靈臺某礦工業場地選擇及開拓方案設計

趙枝業

(中煤西安設計工程有限責任公司，陜西 西安 710054)

0 引言

靈南礦區某井田是新建礦井，位于甘肅省平涼市靈臺縣的東南部，項目隸屬于上海能源(大屯煤電)公司靈南煤業有限公司。該項目有利于發展地區經濟，帶動貧困地區脫貧治富，推動靈臺縣由農業大縣向工業強縣邁進。該礦井又是靈臺礦區資源條件較好的優質礦井。為保證項目的順利建設和盡早投產，依據相關規定的要求，工業場地位置選擇和開拓方式的設計需盡早確定[1-5]。

1 礦井概況

某礦井位于甘肅省靈臺縣的東南部，井田面積176.94 km2。設計生產能力為5.00 Mt/a，具有典型的黃土塬區地形地貌特征，屬溫帶半濕潤大陸性氣候區。屬黃河流域涇河水系，主要河流為達溪河。本區抗震設防烈度為Ⅶ度，井田范圍內地面現有新開鄉及部分村莊，有一趟750 kV高壓線和一趟西氣東輸二線管道。該井田含煤地層為侏羅系中統延安組，井田范圍內地質資源儲量875.8 Mt，可采煤層為5號煤和8號煤層(組)，煤層埋深達900～1 300 m，各可采煤層特征詳見表1。

表1 煤層特征一覽

2 工業場地位置選擇

2.1 工業場地位置關系

根據工業場地選擇原則和上述綜合分析，結合地形、交通運輸、煤層賦存及地面設施等多種因素[6-12]，經綜合比較，提出了4個工業場地方案進行比較選擇。分別為達溪河岸陳家灣場地(方案一)、史家河與蛟城河交匯處的寺溝村場地(方案二)、塬上馮家山村場地(方案三)、達溪河岸電廠對面安家莊場地(方案四)，礦井主要工業場地位置關系如圖1所示。

圖1 工業場地位置方案Fig.1 Industrial site location scheme

2.2 各方案對比

方案一：達溪河岸陳家灣場地。該位置位于井田北部邊界位置，向北呈“U”型，場地標高約+942 m，該處5號煤底板標高+160 m，8-2號煤底板標高+115 m，井口標高約+942 m，井底車場標高+134 m，井筒深度約810 m。可利用的較為平坦的區域約為28 hm2，布置工業場地后，河道最窄處寬度仍有300 m。該處民宅較多，約有村民65戶。該場地隔達溪河與靈雷公路相鄰，距靈臺縣約7 km。總體來看，該場地是井田范圍內溝谷區域較平坦、開闊、不宜受洪水和地質災害影響的區域，適合作為礦井工業場地。

方案二：史家河與蛟城河交匯處的寺溝村場地。該場地是史家河與蛟城河交匯處的三角地帶，也是750 kV高壓線西氣東輸管道相交位置。蛟城河谷寬度約為170～290 m，史家河谷寬度約350 m，但其中布置有西氣東輸二線。該場地地形較復雜，兩側山體坡度大，高差大，較平坦可利用面積約為0.239 km2。從寺溝沿史家河向北上游方向村莊較多，從寺溝沿蛟城河向西南上游方向有少數村莊。

方案三：塬上馮家山村場地。該場地在塬上，地形較平坦，在750 kV高壓線附近，可利用高壓線煤柱。該場地地形標高約為+1 227 m，高出附近達溪河約290 m，井筒落底至主采的8-2號煤時，深約1 105 m。該場地與塬下河谷有便道相通。該場地高出主要交通線近300 m，因此，不考慮作為主、副立井位置，僅考慮作為回風立井場地。

方案四：達溪河岸電廠對面安家莊場地。該場地位于井田北部，向北呈“雙U”型。可分為安家莊東西2個部分；可利用區域約為0.28 km2。河道最窄處寬度仍有300 m。該位置民宅較多，約有村民70戶。該位置與靈雷公路相鄰，距靈臺縣約9 km。總體來看，該場地是井田范圍內溝谷區域較平坦、不受洪水和地質災害影響的區域，適合作為礦井工業場地。由于馮家山場地主采煤層埋深大于1 000 m，其余場地煤層埋深小于1 000 m，故馮家山只適合作為風井場地，其余場地(陳家灣、寺溝村、安家莊)均適合作為工業場地。經過上述比較，3個場地各有優勢，需結合開拓方案綜合比較后確定。

