特殊地段平面布置與高效生產的研究與應用

朱 亞 平

(大同煤礦集團設計研究有限責任公司，山西 大同 037003)

0 引言

同忻煤礦是國家發改委2006年核準的全國十個千萬噸級礦井之一，也是山西省和同煤集團“十一五”期間的重點工程之一，2008年4月取得了山西省煤炭工業局批準的開工報告，2010年建成投產，設計生產能力10.0 Mt/年。礦井地質資源/儲量為1 452.80 Mt，工業資源/儲量為1 339.57 Mt，設計可采資源/儲量為1 040.46 Mt，礦井服務年限為62.8年。礦井現開采一盤區，接替盤區為二盤區。同忻二盤區以二盤區主要大巷為界，盤區大巷北部區域為北二盤區，南部區域為南二盤區，南二盤區受口泉溝工業場地、鐵路、河床壓煤及地質構造影響，不宜布置推進長度較長的綜采工作面，難以滿足同忻礦高產高效的生產要求。同家梁礦位于大同煤田東南部口泉溝中下游地區，地處大同市西南20 km處，是一座具有60多年開采歷史的國有大型煤礦企業。現隸屬于山西省大同煤礦集團有限責任公司管轄，現有在職員工約7 000人。2003年，企業重組改制，同家梁礦成為大同煤業股份有限公司的主力生產礦井之一。

同家梁礦批準的井田面積28.68 km2，批采侏羅系11號、12號、14號煤層，同家梁礦侏羅系11號、12號煤層已基本回采結束，現正開采14號煤層。截至2012年年底，礦井可采儲量為134萬t，按當時礦井核定生產能力1.8 Mt/年計算，礦井服務年限約為0.7年。經60多年的開采，同家梁現有侏羅系煤炭資源接近枯竭，而接替礦井由于各種原因遲遲無法開工，安排員工就業和維持礦區及周邊社會穩定成為亟需解決的問題，經過斜井、立井等多個方案比較篩選，最終確定在同家梁礦液壓車間場地(同忻礦井主、副平硐以東附近)新掘副立井，通過聯巷與同忻礦副平硐連通，用作南二盤區過渡開采期間小型設備、材料及人員的提升，支架等大型設備利用同忻礦副平硐運輸，煤炭運輸利用同忻礦主運輸系統。使同忻礦南二盤區作為同家梁礦單獨開采區域，并形成相對獨立的管理系統。

1 研究內容

根據GB 50215—2015煤炭工業礦井設計規范中3.2.1規定，提升井口的位置不應受巖崩、滑坡、泥石流和洪水等災害威脅，不應距鐵路線太近。從資源儲量、運輸、工期、成本等綜合條件最終將副立井選在同家梁礦液壓車間場地，但該工業場地地段特殊，西北側山腳下是京包鐵路、大秦鐵路，鐵路線與副立井工業場地高差12 m，之間用毛石壩墻防護，井口與壩墻距離為20.5 m，東南側為陡峭的山坡，可用場地115 m×73 m。在這種受洪水威脅、距離鐵路線近且高差大的狹小地帶，如何將場內道路及井架、井口房、絞車房、鍋爐房等生命線建構筑物安全合理的布置是當時必須克服的難題和主要研究對象，也是當時迫在眉睫、必須解決的任務，否則整個系統建設將化為泡影。

1)原有場內道路為沿擋墻修建的混凝土道路，井架建設必將隔斷場內道路，若將道路沿東南側山腳鋪設則工程量大且道路不順暢。經過院內討論研究決定，調整井架與井口房的間距及井架柱腿的角度，在井架柱腿與井口房之間設計出滿足大型運輸車輛通行通道，為避免過往重車與井架發生碰撞，在井架兩端設置了限高架。

2)井架靠近鐵路線一側的基礎因與擋墻距離近高差大不滿足GB 50007—2011建筑地基基礎設計規范中5.4.2條的規定，為避免鋼井架基礎施工對擋土墻、大秦鐵路的影響，保證同忻礦井南二盤區整個系統的正常運轉，鋼井架基礎采用人工挖孔樁基礎，將井架水平及豎向荷載傳至標高-15.000的巖石層，實現鐵路線與鋼井架互不干擾。鋼井架結構類型為斜雙柱框架式鋼結構,構件為焊接封閉箱形斷面。提升機:落地式多繩摩擦式提升機JKMD-3.5X4Ⅰ型，天輪:直徑3.5 m，天輪共兩組,每組天輪變位質量6.0 t，提升機最大靜張力525 kN，鋼絲繩每根最小鋼絲破斷拉力總和792 kN，提升速度:V=7.96 m/s，提升容器:四繩單層寬罐籠16 t，四繩單層窄罐籠21 t。

