太賢礦井田開拓方案選擇

姜國成

(中煤科工集團北京華宇工程有限公司)

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太賢礦井田開拓方案選擇

姜國成

(中煤科工集團北京華宇工程有限公司)

摘要以澄城礦區太賢礦為背景，為了合理選擇工業場地和確定井田開拓方式，結合安全可靠性、工程地質條件、交通運輸、開采技術條件及地面建(構)筑物分布情況等因素，采用多方案綜合比選的方法，分別從安全可靠性、技術優缺點、基建投資、生產運營成本等方面分析論述，最終選擇經濟技術較優的郊城場地東西翼大巷加北翼下山立井開拓方案，為多因素影響的礦井方案選擇提供了重要的參考依據。

關鍵詞井田開拓工業場地水文地質建(構)筑物方案比選

礦井井田開拓方式的選擇受煤田地質、水文地質、地面地形、建(構)筑物及其他條件影響，呈現不同的特點。隨著資源的大規模深度開發，當前我國礦井開采難度、受制因素愈加復雜，表現為大埋深、高瓦斯、水文地質條件復雜、地面建構筑物密布等特點，為后續的設計、開采增加了難度[1]。

澄合礦區太賢礦井地面交通受限、建(構)筑物密布、大埋深、水文地質條件復雜，通過分析不同開拓方式的受制因素，采用多方案綜合比選的方法，選擇出最優開拓方案。

1礦井概況

太賢井田位于陜西省澄城縣、合陽縣境內，為澄城煤-電-鋁一體化配套建設礦井，規模為2.40 Mt/a，屬高瓦斯礦井。地表為渭北黃土臺塬地貌，局部沖溝發育，樹枝狀溝壑。煤層埋藏較深，465～915 m；單斜構造，傾角為2°～10°；井田內發育有F30、F41、F22等落差大于30 m的正斷層；水文地質條件復雜，奧灰承壓水壓力為1.4～4.7 MPa，正常礦井涌水量為1 010 m3/h，最大為1 400 m3/h；煤層為自燃～易自燃；煤塵具爆炸性。含煤地層為二疊系下統山西組5#煤層，井田地質資源量為325.82 Mt，礦井可采儲量173.06 Mt，服務年限為51.5 a。

2開采對地表建(構)筑物影響分析

井田范圍內共分布38個村莊，根據《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》(以下簡稱《規程》)對井田開采后地表移動與變形進行計算[2]，結果見表1。

表1　地表移動與變形值預計結果(未留設煤柱)

參照《規程》中磚混、土筑結構建筑物損壞等級劃分表[2]，趙家洼、東豐洛、蔡鄧村、白家河和蔡家莊建筑物損壞等級為Ⅳ級，屬嚴重損壞，需計劃搬遷；其余損壞程度較輕，及時修理。

3工業場地方案

井田地表較平坦，場地可選址較多。依據煤流方向并結合其他特點[3]，提出蔡家莊、郊城和呼家莊3個場地擬選址方案。工業場地位置見圖1。

圖1　工業場地位置示意

方案一(蔡家莊場地)：位于縣西河西側，標高為+718 m；結合地面運輸，避免村莊搬遷，減少壓煤。

方案二(郊城場地)：位于縣西河東側，緊鄰水庫，標高為+712 m；結合土地性質，兼顧地面運輸，減少壓煤，處于儲量中心。

方案三(呼家莊場地)：位于縣西河東側，緊鄰井田邊界，標高為+708 m；結合賦煤中心，兼顧地面運輸，減少壓煤。

4井田開拓方案

該井田埋深較大，適宜立井開拓，提出4個方案。

4.1方案一(蔡家坡場地、下山開拓)

立井單水平開拓，井深580 m，井底車場水平標高為+140 m，采用立井+下山+大巷+下山方式開拓。

為減少初期村莊搬遷和降低奧灰水威脅程度，最大限度地增加采區尺寸，中央大巷結合東豐洛和趙家洼布置，西至+140 m立式環形車場，東至F41斷層，分別在西部、中部和東部布置采區上下山開拓全井田。

主立井垂深為586 m，直徑為5 m，凈斷面為19.6 m2，裝備一對16 t上載式箕斗[1]。

副立井垂深為603 m，直徑為8.6 m，凈斷面為58.1 m2，裝備一個特制加寬加長罐籠和1.5 t窄罐，裝備梯子間。

回風立井垂深為584 m，直徑為6.0 m，凈斷面為28.3 m2，裝備梯子間。開拓方案一見圖2。

圖2　井田開拓方案一

4.2方案二(郊城場地、立井開拓)4.2.1方案二A(大巷+上下山開拓)

立井單水平開拓，井深561 m，井底車場水平標高為+150 m，采用立井+大巷+上下山方式開拓。

為保證井底車場的安全性和減少初期村莊搬遷，在+150 m水平環形車場和東、西向布置的大巷避開村莊的前提下，在突水系數0.08 MPa/m以內布置[4]，通過井田東部、中部和西部的采區上下山開拓全井田。

