西北地區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件下井口與工業(yè)場地位置設(shè)計(jì)

李以虎 左紅兵 何峰華

( 煤炭工業(yè)濟(jì)南設(shè)計(jì)研究院有限公司，山東 濟(jì)南 250031)

陶和礦井位于新疆和什托洛蓋礦區(qū)中部，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力4.0Mt/a，井田北部有礦區(qū)規(guī)劃公路和輸電、輸水管線，外部建設(shè)條件優(yōu)越，但是井下煤層賦存條件較為復(fù)雜。井田內(nèi)共賦存19個(gè)可采煤層，各可采煤層均為傾斜—急傾斜煤層，且可采儲量基本位于井田南部，而南部煤層賦存又較深。因此，本次設(shè)計(jì)提出五個(gè)可行方案，在經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析的基礎(chǔ)上合理確定了中西部井口與工業(yè)場地位置，為下一步類似條件礦井的設(shè)計(jì)建設(shè)提供借鑒依據(jù)。

1 井田概況

1.1 井田范圍及交通位置

陶和礦井東西長8.64km，南北寬6.09km，面積64.17km2，位于新疆和布克賽爾蒙古自治縣和什托洛蓋鎮(zhèn)東北約20km處，井田有簡易公路可通往和什托洛蓋鎮(zhèn)，鎮(zhèn)上有奎阿高速、217國道穿過，向北可至阿勒泰市，南可至克拉瑪依市，交通便利。

1.2 地形地貌

井田地理上為一山間盆地，構(gòu)造上為一斷陷盆地，地貌為一北高南低、西高東低的低山丘陵，屬戈壁荒原。海拔高程在+850～+1092m之間，相對高差242m左右。

1.3 地面建（構(gòu)）筑物及設(shè)施

井田內(nèi)有三條高壓線穿過，分別為位于井田中部的35kV高壓線，位于井田東南部的220kV高壓線（齊豐線）和位于井田南部的110kV高壓線（車沙線）。此外，沿井田北部境界平行布置有礦區(qū)公路和礦區(qū)輸水管線，見圖1。

1.4 地質(zhì)構(gòu)造

井田構(gòu)造行跡主要表現(xiàn)為褶皺和斷裂兩種，主要構(gòu)造線方向總體呈近東西向展布。井田北部多以褶皺為主，其中井田中北部發(fā)育一個(gè)庫倫鐵布克背斜，背斜北翼地層傾角較陡，一般為30～65°，南翼地層傾角較緩，大部分為10～41°。此外背斜北部發(fā)育一個(gè)陶和向斜，向斜軸部平緩，北翼地層傾角較陡，一般為60～87°，南翼地層傾角較緩，一般為30～65°。背斜南部則為一單斜構(gòu)造，傾角10～41°之間。井田中南部發(fā)育F1斷層，斷層最大落差430m，斷層以南煤層賦存超過1000m，見圖2。井田構(gòu)造復(fù)雜程度簡單。

圖1 井田地面構(gòu)（建）筑物及設(shè)施示意圖

1.5 地層

井田內(nèi)地層中生代侏羅紀(jì)下侏羅統(tǒng)三工河組、中統(tǒng)西山窯組、頭屯河組、新生代古近系始新統(tǒng)—漸新統(tǒng)烏倫古河組、新近系中新統(tǒng)塔西河組、第四系更新統(tǒng)—全新統(tǒng)。其中第四系平均厚度18.15m，井田地表大部出露，新近系和古近系厚度分別為176.21m和327.19m，基本位于井田南部。

圖2 井田地質(zhì)構(gòu)造綱要圖

1.6 煤層

井田含煤地層為中生代侏羅紀(jì)西山窯組（J2x），共含可采煤層19層，平均總厚度43.29m，可分為上、中、下三個(gè)含煤段，其中上含煤段基本位于庫倫鐵布克背斜以南，中含煤段和下含煤段逐步延伸至背斜以北。此外井田中東部發(fā)育有4.5km2的火燒區(qū)，導(dǎo)致此區(qū)域內(nèi)B9下煤層以上的各煤層在此范圍內(nèi)出現(xiàn)斷缺，目前火燒區(qū)內(nèi)未現(xiàn)明火燃燒。

2 井口及工業(yè)場地位置設(shè)計(jì)

2.1 影響井口及工業(yè)場地位置選擇的主要因素

（1）井田內(nèi)有兩條高壓線路穿過，壓覆東部大量資源儲量。

（2）井田北部有規(guī)劃的礦區(qū)公路、輸水管線等外部設(shè)施。

（3）井田內(nèi)地形起伏較大，工業(yè)場地應(yīng)選擇在地形相對平整、開闊的地方。

（4）井田高級儲量分布在4～15勘探線之間，且其間煤層傾角相對平緩。

（5）井田煤層埋深變化大，由北部向南部逐漸變深，井口位置設(shè)計(jì)應(yīng)考慮減少初期的井巷工程量，縮短工期。

（6）井田煤層層數(shù)多，煤層厚度大，井口及工業(yè)場地位置設(shè)計(jì)應(yīng)盡量減少壓煤量，特別是少壓初期采區(qū)高級別儲量。

（7）工業(yè)場地及井口位置設(shè)計(jì)應(yīng)使井底車場及硐室處于相對堅(jiān)硬穩(wěn)定的巖層中。

2.2 井口及工業(yè)場地位置方案

由于本礦井可采煤層多，煤層間距大，煤層埋深變化大，礦井采用多水平開拓方式，根據(jù)煤層分組情況共劃分三個(gè)水平，分別為+600m、+300m、+0m。本次設(shè)計(jì)對井口及工業(yè)場地位置提出五個(gè)方案，見圖3。

