布爾臺煤礦深部區開采可行性分析

劉 炳

(神東煤炭集團設計公司，陜西 神木 719315)

0 引言

對于多水平多煤層開采的特大型礦井，薄厚煤層合理搭配開采，盤區間合理接續都對礦井穩產高效及提高資源回收率起到至關重要的作用。為了保證礦井的正常生產接續和持續穩定發展，在上一個盤區回采結束前，必須提前完成新盤區的開拓與準備工作。新盤區必須具備礦井精查地質報告，保證礦井正常生產接續且盡量利用礦井已形成的井巷工程，以達到初期工程量少，投資少，建設工期短，投產早等優勢。

布爾臺煤礦是神東煤炭集團公司的主力礦井之一，設計生產能力20.00 Mt/a，原設計服務年限為71.9 a，礦井采用綜合開拓方式。礦井位于內蒙古自治區鄂爾多斯市伊金霍洛旗烏蘭木倫鎮。2008年開工建設，2011年正式投產。礦井采用綜合開拓方式，現已形成主工業場地和松定霍洛風井場地2個場地。

目前，礦井正在回采一水平一、二盤區的2-2煤層和二水平一盤區的4-2上煤層，井下各大系統均已形成。因礦井二水平一盤區4-2上煤層進入回采末期，預計2020年底一盤區4-2上煤層回采結束。根據礦井目前2個水平一、二盤區生產現狀，僅利用現有的生產盤區已不能滿足礦井生產規模要求，導致接替緊張，為了確保礦井的正常生產接續，2021年初需準備好新的采區進行接續回采。

1 工程地質條件及礦井開拓開采現狀

1.1 工程地質條件

布爾臺煤礦井田面積192.63 km2，地質資源量31.95億t，井田內含煤地層為侏羅系中下統延安組。其中本次設計的深部區面積為109.2 km2，地質資源量20.11億t，設計可采儲量12.15億t。可采煤層共9層，其中4-2上煤層為深部區全部可采煤層；1-2上、1-2、2-2、2-2下、4-3、5-2、5-2下煤層為深部區大部可采煤層；3-1煤層為深部區局部可采煤層。井田內煤屬特低灰、低硫、特低磷的不粘煤，為中高發熱量煤，是良好的動力用煤。本井田位于東勝煤田南部，其基本構造形態為一南西傾斜的近水平產狀的單斜構造，傾角一般為1°～5°，局部地段傾角略有增大，無明顯的褶皺及大的斷層，僅在煤田東部發育有少量高角度正斷層，發育有寬緩的波狀起伏。從各可采煤層底板等高線上看，等高線形態淺部變化不大，沿走向方向大致呈“S”形，但起伏角很小。本區構造屬構造簡單類型(即第1類)。井田內溝谷較為發育，其西北部邊界發育有烏蘭木倫河，呼和烏素溝是流經本區南部的另一條常年性河流，自西南邊界進入井田，東南端流出，最終匯入烏蘭木倫河。根據碎屑巖類含水巖組的賦水特征及含、隔水層的發育情況，將其分為3個含水巖段，礦井水文地質類型屬于中等型。根據最新的瓦斯等級鑒定報告顯示，礦井為低瓦斯礦井，各煤層均有煤塵爆炸性且自燃傾向性屬Ⅰ類容易自燃。井田內各可采煤層頂底板巖石的巖性主要為粉砂巖、砂質泥巖、泥巖，其次為砂巖，厚度一般在2～6 m之間。工程地質類型劃分為第3類第2型，即層狀巖類、工程地質條件中等型的礦床。

1.2 礦井開拓開采現狀

2個場地：礦井現已形成2個場地分別為主工業場地和松定霍洛立風井場地。礦井開采方式采用綜合開拓方式，主工業場地內集中并排布置有主斜井、副平硐、回風斜井3條井筒。松定霍洛立風井場地內布置有松定霍洛進、回風立井。主斜井長637 m，傾角13°；副平硐長1 506 m，傾角5°；回風斜井長533 m，傾角13°；松定霍洛進風立井深均為400 m，直徑均為6 m。

井田劃分：井田內共劃分3個主采水平，以副平硐及暗副平硐的落底標高計，第一水平標高+1 050.0 m，第二水平標高+1 016.0 m，第3水平標高+922.0 m。現已開拓完成的水平大巷有一水平2-2煤和二水平4-2上煤一盤區3條大巷及中部3條大巷等井巷工程。礦井目前正在回采一、二水平的2-2煤(一、二盤區)和4-2上煤層(一盤區)，一、二水平同時生產，分水平布置輔運、主運及回風大巷，一盤區各水平主運大巷膠帶機分別與主斜井膠帶機搭接，煤炭經主斜井運出。

開采進度：井下現裝備3套綜采和7套掘進設備，正在回采一盤區2-2煤層的22108工作面、4-2上煤層的4-2上煤層的106工作面及二盤區2-2煤層的22204工作面。掘進正在準備22207、4-2上煤層203綜采工作面及各煤層大巷的開拓延伸工程。目前礦井一盤區4-2上煤進入回采末期，正在回采4-2上煤層107工作面，一盤區4-2上煤剩余一個工作面，預計2019年底一盤區4-2上煤層回采結束，按照礦井生產接續總體安排，為保證礦井的正常生產接續、生產規模穩定以及經濟效益，需開拓新的盤區作為一盤區4-2上煤的接續盤區。

