大型矿井主井提升方案的探讨研究

彭永东，薛 军

（内蒙古煤矿设计研究院有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010010）

大型矿井主井提升方案的探讨研究

彭永东，薛 军

（内蒙古煤矿设计研究院有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010010）

依据矿井的地质特征和赋存条件，以主井提升方式为焦点，提出三套井筒开拓方案，系统分析各方案的布置方式，详细比较其技术特征、工程量及建设投资，同时结合矿井的外部条件和矿方的建井目标，最终协商一致确定合适的井筒开拓方案。研究成果不仅为完善矿井的整体设计提供基础，而且为进一步研究斜井在较大垂深矿井中的应用提供一定的参考及见解。

主井提升；斜井；大型矿井

井田开拓方式为矿井设计的重要内容之一，合理地确定井田开拓方式，关系到矿井的基建工程量、初期投资及建设速度，也决定着矿井的生产面貌和技术经济效果。

立井及斜井开拓方式一直是我国采用最多的开拓方式，并随着开采技术、生产水平及技术装备的发展不断发展变化。斜井开拓方式虽然在一定时期内得到了发展，取得了数量上的优势，但由于提升设备及提升能力的限制，大型矿井仍以立井为主。

本文主要针对具有15.0 mt/a生产能力的榆树林矿井，以主井提升系统的选取作为焦点，提出井筒开拓方案，综合考虑各方面影响因素探讨了各个方案的优缺点，最终研究确定适合矿井的主井提升方案。

1 斜、立井开拓方式概述

1）井巷工程量。斜井比立井工程量要省：主立井需要较复杂的辅助硐室、水窝、井架等，系统复杂，工程量也大；立井井筒断面大，需要在井底至大巷之间布置长石门；当水平延深时，主斜井井筒可直接延深，而主立井则极其困难，辅助工程量增大。

2）煤炭提升。胶带输送机胶带强度的不断增大，使斜井的煤炭提升能力已超过立井的提升能力，斜井胶带与立井箕斗提升相比所突出优点是：运输连续化，潜力大；可接受多点来煤，有利于多水平同时生产；胶带机系统易于维护，斜井井筒装备简单，地面辅助设施少，钢材消耗量少；水平延深时延深胶带斜井比箕斗立井容易的多。

3）矿井通风。由于具有较大的通风断面和较小的通风距离，立井在通风方面占明显优势，对于大型及特大型矿井，尤其是高瓦斯矿井来说，矿井风量通常需200 m3/s～500 m3/s或更高，必须通过立井才能满足要求。

4）矿井施工。斜井施工对地质条件要求较高，但其施工技术比立井简单，占用施工设备及人员较少，施工速度较快。

2 矿井概况

榆树林煤矿位于内蒙古自治区准格尔煤田西南部。矿井可采煤层有4层，4号煤为大部可采；6号煤为主采煤层，全区可采；5、9号煤为局部可采。矿井地面标高为+1 356.87 m～+1 161.30 m，煤层底板标高为+860 m～+720 m，井田内含煤地层的构造形态总体为单斜构造，倾角小于10°，煤层呈近水平产出，无岩浆岩侵入，构造复杂程度属简单类型。地质构造对开采几乎无影响。水文地质类型为裂隙～孔隙充水的水文地质条件简单的矿床，对开采的影响较小。

3 井田开拓方案

矿井北部6号煤层赋存深度约500 m左右，由于埋藏相对较深，开拓方式可采用立井开拓或斜－立井混合开拓方式。设计确定副井和风井采用立井，根据主井的开拓方式的不同，提出三个方案进行比较：

1）大倾角主斜井布置方案。采用斜－立井混合开拓，即主斜井、副立井和回风立井。主斜井倾角22°，落底于6号煤层底板，通过检修清理平巷与6煤辅运大巷连通。在主斜井下部顺向设上位煤仓，煤仓净直径10 m，均通过给煤机装载硐室与主斜井连接，运输大巷通过上仓胶运斜巷至煤仓上口卸载硐室，布置方式见图1。

图1 方案一开拓布置剖面示意图

2）15°折返式主斜井布置方案。该方案主斜井采用15°折返布置，落底于副井车场附近6煤底板，采用两部胶带输送机提升，在中部设转载胶带输送机，采用平巷转载方式，设转载硐室。在主斜井上、下段井筒内分别布置架空乘人器，在上段井筒内铺设检修轨道，在地面安装提升绞车，布置方式见图2。