3)為滿足供熱及GB 50215—2015煤炭工業礦井設計規范中10.2.14鍋爐房與井口距離要求工業場地拆除舊鍋爐房，在原址新建鍋爐房，熱負荷主要包括井口防凍、建筑物采暖及燈房浴室供熱，鍋爐選用SZL10-1.25-AⅢ型蒸汽鍋爐2臺。鍋爐房空間高、跨度大，傳統的框架結構滿足不了使用上的需要，地上3層采用排架結構，屋面采用輕鋼結構，地下1層為型鋼混凝土組合結構，總建筑面積1 847.9 m2，建筑高度17.7 m，主體結構采用柱下獨立基礎和筏板基礎，磚砌體采用條形基礎；鍋爐間及除塵間屋蓋采用輕鋼屋面，其他屋面均為鋼筋混凝土現澆屋面板。

4)工業場地東南側為陡峭的山坡，為確保生命線井口免受泥石流、護坡和洪水的威脅，山坡根部采用毛石擋墻，上部采用掛網噴射混凝土護坡維護。護坡頂部設置截水明溝，場地內設置排水井，將山洪引入指定排洪溝。

5)工業場地總占地面積1.74 hm2，以經濟效益為中心，貫徹工期短、投資少、見效快的原則充分利用同家梁礦現有燈房浴室聯合建筑、機修車間、材料庫房等現有配套設施，以安全可靠的采、掘、運設備為保障，以科學的安全、生產管理為手段，將該區域建設成為安全、高效、環保型的現代化采區。

2 創新點

1)在這種受洪水威脅、距離鐵路線近、高差大且可用空間小的平面布置方式是集團公司首例，在全國來說也是聞所未聞。

2)為在有限的空間內實現工業場地的整體布置，采用在井架柱腿與井口房之間布置場內道路。

3)為確保南二盤區生產系統及運煤鐵路線的正常運行井架采用人工挖孔樁基礎。

4)鋼井架及立架首次由集團內部設計，罐籠運行平穩、順暢，安全可靠，能勝任小型設備、材料及人員提升任務，井架高聳矗立，不僅象征著我們的設計水平上升了一個新臺階，更象征著集團公司穩步發展，蒸蒸日上的新氣象。

5)貫徹工期短、投資少、見效快的原則，充分利用同家梁礦現有燈房浴室聯合建筑、機修車間、材料庫房等現有配套設施，平面布置合理緊湊，以安全可靠的采、掘、運設備為保障，以科學的安全、生產管理為手段，將該區域建設成為安全、高效、環保型的現代化采區。

3 應用情況及經濟社會效益

1)同忻礦井南二盤區井下、地面及其他附屬工程已陸續施工完成，于2017年全部竣工驗收，現已投入使用。平面布置節約資源、合理緊湊，場內道路流線通順、使用方便，人員下井便捷，罐籠運行平穩、順暢，讓下井員工感到非常踏實和安全。

2)同家梁礦井現已關閉，本項目的建設在解決同家梁礦2 700位～3 000位職工的再就業的同時還為維持礦區及周邊社會穩定做出了巨大貢獻。

3)目前每月出煤約8萬t，后期每年生產能力可達180萬t，每噸煤市場價650元，毛利潤每年約12億元人民幣。

4)南二盤區副立井在確保完成本盤區小型設備、材料及人員提升任務的同時，兼做三盤區材料及人員的臨時運輸，解決了三盤區永久井口、井架、井口房等建、構筑物的建設導致井下工程無法繼續施工的瓶頸。

5)用新掘副立井，通過聯巷與同忻礦副平硐連通，用作南二盤區過渡開采期間小型設備、材料及人員的提升，支架等大型設備利用同忻礦副平硐運輸，煤炭運輸利用同忻礦主運輸系統。這種以經濟效益為中心，工期短、投資少、見效快的提能改造方式為煤炭行業填補空白，對煤礦提能改造技術的發展起到了積極推動作用。

4 推廣應用前景

同忻井田上部還有4個侏羅系生產礦井，即忻州窯、煤峪口、永定莊及大斗溝，現均處于產量衰減階段。該項目的順利投產并使用為其他礦井改造擴寬了思路，奠定了基礎，是煤礦行業重大改革的“探路石”，該項目不僅解決了同家梁礦職工再就業問題，保證了礦井的正常采掘銜接接替，有利于礦井的安全高效生產，同時對我國其他礦井改造提供了很好的參考價值和借鑒經驗。

[1] GB 50215—2015,煤炭工業礦井設計規范[S].

[2] GB 50007—2011,建筑地基基礎設計規范[S].