矿井开采后期生产系统优化设计论文

矿井开采后期生产系统优化设计论文（精选9篇）

篇1：矿井开采后期生产系统优化设计论文

根据矿井资源储量分布情况，超化井田的优势资源(约860万t)主要集中在主副立井保护煤柱内，煤层厚度3.25～15.10m，平均厚度8m。根据井下实际采样，该区域内煤层灰分较低，煤质相对较好。如果对矿井生产系统进行优化，使浅部优势资源与深部资源同时回采，将能够大幅度提高矿井原煤发热量，使两个区域的瓦斯抽采、巷道掘进、煤炭回采等作业活动交替进行。即矿井在深部区域和浅部区域分别布置一个工作面，其中一个正常回采，一个进行瓦斯抽采，避免出现入井人员全部集中于一个区域的现象，提高矿井安全保障程度[1]。本次生产系统优化要重点考虑以下问题：①优化设计要与矿井现状不矛盾，不影响矿井正常生产经营活动;②目前煤炭市场下，要最大程度压缩投资，认真进行投资分析，确保经济效益最优;③系统优化前后的生产衔接要顺畅;④地面生产系统位置变化后，环保、煤炭外运等问题要妥善解决。综上所述，超化煤矿生产系统优化设计将现有主、副立井报废，改造现有西风井(两条斜井井筒)为主副、斜井，担负矿井的提升任务及兼作进风井;井下调整矿井运输、通风、提升、供电等系统;原主、副立井工业场地建筑及设施随着开采进度，逐次搬迁至主、副斜井新工业场地。

4.1井下生产系统优化

改造后的主斜井斜长879m，铺设带宽1200mm的胶带输送机，并安装架空乘人装置，主要担负矿井的.提煤、上下人员及进风任务;副斜井斜长890m，安装2JK-3.0×1.5/20型单绳缠绕式双滚筒提升机，主要担负矿井的提矸、运料、运设备等辅助提升任务并兼作进风井及安全出口。在-205m以浅新增集中轨道下山和集中皮带下山，担负22采区和深部31采区的运输、进风、运送人员等任务。排水系统利用-300m水平排水系统，泵房配备8台MD500-57×11型多级离心泵，4用3备1检修，水仓容积9060m3，能够满足《煤矿安全规程》要求。通风系统仍利用现有的东风井和31风井。供电系统利用在主副斜井工业广场新建的35kV变电站和井下中央变电所向各作业场所供电。

4.2地面生产系统优化

在主、副斜井工业广场，合理利用现有建筑物作为调度楼、行政楼、生产楼、区队值班楼、救护队值班楼和灯房浴室等行政辅助设施以及机修车间、供应仓库、物资超市等辅助生产厂房;新建主副斜井井口房、提升机房、35kV变电站、空压机房、筛分系统及储煤场，原煤仍采用铁路外运。

4.3矿井生产系统优化工期及投资

矿井生产系统优化矿建工程为扩砌主副斜井，掘进22采区皮带下山和轨道下山;土建工程为在主副斜井工业广场新建筛选楼、皮带走廊、储煤场及防风抑尘网等项目，生产系统优化调整工期2a，期间不影响矿井其他区域正常生产，项目总投资6.48万元。根据国家煤炭产业政策将矿井生产能力由180万t/a下降到150万t/a，服务年限10a。

5矿井生产系统优化方案比较

5.1原生产系统的优缺点

5.1.1优点。①维持目前开拓开采，不再对矿井做生产系统优化，减少了基建投资;②维持目前开采方式，各生产系统不用变化。5.1.2缺点。①深部二1煤内在灰分高，发热量低，导致二1煤售价低;②矿井为突出矿井，人员较多，生产成本居高不下，导致矿井2015-20矿井回收煤柱前，矿井生产经营困难，年均亏损2.1亿元;③井下各类抽、掘、采等作业场所集中于一个采区，人员过度集中。

5.2优化后生产系统的优缺点

5.2.1优点。①提前浅部优势资源，使之与深部煤配采，降低煤的灰分，提高煤的发热量，煤的售价增高，效益好转;②生产系统优化后，矿井生产能力稳定，投资回收期5.33a，年均税后利润3277.09万元;③将抽、掘、采作业场所和下井人员在两区域间合理调配，利于安全管理。5.2.2缺点。①矿井生产系统优化要增加基建投资;②主副斜井工业场地现有占地面积小，地面各场所紧凑;③工业场地变化后要严格落实环境保护相关规定。综合考虑，原有生产系统维持开采方式不变，但矿井经营困难，且不符合国家供给侧结构改造政策要求，因此确定对矿井开采后期生产系统进行优化。

6矿井生产系统优化后盈亏分析

按照计算期第5年数据分析计算，盈亏平衡点为：生产能力利用率(BEP)=年固定总成本/(年销售收入-年可变成本-销售税金及附加)×100%=15570/(42300-16902-1091)×100%=64.05%。该项目达到生产能力的64.05%，即矿井生产能力达到117.65万t/a，企业就可保本，这说明超化煤矿生产系统优化项目风险较小。

7结语

技术人员对突出矿井开采后期的生产系统进行了合理优化，达到了改善矿井生产经营状况的目的，开采出了优质煤炭，符合国家目前煤炭产业政策。优化矿井后期生产系统时，要协调考虑设计方案对正常生产的影响、对矿区环境的影响，并对项目的经济效益分析要全面、可靠。

参考文献：

[1]于新胜，王育才.浅谈矿井设计优化[J].煤炭工程，(5)：13-15.

篇2：矿井开采后期生产系统优化设计论文

关键词：生产系统；矿井开采；生产系统；优化设计

郑州煤炭工业（集团）有限责任公司超化煤矿到2016年，采掘活动全部延深至深部水平，巷道支护投入加大，瓦斯治理、防治水工程量增加，所需投入人力和资金将超过郑州煤炭工业（集团）有限责任公司规定，受煤炭市场影响，矿井生产经营状况将出现下滑。矿井开采后期煤炭资源如何合理开采已成为矿井面临的主要问题，因此，超化煤矿需要调整矿井后期生产系统，使剩余煤炭资源安全、合理开采出来。

1矿井概况

超化井田位于河南省新密市煤田西南部，开采上限标高+60m，下限标高-900m。该区主要可采煤层为二叠系山西组二1煤，煤层平均厚度9.07m，属低灰、低硫贫廋煤。二1煤可采储量为1430.8万t，服务年限10a。矿井水文地质条件复杂，正常涌水量869m3/h，最大涌水量为1112m3/h。矿井为煤与瓦斯突出矿井，始突表高-208m，矿井瓦斯绝对涌出量18.60m3/min，相对瓦斯涌出量4.63m3/t。二1煤煤尘爆炸指数17.58%，为有煤尘爆炸危险性煤，自然发火等级为Ⅲ类，属不易自燃煤层。