3 井田開拓方案比選

該礦井埋藏最淺的北部區域煤層埋深820 m，采用立井開拓方式。依據對本礦井煤層賦存情況的分析，從礦井沖擊地壓防治、瓦斯抽采等方面考慮，礦井將長期需要2個采區同時生產，厚薄煤層搭配開采的情況，需分區通風，故考慮布置2個回風立井。

3.1 方案一：陳家灣主、副立井開拓方案

考慮到主要的運輸線、電源等外部建設條件及煤炭用戶等均沿達溪河布置，擬建電廠位于陳家灣東部1.2 km。且陳家灣是達溪河沿岸地形條件全井田依據斷層及煤層開采邊界共分為7個盤區，一、二、三盤區含有5、8-2號煤；四盤區含有5、8-2號煤；五、六、七含有8-2號煤。較好的位置，地形平坦，自然地表基本不受洪水威脅，因此考慮在該處布置主、副立井；為縮短工期，減少通風距離，擴大回風立井服務范圍，將回風立井布置在首采區域中部附近。在達溪河南岸的陳家灣場地布置主立井、副立井，場地標高約+942 m，附近5號煤底板標高+160 m，8-2號煤底板標高+115 m，井口標高約+942 m，井底車場標高+134 m，井深約810 m；根據主、副井井筒附近的816號鉆孔柱狀(孔口標高+930.03 m)，主副立井均落底于+134 m，位于8-1號煤頂板的細粒砂巖中。主、副立井深約810 m，凍結深約700 m，凍結孔底部位于直羅組的泥巖層中，該層泥巖厚度為16.12 m，是較為理想的隔水層。當回風立井布置在塬上高壓線附近的馮家山村時，場地標高約為+1 225 m，附近5號煤底板標高+160 m，8-2號煤底板標高+120 m，回風立井井口標高+1 225 m，落底于8-1號煤頂板，標高+130 m，井深1 095 m。凍結深度約935 m，凍結孔底部位于侏羅系安定組的泥巖層中，該層泥巖厚度約31.19 m，是較理想的隔水層。為滿足后期開采的通風需要，在1002號鉆孔附近增加一個中部回風立井，該井筒直徑6.0 m，井筒深度約為1 045 m。在907號鉆孔附近增加一對進、回風立井，直徑6.0 m，井深約為930 m。

5號煤層與8-1號煤間距為63.9～15.9 m，平均35.3 m；5號與8-2號煤間距為71.67～5.79 m，平均50.84 m；8號煤層(組)向井田東部、北部分岔為8-1、8-2號煤，2個分層最大間距為24.5～0 m。本井田可采煤層為5號煤、8-1號煤、8-2號煤，其中主要可采煤層為8-2號煤，礦井為近水平煤層，劃分為一個水平，水平標高為+134 m，由于5號煤在本井田中儲量僅占約6.88%。故在5號煤不再單獨布置輔助水平。主、副立井落底后，向西南方向布置一組大巷至馮家山村附近后轉為正南北向。至1002鉆孔后調整為西北至東南向。整組大巷基本呈南北向，位于井田范圍內主采煤層8-2號煤的中部。全井田依據斷層及煤層開采邊界共分為7個盤區，一、二、三盤區含有5、8-2號煤；四盤區含有5、8-2號煤；五、六、七含有8-2號煤。

