宋吉曜（昆明煤炭設(shè)計研究院，云南 昆明 650000）

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發(fā)展創(chuàng)新，把握煤礦設(shè)計方向

宋吉曜（昆明煤炭設(shè)計研究院，云南 昆明 650000）

煤礦的設(shè)計應(yīng)當(dāng)重視其經(jīng)濟合理性，以貫徹國家方針為基本原則，實現(xiàn)設(shè)計的更新，最終改變我國的煤礦生產(chǎn)面貌，而為了把握煤礦總體設(shè)計方向，實現(xiàn)發(fā)展創(chuàng)新，必須進一步完善礦井設(shè)計，實現(xiàn)現(xiàn)代化發(fā)展。本文即結(jié)合煤礦設(shè)計現(xiàn)狀，針對其發(fā)展創(chuàng)新進行了探討，以供參考。

發(fā)展；創(chuàng)新；煤礦；設(shè)計

1　引言

我國煤炭資源總量豐富，在煤礦開采中，礦井設(shè)計開拓是其建設(shè)與生產(chǎn)的關(guān)鍵，影響著建井工期和生產(chǎn)實現(xiàn)的投入、產(chǎn)出、質(zhì)量與效益。因此，煤礦設(shè)計在其中發(fā)揮著決定性的作用，要求相關(guān)設(shè)計人員必須掌握相關(guān)專業(yè)知識，具有遠見，看到煤礦設(shè)計的整體發(fā)展方向，結(jié)合礦區(qū)實際，不斷改進煤礦設(shè)計，加強煤礦的生產(chǎn)能力與經(jīng)濟效益。

2　煤炭開采工業(yè)現(xiàn)狀與問題

2.1發(fā)展現(xiàn)狀

經(jīng)過恢復(fù)時期、困難時期和改革開放初期之后，我國煤炭工業(yè)進入飛速發(fā)展時期。煤炭設(shè)計行業(yè)經(jīng)過簡單模仿、一邊模仿一邊創(chuàng)新，發(fā)展到現(xiàn)在的科學(xué)模仿和自己創(chuàng)造。在充分吸收過去的經(jīng)驗教訓(xùn)，積極運用最新技術(shù)和裝備的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一批不同地質(zhì)條件下的大型和特大型現(xiàn)代化礦井。這些礦井的設(shè)計生產(chǎn)能力、井田開拓、工藝布置、系統(tǒng)配置、集中化自動化程度、施工方法、建設(shè)工期等方面，總體上達到了國際先進水平，有些技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平。截止2013年底，全國已經(jīng)建成年產(chǎn)120萬t及以上的大型現(xiàn)代化煤礦850多處，礦井?dāng)?shù)量占全國總數(shù)的7%但產(chǎn)量占到全國的65%，其中千萬噸級的特大型煤礦53處，產(chǎn)量占到全國的17%，甚至還出現(xiàn)了一批千萬噸級的回采工作面。

2.2煤炭開采存在的問題

我國的煤炭工業(yè)目前已經(jīng)取得一定的成績，但仍然存在一些深層次的矛盾，具體來說，煤炭工業(yè)的發(fā)展主要存在以下幾個方面的問題：

2.2.1資源配置不合理，破壞浪費

我國當(dāng)前的煤礦企業(yè)往往在資質(zhì)管理制度方面不完善，資源價格缺乏辦礦條件企業(yè)與個人經(jīng)濟實力上的優(yōu)勢，甚至需要通過炒賣資源的方式謀取利益，因而對行業(yè)持續(xù)發(fā)展帶來不利影響。

2.2.2整體的技術(shù)水平較低

我國目前的煤炭行業(yè)科技貢獻率僅僅達到約24.2%，低于全國的29.5%平均水平，煤炭行業(yè)的整體生產(chǎn)技術(shù)水平較為落后，除了部分的國有大礦，大多數(shù)為生產(chǎn)技術(shù)水平低、裝備差、效率低的小型煤礦。