2矿井现有生产系统

超化煤矿现有生产系统为：主立井担负提煤任务；副立井担负进风、人员物料升降等任务；西风井担负进风任务；东风井、31风井担负回风任务；-100m和-300m水平排水阵地均为一级排水系统，均能够满足矿井排水要求；供电系统利用地面35kV变电站和井底车场附近中央变电所向各使用地点供电；原煤在主副立井工业广场内进行筛分、储存和铁路运输。矿井利用现有系统进行开采，无需增加投资。到2015年底，其他区域基本采完只能开采深部31采区，矿井生产规模维持在150万t/a左右。

3现有系统存在问题

①深部二1煤内在灰分高，发热量低，不符合国家供给侧结构改革相关政策；②矿井为突出矿井，人员较多，生产成本居高不下，导致矿井2015-2021年矿井回收煤柱前，矿井生产经营较困难；③深部区域瓦斯含量大，水文地质条件复杂，如果仅开采深部资源，将导致瓦斯抽采、巷道掘进、煤炭回采等作业场所过度集中于一个采区，不利于安全管理。

4矿井生产系统优化设计的提出

根据矿井资源储量分布情况，超化井田的优势资源（约860万t）主要集中在主副立井保护煤柱内，煤层厚度3.25～15.10m，平均厚度8m。根据井下实际采样，该区域内煤层灰分较低，煤质相对较好。如果对矿井生产系统进行优化，使浅部优势资源与深部资源同时回采，将能够大幅度提高矿井原煤发热量，使两个区域的瓦斯抽采、巷道掘进、煤炭回采等作业活动交替进行。即矿井在深部区域和浅部区域分别布置一个工作面，其中一个正常回采，一个进行瓦斯抽采，避免出现入井人员全部集中于一个区域的现象，提高矿井安全保障程度［1］。本次生产系统优化要重点考虑以下问题：①优化设计要与矿井现状不矛盾，不影响矿井正常生产经营活动；②目前煤炭市场下，要最大程度压缩投资，认真进行投资分析，确保经济效益最优；③系统优化前后的生产衔接要顺畅；④地面生产系统位置变化后，环保、煤炭外运等问题要妥善解决。综上所述，超化煤矿生产系统优化设计将现有主、副立井报废，改造现有西风井（两条斜井井筒）为主副、斜井，担负矿井的提升任务及兼作进风井；井下调整矿井运输、通风、提升、供电等系统；原主、副立井工业场地建筑及设施随着开采进度，逐次搬迁至主、副斜井新工业场地。

4.1井下生产系统优化

改造后的主斜井斜长879m，铺设带宽1200mm的胶带输送机，并安装架空乘人装置，主要担负矿井的提煤、上下人员及进风任务；副斜井斜长890m，安装2JK-3.0×1.5/20型单绳缠绕式双滚筒提升机，主要担负矿井的提矸、运料、运设备等辅助提升任务并兼作进风井及安全出口。在-205m以浅新增集中轨道下山和集中皮带下山，担负22采区和深部31采区的运输、进风、运送人员等任务。排水系统利用-300m水平排水系统，泵房配备8台MD500-57×11型多级离心泵，4用3备1检修，水仓容积9060m3，能够满足《煤矿安全规程》要求。通风系统仍利用现有的东风井和31风井。供电系统利用在主副斜井工业广场新建的35kV变电站和井下中央变电所向各作业场所供电。

4.2地面生产系统优化

在主、副斜井工业广场，合理利用现有建筑物作为调度楼、行政楼、生产楼、区队值班楼、救护队值班楼和灯房浴室等行政辅助设施以及机修车间、供应仓库、物资超市等辅助生产厂房；新建主副斜井井口房、提升机房、35kV变电站、空压机房、筛分系统及储煤场，原煤仍采用铁路外运。

4.3矿井生产系统优化工期及投资

矿井生产系统优化矿建工程为扩砌主副斜井，掘进22采区皮带下山和轨道下山；土建工程为在主副斜井工业广场新建筛选楼、皮带走廊、储煤场及防风抑尘网等项目，生产系统优化调整工期2a，期间不影响矿井其他区域正常生产，项目总投资20126.48万元。根据国家煤炭产业政策将矿井生产能力由180万t/a下降到150万t/a，服务年限10a。

5矿井生产系统优化方案比较

5.1原生产系统的优缺点

5.1.1优点。①维持目前开拓开采，不再对矿井做生产系统优化，减少了基建投资；②维持目前开采方式，各生产系统不用变化。5.1.2缺点。①深部二1煤内在灰分高，发热量低，导致二1煤售价低；②矿井为突出矿井，人员较多，生产成本居高不下，导致矿井2015-2021年矿井回收煤柱前，矿井生产经营困难，年均亏损2.1亿元；③井下各类抽、掘、采等作业场所集中于一个采区，人员过度集中。

5.2优化后生产系统的优缺点

5.2.1优点。①提前浅部优势资源，使之与深部煤配采，降低煤的灰分，提高煤的发热量，煤的售价增高，效益好转；②生产系统优化后，矿井生产能力稳定，投资回收期5.33a，年均税后利润3277.09万元；③将抽、掘、采作业场所和下井人员在两区域间合理调配，利于安全管理。5.2.2缺点。①矿井生产系统优化要增加基建投资；②主副斜井工业场地现有占地面积小，地面各场所紧凑；③工业场地变化后要严格落实环境保护相关规定。综合考虑，原有生产系统维持开采方式不变，但矿井经营困难，且不符合国家供给侧结构改造政策要求，因此确定对矿井开采后期生产系统进行优化。

6矿井生产系统优化后盈亏分析

按照计算期第5年数据分析计算，盈亏平衡点为：生产能力利用率（BEP）=年固定总成本/（年销售收入-年可变成本-销售税金及附加）×100%=15570/（42300-16902-1091）×100%=64.05%。该项目达到生产能力的64.05%，即矿井生产能力达到117.65万t/a，企业就可保本，这说明超化煤矿生产系统优化项目风险较小。

7结语

技术人员对突出矿井开采后期的生产系统进行了合理优化，达到了改善矿井生产经营状况的目的，开采出了优质煤炭，符合国家目前煤炭产业政策。优化矿井后期生产系统时，要协调考虑设计方案对正常生产的影响、对矿区环境的影响，并对项目的经济效益分析要全面、可靠。

