煤與瓦斯突出礦井工業場地位置及開拓方式的選擇

馬 璐

（山西蘭花科創玉溪煤礦有限責任公司，山西 晉城 048200）

蘭花集團是以煤炭和煤化工生產為主，多種經營的大型煤炭企業。由于現有的生產礦井，大部分面臨著資源枯竭，開采技術條件復雜，產量低，人員多，效益差，企業經營困難，包袱沉重。為了盡快擺脫目前困境，結合當前形勢，公司在沁水縣胡底鄉境內新建玉溪煤礦，以保證公司的可持續發展。因此，玉溪煤礦工業場地位置選擇及開拓方式設計尤為重要。

1 礦井概況

玉溪井田位于山西省南部、樊莊普查區的東南部，行政區劃隸屬沁水縣胡底鄉所轄，其地理坐標為：東徑：112°36′20″～112°41′00″，北緯 35°42′15″～35°45′00″，井田形狀呈臺階狀，南北寬5.1km，東西長6.78km，面積為26.1572km2。井田地面大部分為中－低山區，地形總體趨勢北高南低，標高+759.1～+1223.1m，相對高差464m。井下煤層為一向西傾斜的單斜構造，煤層傾角≤8°。其中初期開采的3號煤層底板標高+350～+440m，埋深一般超過450m，平均厚度5.71m。礦井設計生產能力2.4Mt/a。由于煤層埋藏較深，井田范圍內無小窯開采。根據《煤礦瓦斯抽采達標暫行規定》指標要求，經河南理工大學鑒定，玉溪煤礦為煤與瓦斯突出礦井。

2 工業場地位置選擇

玉溪井田地處太行山與中條山結合部位，井田內地形條件較差，地貌大部分為中－低山區，溝谷及山梁發育，地形比較復雜，只有井田南部樊莊河兩岸地勢相對平坦，有條件布置工業場地。根據井田內地形條件、外部建設條件、煤層賦存條件，經現場踏勘，對工業場地位置提出兩個方案。

方案一：工業場地位置選擇在玉溪村東樊莊河北岸的臺地上。場址西為玉溪村，自然地形標高+810～+860m，東西長約500m，南北寬約150m，地勢相對平坦。該場地距樊莊站較近，但樊莊站中心標高約+910m，與工業場地平均高差達80m，接軌困難，受玉溪村的影響，也難以從胡底站接軌。加之場地狹窄，布置礦井和選煤廠場地非常困難，高差大，填挖方工程量大；而所選場地的東、西兩側又有滑坡危險。考慮到大采高綜采面設備重、尺寸大，副井井筒工程量、提升設備及土建工程投資高等因素。決定將該方案排除。

方案二：工業場地位置選擇在玉溪村西樊莊河北岸的臺地上。場址東距玉溪村約2km，位于樊莊公社農場西側，自然地形標高+730～+820m，東西長約600m，南北寬約350m，地勢相對平坦。場地西距胡底站直線距離約2.5km，胡底站中心標高約+800m，基本與工業場地標高相同，有接軌的良好條件。而且場地位于井田內地形標高最低的西南角，煤層埋深最淺，井筒開拓工程量小，投資少，見效快；工業場地平整時，填挖方工程量小。設計推薦該場地作為工業場地布置區域。目前該場地也是玉溪煤礦工業場地選址位置。

綜上所述，設計認為工業場地位置應結合當地地形地貌、煤炭外運、開拓布置方案進行綜合比較確定。工業場地方案布置圖如圖1所示。

圖1 工業場地方案布置圖

3 礦井開拓方式比選

3.1 開拓方案

根據礦井的內外部建設條件、國家對煤炭項目建設的各項政策和礦區內類似礦井的成功經驗，結合本井田煤層賦存狀況、場地位置條件及煤炭運輸方式，設計對井田開拓方式提出兩個開拓方案進行比選。

開拓方案一：斜井開拓，工業場地選擇方案二。礦井投產時布置主、副斜井和進、回風立井。工業場地布置主斜井、副斜井兩個井筒，主斜井內裝備B＝1200mm膠帶輸送機提升煤炭，另外裝備架空乘人器擔負礦井人員的上下井任務。副斜井內鋪設900mm軌距、43kg/m的雙軌，裝備1臺Φ4m雙鉤絞車提升大件及日常材料。在玉溪村北部半山腰布置專用回風立井，擔負全礦井回風任務。

由于該礦井為煤與瓦斯突出礦井，瓦斯抽采后全礦井需風量為320m3/s。根據《煤礦安全規程》要求，主、副斜井井筒斷面達到約30m2，才能滿足礦井風量要求；考慮到井筒斷面大，掘進速度慢，支護困難，且通風系統富裕能力小，難以適應井下瓦斯含量增大的變化，因此在專用回風立井附近增加1個進風立井。這樣可以大大減小主、副斜井斷面，提高掘進速度；另一方面，兩個立井貫通后很快形成通風系統，安裝臨時提升設備后可以布置綜掘面掘進大巷和工作面順槽，減少工期，提前投產。