2 深部區開采的必要性

根據礦井目前2個水平一、二盤區生產現狀，僅利用現有的生產盤區不能滿足礦井生產規模要求，導致接替緊張，為了確保礦井的正常生產接續，2021年初需準備好新的采區進行接續回采。

根據《內蒙古自治區東勝煤炭國家規劃礦區礦業權設置方案(修編)》方案及簽訂的相關協議，井田內可合理接續的盤區為三、四、五盤區，考慮到井下一水平2-2煤中部大巷已延伸至三盤區東部邊界，同時一水平三盤區最上部賦存的1-2上煤層初期開采區域煤層較厚、補充勘探程度高并滿足先期開采地段勘查程度的要求、井巷工程便利，可作為接續盤區；結合上述因素，選擇深部區一水平三盤區1-2上煤層作為二水平一盤區4-2上煤層的接續盤區及煤層。故2021年初打開深部區(包括三、四、五、八共4個盤區)并回采三盤區1-2上煤層是合理的也是必要的。

3 深部區開拓延深及輔助運輸系統分析

本次開采設計主要以完成礦井深部區的總體開拓布置及正常生產接續保證礦井規模為目標。深部區投產后，全礦井仍為3套綜采，保持 20.00 Mt/a的生產規模不變。設計本著盡可能充分利用礦井現已形成的工業場地，生產、生活設施與設備、井巷工程與各生產系統，盡可能以最佳的布置形式與礦井現生產系統結合。根據礦井開拓方式、煤層賦存條件、井下采掘現狀、接續計劃及礦井開采設計總體原則，在充分考慮利用現有設施的同時，應緊密圍繞提高深部區資源回收率、實現薄厚煤層搭配開采、保證礦井生產規模；同時提高深部區輔助運輸效率，降低運營成本核心思想。

根據本次深部區開采的總體設計要求，深部區移交生產時，需在深部區新增設一個副斜井場地和明安木獨回風立井場地，同時利用現有的主工業場地和松定霍洛立風井場地的井筒及設施。深部區生產后期需再新建一個石拉塔進/回風立井場地；深部區投產后，礦井中后期生產會同時集中在井田的深部區，現有副平硐至深部區最近工作面輔助距離約17 km，至最遠回采工作面距離已達27 km，輔助運輸距離很長，制約著礦井輔助運輸效率和效益，故設計主要圍繞新建副井的模式提出了3個深部區輔助運輸方案。3個方案分別為深部區新建副斜井(方案一)、深部區新建副立井(方案二)及主工業場地新建副斜井(方案三)。通過經濟技術對比后，針對埋深在400 m以上的井筒，在輔助運輸采用副斜井或副立井較難抉擇，經過多次論證比較，同時多次深入周邊已投產的裝備副立井煤礦，詳細咨詢了副立井的運營狀態、立井使用過程中的優勢和不足，同時結合神東開發建設30多年來斜井使用經驗，從輔助運輸運營費用、人員及車輛配備、投資情況等方面進行了綜合對比，無論從投資、運營費用、安全使用方面，新建副斜井方案具有很大優勢，最終確定深部區輔助運輸系統采用新建副斜井(方案一)。

根據礦井開拓部署、瓦斯及煤層賦存條件等因素，深部區開采時，礦井仍采用分區式通風系統，抽出式通風方式。礦井深部區投產初期，當一盤區二水平以上煤層回采完畢時，停運主井工業場地回風斜井風機，全礦井共有2個回風井，分別為二盤區松定霍洛立風井場地的回風立井及三盤區明安木獨回風立井場地的回風立井，其中松定霍洛回風立井風機服務于二盤區，明安木獨回風立井風機服務于三盤區。

根據深部區開采開拓方案，深部區開采時，現有的煤炭運輸系統中2-2煤中部主運大巷膠帶機、2-2煤主運大巷膠帶機、主井膠帶機完全可以利用。本次設計三盤區1-2上煤開采時需新增2部膠帶機，即2-2煤南部主運大巷膠帶機、三盤區1-2上煤主運大巷膠帶機。

深部區開采時仍利用礦井現有主排水設備，礦井的排水系統形式為接力排水方式。經校核，深部區投產后，現有主排水泵房排水設備滿足需求，不需要進行改造。本次深部區投產時，只需在三盤區1-2上煤新建一個盤區排水泵房，接力排至一水平二盤區2-2煤盤區排水泵房。

4 深部區開拓方案

結合礦井整體開拓部署、深部區新建副斜井方案、深部區各可采煤層的賦存情況、開采技術條件，設計以既有利于前期又兼顧后期的開采，本著充分利用現有井巷工程、各生產系統以及現有設施、設備及縮短深部區輔助運輸距離，提高輔助運輸效率的原則，提出以下2個深部區開拓布置方案。

4.1 方案一

方案一的深部區開拓布置平面圖，如圖1所示。

圖1 深部區開拓布置平面(方案一)