参考文献：

篇3：矿井开采后期生产系统优化设计论文

1.1 抽油机设备自身因素影响

对于抽油机自身设备因素我们首先关注的就是开采前期并沿用至今的旧设备, 在开采初期, 由于油井井况较好, 开采上比后期容易并且要求也没有后期高, 这就指出, 在我国后期开采油矿的过程中, 首先应当改进原有抽油机设备, 维修设备和创新设备, 但是很多原有设备毕竟已经到了使用寿命, 而且维修费用也不断增加, 反而加大成本, 所以很多抽油机都被淘汰了。其次新的抽油机设备自身也有很多不完善的地方, 例如使用年限, 利用率等等。新的抽油机负载率虽然与原先比较有所增加, 但大多集中在40%~60%;而且在设计上很多还是选用了过去的旧机型结构, 并没有按照不同环境匹配不同机型, 使得现场施工效率下降, 利用率普遍偏低。新型的抽油机要求建立了以系统效率高、悬点载荷小、泵效高为目标的多目标优化设计模型, 并以抽油机负载率、减速箱载荷利用率作为约束条件, 要不断将抽油机设备向油田开采后期现状发展。通过科学技术的不断发展, 在油田开采后期可以做到节约能源, 降低损耗。旧的抽油机与新的抽油机另一区别在于传动带, 老式抽油机使用的是普通三角皮带, 易磨损和疲劳断裂, 大多数的旧设备尽管维修, 皮带传动仍容易松弛, 松弛又造成打滑, 打滑又产生高温, 加快了磨损。新型的抽油机设备控制了皮带的松紧程度, 防止皮带打滑, 采用了联动三角皮带, 其传动性能和使用寿命均优于普通三角皮带。除了上述因素以外, 另一个重要因素就是软件应用方面, 作为信息化高速发展的产物, 软件应用大大提高了抽油机的使用价值, 可同时实现机选和人工输入指定参数, 可以拟合场景, 通过计算机建设符合现场设计的系统环境。在效率上, 可信度上也有很大的提高, 使抽油机更具保障性。

1.2 开采油井井况环境因素影响

除了设备自身的因素外, 油井环境也是影响抽油机寿命和效率的因素。在我国开采初期, 环境一般比现在好, 地面系统建立简单, 地面工程也相对容易。而后期开采在很大程度上对地面工程有了更高的要求, 长时间开采对油井井况环境也造成了巨大的影响, 所以现在的规划设计必须详细的考虑油田地面建设, 通过分析环境, 天气等方面, 进行地面工程建设。在建设中主要考虑油田地面管网, 其设计质量的好坏直接影响到油田开发建设的经济效益。油田地面管网是涉及离散拓扑优化、非线性参数优化、多目标优化等在内的一类十分复杂的大型混合优化设计问题;主要针对油田开发过程中地面工程系统的负荷率下降, 效率降低, 生产运行能耗升高的问题;同时根据每一个油田的特点进行地面建设。如果建设不完善, 就会使工作环境持续恶劣, 让抽油机设备出现故障, 影响抽油机的平衡性能, 很容易造成载荷过重。在油井井况自然环境因素中首要考虑雨水渗漏问题, 其次是压力问题, 这两方面主要体现在接线盒和减速箱, 接线盒主要是进行细节处理, 在接线盒盖处加封密封带等。减速箱是抽油机最关键的部位之一, 它的作用是调节温度防止设备烧坏。

1.3 对抽油机系统管理因素影响

抽油机是由多个构件构成的大型、复杂的机械系统组成的, 对于整体来说, 各个部件的重要程度也各不相同。而设备投入使用后, 由于有形磨损和无形磨损的作用, 造成设备性能低劣化, 技术落后, 引起维持修理费用增加, 能源及原材料消耗增大, 生产成本上升, 生产效益下降。而我国在目前采用的设计寿命周期都比较长, 与越来越快的技术更新速度形成了很大的反差。由于采用了设计寿命标准造成企业效益下降, 企业更新改造积累减慢, 由于延迟了更新时间使企业设备更新陷入非良性循环。久而久之无法满足规定时间、规定条件和规定能力的要求, 并为后续维修性、保障性、可信性等造成了影响。

2 抽油机系统经济运行的优化措施

2.1 根据井况有效匹配抽油机设备

有效匹配设备可以使复杂的机械系统变得简单实用。不同井况要采用不同的设备, 油杆抽油系统是应用最广泛的系统之一, 是一款人工举升设备。它主要考虑了以下几个方面, 抽油机自身的负载能力问题、抽油杆自身的强度问题、共振影响问题, 还有一些做功次数, 工作参数, 工作温度范围等细节问题。结合当自然工作环境情况, 合理的选择抽油机设备, 选择合理强度抽油杆柱, 同时还要考虑在开采过程中碰到的井下井况, 防止高含水、井身弯曲、错断等因素影响, 维持井况在一个好的层面, 减少杆泵采油装置故障的发生。如果选择不当, 降低了标准会凸显其可靠性的不足, 造成设备的损耗和安全性能, 甚至直接影响使用寿命, 造成各个零件之间的组合性降低;如果配置过高的设备要求, 虽然会有效降低事故的发生, 但是却消耗了大量的成本。只有适当的选择才能有效的增加设备在不同井况中的应用效率。利用API公式、史洛尼杰尔公式、威尔诺夫斯基公式、威尔诺夫斯基-阿道宁公式等科学计算法则, 有利于有效分配设备。

2.2 加强对抽油机井的科学管理

抽油机井的科学管理要从缜密的计算设计开始, 计算设计包括应力、强度、安全系数、载荷、零件尺寸、环境因素等, 还要通过“应力”s和“强度”r两个随机变量, 通过不同的运算方法, 实现变量之间实数代数运算。同时考虑已有的技术水平, 考虑环境复杂程度, 考虑重要程度, 考虑任务情况;通过自身特点进行科学管理, 不断应用到我国油田开采后期的工作当中。随着含水率逐年增加, 油田状况复杂, 驱油方式由原来的水驱, 发展到水驱、聚驱和三元复合驱, 一些低渗透油田也开始开发生产。这些不同的驱油方式以及低渗透油田的特殊性, 直接影响到抽油机驴头悬点载荷的计算及机型选择, 在今后的生产中, 科学管理将会突出在软件使用上, 通过软件的使用对当前油田生产的动态静态分析, 对抽油井的不同方面的系统优化, 通过科学分析, 建立模型, 有效管理来促进效率增加, 成本节约。

结语

从对设备本身的分析和创新科技管理, 从对外部环境和内部环境分析, 从多种抽油机设备等全方面的考虑, 通过各种科学计算, 软件设备等, 可以建设一个完善的抽油机井系统, 再利用多种抽油机原理, 利用维护系统, 可更大程度提高抽油机效率, 节约成本。

参考文献

篇4：矿井开采后期生产系统优化设计论文

【关键词】采矿设计;三维实体布局;性能约束;NP-Hard;模拟退火算法

0.引言

矿井生产系统布置，亦可称为布局问题或采矿设计问题。其布局空间从外部来看，受到不规则的井田境界，煤层上下不同岩层性状的制约；从内部看，断层、陷落柱以及地表建构物保护煤柱等对其纵横切割。矿井生产系统布置就是在这样一个完全不规则，甚至不完整的三维空间内进行工作面、巷道、井筒、硐室等构成要素的空间安排，同时这些构成要素的几何尺寸往往表现出一定的环境适应性，如工作面的尺寸，可以在工艺和经济允许的前提下随所处空间（环境）变化而适度进行调整。

1.矿井生产系统优化布置设计

多目标优化问题的数学描述

设有多目标决策问题（MP）：

式中, t为控制参数, △E为新解与当前解之间的目标函数差。若△E< 0 ,则接受新解;反之,则以概率p接受新解。

3.结语

本文针对矿井生产生产系统布置中工作面、巷道、硐室、煤柱和边角煤在不规则三维空间的分割与组合的特点，提出矿井生产系统的布置属于带有性能约束的三维布局问题，并建立矿井生产系统的布局模型，基于带有性能约束的三维布局优化问题具有的NP完全性质，根据粒子群算法的特点对矿井生产系统布局模型进行分析以优化矿井生产系统的布置。■

【参考文献】

［１］牛克洪，兰君，魏振宽.纵谈我国煤炭企业发展的新趋势[J].煤炭经济研究，2006,(11).

