淺談烏蘭木倫煤礦2-2煤盤區(qū)方案設(shè)計(jì)

劉海瑞

(國能鄂爾多斯市工程設(shè)計(jì)有限公司，陜西 榆林 719315)

0 引言

烏蘭木倫煤礦位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市。井田面積18.06 km2。礦井籌建于1988年10月，1992年12月底建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力30萬t/a。1996年初至2006年1月，經(jīng)3次改擴(kuò)建后，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為500萬t/a，烏蘭木倫煤礦劃歸神東煤炭集團(tuán)。礦井采用斜井-平硐聯(lián)合開拓布置，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸系統(tǒng)皮帶化、輔助運(yùn)輸膠輪化、生產(chǎn)系統(tǒng)遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制和安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)化。

1 礦井現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)

烏蘭木倫煤礦開拓方式為斜井開拓，炮采工藝落煤，房柱式開采，斜井串車提升。1996年初進(jìn)行第1次技術(shù)改造，回采工藝由炮采變?yōu)榫C采，主運(yùn)輸及主提升改造為膠帶機(jī)運(yùn)輸。技改后的礦井生產(chǎn)能力達(dá)到60萬t/a，于1997年3月完成投產(chǎn)，當(dāng)年達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，并獲得較高的利潤。2001年3月進(jìn)行第2次改擴(kuò)建，于2002年10月完成技改并投入生產(chǎn)。改擴(kuò)建后的生產(chǎn)能力為300萬t/a。2006年1月，進(jìn)行第3次改擴(kuò)建設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為500萬t/a。

礦井現(xiàn)有6條井筒，工業(yè)場(chǎng)地上有4條井筒，由南向北依次為主斜井、輔運(yùn)平硐、副井、進(jìn)風(fēng)斜井(原回風(fēng)斜井)，風(fēng)井廣場(chǎng)有2條井筒，回風(fēng)立井及進(jìn)風(fēng)立井。主斜井傾角15°，提升方位230°與3-1煤主運(yùn)大巷平交搭接。輔運(yùn)平硐傾角5°與3-1煤輔運(yùn)大巷平交連接。回風(fēng)斜井傾角25°與1-2煤回風(fēng)大巷連接。副井井筒傾角20°與1-2煤軌道大巷相連接。進(jìn)風(fēng)立井井筒凈直徑4.0 m，至1-2煤層。回風(fēng)立井井筒凈直徑5.0 m，至1-2煤、3-1煤。

礦井的3-1煤四盤區(qū)大巷及1-2煤三、四盤區(qū)大巷已形成，現(xiàn)有一綜一連，綜采正在回采31408工作面，連采正在掘進(jìn)31409運(yùn)輸順槽、31410回風(fēng)順槽。

2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)的必要性與指導(dǎo)思想

2.1 項(xiàng)目設(shè)計(jì)的必要性

目前，烏蘭木倫煤礦1-2煤二盤區(qū)已經(jīng)回采完畢，正在回采3-1煤31408工作面，連采正在掘進(jìn)31409運(yùn)輸順槽、31410回風(fēng)順槽。礦井采用綜合機(jī)械化采煤方法，煤礦各個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)、工序全部實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。

礦井1-2煤層進(jìn)入回采后期，2-2煤壓覆3-1煤層，為礦井薄厚配采，提高礦井煤質(zhì)，礦井均衡生產(chǎn)，解決壓茬關(guān)系，需對(duì)2-2煤進(jìn)行回采工作。因此，神東煤炭集團(tuán)公司委托我公司進(jìn)行烏蘭木倫煤礦2-2煤四盤區(qū)開采初步設(shè)計(jì)的編制工作。

2.2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想

嚴(yán)格執(zhí)行國家關(guān)于煤礦安全生產(chǎn)的法律、法規(guī)，建立完善的安全生產(chǎn)系統(tǒng)，確保礦井安全生產(chǎn)。借鑒神東礦區(qū)相鄰礦井和本礦井生產(chǎn)中的成功經(jīng)驗(yàn)，力求各個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單實(shí)用可靠，減少中間環(huán)節(jié)，減少巷道工程量，多掘煤巷，少掘巖巷。結(jié)合資源賦存具體情況盡可能選用國內(nèi)先進(jìn)設(shè)備，提高礦井整體機(jī)械化水平，減少勞動(dòng)人數(shù)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和礦井全員效率，降低生產(chǎn)成本，提高資源回收率。最大限度地利用礦井現(xiàn)有井筒和設(shè)施、設(shè)備，減少二水平巷道工程量和投資，縮短工期，盡量減少對(duì)3-1煤生產(chǎn)的影響。

