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礦井開采后期生產系統(tǒng)優(yōu)化設計論文
摘要：為優(yōu)化突出礦井開采后期的生產系統(tǒng)，鄭州煤炭工業(yè)（集團）有限責任公司超化煤礦依據礦井儲量分布、井下巷道和地面現有構筑物布置情況，選擇更加合理的礦井生產系統(tǒng)。在確定礦井后期生產系統(tǒng)時，應分析其對礦井經濟效益和環(huán)保效益的影響程度。
關鍵詞：生產系統(tǒng)；礦井開采；生產系統(tǒng)；優(yōu)化設計
鄭州煤炭工業(yè)（集團）有限責任公司超化煤礦到2016年，采掘活動全部延深至深部水平，巷道支護投入加大，瓦斯治理、防治水工程量增加，所需投入人力和資金將超過鄭州煤炭工業(yè)（集團）有限責任公司規(guī)定，受煤炭市場影響，礦井生產經營狀況將出現下滑。礦井開采后期煤炭資源如何合理開采已成為礦井面臨的主要問題，因此，超化煤礦需要調整礦井后期生產系統(tǒng)，使剩余煤炭資源安全、合理開采出來。
1礦井概況
超化井田位于河南省新密市煤田西南部，開采上限標高+60m，下限標高-900m。該區(qū)主要可采煤層為二疊系山西組二1煤，煤層平均厚度9.07m，屬低灰、低硫貧廋煤。二1煤可采儲量為1430.8萬t，服務年限10a。礦井水文地質條件復雜，正常涌水量869m3/h，最大涌水量為1112m3/h。礦井為煤與瓦斯突出礦井，始突表高-208m，礦井瓦斯絕對涌出量18.60m3/min，相對瓦斯涌出量4.63m3/t。二1煤煤塵爆炸指數17.58%，為有煤塵爆炸危險性煤，自然發(fā)火等級為Ⅲ類，屬不易自燃煤層。
2礦井現有生產系統(tǒng)
超化煤礦現有生產系統(tǒng)為：主立井擔負提煤任務；副立井擔負進風、人員物料升降等任務；西風井擔負進風任務；東風井、31風井擔負回風任務；-100m和-300m水平排水陣地均為一級排水系統(tǒng)，均能夠滿足礦井排水要求；供電系統(tǒng)利用地面35kV變電站和井底車場附近中央變電所向各使用地點供電；原煤在主副立井工業(yè)廣場內進行篩分、儲存和鐵路運輸。礦井利用現有系統(tǒng)進行開采，無需增加投資。到2015年底，其他區(qū)域基本采完只能開采深部31采區(qū)，礦井生產規(guī)模維持在150萬t/a左右。
3現有系統(tǒng)存在問題
�、偕畈慷�1煤內在灰分高，發(fā)熱量低，不符合國家供給側結構改革相關政策；②礦井為突出礦井，人員較多，生產成本居高不下，導致礦井2015-2021年礦井回收煤柱前，礦井生產經營較困難；③深部區(qū)域瓦斯含量大，水文地質條件復雜，如果僅開采深部資源，將導致瓦斯抽采、巷道掘進、煤炭回采等作業(yè)場所過度集中于一個采區(qū)，不利于安全管理。
4礦井生產系統(tǒng)優(yōu)化設計的提出
根據礦井資源儲量分布情況，超化井田的優(yōu)勢資源（約860萬t）主要集中在主副立井保護煤柱內，煤層厚度3.25～15.10m，平均厚度8m。根據井下實際采樣，該區(qū)域內煤層灰分較低，煤質相對較好。如果對礦井生產系統(tǒng)進行優(yōu)化，使淺部優(yōu)勢資源與深部資源同時回采，將能夠大幅度提高礦井原煤發(fā)熱量，使兩個區(qū)域的瓦斯抽采、巷道掘進、煤炭回采等作業(yè)活動交替進行。即礦井在深部區(qū)域和淺部區(qū)域分別布置一個工作面，其中一個正常回采，一個進行瓦斯抽采，避免出現入井人員全部集中于一個區(qū)域的現象，提高礦井安全保障程度［1］。本次生產系統(tǒng)優(yōu)化要重點考慮以下問題：①優(yōu)化設計要與礦井現狀不矛盾，不影響礦井正常生產經營活動；②目前煤炭市場下，要最大程度壓縮投資，認真進行投資分析，確保經濟效益最優(yōu)；③系統(tǒng)優(yōu)化前后的生產銜接要順暢；④地面生產系統(tǒng)位置變化后，環(huán)保、煤炭外運等問題要妥善解決。綜上所述，超化煤礦生產系統(tǒng)優(yōu)化設計將現有主、副立井報廢，改造現有西風井（兩條斜井井筒）為主副、斜井，擔負礦井的提升任務及兼作進風井；井下調整礦井運輸、通風、提升、供電等系統(tǒng)；原主、副立井工業(yè)場地建筑及設施隨著開采進度，逐次搬遷至主、副斜井新工業(yè)場地。
4.1井下生產系統(tǒng)優(yōu)化
