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开拓系统对矿井生产建设影响的探讨

更新时间:2009-03-28

煤矿基础建设过程中,比较突出的问题是矿井岩石巷道工程量大,矿井短路贯通距离过长,建设工期过长,经济投入较大,资金财务成本比较高等。这些问题直接导致矿井生产过程中,投入成本大。为此,最直接的改进方式就是在设计源头控制相关指标,做到技术经济一体化考虑,优化矿井开拓布置,减少矿井开拓工程量,从而使工期缩短,前期投入减少,节约矿井成本,为矿井增加经济效益提供条件。

庄昶认为邵雍以及李白、杜甫、陈师道、黄庭坚等人虽然在易、诗、文等方面有不足,但他们都是继承先贤而来,白璧微瑕。基于此种认识,庄昶将文分成不同的类别,有诗人、文人之文,有圣人之文。在《滁州志序》中,庄昶以“天下之物固有遇不遇者,盖亦数也”作喻,指出滁州不足为遇。不管是为官于此的韦应物、王元之、欧阳修,还是做客于此的苏东坡、曾巩、满执中,都是文人、诗人,他们不足以使滁州闻名,因为“骚雅余谈,文章小技者,恶足以当此哉”[3]卷六,1叶b-2叶a!他还以“月亮”为例,指出有诗人之月、文人之月、诗颠酒狂之月、自得性天之月。在他看来,前三者之“月”无足取,唯有自得性天之月,即圣贤之月才值得追求和提倡:

随着科技的不断发展,煤炭生产工艺不断改进,要求设计单位不断优化矿井建设过程中的开拓布局,以适应相关技术变革[1]。矿井设计过程中,要不断地去确立生产集中化、工作面高单产化的设计理念,不断加强安全技术经济一体化。矿井设计需进行一次改革,才能符合现阶段生产力发展状态,从而要求在矿井和采区设计时,不断优化设计方案,能够在较短时间内,将新建矿井建设完成并投入生产运行,同时快速达到设计生产能力,提升企业投资效率。

航空模型是整个作业过程的实施者,摄像机进行工作时,离不开航空模型的帮助。因此,航模也是其中一个特别重要的因素,尤其是航模的控制系统,由于航模的承载能力、控制灵敏度以及动作平滑等会对成像效果有很大的影响,如何提升航模的飞行稳定性、运行路线的精准性以及飞行与拍摄系统向匹配等功能等,都是未来航模航拍控制系统需要提升和创新的内容。

1 矿井开拓系统布置

1.1 井筒位置和数量的选择

作为新建矿井开拓布置,首先要考虑井筒。在两淮地区,煤炭基本都是赋存在巨厚的第四系冲积层下。这种地质情况,决定了在开拓布置时,需要采用井工开采。由于冲积层厚度大,采用斜井的可能性较小,大部分矿井均采用立井进行井上下沟通。井筒相对于一个矿井来说,起到“咽喉”作用。井筒位置选择的合理与否,直接影响矿井生产和建设效益。对于巨厚冲积层,且在含水砂层的地质环境下施工井筒,现阶段较为普遍且行之有效的方法,基本上都是采用冻结法凿井,建设工期长,投资巨大。

对于矿井来说,井底车场是“大动脉”,开拓系统是“经脉”,如大动脉和经脉选择不合适,将无法为矿井这个巨人供血,无法实现矿井的正常连续运转。

矿井建设初期,要考虑井筒位置和数量的选择。设计时,应考虑使矿井初期开采区域和开采块段位置紧密结合;也就是既要考虑将井筒尽可能地布置在储量中心附近,不压储量中心煤炭,又要考虑地质、水文、储量等因素的影响,还要考虑缩短矿井建设工期和节约前期投资[4]。这样就要求井筒位置与首采区的距离应是最近的,最好是出了工业广场保护煤柱,就能够施工首采区上山,从而能够以较少的投资、较短的建设工期,取得较大的收益,能够较快收回投资,并能够形成滚动发展。

对于新建矿井,冲积层厚度较大或巨大,但是地质情况变化不大,井田走向和倾向长度都比较大时,在采煤技术条件适应大规模生产需要时,应尽可能地将矿井主、副、风3个井筒向矿井储量中心布置。如设计生产能力为5.0 Mt/a的口孜东矿设计时,充分考虑到矿井储量中心,确定将井筒布置在井田深部冲积层相对较薄的位置;同时考虑到地质条件较为稳定等因素,井筒到底后,直接施工石门,到达煤层采区,进行上山布置,对于矿井储量中心,开拓工程量较省,从而可减少矿井建设工期,达到尽快投产出煤的目的。刘庄煤矿也是在考虑地质条件影响的同时,将井筒布置在井田深部冲积层相对较薄的位置,从而达到缩短井巷施工工期的目的。从这2个矿井的实际,可以看到,矿井井筒位置对建井工期起到决定作用。