3 礦井資源條件

3.1 礦井地質(zhì)特征

烏蘭木倫煤礦處于巴圖塔井田內(nèi)，位于神東礦區(qū)北部。地表大部被第四系覆蓋，僅在西鄰的烏蘭木倫河?xùn)|岸有少量基巖出露。該區(qū)沉積地層由老到新：三疊系上統(tǒng)延長組(T3y)，侏羅系中、下統(tǒng)延安組(J1-2y)，侏羅系中統(tǒng)直羅組(J2z)，侏羅系中統(tǒng)安定組(J2a)，第四系上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組(Q3s)，第四系全新統(tǒng)(Q4)。

3.1.1 三疊系上統(tǒng)延長組(T3y)

為侏羅系含煤地層的基底，區(qū)內(nèi)無出露。據(jù)鉆孔資料：上部主要為灰綠色、灰白色中、粗粒長石石英雜砂巖，含較多的黑云母且普遍綠泥石化；局部夾泥質(zhì)粉砂巖，偶見煤線，最大揭露厚度72.97 m。

3.1.2 侏羅系中、下統(tǒng)延安組(J1-2y)

為區(qū)內(nèi)含煤地層，地表沒有出露。其巖性主要為青灰色、灰黑色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖及灰白色、淺灰白色砂巖、粉砂巖和煤層組成。厚120.99～199.41 m，平均厚182.00 m，全區(qū)均有分布，含煤4～23層，其中可采煤層11層。按其沉積特征可劃分為5個(gè)巖段。與下伏地層為假整合接觸。

3.1.3 侏羅系中統(tǒng)直羅組(J2z)

全區(qū)分布，區(qū)內(nèi)無出露。巖性主要為黃綠色、淺蘭色、紫雜色泥質(zhì)粉砂巖，夾砂巖透鏡體；偶見呈透鏡狀礫巖。厚0～52.02 m，平均厚2～2.75 m。與下伏地層為整合接觸。

3.1.4 侏羅系中統(tǒng)安定組(J2a)

本區(qū)北部局部有出露。巖性為紫紅色粉砂質(zhì)泥巖或黃褐色長石石英砂巖，中部以砂巖為主；上下部以紫紅色粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖為主，夾薄層細(xì)砂巖，局部含礫。厚0～51.07 m，平均厚15.40 m。與下伏地層為整合接觸。

3.1.5 第四系上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組(Q3s)

區(qū)內(nèi)零星分布。地勢(shì)較平坦，植被發(fā)育，并種植農(nóng)作物。巖性以灰褐色弱固結(jié)的亞砂土為主，可見水平層理。厚度0.00～55.32 m，平均厚度25.62 m。與下伏地層呈不整合接觸。

3.1.6 第四系全新統(tǒng)(Q4)

以風(fēng)積沙為主(Q4)，未固結(jié)的風(fēng)成細(xì)粉砂、土黃色，呈波狀沙丘、沙壟及新月形沙丘等。地勢(shì)起伏不平，植被不發(fā)育。厚度為0.00～78.52 m，平均厚度27.64 m。井田內(nèi)地層由老至新發(fā)育有：三疊系上統(tǒng)延長組(T3y)、侏羅系中、下統(tǒng)延安組(J1-2y)、侏羅系中統(tǒng)直羅組(J2z)、侏羅系中統(tǒng)安定組(J2a)、第四系上更新統(tǒng)馬蘭組(Q3m)、第四系全新統(tǒng)(Q4)。

根據(jù)地震勘探解釋和井下揭露，烏蘭木倫煤礦小構(gòu)造較為發(fā)育，斷層落差大部分小于5 m。具有走向迥異、規(guī)模較小、分布不均勻、組合復(fù)雜等特點(diǎn)。

從總體趨勢(shì)看，烏蘭木倫煤礦發(fā)育的小構(gòu)造有受構(gòu)造控制的趨勢(shì)，一般發(fā)育于寬緩波狀起伏的翼部，基本呈北西與北東2組，斷層間距以100～200 m者居多，2組常相互切割，3-1煤層中的斷層較1-2煤層發(fā)育。

本次補(bǔ)勘施工的WK92鉆孔，驗(yàn)證了物探斷層DF22的存在，通過鉆孔及井下巷道揭露煤層情況分析，確定其在1-2煤層中的斷距為8 m。

由于斷層面附近煤層及頂板巖層裂隙發(fā)育，對(duì)煤層的破壞程度較大，局部頂板破碎，會(huì)出現(xiàn)冒頂、片幫現(xiàn)象，生產(chǎn)中應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)。

3.2 礦井煤層特征

四盤區(qū)內(nèi)共有1-2上、1-2、2-2上、2-2、3-1上、3-1、4-2上、5-1、5-2、5-3煤，含具對(duì)比意義的可采煤層5層，分別是1-2、2-2、3-1、4-2上、5-1煤層，見表1。