图2 方案二开拓布置剖面示意图

主斜井采用分段布置，对于胶带输送机的选型较为有利，减少了胶带机的长度。主斜井下段井筒与运输大巷平行布置，通过上仓胶带机斜巷和煤仓进行连接，井下设上位煤仓。首采工作面采用大巷条带式布置，位于井底附近，初期井巷工程量较小。

3）主立井布置方案。井田开拓方式采用立井开拓，均位于井田北部边界处同一工业场地，布置方式见图3。

矿井水平划分及大巷布置方式均与斜井方案相同。主立井采用箕斗提升，设二对45t箕斗，“一”字形布置。井下设两个煤仓，煤仓净直径10m。胶带装载硐室沿6号煤层底板布置，与井底车场为同一标高，装载硐室通过平巷与车场巷道连接，极大的方便了装载硐室的设备检修及通风。

图3 方案三开拓布置剖面示意图

4 推荐开拓方案

1）方案比较。根据井筒布置方案的特征，从技术方案、主提升设备方面进行比较，得出其优缺点、设备能耗、工程量以及建设投资等，如表1～表2所示。

表1 各方案技术比较

2）方案推荐。本矿井位于准格尔煤田，由于准格尔地区地层岩性多属软弱～半坚硬岩类，并且地层中无大的含水层，因此具备斜井施工的条件，斜井施工较简单，准备期短，而且表土段较薄，明槽开挖工程量少，从表1可看出，方案二倾角15°，具备综掘机施工的条件，具有掘进速度快，施工安全的特点。

从主井提升设备来看，一般来说煤层赋存深度在400m以下的矿井，主井多采用立井开拓，箕斗提升方式，其技术成熟，设备可靠，为多数矿井所采用的传统布置模式。随着胶带输送机技术的发展，新材料的应用，我国目前胶带输送机的应用较为方泛。尤其是大倾角胶带输送机的应用，矿井主运输系统已全部实现连续运输，具有运输环节少，系统简单，运行效率高，维护费用低的优点。我国目前国产胶带带强最大为St 5400，因此受胶带带强的限制，煤层赋存深度在400m以上的大型矿井，尤其是10.0 mt/a以上的矿井还尚未有大倾角胶带机运行的先例。

表2 各方案主提升设备比较

从表2可以看出，方案一胶带输送机带宽2.0 m，带速 4.5 m/s，运量 3 500 t/h，带强 St 7000，胶带需进口，价格高，安装维护困难，运行不可靠。方案二井筒采用折返式布置，采用二部胶带机运输，中部设平巷转载，一是减少了提升倾角，二是缩短了单部胶带机的长度，在保证3 500 t/h运量不变的情况下，带宽由2.0m降到1.8m，带速由4.5 m/s降到4.0 m/s，带强由St 7000分别降到St 5400和St 4500。胶带的带宽和强度是影响胶带机价格的决定因素，因此方案二两部胶带机的价格仍低于方案一单部胶带机价格，同时降低带速使胶带运行更可靠。该方案的缺点就是设备较多，故障率高，设备总功率大，运营费用高，但对于大型矿井来说，胶带机提升仍具有不可比拟的优势，因此，最终选定方案二为开拓方案。

5 结论

本文以主井提升方式为焦点，提出了三套井筒开拓方案，系统分析了各个方案的布置方式，详细比较了各方案的技术特征和井筒装备，同时结合本地区地质特征和外部条件，最终确定了主斜井折返式布置方案，是大型矿井主井布置及提升方式发展的一种新思路。

[1]李德荣.磁窑堡煤矿六煤开拓方案的优化[J].煤炭工程，2002，（4）：12-13.

[2]严志刚，马云伟.梅花井煤矿主斜井布置方式方案比较[J].煤炭工程，2005，（3）：66-67.

[3]宋来金.试论斜立混合开拓方式之应用[J].煤炭工程，2004，（2）：27-29.

Discussion on Main Shaft Hoist Schemes in Large-scale Mines

PENG Yong-dong,XUE Jun
(Innermongol i a CoalDesi gn Inst i t ut e,H uhhotInnermongol i a 010010,Chi na)

A ccording to geological characteristics and existence condition, three shaft exploitation schemes are proposed on main-shaft mode. The author studies the three schemes' distribution modes respectively and compares their technological characteristics, engineering quantities and construction investments. meantime, based on the outsider condition and construction destination, the final scheme is determined w ith consensus. The study provides not only the basis for the improvement of mines' integral construction,but also references for further application of inclined shaft in large-scale mines.

ain shaft hoist;inclined shaft;large-scale mines

TD53

A

1672-5050（2010）12-0073-03

编辑：徐树文

2010-11-04

彭永东（1976—），男，山西大同人，工程师，主要从事煤矿设计及研究工作。