［２］刘海滨，王立杰.我国煤炭资源综合开发布局与模式研究[J].自然资源学报，2004,(3).

［３］何華兵.中国煤炭企业循环经济发展模式探析[J].中国矿业，2006,(5).

篇5：矿井开采后期生产系统优化设计论文

1 抽油机检修方案优化

1.1 制定相应的检修方法策略, 采用新式配件检查设备

制定相应的检修制度, 确保检修人员个人的检修态度, 这样才能使得检修人员对检修工作给予相当的重视, 保证检修过程中的高度精力集中, 相应的制定奖惩制度, 也是一个不错的办法。采用新式配件检查设备, 对原有的设备进行替换, 大量使用新型设备对抽油机的配件进行检查, 这样不仅能够减少检修工作量, 又能保证检修质量的精确性, 进而保证抽油机在正常的油田开采过程中不存在任何的安全隐患, 不仅保证了油田工人本身的生命安全, 也进一步的确保了油田开采工作能够有条不紊的进行[1]。

1.2 设立油井开采工程地区专业级抽油机检修站点

设立油井开采工程地区专业级段修站点, 对我国油井开采工程地区的抽油机检修人才进行汇总, 确保检修的专业性, 对抽油机检修进行专业化一条线管理, 设立相关的抽油机检修研究小组, 对国内外的抽油机检修技术进行集中、分析, 时时刻刻的跟住科学技术发展的脚步, 引进新的抽油机检修理念以及抽油机检修先进设备, 使得我国的抽油机检修技术在不断地学习和研究过程中有着技术上的提高[2]。

2 维护方案优化

2.1 由抽油机组厂家联合抽油机制造厂定期对抽油机巡检, 排除轴承异响、温度非正常升高等故障, 及时准确处理潜在故障抽油机;

2.2 石油工程运维人员加强对运行中的抽油机运行状态监测, 尽量在抽油机故障早期发现并解决问题, 以免造成抽油机损坏甚至整体更换抽油机的严重后果;

2.3 加强油井开采过程中的抽油机的保护措施;

2.4 抽油机装配中严格控制各部件间的装配质量;

2.5 抽油机维护过程中加强维护用油脂管理, 避免油脂受到污染;

2.6 严格执行抽油机系统中轴对中要求, 定期对齿轮箱高速轴对中情况进行调整, 对注油系统使用情况定期检查以保证润滑良好, 并对废油排出情况进行检查[3]。

3 油田工程后期开采中抽油机井系维修技术关键

3.1 抽油机故障性处理

如果想要对故障的抽油机进行处理, 就要在抽油机的基础上, 构建一个能够切实反映抽油机电动机系统效率的随性特性的数学模型, 进而对风电场兆瓦级双馈异步抽油机轴承维修提供相应的理论性依据。

3.2 抽油机故障检测系统

在抽油机发生故障的时候, 要采取正确的检测方式对其进行检测, 应用先进的检测技术或者检测设备, 对整个抽油机展开系统的检查, 并且在检查时作出记录, 为后期的维修提供相关的依据。

3.3 抽油机故障维修系统

抽油机故障的维护系统不光包括相应的维修设备, 还包括相关的技术维修人员, 在整个维修系统当中, 不仅需要维修人员具有相当的维修技术, 还需要其能具备严谨的态度, 能够正确的对待抽油机故障维修任务, 保证维修的仔细与可靠, 进而能够提高抽油机的维修质量。

4 结语

随着国民经济的飞速发展, 无论是化工领域, 还是地铁、石油等领域, 都表现出了对抽油机的市场需求, 这些抽油机的都有着一个共同特点, 那就是其实体设计部分都要符合其工况环境, 所以, 大部分的抽油机都要具备自己的优化设计方案, 但是由于国外抽油机行业出于商业利益方面的考虑, 对这种抽油机研制技术保密十分的严格。为了使得这种商业垄断问题得到解决, 增加中国抽油机工业的竞争能力和制造水平, 非常需要对抽油机的优化方案展开研究。只有这样, 才可以保证我国石油开采工程的采油任务能够更加具有效率的完成, 进而使我国整体的国民经济稳步的上升, 保证我国的有一个良好的发展。

参考文献

[1]郭吉民, 张胜利, 郭磊, 谢巍, 曾令兵, 刘凤彩.优化抽油机井系统设计技术的应用与展望[J].石油钻采工艺, 2009, S1:84-87.

[2]董世民, 李海琴, 闫新明, 张胜利.抽油机井系统效率极限值的仿真研究[J].系统仿真学报, 2008, 13:3533-3537.

篇6：矿井开采后期生产系统优化设计论文

关键词：矿井通风；系统优化设计；改进方向

中图分类号：TD724 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）04-0092-02

对于从事矿井通风作业的专业技术人员而言，如何优化矿井通风系统属于矿井设计的重要问题之一，提高矿井通风系统的工作效率促进矿机工作生产力的关键所在。随着我国采矿业的高速发展，由于矿产资源的开采加大，矿井作业面临着诸如通风系统距离增加、风量调节难度加大、井下有毒气体增多、以及井下湿度大、气温高、氧气密度小等严重问题。促进矿井通风系统优化设计势在必行。

1 矿井通风系统的内容体系

1.1 矿井通风系统

矿井通风系统，简而言之，就是通过通风设备以及通风网络将地表新鲜空气输送至井下满足井下作业环境要求，同时排出井下作业时所产生的污浊空气的换气系统。即将井下空气与地表空气之间通过人工建造形成空气流通循环的系统工程，以满足矿井作业需要从而提高施工效率。

1.2 矿井系统

1.2.1 矿井通风系统等级分类。矿井通风系统通常依据矿井作业中面临的具体问题进行等级分类，一般将矿井内主要面临安全问题例如瓦斯浓度、煤层自燃条件、井下温度作为矿井通风系统的主要标准。针对于普通类型矿井，在矿井通风系统中对其定义为一般型；对于温度过高的矿井，以其瓦斯浓度、煤层自燃等具体情况还分为一般降温型、防火降温型以及排放瓦斯降温型三大等级；而对于瓦斯安全问题，国内对矿井通风系统将其细分为一般排放瓦斯型、排放瓦斯及降火型与排放瓦斯防火降温型。

