淺談楊村礦井設計特點與創新

徐海鵬

（中煤科工集團南京設計研究院，南京 210031）

1 概述

楊村礦井為《淮南新集礦區總體規劃》規劃礦井之一，礦井位于淮南礦區陳橋區東北，地處安徽省亳州、阜陽、淮南三市交界,由國投新集能源股份有限公司開發建設,中煤科工集團南京設計研究院設計，礦井正在建設中。

楊村井田走向長14.8km，傾向寬4.2～7.0km，面積72.7604km2，井田總體為走向北西、傾向北東的單斜構造，地層傾角一般10～25°，構造復雜程度屬中等。可采煤層共有10層，主要可采煤層從下而上有1、6-1、8、11-2、13-1等5層，礦井地質資源量88293萬t，采儲量43950.8萬t。礦井水文地質條件中等～復雜型；按煤與瓦斯突出設計；煤塵有爆炸危險性；各煤層為不自燃～容易自燃；煤種以氣煤為主；煤質屬中灰、特低中～低硫、低磷、中～高熱值煤。

礦井設計生產能力500萬t/a，服務年限65.1a。礦井開拓方式采用立井多水平開拓，一水平標高-945m，工業場地設主、副、風井3個井筒，以2個采區2個綜采工作面保證礦井產量。

2 礦井設計特點

2.1 工業場地及井口位置的選擇特點 楊村礦井工業場地及井口位置受西淝河影響，西淝河在井田地面繞彎通過，井田儲量賦存面積絕大部分位于西淝河主河道及蓄洪區之下，僅在楊村鄉附近淝左堤以北局部范圍不在西淝河影響范圍，而淝左堤（即西淝河左大堤）為國家一級堤防，根據相關法律法規，西淝河左堤以內不允許建設礦井建（構）筑物，礦井井位及工業場地選擇必須服從于有關防洪法規，只能布置于淝左堤以北，即井口位于楊村鄉，淝左堤以外，0－6孔附近東側，該井位具有如下優點：（1）位于西淝河行洪區以外，不影響行洪和蓄洪；（2）位于井田的走向中心和儲量中心，有利于礦井均衡生產；（3）工業場地壓煤和西淝河左大堤保護煤柱基本重合；（4）新生界松散層厚度薄，有利于建井；（5）工程量少，貫通距離短，建設工期短。

2.2 開拓開采布置特點 礦井采用立井多水平開拓，由于本井田煤層傾角較大，煤層平距不是很大，經統計，13-1煤至1煤的煤層平距為493～1096m，平均815m，即石門工程量不大，因此經綜合比較，設計采用采用集中大巷、分區石門大巷布置方式，在13-1煤層底板巖石中布置服務于所有煤（層）組的集中大巷，用分區石門貫穿各煤（層）組，并以煤（層）組為單元建立各采區上山，具有生產環節少，工程量省，巷道維護量小的優點。

2.3 井筒施工方法及井壁結構形式 設計在大斷面井筒厚表土條件下優化井壁結構，優化井筒斷面平面布置，主井直徑7.5m，裝備2對32t箕斗；副井直徑7.5m，裝備一對1.5t礦車雙層四車罐籠（一寬一窄）；風井井筒凈直徑分別為7.8m，三井深度分別為987m、1001m和987m。三井筒采用凍結法施工，主井、副井、風井凍結深度分別為723m、725m和800m，創目前在建礦井凍結深度全國之最。

主井、副井、風井三個井筒凍結段均采用雙層鋼筋混凝土、塑料夾層復合井壁，即雙層現澆鋼筋混凝土井壁，在外層井壁與地層之間鋪設厚25mm～75mm的聚苯乙烯泡沫板，用于外層井壁的保溫及緩壓；在內、外層井壁之間敷設2層1.5mm厚的聚苯乙烯塑料夾層，用于克服內、外層井壁施工過程中產生的溫度應力。混凝土強度等級為CF50。由于基巖段大多為不穩定地層，其中局部為斷層破碎帶，只有少量段高為較穩定或穩定地層，且基巖地層含水量較大，施工中出現片幫、冒水現象，因此，基巖段亦以雙層井壁為主。

