間，降低礦井通風阻力，改善作業環境，簡化供電、排水、運輸等環節，集中優化改造生產系統，徹底解決了礦井系統復雜的現狀[1-5]。

1 工程概況

古城煤礦隸屬于山東能源臨沂礦業集團公司，礦井于2001 年1 月投產，井田面積16.66 km2，核定生產能力為180 萬t/a。礦井采用立井、暗斜井多水平開拓方式，共分三個水平，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1200 m， 開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、高應力及復雜地質條件影響，后路巷道變形，生產系統復雜，礦井通風阻力較大，礦井行人、運輸、通風、供電、排水等生產系統線路長、環節多、耗時長、能耗高。基于此原因，礦井需要實施生產系統優化工程，提高生產系統安全性和可靠性。

2 實施方案

（1）創建大斷面巖巷快速掘進作業線。施工工藝由傳統的人工風鉆施工炮眼+耙裝機裝煤+礦車運煤升級為礦用液壓快速鑿巖鉆車施工炮眼+挖掘式裝載機裝煤+皮帶運輸機運煤。對于無法利用皮帶輸送機運輸的工作面，通過梭式礦車和人造緩沖矸石倉的方法消除運輸環節施工時間。快速作業線全巖人均工效由0.05 m/工提高到0.08 m/工（凈斷面22.4 m2，支護密度錨索20 根/m、錨桿21.25根/m），單頭掘進進尺（-505 m 水平）由55 m 提升到97.5 m，達到了歷史新水平，實現了質的突破。傳統作業線與快速作業線掘進指標效果對比如圖1。

圖1 傳統作業線與快速作業線掘進指標效果對比

（2）創新應用含雙大空孔的直眼掏槽新工藝。基于裂槽-拋渣的理念，設計科學、配套的爆破參數選取標準，提出含雙大空孔的直眼掏槽新方法，同時運用基于裂槽-拋渣思想研制的礦用液壓快速鉆車，優化爆破方案和施工工藝，實現減少每循環炮孔數目15%，每循環降低炸藥消耗量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，科學控制成本。通過對巷道支護圍巖特征及受力情況分析，在理論研究下結合巷道實際壓力及服務年限進行差異化支護，支護期間進行了密切的跟蹤和觀察，通過現場檢測、數據分析，取得了良好的效果，共節約279 萬元的支護材料。如圖2。

圖2 主進風巷差異化支護巷道斷面支護圖

（4）基于礦井控制網內建立獨立坐標系技術，實現萬米變形嚴重巷道零誤差貫通。主進風巷貫通導線全長7500 m，橫跨三個水平，屬于特大型貫通工程。因貫通導線較長、測站較多、累計誤差較大，故提出在礦井控制網內建立獨立坐標系，然后在這個獨立坐標系下分區段建立兩個小的獨立坐標系統。同時導線測量采用日本產尼康NPL-322+本安型防爆全站儀獨立施測兩個測回，測量精度為15″級；高程測量采用三角高程法，兩次儀器觀測，最終實現巷道零誤差貫通。

（5）提出打造礦井安全高效生產高速線的設計理念，集中優化礦井生產系統。行人系統方面創造國內運行功率（185 kW）、運行工作距離（3000 m）、運行高低落差（525 m），速度達到安全規程規定最高值1.7 m/s，使職工上下井時間縮短1 h；通風系統方面使礦井通風量增加1030 m3/min，負壓降低440 Pa，主通風機年節能259 萬元，同時巷道風速由原來的5 m/s 減至3 m/s，改善了通風環境，解決了職工上下井受凍問題；排水系統方面使礦井三級排水升級為二級自動排水，減少了1 崗4 工，減少了排水泵耗能，減少了-850 m 水倉巷道維護費、清倉費和管道磨損費，年節省費用400 萬元。

3 取得的效果

（1）生產系統優化工程所采用的大斷面巖巷快速掘進作業線刷新礦井人均工效記錄，打破單頭掘進進尺，目前人均工效最高達到0.077 m/工，施工人員42 人，掘進進尺達到97.5 m。

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

（3）該工程差異化支護巷道長700 m，大大節約了錨桿、錨索等支護材料，累計節約材料費279萬元。差異化支護技術簡化了支護工序，節省了支護成本，節約了施工時間，減輕了職工的勞動強度，提高了掘進工作面單進水平。

（4）通過生產系統優化工程的實施，礦井通風、供電、排水、輔助運輸等生產系統得到了簡化，系統距離縮短，解決了生產系統受巷道年久失修的影響，提高了生產系統的安全性和可靠性。

4 結語

該工程的實施和配套裝備的成功應用，成功解決了我國老礦區煤礦生產系統復雜的工程難題，為礦井生產系統如何集中優化提供了新的設計理念；后期排水、通風、行人、供電四大生產系統的優化改進，為礦井的安全生產和高產高效提供了強有力的保障；同時，該工程每天節省職工上下井1 h 的時間，減輕了作業強度，增加了職工幸福指數。