太賢礦井田開(kāi)拓方案選擇

姜國(guó)成

(中煤科工集團(tuán)北京華宇工程有限公司)

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太賢礦井田開(kāi)拓方案選擇

姜國(guó)成

(中煤科工集團(tuán)北京華宇工程有限公司)

摘要以澄城礦區(qū)太賢礦為背景，為了合理選擇工業(yè)場(chǎng)地和確定井田開(kāi)拓方式，結(jié)合安全可靠性、工程地質(zhì)條件、交通運(yùn)輸、開(kāi)采技術(shù)條件及地面建(構(gòu))筑物分布情況等因素，采用多方案綜合比選的方法，分別從安全可靠性、技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)、基建投資、生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本等方面分析論述，最終選擇經(jīng)濟(jì)技術(shù)較優(yōu)的郊城場(chǎng)地東西翼大巷加北翼下山立井開(kāi)拓方案，為多因素影響的礦井方案選擇提供了重要的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞井田開(kāi)拓工業(yè)場(chǎng)地水文地質(zhì)建(構(gòu))筑物方案比選

礦井井田開(kāi)拓方式的選擇受煤田地質(zhì)、水文地質(zhì)、地面地形、建(構(gòu))筑物及其他條件影響，呈現(xiàn)不同的特點(diǎn)。隨著資源的大規(guī)模深度開(kāi)發(fā)，當(dāng)前我國(guó)礦井開(kāi)采難度、受制因素愈加復(fù)雜，表現(xiàn)為大埋深、高瓦斯、水文地質(zhì)條件復(fù)雜、地面建構(gòu)筑物密布等特點(diǎn)，為后續(xù)的設(shè)計(jì)、開(kāi)采增加了難度[1]。

澄合礦區(qū)太賢礦井地面交通受限、建(構(gòu))筑物密布、大埋深、水文地質(zhì)條件復(fù)雜，通過(guò)分析不同開(kāi)拓方式的受制因素，采用多方案綜合比選的方法，選擇出最優(yōu)開(kāi)拓方案。

1礦井概況

太賢井田位于陜西省澄城縣、合陽(yáng)縣境內(nèi)，為澄城煤-電-鋁一體化配套建設(shè)礦井，規(guī)模為2.40 Mt/a，屬高瓦斯礦井。地表為渭北黃土臺(tái)塬地貌，局部沖溝發(fā)育，樹枝狀溝壑。煤層埋藏較深，465～915 m；單斜構(gòu)造，傾角為2°～10°；井田內(nèi)發(fā)育有F30、F41、F22等落差大于30 m的正斷層；水文地質(zhì)條件復(fù)雜，奧灰承壓水壓力為1.4～4.7 MPa，正常礦井涌水量為1 010 m3/h，最大為1 400 m3/h；煤層為自燃～易自燃；煤塵具爆炸性。含煤地層為二疊系下統(tǒng)山西組5#煤層，井田地質(zhì)資源量為325.82 Mt，礦井可采儲(chǔ)量173.06 Mt，服務(wù)年限為51.5 a。

2開(kāi)采對(duì)地表建(構(gòu))筑物影響分析

井田范圍內(nèi)共分布38個(gè)村莊，根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)程》(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)程》)對(duì)井田開(kāi)采后地表移動(dòng)與變形進(jìn)行計(jì)算[2]，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　地表移動(dòng)與變形值預(yù)計(jì)結(jié)果(未留設(shè)煤柱)

參照《規(guī)程》中磚混、土筑結(jié)構(gòu)建筑物損壞等級(jí)劃分表[2]，趙家洼、東豐洛、蔡鄧村、白家河和蔡家莊建筑物損壞等級(jí)為Ⅳ級(jí)，屬嚴(yán)重?fù)p壞，需計(jì)劃搬遷；其余損壞程度較輕，及時(shí)修理。

3工業(yè)場(chǎng)地方案

井田地表較平坦，場(chǎng)地可選址較多。依據(jù)煤流方向并結(jié)合其他特點(diǎn)[3]，提出蔡家莊、郊城和呼家莊3個(gè)場(chǎng)地?cái)M選址方案。工業(yè)場(chǎng)地位置見(jiàn)圖1。

