深井煤礦井底車場優化設計

宋國忠 張 輝 趙 琦

（通用技術集團工程設計有限公司， 山東 濟南 250031）

魯西煤炭基地是國家14 個大型煤炭基地之一，也是較早進入深井開采的大型煤炭基地。巨野礦區是魯西煤炭基地全面進入深井開采的新建礦區，經過十幾年的建設和生產，積累了豐富的優化案例和經驗。本文通過收集巨野礦區井底設計和建設生產過程中優化案例，總結深井煤礦井底車場的特點，為類似煤礦設計提供參考和依據。

1 巨野礦區簡介

巨野礦區位于山東省西南部，包括巨野煤田和梁寶寺煤田，總面積約1210 km2，是山東省最晚開發的礦區。巨野煤田劃分為5 對煤礦，即龍固煤礦（6.00 Mt/a）、趙樓煤礦（3.00 Mt/a）、郭屯煤礦（2.40 Mt/a）、鄆城煤礦（2.40 Mt/a）、萬福煤礦（1.80 Mt/a）；梁寶寺煤田劃為2 對煤礦，即梁寶寺煤礦（1.80 Mt/a）和彭莊煤礦（0.60 Mt/a）。礦區自2004 年開始建設，至今已經建成6 對煤礦，剩余萬福煤礦正在建設中。其中龍固、趙樓和鄆城煤礦開采深度都超過800 m，地溫偏高，一般原始地溫36～46 ℃。趙樓煤礦實測原巖溫度至少在43 ℃左右，高于采掘工作面必須停止作業溫度30 ℃，都采取了機械降溫措施，是典型的深井煤礦。巨野礦區的巷道支護難度明顯加大，在深井支護方面做了大量的研究和試驗。

2 井底車場設計案例

（1）鄆城煤礦井底車場兼顧東、北兩個開拓方向。優化后的車場布置如圖1 所示。

（2）龍固煤礦井底車場兼顧東、北兩個開拓方向，巷道較復雜，采用電機車運輸。優化后的車場布置如圖2 所示。

3 主副井系統優化

3.1 主井相關硐室優化

由于提升高度增加，主井提升設備由一對箕斗增加為兩對箕斗。

鄆城煤礦裝備兩套20 t 雙箕斗，達到2.40 Mt/a的提升能力。箕斗裝載硐室由主井單側布置變為雙側布置，見圖1 中13 號工程。硐室凈長19 m，凈寬6 m，對井壁結構和硐室支護有較高要求。

龍固煤礦采用雙主井布置，各裝備1 套32 t 箕斗，達到6.00 Mt/a 的提升能力。箕斗裝載硐室單側布置，凈長8.5 m，凈寬6.2 m，兩主井間距45 m，見圖2 中1 號工程。兩個箕斗裝載硐室平行布置，見圖2 中13 號工程。沒有產生明顯的應力集中現象。

圖1 鄆城煤礦井底車場布置圖

圖2 龍固煤礦井底車場布置圖

3.2 副井相關硐室優化

3.2.1 增加交通罐通道

由于井筒較深，人員通過副井內梯子間到達地面的難度較大，井筒內增加交通罐，副井與井底車場之間增加交通罐通道，滿足緊急情況下人員通行需要。根據交通罐的開口方向，通道的布置方式不同。通道可能利用副井井筒與井底車場連接處現有巷道，也可能需要單獨增加一條巷道。應盡量避免單獨增加巷道，減少硐室開口對井壁的分割，避免井壁應力過度集中。

3.2.2 加大硐室與車場巷道的間距

主排水泵房、主變電所等主要硐室與臨近車場巷道的距離一般為20～25 m。深井煤礦為減少應力集中和臨近巷道施工影響，適當加大間距。主排水泵房、主變電所與臨近車場巷道距離30～35 m。見圖1、圖2 中4、5 號工程。