2.2.3安全基礎(chǔ)薄弱，安全生產(chǎn)形勢嚴峻

我國許多的國有重點煤礦都陸續(xù)進入衰老報廢的高峰期，對于事故的抵御能力嚴重不足，而數(shù)量較多的鄉(xiāng)鎮(zhèn)小煤礦則大多為了追求高額利潤，忽視安全投入，導(dǎo)致煤礦事故時有發(fā)生，嚴重影響了煤炭工業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

2.2.4資源綜合利用程度不夠，破壞生態(tài)環(huán)境

“十五”以來，我國的煤炭產(chǎn)量大幅增長，高強度資源開發(fā)加劇了生態(tài)環(huán)境的破壞。此外，煤炭的生產(chǎn)、加工過程中，所產(chǎn)生的煤泥、劣質(zhì)煤、煤伴生礦物和礦井水等，未能得到有效利用。

3　發(fā)展創(chuàng)新，把握煤礦設(shè)計方向的措施

隨著經(jīng)濟的復(fù)蘇，國家對于能源的需求也隨之增加，我國當(dāng)前的煤炭工業(yè)必須立足當(dāng)前，著眼長遠，從而認真做好以下方面的工作：

實驗中,節(jié)點數(shù)2、3、4時的平均精度分別為98.82%、90.29%、76.72%,可見,隨著預(yù)測節(jié)點數(shù)增多,預(yù)測精度降低,預(yù)測結(jié)果的穩(wěn)定性也開始下滑.這是因為,當(dāng)預(yù)測的節(jié)點數(shù)增多時,所有節(jié)點組成區(qū)域內(nèi)的鏈路組合數(shù)量呈指數(shù)倍增長,而組合數(shù)越多,使得預(yù)測結(jié)果的搜索空間越大,模型越難準確地命中真實的情況,從而導(dǎo)致其預(yù)測穩(wěn)定性的下滑;同時,當(dāng)數(shù)據(jù)集大小有限時,對于每種組合下的輸入數(shù)據(jù)就會更少,即每種標(biāo)簽下對應(yīng)的訓(xùn)練樣本變少,使得各標(biāo)簽的訓(xùn)練過程不充分,模型出現(xiàn)欠擬合現(xiàn)象,從而導(dǎo)致其預(yù)測精度變低.

3.1推進大型煤炭基地建設(shè)

我國應(yīng)當(dāng)依據(jù)國民經(jīng)濟的實際發(fā)展?fàn)顩r與煤炭需求，以“上大關(guān)小、產(chǎn)能置換、優(yōu)化結(jié)構(gòu)”為基本原則，加快大型煤炭礦區(qū)的總體規(guī)劃工作，進而優(yōu)化煤炭的整體開發(fā)布局。

3.2企業(yè)兼并重組，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

我國應(yīng)當(dāng)繼續(xù)大力整頓布局不合理、不符合相關(guān)安全標(biāo)準、浪費資源且不符合環(huán)保要求的小型煤礦，必要情況下甚至可以直接關(guān)閉，以早日形成以大興煤礦企業(yè)為主體的煤炭供應(yīng)體系，從而提升煤炭行業(yè)的整體抗風(fēng)險能力與競爭力。

3.3做好煤炭資源管理利用，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)節(jié)能

我國需要通過不斷加大煤制油、煤氣化等項目的研究開發(fā)，盡可能降低煤炭這種終端能源的運用比例，推動煤炭資源的清潔化利用，達到減少生態(tài)環(huán)境污染的目的，實現(xiàn)經(jīng)濟、社會的可持續(xù)發(fā)展。