圖1　工業(yè)場(chǎng)地位置示意

方案一(蔡家莊場(chǎng)地)：位于縣西河西側(cè)，標(biāo)高為+718 m；結(jié)合地面運(yùn)輸，避免村莊搬遷，減少壓煤。

方案二(郊城場(chǎng)地)：位于縣西河?xùn)|側(cè)，緊鄰水庫(kù)，標(biāo)高為+712 m；結(jié)合土地性質(zhì)，兼顧地面運(yùn)輸，減少壓煤，處于儲(chǔ)量中心。

方案三(呼家莊場(chǎng)地)：位于縣西河?xùn)|側(cè)，緊鄰井田邊界，標(biāo)高為+708 m；結(jié)合賦煤中心，兼顧地面運(yùn)輸，減少壓煤。

4井田開(kāi)拓方案

該井田埋深較大，適宜立井開(kāi)拓，提出4個(gè)方案。

4.1方案一(蔡家坡場(chǎng)地、下山開(kāi)拓)

立井單水平開(kāi)拓，井深580 m，井底車場(chǎng)水平標(biāo)高為+140 m，采用立井+下山+大巷+下山方式開(kāi)拓。

為減少初期村莊搬遷和降低奧灰水威脅程度，最大限度地增加采區(qū)尺寸，中央大巷結(jié)合東豐洛和趙家洼布置，西至+140 m立式環(huán)形車場(chǎng)，東至F41斷層，分別在西部、中部和東部布置采區(qū)上下山開(kāi)拓全井田。

主立井垂深為586 m，直徑為5 m，凈斷面為19.6 m2，裝備一對(duì)16 t上載式箕斗[1]。

副立井垂深為603 m，直徑為8.6 m，凈斷面為58.1 m2，裝備一個(gè)特制加寬加長(zhǎng)罐籠和1.5 t窄罐，裝備梯子間。

回風(fēng)立井垂深為584 m，直徑為6.0 m，凈斷面為28.3 m2，裝備梯子間。開(kāi)拓方案一見(jiàn)圖2。

圖2　井田開(kāi)拓方案一

4.2方案二(郊城場(chǎng)地、立井開(kāi)拓)4.2.1方案二A(大巷+上下山開(kāi)拓)

立井單水平開(kāi)拓，井深561 m，井底車場(chǎng)水平標(biāo)高為+150 m，采用立井+大巷+上下山方式開(kāi)拓。

為保證井底車場(chǎng)的安全性和減少初期村莊搬遷，在+150 m水平環(huán)形車場(chǎng)和東、西向布置的大巷避開(kāi)村莊的前提下，在突水系數(shù)0.08 MPa/m以內(nèi)布置[4]，通過(guò)井田東部、中部和西部的采區(qū)上下山開(kāi)拓全井田。

主、副井和回風(fēng)立井垂深分別為575,587和577 m，其他特征同方案一。開(kāi)拓方案二A見(jiàn)圖3。

4.2.2方案二B(煤門+大巷+下山開(kāi)拓)

立井單水平開(kāi)拓，井深566 m，井底車場(chǎng)水平標(biāo)高為+145 m，采用立井+煤門+大巷+下山方式開(kāi)拓。

為減少村莊搬遷、增加采區(qū)尺寸，大巷結(jié)合東豐洛和趙家洼布置，+145 m水平環(huán)形車場(chǎng)通過(guò)煤門與大巷溝通，結(jié)合村莊分布，分別在東部、中部和西部布置采區(qū)下山開(kāi)拓全井田。

主、副井和回風(fēng)立井垂深分別為574,592和572 m，其他特征同方案一。開(kāi)拓方案二B見(jiàn)圖4。

4.2.3方案比較

方案二A、B子方案技術(shù)比較見(jiàn)表2，經(jīng)濟(jì)比較見(jiàn)表3。

方案二A、B子方案主要區(qū)別為首采區(qū)不同，而制約因素按重要性依次為系統(tǒng)安全性、系統(tǒng)投資和系統(tǒng)合理性[5]。本礦井為承壓開(kāi)采礦井，為保證礦井安全，排水系統(tǒng)應(yīng)簡(jiǎn)單、可靠，首采區(qū)應(yīng)不設(shè)排水系統(tǒng)；為保證礦井效益，投資應(yīng)盡量壓縮；為保證礦井穩(wěn)產(chǎn)，應(yīng)簡(jiǎn)化系統(tǒng)。綜合上述表述，方案二A初期不設(shè)采區(qū)排水系統(tǒng)，涌水自流，利于承壓開(kāi)采礦井排水系統(tǒng)的穩(wěn)定性；井巷總工程量及移交工程量小，投資少，故按制約因素重要程度分析，方案二采用A方案。