分别准确称取12.5 mg苦杏仁苷与5.0 mg野黑樱苷标准品,甲醇溶解,分别定溶于25 mL、10 mL容量瓶中,即分别得到质量浓度均为500 μg/mL的苦杏仁苷与野黑樱苷甲醇标准储备液,4 ℃储存备用。分别吸取2 mL各标准储备液至不同10 mL容量瓶中,甲醇稀释至刻度,即得100 μg/mL苦杏仁苷标准溶液和100 μg/mL野黑樱苷标准溶液,4 ℃储存备用。

合理选择矿井井底车场坐落层位和布置形式,也是缩短矿井建设工期的一个重要因素。只有将井底车场坐落在岩石较为坚硬的层位上,才能保证其稳定性,减少维修工程量。在形式选择上,应与矿井主要开拓系统大巷无缝衔接,以减少开拓工程量。如刘庄煤矿东区井底车场坐落在-762 m水平的18煤顶板,车场部分巷道位于砂质泥岩中,主要硐室均在砂岩中,岩性较好,减少了井底车场各硐室维修工程量,从而达到了缩短工期目的。在井底车场布置形式上,采用立式刀型布置,可在提高矿井巷道通行能力的同时,减少井底车场各硐室和巷道之间的连接。刘庄煤矿东区出了井底车场,就是东二采区下部,直接施工东二采区的13-1煤采区上山,对该煤层进行开采,节约了不必要的开拓工程量,同时提前了投产时间。

1.2 井底车场和开拓系统形式的选择

根据对淮南和新集矿区现阶段投产的十几对矿井的统计分析,井筒工程量占矿井建设工程量不到10%,但其施工工期却要占用矿井建设工期的45%以上。对矿井建设进度起决定作用的因素是井筒施工进度,而井筒位置又是影响进度的关键之关键[2]。新集公司现有几对矿井中,新集一矿、二矿、三矿井田冲积层厚度较薄,在选择井筒位置时,充分考虑了井筒施工工期,所以这3对矿井均选择在浅部冲积层和推覆体较薄的地方施工井筒,从而加快了施工进度,缩短了投产工期,才创造出了新集建井模式;板集煤矿、口孜东矿及刘庄煤矿冲积层较厚,在井筒施工过程中,选择较薄的冲积层位置,井筒施工历时2 a之久,占总投产工期的50%。

对于井田面积较大的矿井,按一般情况设计,可以考虑对角通风方式或井田边界通风方式;但这2种通风方式一个最大的缺点,就是进风井与回风井贯通距离长,施工工期长。对于处于两淮煤田范围内的新集矿区大中型矿井,考虑建设周期问题,在初期的矿井工业广场内,一般会考虑布置主、副、中央回风井3个井筒,这样有利于各井筒到底后,进行短路贯通,从而增加掘进工作面,进行二期工程施工,以达到缩短矿井二期工程建设工期,节约投资成本的目的。

在两淮地区,特别是淮南煤田新集矿区新区,往往是冲积层厚度巨大、瓦斯浓度高、井田范围大的矿井,在矿井设计时,就应该充分考虑采用分区布置开拓巷道,分区布置独立通风系统和连续集中出煤系统的开拓系统布局。这种布局,能够发挥运输系统连续集中化、通风系统安全独立化、开拓生产系统运行可持续化的优势,有利于扩大矿井生产能力,缩短矿井建设工期,减少前期投资[5]

作为“经脉”的开拓系统,在整个矿井生产过程中,起到串联各部分功能的作用。国内相关大中型矿井较为普遍的做法,是采用各分区进行单独开拓布置,建立分区独立通风系统和连续集中出煤系统的方式,进行矿井开拓布局[3]。这种布置方式,能够较好地解决矿井高地温和高瓦斯等一些自然灾害问题,是目前较为主流的一种开拓布置方式。新集公司矿井走向和倾向都较大,生产能力较高,建设工期如果要缩短,采用这种开拓布置形式,较为合适,能够较好地解决地温和瓦斯等问题;同时可以做到优先考虑布置条件较为优越的采区,进行投产移交。