4　我國煤礦設(shè)計的發(fā)展

4.1礦井設(shè)計發(fā)展方向

設(shè)計應(yīng)當(dāng)以全面貫徹科學(xué)開采作為基本原則，實現(xiàn)開采工作的安全、高效、綠色、經(jīng)濟、高回收率等，構(gòu)建資源開發(fā)、環(huán)境與生態(tài)保護、區(qū)域經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)格局。將引入科學(xué)產(chǎn)能的理念，按照時代和科學(xué)開采的要求，科學(xué)合理確定礦井設(shè)計生產(chǎn)能力，確保安全、高效、環(huán)境友好地開發(fā)煤炭資源。礦井設(shè)備將繼續(xù)向大型化、重型化、智能化、高可靠性、節(jié)能高效方向發(fā)展，進一步加強瓦斯、水害、沖擊地壓等重大災(zāi)害的治理力度。以兩化深度融合、智能礦山和先進可靠的技術(shù)裝備為基礎(chǔ)，集中、安全和高效生產(chǎn)。

4.2礦井設(shè)計大型化

影響礦井設(shè)計能力確定的因素很多，主要包括礦井地質(zhì)條件、煤層賦存條件、資源儲量、開采技術(shù)以及機械化裝備水平等確定。但隨著科技進步，礦井大型化是必然的趨勢，近年來，在礦區(qū)總體規(guī)劃中確定礦井設(shè)計生產(chǎn)能力時，當(dāng)?shù)V井資源豐富、開采條件優(yōu)越、政策規(guī)定允許時，創(chuàng)新設(shè)計思路，盡可能規(guī)劃大型特大型礦井。

4.2.2井田面積大型化

礦井井田劃分主要依據(jù)地質(zhì)構(gòu)造、煤層賦存形態(tài)、地形地物及人為境界、設(shè)計生產(chǎn)能力等因素確定。隨著井型向大型特大型發(fā)展，設(shè)計單位在礦區(qū)總體規(guī)劃中主要根據(jù)資源儲量和開采條件等因素，在地質(zhì)條件允許的基礎(chǔ)上，在井田劃分上趨向于劃大井田面積。在生產(chǎn)礦區(qū)向深部發(fā)展或資源整合時，也盡可能根據(jù)相關(guān)規(guī)定合理地擴大井田范圍，以適應(yīng)進一步提高礦井生產(chǎn)能力的要求。

4.2.3井筒斷面大型化

由于受礦井提升量、通風(fēng)量和盡量少拆裝甚至不拆裝提升運輸大型設(shè)備的要求，設(shè)計新建或改擴建大型特大型礦井，如斜井井筒的巷道凈寬一般達到了4.0～5.0m，有的已超5.0m。巷道凈寬的增加對副斜井而言，主要是基于礦井輔助運輸采用無軌膠輪車的礦井為方便施工和滿足錯車需要。主立井凈直徑增大到6.0～8.5m，副立井凈直徑也最大的已達到11.5m。加大井筒斷面、改變井筒斷面布置方式、解決大型設(shè)備整體進出罐籠、選用大型支架運輸車直接接力運輸?shù)焦ぷ髅媸堑V井提升運輸系統(tǒng)設(shè)計的創(chuàng)新。

4.2.4采區(qū)尺寸大型化

為減少采煤工作面搬家次數(shù)、充分發(fā)揮設(shè)備能力并盡可能使工作面保持穩(wěn)定高產(chǎn)，除中央采區(qū)外多為單翼采區(qū)，并在地質(zhì)等條件允許的情況下盡可能加大尺寸。設(shè)計中當(dāng)不受地質(zhì)等條件影響下采區(qū)尺寸確定的一般原則：應(yīng)使單翼采區(qū)長度或雙翼采區(qū)的單翼長度至少滿足工作面一年以上的推進尺度。

4.3巷道形式煤巷化

在近水平、緩傾斜或部分傾斜煤層條件下的大型特大型礦井設(shè)計中，設(shè)計首先考慮將井底車場巷道與銅室、井下主要巷道、采區(qū)上下山等主要井巷工程布置于煤層中，使井下盡可能除煤倉、聯(lián)絡(luò)斜巷等少量銅室和巷道為巖巷外全部為煤巷，實現(xiàn)巷道工程的煤巷化。