1.2.2 矿井通风方式分类。针对矿井通风方式通常通过不同矿井的回风口与井田的具体位置进行细致划分。中央式、对角式、分区式以及混合式四种通风方式是国内对矿井通风的具体分类。将进出风口设置于井田中央部位的通风方式我们通常将其定义为中央式通风，而针对中央式矿井通风方式的风井倾斜对应位置，我们又可以将其细分为中央并列式以及中央边界式两种；而对于对角式通风系统，因其井田两翼的位置差异，亦可通过回风口与井田位置关系的不同分为单双翼两种对角式通风系统；至于将井田的每一区域内都设立独立的通风系统的矿井通风方式，我们将其定义为分区式通风系统；对于混合式通风方式，顾名思义，即将中央式、对角式、分区式三种通风方式灵活运用于一体，结合各种不同的优点并为己用形成的独特的优质的通风方式。

1.2.3 通风方法分类。矿井通风方法通常可分为自然通风和机械通风。基于通风机的运作原理的不同，一般通风方法也不同。以压入式而言，通过进风井的主扇给予正压促使地表空气进入井下，并压出井下作业产生的浑浊气体；利用回风井的主扇产生的强大负压抽出井下作业产生的浑浊空气的空气循环方式我们称之为抽风式；混合式则采取利用进风井的主扇压入新鲜空气和利用回风井的主扇抽出污浊空气相联合的通风方式。由于自然风压一般较小且不稳定，因此矿井必须采用机械通风，我国大多数矿井主要通风采用抽出式通风，采掘工作面通风则多采用压入式的局部通风方式。

1.2.4 矿井通风网路分类。风路连接方式的差异性是对矿井通风网络分类的主要标准，串联、并联和角联是通风网络系统的三种基本联接方式。将两个或两个以上通风风路直接联在一条线路中，并不分流的通风网络形式被称为串联网络。而并联网路指的是在确立一个通风主系统的前提下，将不同子系统以首首相连、尾尾相连的形式构成的一个通风系统。角联网路是指在并联网路分、合点之间贯穿一条或几条对角风路。

2 矿井通风系统优化的探讨

2.1 矿井通风系统设计的宗旨

矿井通风设计宗旨在于通过促进井下与地表空气的循环，提高井下工作环境质量，以达到保障工人生命安全，提高矿井施工效率的目的。

2.2 优化矿井通风系统的作用

矿井通风系统的设计直接影响着矿井的工作安全、经济效益、生产运营和应变能力。利用科学方法综合考虑各种因素影响，确定一个抗灾能力强、安全可靠、经济实用和技术合理的通风系统。

2.3 矿井通风系统优化设计的原则

矿井通风系统优化设计应坚持以人为本的原则，通过改善矿井通风状况，为井下营造稳定可靠的安全生产环境；坚持经济节约的原则，根据实际生产情况，合理布局井筒和通风井等设施，缩短回风距离，最大限度地降低回风阻力；坚持统筹规划的原则，结合矿井未来发展趋势，合理调整现有的井巷和通风设备，充分发掘通风系统的潜力，形成与井下动态变化相适应的通风

系统。

3 矿井通风系统优化设计的改进方向

3.1 目前矿井通风系统技术的发展状况

伴随国内外科学技术的快速发展，矿井通风技术也发展出多风机多级机站、抽出式局部通风机、FQC系列矿用气动抽出式塑料叶轮轴流局部通风机、智能局部通风机等新的设备。目前，学术界对于如何改建矿井通风系统与技术模式还没有给予一致的规定与要求，矿井通风重点考虑的内容包括分区通风系统、多风机多级机站通风系统、主—辅多风机系统、统一主扇通风系统、矿井通风系统的微机自动控制技术新型以及高效、节能矿用风机的研制与应用等。

3.2 矿井通风系统优化设计的发展方向

随着计算机技术的快速发展，专家学者已开发出推理机、FortranCAD系统、Fortran 77Dbase-Ⅲ系统等一批新型高科技矿井通风系统设计软件，通过进一步开发通风系统技术在矿井中的运用，矿井通风系统优化设计未来应重点从以下三方面开展工作：

3.2.1 发展综合集成技术。当前，矿井通风系统优化设计研究呈现多种设计方法相综合的发展趋势，在设计过程中日趋注重将多元化知识与数据收集并有机结合在一起，将不同的分析方法结合在一起，运用计算机网络自动化工程技术统一管理矿井通风系统。对矿井通风系统优化设计应继续加强人机结合和人网融合，创立起完整的智能化矿井通风集成系统，结合自主学习和自主适应机制，建立健全、完善发展系统的最终目的。

3.2.2 重视决策支持系统。目前，矿井通风系统的优化设计主要依靠计算机系统进行处理，优化方法逐渐由线性优化转向非线性优化。但受当下计算机发展水平的制约，开发出自动设计系统还面临很大困难。因此，与矿井通风系统优化设计相配套的计算机软件，在设计过程中应以决策支持系统为主，逐步研制和设计相对独立的计算机软件系统来优化矿井通风系统。

3.2.3 完善电子监控体系。伴随着采矿方法和采矿技术快速发展，许多矿井的生产量往往超过其原有的生产设计能力，矿井规模越来越大，矿井通风系统日趋复杂，特别是随着多风机多级机站等新技术的应用，矿井通风系统的管理工作也日益复杂，传统的凭人工经验对通风系统进行管理已经不能适应社会经济快速发展，运用计算机网络自动化工程系统针对矿井通风系统采取监控已经成为矿井生产和发展的必然趋势。对此，矿井通风系统优化设计应把电子监控体系建设作为一项重要工程，安排适当数量的监测点和监测设施，对矿井的运行状态进行全面监控，为通风系统的深入优化提供重要支撑。

参考文献

[1] 牛胜建.矿井通风系统的设计与选型探讨[J].能源与节能，2013，（11）：36-38.

[2] 邱宇善，雷远扬.浅析矿井通风系统优化设计的改进方向[J].现代经济信息，2012，（17）：171+176.

篇7：矿井开采后期生产系统优化设计论文

1 矿井概况

平煤股份一矿位于平顶山煤田中部, 始建于1957年, 井田面积29.3km2。矿井设计能力150万吨/a, 经过两次改扩建, 核定生产能力4Mt/a, 属于煤与瓦斯突出矿井。主采丁、戊组煤层, 煤种为气煤、1/3焦煤、肥煤, 一般作为动力用煤。目前矿井三个水平开采, 一、二、三水平标高分别为-25m、-240m和-517m;斜、立井综合开拓方式;通风方式为多进风井、多回风井混合式通风。井田位于李口向斜的西南翼, 地层走向北西西, 倾向北北东, 倾角一般10°左右。井田内地质构造简单, 水文地质类型属中等。主采煤层煤尘都具有较强烈的爆炸性;煤层自燃发火期3-6个月, 属于自燃煤层;地温梯度平均值为2.92°C/百米, 属地温异常区。