主、副井和回風立井垂深分別為575,587和577 m，其他特征同方案一。開拓方案二A見圖3。

4.2.2方案二B(煤門+大巷+下山開拓)

立井單水平開拓，井深566 m，井底車場水平標高為+145 m，采用立井+煤門+大巷+下山方式開拓。

為減少村莊搬遷、增加采區尺寸，大巷結合東豐洛和趙家洼布置，+145 m水平環形車場通過煤門與大巷溝通，結合村莊分布，分別在東部、中部和西部布置采區下山開拓全井田。

主、副井和回風立井垂深分別為574,592和572 m，其他特征同方案一。開拓方案二B見圖4。

4.2.3方案比較

方案二A、B子方案技術比較見表2，經濟比較見表3。

方案二A、B子方案主要區別為首采區不同，而制約因素按重要性依次為系統安全性、系統投資和系統合理性[5]。本礦井為承壓開采礦井，為保證礦井安全，排水系統應簡單、可靠，首采區應不設排水系統；為保證礦井效益，投資應盡量壓縮；為保證礦井穩產，應簡化系統。綜合上述表述，方案二A初期不設采區排水系統，涌水自流，利于承壓開采礦井排水系統的穩定性；井巷總工程量及移交工程量小，投資少，故按制約因素重要程度分析，方案二采用A方案。

4.3方案三(呼家莊場地、下山開拓)

立井單水平開拓，井深540 m，井底車場水平標高為+165 m，采用立井+下山+大巷+下山方式開拓。

為保證安全，+165 m水平環形車場沿井田南邊界布置；為減少煤柱留設、增加采區尺寸，大巷結合東豐洛和趙家洼布置；車場通過中央下山與大巷聯系，分別在井田西部、中部和東部布置采區下山開拓全井田。

圖3　井田開拓方案二A

方案優點缺點二A1.井巷工程量少,投資低。2.首采區不設排水系統,利于排水系統穩定。3.首采區尺寸合理,且為雙翼采區,利于穩產及底板完整性,降低突水可能。1.初期搬遷村莊多,費用高。2.首采區勘探程度低,需補勘,費用高。3.首采區雙翼煤層賦存不穩定,不利于設備選型。二B1.大巷可與村莊合并考慮煤柱。2.首采區勘探程度高,投資少。3.首采區煤層賦存穩定,利于設備選型。1.井巷工程量多,投資高。2.首采區設排水系統,不利于排水系統穩定。3.首采區走向長度短,倒面頻繁,不利于穩產。

表3　方案二A、B經濟比較(可比部分)

主、副井和回風立井垂深分別為551，568和549 m，其他特征同方案一。開拓方案三見圖5。

圖5　井田開拓方案三

5開拓方案綜合比選

3個方案技術、經濟比較見表4、表5。

方案一場地位于縣西河的西岸，煤炭用戶位于縣西河東岸，運煤線路長且跨縣西河，線路投資、費用高，另外場地壓煤多，綜合指標欠優，不予推薦。方案二和方案三經過經濟、技術分析，各有優缺點，方案二位于井田中部，開拓煤量大；場地與水庫合并留設煤柱，壓煤量少；首采區不設排水系統，利于排水系統穩定；場地不占用基本農田，征地容易；綜上所述，方案二投資少，運營費用低，征地容易，故推薦方案二，即郊城場地立井開拓方案。

表4　開拓方案技術比較

表5　開拓方案經濟比較(可比部分)

6結論

根據太賢礦礦井交通單元、地面建構筑物密布、承壓開采等特點，結合煤的用戶和流向、保護煤柱的留設、核心區域的安全可靠性、土地性質等因素，經過多方案技術、經濟綜合分析，確定了最適于礦井的郊城場地立井開拓方案。隨著煤礦建設不斷推進，受制因素增多并愈加復雜，礦井工業場地和開拓方式的選擇應全面分析制約因素，分清主次，結合礦井特點按重要性比選，確定最佳方案。對于類似受諸較多因素影響的礦井具有重要的參考意義。

參考文獻

[1]中國煤炭建設協會.GB 50215—2005煤炭工業礦井設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2005.

[2]國家煤炭工業局.建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程[M].北京：煤炭工業出版社,2000.

[3]張榮立.采礦工程設計手冊[M].北京:煤炭工業出版社,2003.

[4]國家煤礦安全監察局.煤礦防治水規定釋義[M].徐州：中國礦業大學出版社,2009.

[5]國家安全生產監督管理總局，國家煤礦安全監察局.煤礦安全規程[M].北京:煤炭工業出版社,2011.

(收稿日期2016-02-25)

姜國成(1983—)，男，工程師，碩士，710075 陜西省西安市。