作为矿井“心脏”的采区选择,直接关系到矿井生产能力和投资回报。

1.3 采区选择

刘庄煤矿井田范围内,其走向长度约16 km,面积约90 km2 ,属于大型矿井;在设计初期,通过方案比选,确定矿井分两期建设,即刘庄东区和西区。根据地质条件和煤炭赋存状况,优先考虑建设刘庄煤矿东区。东区在设计时,考虑这些实际情况,决定前期设计生产能力为3.0 Mt/a,在各主要运输、生产环节上,预留后期8.0 Mt/a的生产能力空间。当东区快要投产时,进行西区建设。西区建设时,只施工1个进风井和1个回风井,东西区通过1组大巷沟通连接;出煤系统通过东西区大巷,利用带式输送机,运至东区,集中出煤,从而实现了东西区独立通风、分区开拓;而通过东西区连巷,进行集中出煤。通过分区开拓的方式,刘庄煤矿达到了缩短建设工期,节约前期投资的目的。

采区选择原则上要充分考虑地质条件、资源储量等因素,同时也要考虑矿井建设工期及矿井接续计划。矿井首采区设计时,应充分考虑建设工期,尽可能布置在井底车场及工业广场煤柱附近,以减少前期开拓工程量,实现尽快投产移交。比如刘庄煤矿东区的首采区东二13-1煤采区,主要优点是地质勘探程度较高、地质构造简单、储量丰富可靠,且煤层赋存稳定。该采区距离井筒位置最近,出了井底车场和工业广场保护煤柱,就能及时施工采区上山,能够减少初期巷道工程量,投资少、工期短、见效快,并且有利于采场接替,投产后,易于拓展空间。刘庄煤矿西区首采区西三13-1煤采区,同样是地质条件较为简单,地质储量较为稳定。该采区开拓巷道施工出西区工业广场保护煤柱后,能够直接施工采区大巷;采用倾斜长壁方式布置工作面,大巷即能作为西三13-1煤采区准备巷道使用,后期用作西四开拓巷道,节省了西区投产工期近12个月,同时节约了采区上山工程量2 860 m,达到了工程量少、工期短和投资省的目的。同样设计,在口孜东矿中央13-1煤采区也得到了运用。该矿首采区为中央13-1煤采区,当开拓巷道施工出工业广场保护煤柱后,就进入了采区下部,直接施工采区上山就行。

大力发展天然气业务是石油公司向低碳能源转型最现实的路径。自2014年油价下跌以来,尽管全球天然气市场价格出现较大跌幅,但国际石油公司天然气产量维持基本稳定。国际石油公司看好天然气发展前景,纷纷出台了发展天然气业务的计划。埃克森美孚在其《2040能源展望》中指出,2025年前天然气将取代煤炭成为美国的主要发电燃料;BP计划在2020-2025年将天然气产量占比提高至50%以上;道达尔计划未来5年继续加大天然气全产业链的投资,天然气产量将增长20%;埃尼计划到2025年前将公司天然气产量占比提升至60%。主要国际石油公司天然气发展趋势见图1。

2 开拓系统选择

2.1 井筒位置对开拓系统的影响

离子的共存问题始终是高考的热点,对于常见的离子共存,大部分同学都已经掌握,但是一些特殊的离子,单凭从表面上的性质去判断,很容易判断失误,需要我们从多角度、多方面、多层次分析其性质和特点,才能做出正确的判断。

新集矿区刘庄煤矿井下矸石和煤炭均采用带式输送机进行连续运输,井底车场布置形式在一定程度上,得到了简化,线路分工更明确,简单实用,各巷道之间连接的交叉也减少了不少。井底车场在承担辅助运输的同时,还要考虑与各个井筒之间的连接。所以连接巷道应尽可能少,且要保证巷道稳定性,避免巷道反复维修,增加工期和投资。

2.2 采区选择对开拓系统的影响

矿井开拓直接影响矿井生产活动。如果开拓布局失去前瞻性,不但不会为矿井生产提供较好的前提条件,还会影响后续生产能力和生产接替。优化矿井开拓设计,必须要立足于矿井的“心脏”采区。采区是发挥矿井能力的核心所在,设计时,要对首采区进行多方案比选。经过安全技术经济分析以及产出投入比和建设工期等情况的比较,最终找到适合矿井高产、稳产的合理采区;并根据采区地质、储量等情况,对开拓巷道进行优化,合理选择开拓巷道层位,确定开拓巷道布置在煤、岩层中的条数。在矿井地压、支护形式等条件允许的情况下,开拓巷道应尽可能地布置在煤层里,这样能提高开拓巷道施工速度,节省矿井建设工期,同时还能节约投资成本。