2 矿井主要生产系统及存在问题

2.1 水平、采区生产现状

矿井三个水平生产, 主要集中在二、三水平, 一水平1个残采区, 二水平4个生产采区, 三水平2个生产采区, 布置6个采煤工作面;准备采区2个。

2.2 主运输系统

矿井井下现有两套主运输系统, 各采区集中运输巷、采区皮带下山、采面机巷内均铺设有运煤皮带。

2.3 辅助运输系统

辅助提升系统三套, 分别为院内副井、北一和北二副井提升系统, 主要担负下放物料、提升矸石、升降人员的任务。

2.4 通风系统

矿井具有完整独立的通风系统, 目前有戊七、北一、北二3组主要通风机联合抽出式运转, 矿井通风方式为多进风井、多回风井混合式通风, 6个进风井、3个回风井。

2.5 压风系统

矿井现有地面压风机房三个:分别为北一、北二和院内压风机房, 压风机21台;三个供风系统可相互补充, 具有较强的抗灾能力。

2.6 抽放系统

矿井共有抽采系统5套:其中地面抽采系统1套, 井下抽采系统4套。实现了高突采区均安装了瓦斯抽采系统, 能够满足安全生产需要。

2.7 排水系统

矿井正常涌水量756m3/h, 最大涌水量为1285m3/h。目前矿井采用在井下各采区建立水仓、水平集中排水方案, 现有一、二和三水平三个主排水系统。

2.8 供电系统

一矿现有35k V/6k V变电站三座:院内变电站、尚庄变电站、竹园变电站。矿井有两趟35k V供电电源, 各主要的大型固定设备均有双回路供电。

2.9 矿井监测、监控和人员定位系统

一矿现在使用的监控系统为KJ2000N系统, 对全矿井所有采掘施工地点进行适时监测。该系统与集团公司监控系统联网, 并且能够正常运行。

人员定位系统使用KJ128A矿用人员定位管理系统, 覆盖全矿各个出入井口地点、三个水平的井下重要区域和各个采区的采掘工作面, 能实时监测井下流动人员的数量、区域、时间信息等。

2.1 0 存在主要问题

矿井生产水平、采区和采掘头面较多, 生产布局分散;生产设备和作业人员较多, 不利于安全高效生产和现场管理;一水平各主要生产系统主要服务于一水平残采区域, 存在服务区域较小、设备低位运行和人员配备较多等问题, 增加矿井运营成本;深部采区因瓦斯治理工程引起矸石量增加, 需实现煤矸分运。

3 优化调整

简化矿井生产布局, 优化产品结构。

3.1 产能规划

结合矿井发展规划和各主要系统能力, 产能定位在5Mt/a。

3.2 矿井产品结构问题

根据市场需求调整主采煤层生产能力比例:丁组煤占总产量的40%左右, 戊组煤占总产量的60%左右

3.3 生产布局优化调整

(1) 水平优化:由一、二、三3个生产水平优化为二、三2个水平, 适时关闭一水平生产系统。

(2) 采区和采掘头面优化:由目前的7个生产采区6个工作面优化调整为5个生产采区5个综采工作面。

3.4 系统优化

将矿井通风系统中原主要服务于一水平的戊七系统停运;在矿井深部采区铺设排矸皮带, 形成独立排矸系统, 增强矿井排矸能力, 实现煤矸分运, 提高矿井煤质。

3.5 单产单进优化提高

(1) 降低万吨掘进率, 优化布置大采长、大储量工作面, 减少采面掘进工程量;引进大功率岩巷掘进机以加快掘进速度。

(2) 引进大功率综采设备, 建设安全高效综采队, 努力打造2个150万吨采煤队、2个100万吨采煤队。

3.6 劳动组织优化

(1) 加强核心员工、普通员工、劳务派遣工的资格认定、转换、流动等管理工作, 充分挖掘内部潜力, 形成能上能下、能进能出、动态流动的用人机制, 增强企业核心竞争力。

(2) 强化管理, 提高出勤率、劳动效率、工时利用率。

(3) 根据矿井生产布局优化调整, 结合煤炭销售形势, 最大限度地减少井下职工出勤数量, 确保矿井效益、效率最大化。

4 结语

(1) 通过合理定位产能、调整产品结构, 以满足市场需求。

(2) 通过对矿井各个生产系统分析, 找出其中制约矿井安全高效生产的不利因素, 通过实施相关工程和更换设备, 解决矿井生产系统存在问题。

(3) 通过生产布局和系统优化, 减少了水平、采区和采面数量, 改善了生产布局较为分散, 同时减少了直接生产的人员和设备;停运一组通风系统;降低了通风费用, 实现了矿井生产布局集中, 为降低原煤生产成本奠定了基础。

摘要：通过对老矿井各主要生产系统进行分析论证, 找出其存在问题, 提出合理的产能定位、产品结构调整、生产布局优化、提高单产单进和劳动组织优化等建议, 使矿井进一步提高生产效率, 降低生产经营成本, 实现矿井安全高效生产。

篇8：矿井开采后期生产系统优化设计论文

关键词：电潜泵；采油工艺；生产系统；优化设计

中图分类号：TE357文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）23-0011-02

采油工艺中，电潜泵采油设备相对简单，同时采油的效率较高，排量较大，自动化程度较高，使其在业界受到了广泛采用。但针对电潜泵未来的发展方向，发现电潜泵井生产系统优化设计能够帮助电潜泵高效运行，延长电潜泵的工作寿命。因此，我们有必要对电潜泵井生产系统进行优化设计，以保证电潜泵合理、稳定、高效地运行。

1电潜泵采油工艺

电潜泵全称电动潜油离心泵，它是将多级离心泵和电动机一同放入到油井液面下方以进行抽油的设备。它的地面电源将电能通过控制屏、变压器和电缆输送到电机，然后再通过电机带动多级离心泵叶轮旋转将电能转换为机械能，把井液输送到地面上。电潜泵在高含水井、非自喷高产井和海上油田上应用广泛，作为后期强采石油的主要手段，它的平均产液量达到了传统杆式泵的2倍以上。

2电潜泵在生产中的常见问题

2.1泵不出液或欠载

（1）泵轴断；（2）管柱泄漏；（3）叶轮磨损；（4）发生气锁现象；（5）电泵的扬程达不到井况的要求。

2.2机组运行中的过载

（1）井液粘度、比重过高；（2）工作点偏移；（3）电机匹配不合理；（4）泵的机械故障；（5）泵卡及止推轴承的损坏。

2.3电机烧坏

（1）电机表面的液体流速过低；（2）电机保护器油泄漏；（3）电机长期过载运行；（4）电源电压过高或过低。

3电潜泵井生产系统优化设计方法

3.1生产系统的节点划分

对电潜泵井生产系统利用节点系统分析法进行节点划分，在电潜泵井生产系统中设置井口、泵出口、泵入口、井底、油层这5个节点，以能量守恒、质量守恒和热量守恒作为电潜泵、井桶、油层的协调条件，将电泵设为功能节点、电泵两端压差设为求解节点。

3.2电潜泵优化设计中的数学模型

3.2.1油井产能。产能Q由广义IPR曲线进行

计算。

3.2.2井筒压降。我们在使用电潜泵采油的过程中将井筒压降分为3部分：（1）从井底到泵入口；（2）从泵入口到泵出口；（3）从泵出口到井口。同时要满足（1）、（3）两部分流体压力梯度的计算方法遵循气液两相流动规律。