3.2 方案二：安家莊主、副立井開拓方案

方案二與方案一主要區別在主副井場地較方案一更加靠近電廠，該方案場地位于與陳家灣場址一山之隔的安家莊村西，距擬建電廠距離約0.6 km，且該場地處道路位于達溪河南側，場地與河流不發生關系，干擾較少，自然地表基本不受洪水威脅，因此考慮在該處布置主立井、副立井。在達溪河南岸的安家莊場地布置主立井、副立井，場地標高約+980 m，主、副立井均落底于+134 m，位于8-1號煤頂板的細粒砂巖中。主、副立井井筒深度850 m，凍結深度約750 m，凍結孔底部位于侏羅系直羅組的泥巖層中，該層泥巖厚度16.12 m，是較為理想的隔水層。馮家山風井場地標高約+1 225 m，附近5煤底板標高+160 m，8-2號煤底板標高+120 m，回風立井井口標高+1 225 m，落底于8-1號煤頂板，標高+130 m，井筒深度1 095 m。

煤組及水平劃分同方案一。開拓大巷布置由于方案二與方案一的區別主要在于主副井場地向東移了約600m，故方案二的開拓大巷布置基本通方案一。盤區劃分同方案一。

3.3 方案三：寺溝村主、副立井開拓方案

根據煤層覆存情況，礦井初期主要的可采區域在DF3和DF4之間，因此考慮將井口與工業場地布置在該位置。且史家河、蛟城河交匯處的寺溝村附近位置處于2條河流交匯處，地形相對平坦，因此考慮主、副井場地布置在該位置。主、副井布置在井田中東部史家河、蛟城河交匯處寺溝村附近，主、副立井落底后，向西偏南5°方向布置一組大巷，與井田中部的南北向大巷相接。井田南北向大巷布置在井田中部，與前述的方案一相同。

回風立井布置在塬上馮家山，落底后與回風大巷相接。后期風井位置同方案一；煤組及水平劃分同方案一。開拓大巷布置井筒落底后，向西偏南5°方向的集中大巷相連，集中大巷與井田中部的南北向大巷連接。大巷兼作盤區開采巷道。集中大巷基本沿向斜軸布置。集中大巷均沿8-1號煤頂板布置。盤區劃分同方案一。

3.4 井田開拓方案比較及確定

3.4.1 開拓方案比較

3個開拓方案主要的區別在于主副井場地位置。從井巷工程、井下設備、地面工程、外運、運營費、工期、壓煤量等方面分別進行對比。

井巷工程：①方案一。大巷層位巖巷(8-1號煤頂板)，距縣城7.0 km，距離主要回采區域3.5 km；主立井810 m，副立井810 m，2個1 095 m回風立井，大巷16 548 m，回采巷道18 341 m。②方案二。大巷層位巖巷(8-1號煤頂板)，距縣城9.0 km，距離主要回采區域4.0 km；主立井850 m，副立井850 m，回風立井2個1 095 m，大巷18 165 m，回采巷道18 341 m。③方案三。大巷層位巖巷(8-1號煤頂板)，距縣城11.5 km，距離主要回采區域1.8 km；主立井888 m，副立井888 m，回風立井2個1 095 m，大巷20 140 m，回采巷道18 341 m。各方案從井巷工程量對比，方案一井巷工程量最少，投資最省。

各方案主要是在井筒深度、井下帶式輸送機長度等方面有所差異，其采掘設備基本相同。①方案一。一部：L=2 400 m，B=1 400，Q=2 000 t，ST2500，N=3×710 kW；二部：L=2 860 m，B=1 400，Q=2 000 t，ST2500，N=3×710 kW。②方案二。一部：L=2 800 m，B=1 400，Q=2 000 t，ST2500，N=3×710 kW；二部：L=2 860 m，B=1 400，Q=2 000 t，ST2500，N=3×710 kW。③方案三。一部：L=2 400 m，B=1 400，Q=2 000 t，ST2500，N=3×710 kW；二部：L=2 860 m，B=1400，Q=2 000 t，ST2500，N=3×710 kW；三部：L=1 700 m，B=1 600mm，Q=2 500 t/h，V=3.55 m/s，ST2500，N=3×800 kW。可知，方案三由于多了一條運輸石門，故井下設備投資最高，方案一井下設備投資最少。