新建4條井筒，水平南部大巷沿中部大巷末端以208.9°方位角平行于二盤區東部邊界布置，水平南部大巷延伸段沿四、五盤區邊界平行布置，八盤區大巷從現有的中部大巷末端以相同方位角延伸至井田西部邊界。

礦井深部區投產后，仍采用綜合開拓方式，利用現有的工業場地及設施，并在深部區新增設一個副斜井場地、一個回風立井場地及一個進回風立井工業場地；水平南部大巷沿中部大巷末端以208.9°方位角平行于二盤區東部邊界布置，水平南部大巷延伸段沿四、五盤區共同邊界平行布置，八盤區大巷從現有的中部大巷末端以相同方位角延伸至井田西部邊界。

設計在一、二盤區共同邊界中西部附近，阿大一級公路24 km附近，阿新線北側新建副斜井，在一水平2-2煤南部大巷3 000 m處(緊鄰霍3號油氣井)新建明安木獨回風立井；規劃在四、五盤區共同邊界的中部新建石垃塔進、回風立井。

副斜井：井口標高為+1 360 m，傾角6°，凈斷面積21.15 m2，井筒斜長3 800 m(施工至1-2上煤層)，松散層段采用500 mm厚鋼筋混凝土碹，基巖段采用錨網噴支護(噴射混凝土厚度100 mm)，井筒進風兼做礦井安全出口。

明安木獨回風立井：井口標高為+1 336 m，傾角90°，凈直徑6 m，凈斷面積28.26 m2，井深約384 m(施工至2-2煤層)，開口段采用400 mm厚鋼筋混土發，基巖段采用400 mm素混凝土發，井筒內裝備封閉的梯子間，兼做礦井安全出口。

經通風計算及礦井分區式通風要求，深部區投產時需投運明安木獨回風立井，承擔三盤區開采期間回風任務。

后期在開采深部區其它各水平煤層時，根據生產接續、通風的需要，適時施工石垃塔進回風立井，同時延伸副斜井及明安木獨回風立井至其它各水平煤層。

4.2 方案二

方案二的深部開拓布置平面圖，如圖2所示。

圖2 深部區開拓布置平面(方案二)

新建4條井筒，水平西部大巷沿三盤區南部邊界平行布置，水平東部大巷沿二盤區南部邊界平行布置，八盤區大巷從現有的中部大巷末端以相同方位角延伸至井田西部邊界。

礦井深部區投產后，采用綜合開拓方式，利用現有的工業場地，并在深部區新增設1個副斜井工業場地、2個回風立井場地和1個進風立井場地；水平南部大巷沿中部大巷末端以208.9°方位角平行于二盤區東部邊界布置，水平東部大巷沿二盤區南部邊界平行布置，水平西部大巷沿三盤區南部邊界平行布置，八盤區大巷從現有的中部大巷末端以相同方位角延伸至井田西部邊界。

設計在一、二盤區共同邊界中西部附近，阿新線北側新建副斜井，在一水平2-2煤南部大巷3 000 m處(緊鄰霍3號油氣井)新建明安木獨回風立井；在二、三、四、五盤區交匯處附近新建郭家畔進風立井；在水平西部大巷中部(BK143鉆孔附近)設石拉塔回風立井。深部區投產時需投運副斜井和明安木獨回風立井，承擔深部區三盤區1-2上煤層開采時的回風任務及部分輔助運輸任務。

副斜井及明安木獨回風立井位置、參數及功能同方案一。

后期在開采深部區其它各水平煤層時，根據生產接續、通風需要，適時施工郭家畔進風立井和石拉塔回風立井，同時延伸副斜井及明安木獨回風立井至其他各水平煤層。

4.3 方案對比

方案一的優點是后期開采四、五盤區主要煤層時，開拓巷道工程量少，大巷煤柱損失量少，主運輸生產環節少，系統簡單；主采煤層綜采工作面推采方向煤層厚度變化小，綜采設備適應性強，便于礦井穩產高效。缺點是四盤區1-2上煤開拓巷道工程量大，運輸距離長；四、五盤區主采煤層工作面平行盤區邊界布置，資源損失量較大。

方案二的優點是四、五盤區主采煤層工作面平行井田西部邊界布置，資源損失量較小。缺點是主采煤層開拓巷道工程量大，運輸距離長；工作面個數較多，搬家倒面次數增加；主采煤層綜采工作面推采方向煤層厚度變化大，綜采設備適應性差，不便于礦井穩產高效。

表1 深部區開拓布置方案主要工程經濟比較(可比工程)

5 結語

通過上述技術經濟比較可以看出：在技術方面，方案二主要因主采煤層綜采工作面推采方向煤層厚度變化大，綜采設備適應性差，不便于礦井穩產高效，存在一定的不利因素，而方案一則主采煤層綜采工作面推采方向煤層厚度變化小，便于礦井穩產高效；此外，方案一還具有四、五盤區主采煤層開拓巷道工程量小，投資較省，壓覆資源量少等優點。在經濟方面，方案一比方案二少投資85 224萬元。綜合分析技術經濟指標，選擇方案一作為最終方案。