3.2.3井筒温度。由于油井产出液的物理参数随温度的变化而变化，同时电潜泵井井筒的温度从井底到电机、泵机组、泵出口到井口分为三段，在进行井筒压力梯度计算时，必须将井筒温度的变化考虑在内。

3.3生产系统优化设计的具体实现过程

电潜泵井生产系统优化设计的具体实现过程如下：

3.3.1 输入设计参数，并预测油井产能为Q。

3.3.2 按照Q精选电潜泵泵型，设定电泵的额定排量为Qe。

3.3.3 将起点设在井底、终点设在下泵深度处，求出电泵压力Pin和入口温度Tin。

3.3.4 将起点设在井口、终点设在下泵深度处，求出电泵压力Pin和出口温度Tin。

3.3.5 由二分法，得出井口温度To=（Ta+Tb）/2，（其中Ta、Tb为常数且满足Ta＜Tb）。

3.3.6 通过求出电泵两端压差，确定电泵功率N及级数n，并确定电泵有效总扬程H，从而选择电缆、

电机。

3.3.7 计算电潜泵机组散热对流体产生的温升T2，判断是否能同时满足|Tin-Tin-T2|≤ε和Tin-Tin＞0，如果成立，则井口温度为To=（Ta+Tb）/2，进行步骤3.3.8；若Tin-Tin-T2＜0，令Ta=To，反之则令Tb=To，回到步骤3.3.5。

3.3.8 计算系统效率μ，如果Q≠Qe，则用相邻的几种泵型来重复步骤3.3.2～3.3.8，取得μ=max{μi}。

3.3.9 结果输出。

4电潜泵采油技术的新进展

4.1变频驱动电潜泵

美国Centrilift和Reda公司推出了新的变频驱动装置。Centrilift公司改进了变频控制器，为其安装上了数字显示器，这样就方便观测。同时还增添了电流不平衡探测回路，这样系统就具备了更可靠的关闭和探测能力；Reda公司采用微处理机来调查和监控新变频装置的输出频率和电压，同时此系统具备有探测、关井性能对其进行保护。此外，该系统也标准化了其故障记忆装置、高速限制装置、地面故障保护装置等组件。

4.2高容积气体分离器电潜泵

美国的Centrilift公司新推出了能实现高容积井下气体分离的分离器，该产品提高了电潜泵的石油采出量。使石油经过分离器到电潜泵的总体速度得到了大幅度提升，同时也获得了更高的气体分离效率。对传统的分离器而言，克服压头损失一直是一个不易解决的难题，而这种新型气体分离器可以进行个性化的定制来解决这些问题，适应不同的特殊开采环境。

4.3代替杆式泵的电潜泵

WOODGROUP公司研发出了小容积电潜泵技术来代替传统杆式泵，这种新型的电潜泵效率更高，叶片宽大，同时拥有更小的操作范围以及更为可靠的止推环面积。由于常规的杆式泵无法长时间运转开采，在碰到井筒偏差或者井眼过深的情况时就应该采用体积较小的新型电潜泵。当前，这种新型电潜泵可以每天进行小范围操作，而且费用也不高。

4.4耐H2S的电潜泵

不少采油井内会产生大量H2S气体，这些H2S气体会通过密封处或弹性材料渗入，造成发电机的早期损伤，影响到普通电机的使用。针对这一问题，ODI公司研发出了能在有大量H2S气体的采油井中使用的电潜泵。这种电潜泵采用了专门的密封腔式波纹管防止了H2S气体的渗透。该密封室内有一个吸收H2S气体的净化室以及两个装有弹性材料的腔室。一旦H2S气体渗入到密封室波纹管内，它将被其中设置的净化器吸收，这样就能明显减少进入到电机内的H2S气体总量，较为有效地防止了H2S对电机的侵蚀，延长了电机的使用寿命。

4.5节能隔膜电潜泵

伊热夫斯克电动机械厂研制出了解决低产石油井开采问题的UEDN5型隔膜电潜泵，这些电潜泵中所有的型号都拥有同样的规格，同时还拥有无抽油杆电潜泵的特征。如今高效率以及低排量泵的開发上就可以运用到隔膜电潜泵。俄罗斯石油公司在低产井中用其进行石油开采时取得了很好的效果。

5结语

我国电潜泵采油技术的发展源于对国外技术的引进，尽管我们已经能国产化，但在规格与设备关键部位这些方面还远远不及国外先进生产水平，也不具备能满足海上油田大规模开发的生产规模。为了弥补这些缺陷，改善上文中提及的生产过程中常见的问题。我们应该不断消化、吸收国外电潜泵采油前沿技术，同时在此基础上探索新型电潜泵，实现电潜泵采油技术的经济开采、实时监测和智能控制以及特殊井的举升操作等方面的生产系统优化。

参考文献

[1]刘竟成，李颖川，陈征，范晓峰．电潜泵（ESP）采油技术新进展[J]．科技信息（科学教研），2008，（13）．

[2]马瑞山．探析电潜泵（ESP）采油技术新进展[J]．中国新技术新产品，2012，（15）．

篇9：矿井深部开采技术优化的探究

关键词：煤炭,矿井,深部开采,开采技术,优化

0 引言

依据相关调查数据显示, 中国煤炭总储量的70%埋藏在1 000 m以下的深部地层中, 随着近些年煤炭需求的不断增多, 浅部煤炭资源正日益枯竭, 在东部等传统煤炭产区, 煤层开采深度正以每年200 m左右的速度激增, 预计到2020年中国大多数矿井开采深度均将超过1 000 m。而随着开采深度的增加, 地质条件的复杂性也不断提升, 这使得原本适用于浅部开采的各种技术不再具有良好的适用性, 是以增强对深井开采技术的探究, 为中国煤炭产业的发展添加动力是十分必要的[1]。

1 深井开采相关内容概述

1.1 深井开采现状

随着煤炭开采的不断进行, 埋藏较浅的煤炭资源已逐渐开采殆尽。进行深部煤炭资源的开采已成为当前世界各大煤炭开采国家所面对的问题之一。诸多老牌采煤国均已建成诸多深部开采矿井, 譬如英国矿井平均采深达700 m以上;德国矿井平均采深近千米, 最深已达到1 800 m以上;波兰矿井采深平均亦在700m以上;苏联亦有诸多采深达1 000 m以上的矿井。而在中国随着近10 a来社会经济的大步向前, 煤炭需求量不断激增, 全国各地许多大型煤炭企业为满足国家建设需求均已转向或正在转向深部煤炭资源的开采。据不完全统计, 中国采深700 m以上的矿井已近百个, 深部开采已成为中国乃至世界煤炭行业发展的必然之路, 探究深井开采中的问题, 促进深井开采技术的优化升级是煤炭行业未来的重点之一[2]。

1.2 深井开采的划分

世界各国对深部矿井的划分各不相同, 德国将采深800 m~1 200 m范围内的开采定义为深部开采, 采深大于1 200 m的为超深部矿井。波兰和英国将750m作为矿井浅部开采与深部开采的分界线。日本则以600 m作为深部开采的起点。而在中国并未对深部开采的界定进行明确划分, 依据相关资料和生产习惯矿井开采深度可划分为4类, 具体划分见表1。