表1 可采煤層特征Table 1 Characteristics of mineable coal seams

2-2煤層位于延安組第四段2號(hào)煤組上部，為井田內(nèi)主要可采煤層。平均埋深143.58 m，與1-2煤層間距平均為20.3 m。區(qū)內(nèi)共有鉆孔見煤點(diǎn)164個(gè)，其中可采點(diǎn)有146個(gè)，不可采點(diǎn)有18個(gè)。煤層厚度0.33(NK3)～2.04 m(WK28)，平均厚1.19 m。局部區(qū)段還有1層夾矸，厚度0.07～0.45 m，夾矸為砂質(zhì)泥巖。可采性指數(shù)0.89，變異系數(shù)30%，屬較穩(wěn)定煤層。

頂板巖性主要為砂質(zhì)泥巖，局部為細(xì)砂巖；底板巖性主要為砂質(zhì)泥巖，局部為細(xì)砂巖。

3.3 煤質(zhì)煤種

盤區(qū)內(nèi)各煤層呈黑色，條痕黑褐色。暗淡的瀝青光澤，局部為油脂光澤或絲絹光澤。條帶狀結(jié)構(gòu)、層狀構(gòu)造。性脆、內(nèi)生裂隙較為發(fā)育，節(jié)理中常充填黃鐵礦和方解石薄膜。

3.4 礦井水文地質(zhì)特征

盤區(qū)西臨烏蘭木倫河，北界接近公捏爾蓋溝。中部及東部有母花海、廉家海掩埋型河道分布，均為獨(dú)立儲(chǔ)水單元，井田第四系覆蓋面積大，松散含水層分布面積廣。

第四系含水層儲(chǔ)水條件較好，多為透水層，而含水層較厚，在井田內(nèi)主要分布在母花海子和廉家海子古沖溝，松散含水層厚度較大，水位埋深不穩(wěn)定，富水性不均-中等。由于母花海子古沖溝上游1-2煤已回采，含水層水大部分進(jìn)入采空區(qū)，下游水量補(bǔ)給有限，對(duì)礦井生產(chǎn)有一定影響；廉家海子在2-2煤工作面回采過程中工作面涌水量可能會(huì)增大，對(duì)礦井的安全生產(chǎn)有較大影響。采動(dòng)裂隙是主要充水通道，煤層開采過程中，采空區(qū)周圍的巖層失去支承而使原始應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，導(dǎo)致頂板、底板和煤壁的破壞，在采場(chǎng)周圍形成破壞帶或人工導(dǎo)水通道。采動(dòng)裂隙發(fā)育高度達(dá)到煤層頂板充水含水巖層時(shí)，礦井涌水量將顯著增加。

3.5 礦井開采技術(shù)條件

礦井瓦斯：烏蘭木倫煤礦屬于低瓦斯礦井。

煤層自燃：四盤區(qū)各煤層埋藏均較淺，變質(zhì)程度低，絲質(zhì)組+半絲質(zhì)組含量和揮發(fā)分產(chǎn)率較高，說明各煤層均有自燃傾向性，均屬于容易自燃煤層。

煤塵爆炸：四盤區(qū)可采煤層均屬于第Ⅰ變質(zhì)階段，即低變質(zhì)階段的不粘煤。通過對(duì)各煤層煤塵爆炸性鑒定，火焰長度均>400 mm，煤層煤塵具有爆炸性。

礦井地溫：礦井地溫梯度在3 ℃/100 m以內(nèi)，屬地溫正常區(qū)。無地?zé)嵛：Α?/p>

4 開拓開采

4.1 開拓開采布置

烏蘭木倫煤礦2-2煤四盤區(qū)開拓充分考慮礦井開采現(xiàn)狀，并結(jié)合2-2煤四盤區(qū)煤層賦存條件、開采技術(shù)條件及相鄰盤區(qū)開采規(guī)劃，本著充分利用現(xiàn)有井巷工程、設(shè)施及設(shè)備，多掘煤巷少掘巖巷，簡(jiǎn)化巷道系統(tǒng)和運(yùn)輸環(huán)節(jié)的原則，提出3個(gè)方案。

4.1.1 方案1

設(shè)計(jì)在礦井1-2煤輔運(yùn)上山2-2煤見煤處開口新掘一條2-2煤輔運(yùn)措施巷，在2-2煤輔運(yùn)措施巷掘進(jìn)至200 m處，平行于3-1煤四盤區(qū)大巷在2-2煤層中分別布置2-2煤四盤區(qū)輔運(yùn)大巷、主運(yùn)大巷和回風(fēng)大巷3條大巷至礦井北部邊界。大巷間凈煤柱為30 m，巷道均采用矩形斷面，錨網(wǎng)噴支護(hù)。