在采区选择上,应尽可能地选择离井筒较近的煤层采区。以淮南煤田新集矿区为例,主要可采煤层较多,多数矿井均为缓倾斜煤层,主要可采煤层为13-1、11-2、8、5、1等煤层,煤层总厚度在30 m左右。在新集矿区刘庄煤矿、口孜东矿,选择较为稳定、厚度较厚的13-1煤为首采煤层,这样就保证了矿井尽快达产、稳产和高产。在采区选择上,要选择离工业广场煤柱较近的采区,并且要选择地质构造简单、煤层储量较稳定的煤层采区。在这些条件得到满足的情况下,还要充分考虑采煤方法、采煤工艺和运输环节,这些都能影响矿井产量和投产建设工期。

言羽,上海girl,90年的天蝎座,一朵人群中不起眼的蒲公英,酷爱简·奥斯丁。只有在阅读与写作的时候,才感到宁静,愉悦。已发表作品有《单车轨迹》《爱比死更冷》《锦瑟》等。言羽的梦想,是当一个会写小说的医生。

2.3 工作面布置和巷道设计对开拓系统的影响

采煤工作面布置也不能一成不变。在适应现代综采工艺要求的前提下,工作面布置应当灵活考虑。在采区采煤方法设计上,可以因地制宜地去进行工作面布置。对于煤层倾角小于15°的块段或倾斜断层影响的区域,应优先考虑倾斜长壁采煤方法,进行工作面布置,这样能够节约大量的上山工程量,同时能够缩短采区工作面准备时间。如在口孜东矿1213采区设计中,就是利用西翼各开拓巷道进行倾斜工作面布置的,节约上山工程量3 000 m,同时节省采区投产工期近16个月;还有刘庄煤矿西区设计中,西一、西三(13-1煤)采区都是采用倾斜长壁工作面布置,不但充分利用了开拓巷道,缩短准备工期12个月,避免了倾斜断层对采区煤层的影响,提高了采区回采率,而且减少了工作面过断层时的煤炭丢失现象。

巷道维修量也是影响矿井开拓的重要因素之一。随着矿井回采深度和埋藏深度的增加,矿井地压增加,支护问题越来越显现,成为影响安全生产的一个重要因素。开拓巷道设计时,巷道断面在考虑满足运输、通风、行人安全等需要外,还要考虑矿井地压对巷道的影响。巷道断面设计时,应根据巷道服务年限和服务功能,适当预留巷道变形空间。如对于服务年限长的开拓巷道和重要服务功能巷道,预留10%~20%的巷道变形空间,以此来满足巷道变形后的矿井通风、运输和行人安全需要。

3 结 语

矿井开拓对于矿井生产和建设过程来说,只是一道小小的工序,但是该工序却是很重要的。如何合理进行开拓系统设计,已经成为决定一个矿井生产建设工期、投资等的主要因素之一。矿井设计时,开拓系统布置应尽可能地考虑缩短矿井建设工期,为矿井生产建设创造条件。为此,矿井设计时,应从井筒位置及数量选择、井底车场布置形式优化、优质首采区选择、利用分区开拓系统分区独立通风和集中出煤系统的综合开拓方式等方面入手,充分考虑矿井实际情况,合理选择以上方面,进行开拓系统优化,通过优化来保证矿井建设和生产过程中,实现少投入、多产出、效益佳的目的。

参考文献

[1] 陈炎光,徐永圻.中国煤炭生产技术的现状及其发展[M].徐州:中国矿业大学出版社,1991.

[2] 李德新,周玖功.浅谈如何缩短立井施工工期[J].建井技术,2001(6):34-39.

[3] 陈炎光,陈翼飞.中国煤矿开拓系统[M].徐州:中国矿业大学出版社,1996.

[4] 陈炎光,徐永圻.中国采煤方法[M].徐州:中国矿业大学出版社,1991.

[5] 高有亮,李 飓.优化矿井开拓系统 缩短特大型矿井建井工期[J].建井技术,2008,29(6):6-7.

 
王国普
《建井技术》 2018年第06期
《建井技术》2018年第06期文献

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