井底煤倉之間、井底煤倉與主井之間一般間距25～30 m，深井煤礦應加大至40～50 m。見圖1、圖2 中1、14、15 號工程。

3.2.3 兼顧無軌膠輪車運輸

無軌膠輪車具有運行速度快、人員運輸靈活、可整架搬運液壓支架等優點，在大型礦井中普遍使用。小型無軌膠輪車可直接通過副井罐籠上下井，大型無軌膠輪車可分體下井。

龍固煤礦采用軌道運輸+無軌膠輪車運輸，雙運輸大巷一進一回，保證了運輸安全，提高了運輸效率。重型綜采工作面設備的拆除與安裝可在40 d內完成。井底車場應采用固定道床，軌面標高應與硬化的大巷底板上表面標高一致，既可避免突出的鋼軌劃傷輪胎，又可避免無軌膠輪車擠壓導致軌道變形、移位等問題。

4 降溫相關系統優化

4.1 增加井下降溫硐室

根據井上下換熱的需要，一般在進風的主、副井井筒內敷設低溫管路，在回風井內設高溫管路，所以降溫硐室應靠近進風井和回井，見圖1 中17號工程。一般包括制冷站、配電室、控制室等，長度一般超過100 m，例如趙樓煤礦井下降溫硐室長159 m。

龍固煤礦將降溫硐室布置在副井和等候室附近，有利于降低進風溫度，也是一個較好的布置方式。見圖2 中的2、10、17 號工程。

隨著開采深度的增加，需要的制冷量增加，設計應留有擴建的余地，進一步增加了井底車場硐室的布置難度。

4.2 主排水泵房和主變電所獨立回風

主排水泵房和主變電所一般布置在副井附近，主排水泵房通過管子道與副井相連，都處于進風風流中，沒有煤塵和瓦斯污染，可以不獨立通風。在深井煤礦中由于原巖溫度高，引起硐室內溫度偏高，機電設備和礦井水散熱提高了進風溫度，加大了機械降溫系統的負荷。鄆城煤礦通過改造，增加主排水泵房回風道，見圖1 中的11 號工程，形成獨立回風系統，實測水泵房內溫度下降8 ℃，軌道石門進風溫度略有下降。

4.3 高溫礦井水沿回風巷流動

一般礦井主水溝沿軌道石門或軌道大巷布置在進風巷道中。深井煤礦涌水溫度偏高，如鄆城煤礦掘進工作面實測水溫45 ℃，礦井輻射出大量的熱量，成為流動的熱源，發散出大量水蒸氣，提高了井下空氣的濕度和等效溫度。設計將主排水溝布置在回風石門或回風大巷中，避免高溫礦井水對新鮮空氣的加溫、加濕作用。排水管路沿回風井筒敷設，比傳統的沿副井敷設可降低副井井底溫度2～3°。

5 支護材料與斷面優化

5.1 增大支護材料強度

礦井支護材料一般采用18 mm 直徑的螺紋鋼錨桿，配合17.8 mm 直徑的鋼絞線錨索。深井支護一般采用20 mm 直徑的高強螺紋鋼錨桿，配合21.6 mm 直徑的鋼絞線錨索。支護難度大的區域也可以采用22 mm 直接的高強螺紋鋼錨桿，配合21.6 mm 直徑的鋼絞線錨索。錨桿用鋼材的屈服強度從400 MPa 提高到500 MPa，個別礦井使用過600 MPa 的螺紋鋼錨桿。

5.2 設計U 型底板

在高應力作用下，巷道底板發生蠕變產生底鼓，對軌道運輸影響較大。經過試驗，采用U 型底板效果較好，U 型底板拱高度為1/5～1/8 巷道凈寬。底板中部增加錨桿，可不澆筑混凝土反底拱。趙樓、萬福煤礦增加反底拱設計，減少了巷道返修。

6 結語

深井煤礦井底車場有顯著的特點，本文從主井相關硐室、副井相關硐室、降溫相關系統、支護4個方面進行分析和總結，各自在優化后均有不同程度的效果，如合理硐室結構、增大支護強度、增加井下降溫硐室、主排水泵房和主變電所獨立回風、高溫礦井水沿回風巷流動等，為深井井底車場的布局和類似礦井設計提供了有益參考。