2-2煤四盤區(qū)輔運(yùn)大巷與輔運(yùn)措施巷連通，2-2煤四盤區(qū)主運(yùn)大巷與原1-2煤煤倉2-2煤見煤處貫通，并對(duì)原1-2煤煤倉進(jìn)行改造，2-2煤四盤區(qū)回風(fēng)大巷通過新掘回風(fēng)煤門與回風(fēng)立井2-2煤見煤處貫通，2-2煤回風(fēng)通道與1-2煤回風(fēng)上山貫通，形成盤區(qū)輔助運(yùn)輸、煤炭運(yùn)輸及通風(fēng)系統(tǒng)。首采工作面順槽平行于北邊界布置。

烏蘭木倫煤礦2-2煤四盤區(qū)開拓布置平面圖(方案1)，如圖1所示。

圖1 開拓布置方式(方案1)Fig.1 Development layout(plan 1)

4.1.2 方案2

設(shè)計(jì)在礦井1-2煤輔運(yùn)上山2-2煤見煤處開口新掘一條2-2煤輔運(yùn)措施巷，在2-2煤輔運(yùn)措施巷掘進(jìn)至200 m處，平行于3-1煤四盤區(qū)大巷在2-2煤層中分別布置2-2煤四盤區(qū)輔運(yùn)大巷、主運(yùn)大巷和回風(fēng)大巷3條大巷至礦井北部邊界。大巷間凈煤柱為30 m，巷道均采用矩形斷面，錨網(wǎng)噴支護(hù)。

2-2煤四盤區(qū)輔運(yùn)大巷與輔運(yùn)措施巷連通，2-2煤四盤區(qū)主運(yùn)大巷與原1-2煤煤倉2-2煤見煤處貫通，并對(duì)原1-2煤煤倉進(jìn)行改造，2-2煤四盤區(qū)回風(fēng)大巷通過新掘回風(fēng)煤門與回風(fēng)立井2-2煤見煤處貫通，形成盤區(qū)輔助運(yùn)輸、煤炭運(yùn)輸及通風(fēng)系統(tǒng)。首采工作面順槽垂直于2-2煤四盤區(qū)大巷布置。

烏蘭木倫煤礦2-2煤四盤區(qū)開拓布置平面圖(方案2)，如圖2所示。

圖2 開拓布置方式(方案2)Fig.2 Development layout (plan 2)

4.1.3 方案3

設(shè)計(jì)在礦井1-2煤輔運(yùn)上山2-2煤見煤處開口新掘一條2-2煤輔運(yùn)措施巷，在2-2煤輔運(yùn)措施巷掘進(jìn)至290 m處，平行于1-2煤大巷在2-2煤層中分別布置2-2煤四盤區(qū)輔運(yùn)大巷、主運(yùn)大巷和回風(fēng)大巷3條大巷至礦井東部邊界，大巷間凈煤柱為30 m，巷道均采用矩形斷面，錨網(wǎng)噴支護(hù)。

2-2煤四盤區(qū)輔運(yùn)大巷與輔運(yùn)措施巷連通，2-2煤四盤區(qū)主運(yùn)大巷直接與新建2-2煤煤倉連通，2-2煤四盤區(qū)回風(fēng)大巷通過新掘回風(fēng)措施巷與原1-2煤回風(fēng)立井2-2煤見煤處貫通，形成盤區(qū)輔助運(yùn)輸、煤炭運(yùn)輸及通風(fēng)系統(tǒng)。首采工作面順槽平行于2-2煤四盤區(qū)大巷布置。

烏蘭木倫煤礦2-2煤四盤區(qū)開拓布置平面圖(方案3)，如圖3所示。

圖3 開拓布置方式(方案3)Fig.3 Development layout (plan 3)

4.2 方案優(yōu)缺點(diǎn)比選

根椐以上提出的3個(gè)方案，設(shè)計(jì)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行比較，見表2。

表2 開拓方式3個(gè)方案設(shè)計(jì)比較Table 2 Design comparison of three schemes of development methods

5 結(jié)語

根據(jù)礦井接續(xù)計(jì)劃，在1-2煤四盤區(qū)開采完畢后再進(jìn)行2-2煤四盤區(qū)開采準(zhǔn)備工作，設(shè)計(jì)認(rèn)為開拓布置方案1能夠與3-1煤四盤區(qū)實(shí)現(xiàn)同步開采，符合礦井的整體接續(xù)規(guī)劃，能夠保證礦井年生產(chǎn)任務(wù)的要求，通過對(duì)上述開拓布置方案從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)方面進(jìn)行詳細(xì)的比較，并綜合考慮礦井的實(shí)際開采情況后，設(shè)計(jì)推薦方案1。