確定天云煤礦開拓方案的路徑

黃小平

(中煤西安設計工程有限責任公司，陜西 西安 710054)

0 引言

礦井開拓方案涵蓋了工業場地的選擇、井筒形式的確定以及井下的開拓布局，是礦井整體系統設計的主要一環。如何選擇工業場地及礦井開拓方式是設計之初考慮的主要因素，也是礦井采掘之前的一項重要工作和環節。合理、科學的開拓方式決定了煤礦未來開采過程中運營的科學性與合理性，合理的開拓方式有利于礦井建設和生產等各個環節高效、安全的進行，同樣有利于技術管理與生產運營[1-4]。為此，通過天云煤礦的具體實例，結合各方面因素分析對比不同的開拓方案，對礦井建設提供一定理論指導。

1 礦井概況

天云井田由原小天云煤礦、沈石畔勘查區以及部分石灣煤礦3部分整合而成，其中原天云煤礦為生產礦井，井田范圍組成如圖1所示。原天云煤礦生產能力0.60 Mt/a。整合后的天云井田批復的設計生產能力為0.90 Mt/a。

圖1 井田范圍組成關系圖

目前，原天云煤礦有一個工業場地，位于本井田北部螞蟻河北岸，采用立井開拓，其中主立井提煤兼回風，副立井輔助提升兼進風。井田內地形切割破碎，溝壑縱橫。黃土廣布，厚度大，以黃土梁峁地貌為主。地形總的趨勢為西部高東部低，海拔標高在+1 020～+1 481 m，相對最大高差461 m。井下可采煤層為4-1煤和4-2煤。其中4-1煤埋深87.56～568.72 m，煤層底板標高+840～+970 m，可采平均厚度1.84 m；4-2煤埋深97.41～589.21 m，煤層底板標高+830～+955 m，可采平均厚度1.03 m。

2 工業場地的選擇

根據本區的地形地貌、工程地質、交通運輸、供水及供電條件，經過現場踏勘，設計提出5個擬選場址：一是利用北部原小天云煤礦工業場地進行改造；二是井田中部界高梁場地；三是井田東北部倒座峁場地；四是井田東南部閻家溝場地；五是井田南部東溝場地。

通過從征地費用、煤層埋深、外運距離、場地壓煤量、場地土方量、防洪工程投資以及生產運營費用等方面分別對上述5個場址進行分析比選，設計認為方案三(倒座峁場地)和方案四(閻家溝場地)雖然距離外運道路307國道很近，但是靠近大理河，附近村莊及住戶較多，溝谷平緩地段均為基本農田，征地困難，場地只能選擇在塬上，由于塬上與307國道高差高達130 m左右，進場公路展線距離太短，難以實現。因此，設計認為方案三(倒座峁場地)和方案四(閻家溝場地)不可行。方案一(原小天云煤礦工業場地)、方案二(界高梁場地)以及方案五(東溝場地)從外部建設條件來看各有優缺點，均具有本礦井工業場地的可行性，設計將結合可行的3個場地方案及井下開拓部署，確定最終選擇的工業場地和井田開拓方式。

3 井田開拓方式

3.1 井田開拓方式確定的主要原則

結合提出的3個可選場地位置和煤層埋深情況，力求開拓方式簡單，井筒長度短，施工容易，見效快，且利于以后開拓延深[5-8]；主井、副井及回風井盡可能集中在一個場地，利于集中管理；在合理條件下盡量利用地面已有設施及井下已有工程。井筒落底盡量靠近儲量中心及煤質較好區域；首采區盡可能避開村莊、油氣井、鐵路、高速公路、河流等地面建(構)筑物，有利于首采區和首采工作面的快速準備和縮短礦井建設工期。主、副井與大巷銜接合理，主、輔運輸系統簡捷，裝備簡單，投資省，環節少，效率高，運營費用低，且利于自動化管理；主運輸采用帶式輸送機運輸，輔助運輸在條件允許的情況下優先采用無軌膠輪車運輸；礦井開拓部署原則上盡量避開原天云煤礦采空區及報廢巷道的影響。

3.2 井田開拓方案

根據天云煤礦開拓方式主要原則，結合3個擬選場址，設計提出了3個開拓方案。

方案一：原天云煤礦工業場地開拓方案。利用原天云煤礦工業場地，場地內新建一條主斜井、一條副斜井，利用原主立井改造為回風立井，利用原副立井改造為回風暗立井。①主斜井(新建)，井口標高+1 066.500 m，傾角22°，落底標高+860.000 m，斜長594 m，采用直墻半圓拱形斷面，凈寬4.2 m，凈高3.5 m，凈斷面積12.8 m2。井筒內裝備一臺帶寬1 000 mm大傾角帶式輸送機，并敷設有動力電纜、照明電纜、排水管路、壓風管路、黃泥灌漿及消防灑水管路。主斜井擔負礦井主提升、進風任務并兼作安全出口。井筒中間設行人臺階。另外裝備可摘掛單向架空乘人裝置，擔負日常帶式輸送機檢修任務；②副斜井(新建)，井口標高+1 068.000 m，傾角6°，落底標高+855.000 m，斜長2 293 m，井筒內運行無軌膠輪機車，采用直墻半圓拱斷面，凈寬5.0 m，凈高4.1 m，凈斷面積17.8 m2。井筒內敷設有通信監測監控電纜、照明電纜以及消防灑水管路。擔負礦井輔助提升、運送人員上下井和進風任務，并兼作安全出口；③回風立井(已有)，利用原有主立井，井口標高+1 067.783 m，落底標高為+880.000 m，井筒深度187.783 m，采用圓形斷面，凈直徑4.2 m，凈斷面積13.9 m2。擔負全礦井初期回風任務，井筒內裝備梯子間，兼作礦井安全出口；④回風暗立井(已有)，利用原副立井，井口標高+1 047.783 m，落底標高+880.000 m，井筒深度167.783 m，采用圓形斷面，凈直徑3.6 m，凈斷面積10.2 m2。與回風立井共同擔負全礦井初期回風任務。