4.4巷道支護錨索化

我國礦井巷道的斷面設(shè)計形式和支護方式多取決于巷道圍巖條件、支護材料及人的思維定式。隨著礦井建設(shè)速度加快的要求，巷道支護材料種類的增加，持續(xù)改進、設(shè)計思路的不斷創(chuàng)新，設(shè)計更趨向于單一化。如新設(shè)計的主要巷道多采用半圓拱斷面，除圍巖地質(zhì)條件較差地段外大多采用錨噴或錨網(wǎng)噴支護，而基本不再采用三心拱、切圓拱斷面，較少采用料石、混凝土、鋼筋混凝土支護；對采區(qū)巷道多采用矩形或半圓拱斷面，采用錨網(wǎng)噴和局部破碎地段加錨索的聯(lián)合支護方式；礦井巷道斷面形式趨向于半圓拱和矩形，支護方式多集中于錨索化，其受力好、施工速度快、工程造價低。

4.5礦井管控系統(tǒng)信息化

煤礦信息化系統(tǒng)是將先進的管理技術(shù)、自動化控制技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、視頻監(jiān)控技術(shù)通過計算機網(wǎng)絡(luò)進行系統(tǒng)集成，能夠?qū)崿F(xiàn)文字、數(shù)據(jù)、語言、視頻、圖像、圖形等多媒體的傳輸和處理，實現(xiàn)生產(chǎn)、管理等環(huán)節(jié)的信息交流和資源共享。部分礦井又進一步在此信息化監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)上實現(xiàn)了自動監(jiān)控、監(jiān)測和檢測的智能化功能，真正實現(xiàn)礦井安全生產(chǎn)的全系統(tǒng)全過程的“管控一體化”。

4.6礦井設(shè)計的環(huán)?；?/p>

隨著近年來國家對環(huán)保、節(jié)能減排、綜合利用等的愈加重視，加強環(huán)保功能，建設(shè)綠色礦山成為設(shè)計單位的共識，煤礦設(shè)計中除以往設(shè)計要求內(nèi)容外也正在和逐步加強有關(guān)環(huán)保、節(jié)能減排、綜合利用的內(nèi)容。

在礦井工業(yè)場地位置選擇時，應(yīng)考慮以下原則：不占用基本農(nóng)田，不破壞水源，占地面積不超過相關(guān)政策規(guī)定，堅持集約節(jié)約用地，設(shè)計中增加大面積覆蓋、全方位綠化的工程設(shè)計內(nèi)容。礦區(qū)設(shè)計理念徹底改變過去原煤輸出型的粗放式設(shè)計模式，走產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、科技提升創(chuàng)新、集約高效生產(chǎn)、綠色低碳引領(lǐng)、資源綜合利用、持續(xù)和諧發(fā)展的新道路，加強環(huán)保節(jié)能，建設(shè)綠色礦山，是目前及今后煤礦設(shè)計的基本原則和目標(biāo)。

5　結(jié)語

煤礦設(shè)計的發(fā)展歷程由復(fù)雜到簡單，全礦井系統(tǒng)的簡單化、人型化、信息化、標(biāo)準化、環(huán)保化和各分系統(tǒng)的單一化等均是礦井科技水平的體現(xiàn)，成為今后我國煤礦設(shè)計邁向更高層次的基礎(chǔ)。設(shè)計人員必須通過不斷學(xué)習(xí)，總結(jié)經(jīng)驗反復(fù)調(diào)查研究，注意借鑒和吸收，結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)條件，不斷更新設(shè)計理念，尋找合理的煤礦設(shè)計，加強設(shè)計的合理創(chuàng)新。

［1］王知友.如何提高煤礦設(shè)計效率與設(shè)計質(zhì)量［J］.云南煤炭，2015（3）：57～59.

［2］段著君.環(huán)境保護措施在煤礦設(shè)計中的應(yīng)用［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2015（9）：182.

［3］左崗永.某型煤礦鉆機臥式動力源開式油箱的設(shè)計［J］.機床與液壓，2015（2）：90～92.

宋吉曜（1966-），男，工程師，主要從事煤礦采掘技術(shù)、地測防治水管理、煤礦項目設(shè)計及基建工程管理等工作。

F426.21

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2095-2066（2016）16-0086-02

2016-5-19