改造后的主斜井斜長879m，鋪設帶寬1200mm的膠帶輸送機，并安裝架空乘人裝置，主要擔負礦井的提煤、上下人員及進風任務；副斜井斜長890m，安裝2JK-3.0×1.5/20型單繩纏繞式雙滾筒提升機，主要擔負礦井的提矸、運料、運設備等輔助提升任務并兼作進風井及安全出口。在-205m以淺新增集中軌道下山和集中皮帶下山，擔負22采區(qū)和深部31采區(qū)的運輸、進風、運送人員等任務。排水系統(tǒng)利用-300m水平排水系統(tǒng)，泵房配備8臺MD500-57×11型多級離心泵，4用3備1檢修，水倉容積9060m3，能夠滿足《煤礦安全規(guī)程》要求。通風系統(tǒng)仍利用現有的東風井和31風井。供電系統(tǒng)利用在主副斜井工業(yè)廣場新建的35kV變電站和井下中央變電所向各作業(yè)場所供電。
4.2地面生產系統(tǒng)優(yōu)化
在主、副斜井工業(yè)廣場，合理利用現有建筑物作為調度樓、行政樓、生產樓、區(qū)隊值班樓、救護隊值班樓和燈房浴室等行政輔助設施以及機修車間、供應倉庫、物資超市等輔助生產廠房；新建主副斜井井口房、提升機房、35kV變電站、空壓機房、篩分系統(tǒng)及儲煤場，原煤仍采用鐵路外運。
4.3礦井生產系統(tǒng)優(yōu)化工期及投資
礦井生產系統(tǒng)優(yōu)化礦建工程為擴砌主副斜井，掘進22采區(qū)皮帶下山和軌道下山；土建工程為在主副斜井工業(yè)廣場新建篩選樓、皮帶走廊、儲煤場及防風抑塵網等項目，生產系統(tǒng)優(yōu)化調整工期2a，期間不影響礦井其他區(qū)域正常生產，項目總投資20126.48萬元。根據國家煤炭產業(yè)政策將礦井生產能力由180萬t/a下降到150萬t/a，服務年限10a。
5礦井生產系統(tǒng)優(yōu)化方案比較
5.1原生產系統(tǒng)的優(yōu)缺點
5.1.1優(yōu)點。①維持目前開拓開采，不再對礦井做生產系統(tǒng)優(yōu)化，減少了基建投資；②維持目前開采方式，各生產系統(tǒng)不用變化。5.1.2缺點。①深部二1煤內在灰分高，發(fā)熱量低，導致二1煤售價低；②礦井為突出礦井，人員較多，生產成本居高不下，導致礦井2015-2021年礦井回收煤柱前，礦井生產經營困難，年均虧損2.1億元；③井下各類抽、掘、采等作業(yè)場所集中于一個采區(qū)，人員過度集中。
5.2優(yōu)化后生產系統(tǒng)的優(yōu)缺點
5.2.1優(yōu)點。①提前淺部優(yōu)勢資源，使之與深部煤配采，降低煤的灰分，提高煤的發(fā)熱量，煤的售價增高，效益好轉；②生產系統(tǒng)優(yōu)化后，礦井生產能力穩(wěn)定，投資回收期5.33a，年均稅后利潤3277.09萬元；③將抽、掘、采作業(yè)場所和下井人員在兩區(qū)域間合理調配，利于安全管理。5.2.2缺點。①礦井生產系統(tǒng)優(yōu)化要增加基建投資；②主副斜井工業(yè)場地現有占地面積小，地面各場所緊湊；③工業(yè)場地變化后要嚴格落實環(huán)境保護相關規(guī)定。綜合考慮，原有生產系統(tǒng)維持開采方式不變，但礦井經營困難，且不符合國家供給側結構改造政策要求，因此確定對礦井開采后期生產系統(tǒng)進行優(yōu)化。
6礦井生產系統(tǒng)優(yōu)化后盈虧分析
按照計算期第5年數據分析計算，盈虧平衡點為：生產能力利用率（BEP）=年固定總成本/（年銷售收入-年可變成本-銷售稅金及附加）×100%=15570/（42300-16902-1091）×100%=64.05%。該項目達到生產能力的64.05%，即礦井生產能力達到117.65萬t/a，企業(yè)就可保本，這說明超化煤礦生產系統(tǒng)優(yōu)化項目風險較小。
7結語
技術人員對突出礦井開采后期的生產系統(tǒng)進行了合理優(yōu)化，達到了改善礦井生產經營狀況的目的，開采出了優(yōu)質煤炭，符合國家目前煤炭產業(yè)政策。優(yōu)化礦井后期生產系統(tǒng)時，要協(xié)調考慮設計方案對正常生產的影響、對礦區(qū)環(huán)境的影響，并對項目的經濟效益分析要全面、可靠。
參考文獻：
�。�1］于新勝，王育才.淺談礦井設計優(yōu)化［J］.煤炭工程，2002（5）：13-15.
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