2 矿井深部开采中的主要问题

2.1 冲击地压显著增强 煤岩破坏加剧

矿井中冲击地压的发生其深度多在200 m~1 000m, 伴随着开采深度的不断增加, 煤层与周围岩体的压力均会不断增加, 其发生冲击地压的可能亦会大幅提升。近年来随着中国煤炭需求的大幅提升, 深部开采的矿井数量亦不断增多。据相关数据统计, 20世纪50年代中国矿井冲击地压的发生次数仅为7次, 但现在已增长为近百个, 与此同时冲击地压的强度与危害性亦随着采深的增加不断提升。

2.2 煤与瓦斯突出危险高

中国一直以来是煤与瓦斯突出灾害最为严重的国家之一。相关数据显示中国已发生的煤与瓦斯突出事故已达数万次, 占据全球总量的1/3。依据开采实践研究, 随着开采深度的增加, 不仅煤层瓦斯含量大幅提升, 瓦斯所受压力亦会提升, 受到采动干扰时发生煤与瓦斯突出的可能性极高, 这是制约深部开采发展的关键要点之一。

2.3 矿压显现增强 巷道维护不易

在深部开采中巷道开掘后, 在高应力干扰下, 矿压显现增强致使巷道围岩的错移不断加剧, 巷道多会产生严重变形与破坏。据统计, 在700 m以上的深部开采中矿压是最为普遍的问题之一, 巷道的底鼓现象不断增多, 巷道的失修比例亦大幅提升。在深度达1 000 m的巷道中其失修率为埋深500 m的同条件下巷道的十几倍, 巷道施工中前掘后修、多次返修的现象极为普遍。

2.4 矿井热害严重

深部开采中的热害问题一直是困扰所有进行深部开采的国家的问题。随着深部的增加, 温度会获得显著提升, 在德国有些深井工作面中温度有时可高达近60°, 炎热的高温极易导致工人过度疲劳, 诱发各类疾病, 使得矿井生产的安全性大幅降低, 严重的甚至致使矿山生产终止。而在中国, 受限于施工技术的有限及资金的不足, 深井热害的治理多仅依靠通风与洒水, 不仅方式落后且效果不佳, 极大地制约了矿井深部开采的发展。

3 改善深部开采技术的优化措施

3.1 深部开采冲击地压限制措施

a) 对冲击地压进行全方位的监控, 增强预测工作, 并及时上报, 使用矿压监测方法及地音检测技术对冲击地压来临时间进行把控;使用向岩层深部打钻孔进行分析和估算冲击地压发生的位置范围;利用微震监测方法, 对冲击地压的各个参数进行记录, 采用多种方法对冲击地压综合预测;

b) 根据现场经验分析, 煤岩体产生应力集中会容易导致冲击地压的发生, 所以应合理对工作面进行布置, 对采煤工艺各个工序进行规划, 制定合理的采煤顺序, 避免高应力集中区的出现。工作面推进过程中采用相向开采, 避免煤柱遗留产生孤岛, 随着采煤技术和理论的不断发展, 采用无煤柱护巷技术较多, 而且效果很好;还可使巷道不挨着煤层布置, 在较稳定的岩层或直接布置在采空区里, 巷道之间距离合理布置, 使得相互之间不受影响, 不会产生应力叠加的威胁;

c) 对高应力区可采取一定的卸压措施, 采用向高应力区打钻孔进行深孔爆破的方式来卸压, 钻孔深度约10 m左右, 孔径在100 mm之间;也可以借助钻孔技术向煤层或者顶板中注水, 以达到使煤体或顶板发生裂隙, 来避免集中应力的分布状态, 在开采前一段时间对煤层或岩层进行软化处理, 钻孔深度约40 m左右, 进行多个时间和多种阶段注水;

d) 防止冲击地压对支护方式的要求也很高, 现今的支护方式主要是主动支护和让压支护, 它们的优点是不仅提前有预紧力的作用, 而且在冲击地压发生时, 可以允许一定的变形使得压力降低, 进而保护了顶板。例如为了保护顺槽, 建立一个抗压范围, 使用锚网联合支护, 形成矿压圈抵抗冲击地压;遇到断层等构造, 岩层起伏较大, 还可采用可缩量的支护方式, 对应力进行缓解[3]。

3.2 煤与瓦斯的突出防治

秉承“区域措施先行, 局部措施补充”的基本原则, 在进行保护层开采的同时对其进行瓦斯抽采, 若无保护层则需要进行瓦斯的预抽采;合理有效应用松动爆破、水力疏松、超前钻孔排放等手段进行局部防突;使用可有效液化或稀释瓦斯的化学制品, 将其提前注入煤层、降低煤层中瓦斯含量, 弱化突出威胁;注重超前预测, 采用先进的预测装置对危险性进行预测;结合自身特点进行瓦斯突出机理与条件的预测, 采取针对性防突措施。

3.3 围岩的控制

仅仅依靠增加煤柱宽度是难以确保深部巷道稳定的, 在深部开采中首先应对巷道整体布局进行合理规划, 将巷道布置在强度较高的煤层底板或采空区下, 确保巷道开掘能够避开应力的集中区域;改变传统的开采工艺, 避免孤岛煤柱与相向回采的发生。此外对巷道的设计进行优化升级, 增大巷道断面面积的同时其形状的选择应符合实际应力分布, 以马蹄形、半圆拱形、扁椭圆形、圆形为佳。最后对巷道应采取以树脂锚杆为核心的锚喷网支护技术, 采用超高强度的锚杆并对巷道两侧帮壁及底板进行注浆支护, 提升两帮及底角围岩的强度力;增设临时支护, 及时对围岩进行封闭, 避免冒顶与风化的发生, 并待充分泄压后进行及时的二次支护[4]。

3.4 地热的治理

a) 传统降温技术。在传统通风与洒水降温的同时增加人工机械降温, 并对巷道进行隔热板材的铺设以隔绝高温围岩。此外增强对工人的个体防护, 为其配置专门的冷却工作服;以暗水沟排放热水, 隔绝管道热媒;向煤层提前注水使其降温, 实现围岩温度的有效降低;b) 现代降温技术。引进先进的深井HEMS降温系统将矿井涌水的冷量同工作面高温空气进行换热以实现工作面温度的降低;采用空气压缩制冷技术, 借由压缩空气膨胀的吸热降低周边空气温度。此外还可使用热管降温技术、瓦斯发电制冷技术等手段实现地热的有效治理。

4 结语

根据地质勘探显示, 中国煤炭总储量的70%以上均埋藏在千米以上的地下。近年来随着煤炭需求的不断提升, 煤炭浅部储量已日渐枯竭, 深部开采已成为煤炭产业发展的必由之路。但深部开采中矿压、瓦斯、地热等灾害的不断增多, 对矿山的正常运营造成了极大阻碍。积极探索深井开采中不同问题的技术优化措施, 对于促进煤炭企业长久可持续发展和煤炭资源的经济、有效开发意义重大。

参考文献

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