地面工程：①總體比較。各個方案的主要井口位置不同，地面布置、工程量和投資差異較大。總體來看，方案一地形簡單、開闊，易于布置，外部聯絡工程量較少，投資相應較少；方案三的地面地形較差，外部聯絡工程量大，相應的投資會較方案一、方案二要高。方案三投資最高。方案一、方案二的主要場地位于北部達溪河岸陳家灣、安家莊，場地較為開闊，易于布置；而方案三的場地布置相對緊張，后期生產的順暢性不如方案一、方案二。②防洪與地質災害防治。3個方案主要場地均在河谷地帶，防洪和地質災害防治均需引起特別重視。總體來看，防洪與地質災害防治的工程量，方案一要比方案二、方案三難度小，投資少。③建筑物基礎處理。本區域均為濕陷性黃土，建筑物基礎處理難度大，投資高。對于陳家灣場地來講，盡管也有較多的填方量，但絕大部分建筑未靠近河堤，通過灰土換填、擠密樁、樁基等方式，可以較容易解決。對于寺溝村場地，受地形影響，部分主要建筑，特別是主廠房、濃縮池、鍋爐房、產品倉等建筑需要布置在較大填方位置，原始地表本身也是河灘地，會給基礎處理帶來一定的難度，增加投資。由于目前并未有詳細的工程地質勘查資料，根據現場踏勘情況，初步估計方案三的建筑物處理費用要高，根據地面建筑的投資，按比例估算增加約0.12億元。

外運情況：各開拓方案外運的工程量分別按照鐵路外運和通過棧橋至電廠2種情況進行比較。當采用公路外運時，方案一、方案二將進場公路接入達溪河沿岸的靈雷公路即可。方案三外運公路需比方案一、方案二增加3.0 km，按二級公路標準建設。當采用鐵路運輸時，方案三比其他方案增加線路長度約5.0 km，部分線路需要拆遷，并開鑿隧道。當采用棧橋運至規劃電廠時，方案三工程量比方案一增加2.6 km。方案二距離規劃電廠最近。

工期對比：根據計算，方案一工期為56個月，方案二為58個月，方案三工期為60個月。方案一建井工期最少。

壓煤量：除去750 kV高壓線、西氣東輸二線及中部大巷壓煤。方案一壓煤3.3 Mt；方案二壓煤3.3 Mt(與天然氣管道煤柱重合)；方案三壓煤量為4.5 Mt；由此可見壓煤量最少的是方案二。

3.4.2 開拓方案的確定

3個開拓方案主要的區別在于主副井場地位置的區別。方案三場地位于兩溝交叉的寺溝村，雖然距離井下主采區域近，后期運營費低，但其地面地形條件差，外部聯絡不便，不利于場地布置，且綜合投資最大，故不推薦方案三。方案一和方案二投資接近，運營費也基本相當。區別在于工業場地布置在東西方向相距約600 m，方案二主要考慮較方案一的場地距本礦井主要用戶更近600 m，場外道路與已有道路連接時不受達溪河的干擾，但該場地位于安家莊村西、南側的土塬梯田(目前為基本農田)上，地形較方案一復雜，高差較大，不利于工業場地的布置，場地東側和北側均為村莊，西側和南側為山體，進場道路長、坡度大、彎道多，會對礦井將來的對外聯絡造成不便，投資也較方案一高。而方案一去電廠僅較方案二長600 m，且場地開闊平坦，土方工程量小，用地性質符合當地城市用地規劃，距縣城最近，外部水、電、路等聯系均最便捷。故推薦方案一，即陳家灣場址主、副立井開拓方案。

4 結語

靈臺地區具有煤層埋藏深、煤層覆存不均勻、水文地質條件復雜、瓦斯含量高、地溫高、沖擊地壓、煤層均有爆炸危險性等特點。工業場地及開拓方案的選擇至關重要，在主副井筒的位置、大巷的層位、回風井的位置、地面外運道路、外部電廠建設、初期投資及運營費用等方面進行考慮，分析了影響井口及工業場地位置選擇的地形條件、主要用戶、井下煤層賦存、交通等主要因素，最終確定了工業場地選擇和開拓方案，可以為周邊礦區在進行建設和開發的同類礦井提供借鑒思路。