4.3方案三(呼家莊場(chǎng)地、下山開(kāi)拓)

立井單水平開(kāi)拓，井深540 m，井底車場(chǎng)水平標(biāo)高為+165 m，采用立井+下山+大巷+下山方式開(kāi)拓。

為保證安全，+165 m水平環(huán)形車場(chǎng)沿井田南邊界布置；為減少煤柱留設(shè)、增加采區(qū)尺寸，大巷結(jié)合東豐洛和趙家洼布置；車場(chǎng)通過(guò)中央下山與大巷聯(lián)系，分別在井田西部、中部和東部布置采區(qū)下山開(kāi)拓全井田。

圖3　井田開(kāi)拓方案二A

方案優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)二A1.井巷工程量少,投資低。2.首采區(qū)不設(shè)排水系統(tǒng),利于排水系統(tǒng)穩(wěn)定。3.首采區(qū)尺寸合理,且為雙翼采區(qū),利于穩(wěn)產(chǎn)及底板完整性,降低突水可能。1.初期搬遷村莊多,費(fèi)用高。2.首采區(qū)勘探程度低,需補(bǔ)勘,費(fèi)用高。3.首采區(qū)雙翼煤層賦存不穩(wěn)定,不利于設(shè)備選型。二B1.大巷可與村莊合并考慮煤柱。2.首采區(qū)勘探程度高,投資少。3.首采區(qū)煤層賦存穩(wěn)定,利于設(shè)備選型。1.井巷工程量多,投資高。2.首采區(qū)設(shè)排水系統(tǒng),不利于排水系統(tǒng)穩(wěn)定。3.首采區(qū)走向長(zhǎng)度短,倒面頻繁,不利于穩(wěn)產(chǎn)。

表3　方案二A、B經(jīng)濟(jì)比較(可比部分)

主、副井和回風(fēng)立井垂深分別為551，568和549 m，其他特征同方案一。開(kāi)拓方案三見(jiàn)圖5。

圖5　井田開(kāi)拓方案三

5開(kāi)拓方案綜合比選

3個(gè)方案技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較見(jiàn)表4、表5。

方案一場(chǎng)地位于縣西河的西岸，煤炭用戶位于縣西河?xùn)|岸，運(yùn)煤線路長(zhǎng)且跨縣西河，線路投資、費(fèi)用高，另外場(chǎng)地壓煤多，綜合指標(biāo)欠優(yōu)，不予推薦。方案二和方案三經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)分析，各有優(yōu)缺點(diǎn)，方案二位于井田中部，開(kāi)拓煤量大；場(chǎng)地與水庫(kù)合并留設(shè)煤柱，壓煤量少；首采區(qū)不設(shè)排水系統(tǒng)，利于排水系統(tǒng)穩(wěn)定；場(chǎng)地不占用基本農(nóng)田，征地容易；綜上所述，方案二投資少，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低，征地容易，故推薦方案二，即郊城場(chǎng)地立井開(kāi)拓方案。

表4　開(kāi)拓方案技術(shù)比較

表5　開(kāi)拓方案經(jīng)濟(jì)比較(可比部分)

6結(jié)論

根據(jù)太賢礦礦井交通單元、地面建構(gòu)筑物密布、承壓開(kāi)采等特點(diǎn)，結(jié)合煤的用戶和流向、保護(hù)煤柱的留設(shè)、核心區(qū)域的安全可靠性、土地性質(zhì)等因素，經(jīng)過(guò)多方案技術(shù)、經(jīng)濟(jì)綜合分析，確定了最適于礦井的郊城場(chǎng)地立井開(kāi)拓方案。隨著煤礦建設(shè)不斷推進(jìn)，受制因素增多并愈加復(fù)雜，礦井工業(yè)場(chǎng)地和開(kāi)拓方式的選擇應(yīng)全面分析制約因素，分清主次，結(jié)合礦井特點(diǎn)按重要性比選，確定最佳方案。對(duì)于類似受諸較多因素影響的礦井具有重要的參考意義。

參考文獻(xiàn)

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(收稿日期2016-02-25)

姜國(guó)成(1983—)，男，工程師，碩士，710075 陜西省西安市。