3 礦井設計創新

設計在深井、厚表土、瓦斯突出、高地溫、高地壓、多煤層復雜條件下建設大型現代化高產高效礦井，充分利用成熟的采煤技術，并積極進行相關創新，與同類型礦井相比，建井技術、開拓開采、運輸等技術方案有所創新。

3.1 巷道支護優化與創新 由于楊村礦井為千米深井，深部高地壓作用影響明顯，-995m處垂直應力超過20MPa，礦井巷道支護較困難，設計按照不同情況采用不同的支護組合。一般較穩定巖層段巷道采用成本相對較低的錨網索噴+二次錨網噴、注漿支護方式，即一次支護采用“錨網索噴”，二次支護滯后迎頭60～80m進行二次錨網噴支護，并及時進行幫頂注漿；在局部斷層破碎帶及受采動影響區域采用錨網索噴+套36U型棚+噴注或鋼管混凝土支架復合支護方式，并在其壁后充填砂石，實現讓壓與抗壓相結合，保證巷道支護效果。

設計除了優選巷道位置、采取合適的斷面形式外，在解決巷道支護困難方面還有如下措施：（1）巷道掘進首選機械掘進，減少掘進對圍巖的擾動，保持圍巖整體強度；（2）增大巷道間距，各巷道之間保持55m間距，減少相互擾動；（3）考慮在地面預注漿對采區上山所處的層位提前進行加固；（4）大巷通過管道排水，一方面減少巷道開挖量，另一方面減少礦井水對巖石的浸泡破壞。

3.2 矸石分時運輸創新 由于礦井為煤與瓦斯突出礦井，巖巷掘進量大，為減少輔助運輸和副井提升量，井下矸石采用膠帶輸送機運輸。采區設矸石膠帶輸送機上山，為減少大巷數目及設備，大巷膠帶輸送機采用分時運輸矸石，主井其中一對32t箕斗負責分時提升井底矸石倉儲存矸石，地面設分時運輸膠帶輸送機運至臨時矸石山存放。分時運輸工作制度采用一天一次，井下在采區均設采區煤倉，煤倉容量1000m3，可滿足井下采區約2h的煤炭生產量，經計算，井下矸石分時運輸需時1.72h，不影響礦井正常生產。該系統在減少礦井基建投資情況下實現了矸石的連續運輸，具有轉載環節少、運營費用省、事故率低等優點。

3.3 大巷排水系統創新 楊村礦井由于地壓較大，井巷變形量大，為減少水溝掘進對巷道的破壞及礦井水對巷道的浸泡，井下軌道大巷敷設D400無縫鋼管，在各采區上山下部設沉淀池，工作面涌水匯入各采區上山下部的沉淀池，沉淀池高出軌道大巷8m，沉淀后礦井水進入無縫鋼管通過自流最終排至井底車場水倉入口處。

3.4 砂石水泥物料輸送系統 由于地壓大，井下巷道部分采用鋼管混凝土支護，其壁后需充填大量砂漿混凝土，礦井擬采用物料輸送系統，將砂石、水泥混合干料通過管道輸送至井下掘進工作面，供掘進工作面壁后充填及噴漿使用。

該系統在地面設圓筒形鋼板料倉，將干燥物料通過風力經風井井筒管路輸送至井下，然后經100～150m水平管路輸送至中轉站，該系統輸送能力為10 m3/h，井下設置4個中轉站和5個移動工作站。移動工作站主要用于掘進工作面的壁后充填、噴射混凝土。該系統減少了礦井輔助運輸量，提高了礦井自動化水平。

4 結語

針對楊村礦井地質地形及煤層賦存特點，在井口位置選擇和開拓布置上合理選擇設計方案，在巷道支護及矸石運輸等方面有所創新，為該礦井的建設提供了可靠的保證,也為礦井投產后，安全、高效的生產奠定了良好基礎。

[1] 張榮立，何國緯，李鐸．采礦工程設計手冊［M] ．北京:煤炭工業出版社，2003