方案二：界高梁工業場地開拓方案。礦井工業場地選擇在井田中部界高梁附近，場地內新建主斜井、副斜井及回風立井。雖然原小天云煤礦工業場地內已有的主、副井距離本場地不到2 km，但井下巷道需繞行3 km，且巷道斷面較小，巷道支護較為簡單，巷道變形較明顯，巷道維護量較大；同時考慮場地分設不利于管理，結合地面和井下大巷部署，本方案風井不再考慮利用已有的兩條立井。①主斜井(新建)，井口標高+1 205.000 m，傾角16°，落底標高+880.000 m，斜長1 133 m，井筒斷面采用直墻半圓拱形，凈寬4.2 m，凈高3.5 m，凈斷面積12.8 m2。井筒內裝備一臺帶寬1 000 mm帶式輸送機，并敷設有動力電纜、照明電纜、排水管路、壓風管路、黃泥灌漿及消防灑水管路。主斜井擔負礦井主提升、進風任務并兼作安全出口。井筒中間設行人臺階。另外裝備可摘掛單向架空乘人裝置，擔負日常帶式輸送機檢修任務；②副斜井(新建)，井口標高+1 205.000 m，傾角6°，落底標高+880.000 m，斜長3 407 m，井筒內運行無軌膠輪機車，采用直墻半圓拱斷面，凈寬5.0 m，凈高4.1 m，凈斷面積17.8 m2。井筒內敷設有通信監測監控電纜、照明電纜以及消防灑水管路。擔負礦井輔助提升、運送人員上下井和進風任務，并兼作安全出口；③回風立井(新建)，井口標高+1 206.000 m，落底標高+880.000 m，井筒深度326 m，采用圓形斷面，凈直徑5.5 m，凈斷面積23.8 m2。擔負全礦井初期回風任務，井筒內裝備梯子間，兼作礦井安全出口。

方案三：東溝工業場地開拓方案。礦井工業場地選擇在井田南部東溝溝頭附近，場地內新建主斜井、副斜井及回風立井。原小天云煤礦原工業場地距離本場地太遠，本方案風井不再考慮利用已有的2條立井。①主斜井(新建)，井口標高+1 140.000 m，傾角16°，落底標高+887.000 m，斜長918 m，井筒斷面采用直墻半圓拱形，凈寬4.2 m，凈高3.5 m，凈斷面積12.8 m2。井筒內裝備一臺帶寬1 000 mm帶式輸送機，并敷設有動力電纜、照明電纜、排水管路、壓風管路、黃泥灌漿及消防灑水管路。主斜井擔負礦井主提升、進風任務并兼作安全出口。井筒中間設行人臺階。另外裝備可摘掛單向架空乘人裝置，擔負日常帶式輸送機檢修任務；②副斜井(新建)，井口標高+1 140.000 m，傾角6°，落底標高+887.000 m，斜長2 626 m，井筒內運行無軌膠輪機車，采用直墻半圓拱斷面，凈寬5.0 m，凈高4.1 m，凈斷面積17.8 m2。井筒內敷設有通信監測監控電纜、照明電纜以及消防灑水管路。擔負礦井輔助提升、運送人員上下井和進風任務，并兼作安全出口；③回風立井(新建)，井口標高+1 140.000 m，落底標高+887.000 m，井筒深度253 m，采用圓形斷面，凈直徑5.5 m，凈斷面積23.8 m2。擔負全礦井初期回風任務，井筒內裝備梯子間，兼作礦井安全出口。

4 各方案比選分析

4.1 經濟比選

從表1中數據分析，方案二投資最多，幾乎是方案一的2倍；方案三也比方案一多投資3 771萬元。

4.2 技術分析

從技術層面比較，方案二需要新建進場公路6.3 km，且公路展線高差較大，坡大彎急，道路運輸安全隱患較大；初期和后期井巷工程量均最大，工期最長。方案三雖然沒明顯的缺點，但是首采區油井分布密集，不利于工作面布置，工作面推進長度較短，搬家頻繁，且首采區南翼煤層厚度變化較大，不利于產量穩定。方案一充分利用原小天云煤礦工業場地、已有兩條井筒以及已有的進場道路；井下開拓部署系統簡單、順暢、環節少、效率高；移交工程量最少、工期較短、投資最少；首采區無油井分布，工作面推進度較長，首采區緊鄰原小天云煤礦已采的優質氣煤區域，煤質較好。

表1 井田開拓方案經濟比較

5 結語

經過技術和經濟綜合比較分析，方案一無論從經濟層面還是從技術層面均具有明顯優勢。因此，設計推薦天云煤礦開拓方式選用方案一，即利用原天云煤礦工業場地，新建主斜井和副斜井，利用原天云煤礦主立井和副立井作為整合后天云煤礦的回風立井開拓方案。該方案具有征地費用相對較低、外運條件好，移交井巷工程量少、建井工期短等優勢，可使礦井盡快投產，獲得良好的經濟效益和社會效益。