根據井田形狀、煤層產狀、開采技術和井口位置等具體條件，結合《煤礦安全規程》和《防治煤與瓦斯突出規定》要求，主要大巷布置在距3號煤層底板下約20m的砂質泥巖中，考慮到井下運輸、排水等系統運行，斜井井筒落地標高選擇+320m，布置井底車場與中央大巷及井筒溝通。井筒落底位置基本位于井田南部中央，從井底沿南北方向布置3條大巷（中央輔助運輸、中央膠帶輸送機和中央回風大巷）到井田邊界開拓全井田，三條大巷水平間距為40 m，大巷東西兩翼工作面推進長度為2200～3000m。為減少大巷和順槽相聯絡的揭煤次數，在3條主要巖石大巷的上方，經穿層鉆孔對煤層消突后，在煤層中施工3條盤區輔助巷，分別為2條盤區瓦斯抽放巷和1條盤區回風巷。

礦井投產初期采用中央并列式通風系統、抽出式通風方式。為滿足通風及安全出口的需要，后期在北部楊段洼村附近布置1個回風立井。該方案井田開拓方式平面圖如圖2。

圖2 開拓方案一平面圖

開拓方案二：立井開拓，根據近年來國內外礦井提升技術和設備應用的現狀，設計考慮將方案一中的副斜井改為副立井，同時主井也由斜井改為立井的開拓方案。在工業場地東側增加一回風立井，場地內共布置主立井、副立井和回風立井三個井筒。主立井井口標高+790m，裝載水平標高+320m，井筒凈直徑Φ6.0m，裝備JKMD－4×4E型落地式多繩摩擦輪提升機、1對20t箕斗提升煤炭；副立井井口標高+795m，井筒凈直徑Φ8.5m，井底車場水平標高+320m。對副立井提升設備的布置，考慮到本井田3號煤層煤與瓦斯突出的危險性，而且煤層埋藏深，結合礦區相鄰礦井解決瓦斯、通風問題的成功經驗，井下采煤方法為大采高綜采。大采高液壓支架運輸尺寸為7790×1650×2800mm，為滿足大件設備提升的需要，井筒內布置1個7000×3500mm的加寬罐籠滿足液壓支架整體升降的需要，提升機為Φ5.3×4型落地式多繩摩擦輪提升機。井下利用東西向和南北向的5條大巷（2條中央回風大巷、2條中央輔助運輸大巷和1條中央膠帶輸送機大巷）開拓全井田。主副立井井底采用水平環形式車場，井底車場標高+320m；回風立井落底標高+327m，兩條中央回風大巷高出中央輔助運輸和膠帶大巷7m。工作面巷道通過聯絡巷和溜煤眼等方式與中央大巷連通。

礦井投產初期同樣采用中央并列式通風系統、抽出式通風方式。后期在北部楊段洼村附近布置1個回風立井。該方案井田開拓方式平面圖如圖3。

圖3 開拓方案二平面圖

3.2 開拓方案的確定

1）兩開拓方案技術經濟比較。開拓方案一的主要優點：①煤炭由皮帶運輸提升，可以實現連續運輸，提升煤炭量大，為后期產能釋放提供了基礎；②巖石巷道工程量少；③充分利用了盤區煤巷的輔助運輸和通風，減少了大量聯絡巷施工；④減少了礦井施工期間巷道揭煤次數，降低了突出礦井施工安全風險；⑤前期井下巷道工程量少，投資低，工期短，礦井投產早。開拓方案一的主要缺點：①斜井井筒工程量大；②盤區輔運巷和回風巷施工時間長，巷道掘進前需要提前瓦斯抽放，瓦斯抽放時間具有不確定性。

開拓方案二的主要優點：①煤炭由箕斗提升，電耗較低；②井筒工程量小，地面主、輔助生產系統簡單；開拓方案二的主要缺點：①礦井投產時，巷道總工程量大，投資高，工期長；②立井箕斗提升，擴能潛力小；③煤巷與中央大巷間的聯絡巷較多，揭煤次數增加，增加了巷道施工的安全風險；④井田內瓦斯分布西高東低，井筒在井田中西部揭煤，為礦井施工首次揭煤提高了安全風險。

從上述結果可以看出，開拓方案一對于礦井的總體布置和規劃比較合理、可行，巖巷施工總工程量少，工期短，投資見效快；減少了礦井巷道施工期間揭煤次數，一定程度上降低了安全風險。

4 結 語

通過綜合分析比較，受場地面積限制，主、副井工業場地與風井井筒分開布置是比較理想的一種設計方案。斜井與立井分開布置可以充分利用有限的空間，合理布置主、輔助生產系統，為礦區日后管理奠定下良好的基礎。考慮到煤與瓦斯突出礦井的特殊性，結合有關設計規范要求，將井下開采水平布置在煤層底板下20m，保留足夠的安全間距，同時為了解決生產與安全間的主要矛盾，設計巧妙的將盤區輔助巷布置在煤層中與工作面巷道聯系，擔負起盤區內的輔助運輸和通風任務，減少了揭煤次數，提高了礦井的安全施工系數。對其他同類突出礦井的設計和建設均具有啟發和借鑒作用。