（1）方案1（西北部主、副斜井方案）

工業(yè)場地位于井田西北部位置，靠近9號勘探線，地形相對平坦，初期在工業(yè)場地內(nèi)布置主、副斜井各一條，地面標(biāo)高在+1000～+1015m之間，主、副斜井井口標(biāo)高+1010.0m；在南部的ZK1105鉆孔東側(cè)布置一個(gè)回風(fēng)立井，地形標(biāo)高在+930～+934m之間，風(fēng)井井口標(biāo)高+933.0m。

主斜井井筒負(fù)責(zé)整個(gè)礦井的煤流運(yùn)輸和人員上下井，初期掘至第一水平，后期二、三水平采用膠帶機(jī)搭接延深的方式。

副斜井掘至第一水平，承擔(dān)礦井一水平的設(shè)備、材料等輔助運(yùn)輸任務(wù)；后期開采二、三水平時(shí)，在風(fēng)井場地布置一個(gè)副立井，副井直徑7.5m，井筒設(shè)+500m、+300m兩個(gè)馬頭門。

回風(fēng)立井主要承擔(dān)礦井回風(fēng)任務(wù)，設(shè)+600m、+300m兩個(gè)水平， +0m水平通過下山與+300m水平聯(lián)系。

井筒見煤后，分煤組布置南北向的傾斜大巷。

后期開采東北部區(qū)域時(shí)，沿煤層B11煤層底板布置膠帶機(jī)、軌道兩條石門至8號勘探線附近，見煤后，再分煤組布置采區(qū)巷道。

后期在井田東北部布置一個(gè)回風(fēng)立井，實(shí)現(xiàn)礦井的分區(qū)通風(fēng)。

圖3 井口及工業(yè)場地方案平面圖

（2）方案2（中西部主斜+副立井方案）

工業(yè)場地位于井田中西部，初期采用主斜井+副立井的方案，即在方案1的基礎(chǔ)上，取消初期副斜井，在風(fēng)井一側(cè)直接布置一個(gè)副立井，井口標(biāo)高+933m。

副井初期掘至第一水平+600m，留有向下水平延深的條件。

井田水平設(shè)置及巷道布置等均與方案1基本相同。

（3）方案3（西南部主、副反斜井方案）

工業(yè)場地位于井田西南部、F1斷層以北的位置，地形平坦、開闊，地勢相對較低，地面標(biāo)高在+906m左右。

初期在工業(yè)場地內(nèi)分別布置一條主、副斜井，主、副斜井井口標(biāo)高+907m，初期均掘至+600m水平。

風(fēng)井位置、井田水平設(shè)置及巷道布置等均與方案1基本相同。

（4）方案4（西北部主、副、回風(fēng)斜井方案）

工業(yè)場地位置基本同方案1，其中主斜井及副斜井同方案1，初期不設(shè)回風(fēng)立井，在ZK1109鉆孔東北500m左右設(shè)回風(fēng)斜井場地，場地內(nèi)布置兩條回風(fēng)斜井，井口標(biāo)高+990m，回風(fēng)斜井1掘至+840m與回風(fēng)斜井2貫通后，通過石門揭露B132煤層后沿B132煤層布置回風(fēng)大巷至+600m水平車場，回風(fēng)斜井2掘至+770m與膠帶大巷、軌道大巷貫通，井下巷道布置同方案1。

（5）方案5（中西部立井方案）

工業(yè)場地位置基本同方案2，場地內(nèi)布置主、副、風(fēng)三個(gè)立井，即在方案2的基礎(chǔ)上，取消初期主斜井，在井田中西部場地內(nèi)、副井南側(cè)布置一個(gè)主立井，井口標(biāo)高+933m。

主井初期掘至第一水平+600m，留有向下水平延深的條件。

井田水平設(shè)置及巷道布置等均與方案1基本相同。

2.3 井口及工業(yè)場地位置方案比較

五個(gè)井口及工業(yè)場地方案的共同優(yōu)點(diǎn)是初期采區(qū)開采條件好，有利于穩(wěn)產(chǎn)，但為保證井口及工業(yè)場地設(shè)計(jì)最優(yōu)化，需要對各方案進(jìn)行系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較。

方案1的優(yōu)點(diǎn)是工業(yè)場地壓煤量最小；達(dá)產(chǎn)時(shí)井巷工程量小、工期較短；工業(yè)場地地面開闊、平坦，距北部規(guī)劃的外部設(shè)施較近。但是在開采二、三水平需要增加副立井，總體投資較大。

方案2的優(yōu)點(diǎn)是副井采用立井，提升運(yùn)輸和通風(fēng)能力大，且立井到底后可迅速形成永久通風(fēng)系統(tǒng)和排水系統(tǒng)，總體建井工期相對較短、達(dá)產(chǎn)快。但是副井采用立井，井筒投資大；開采二、三水平時(shí)，需要延深副立井，影響礦井的正常生產(chǎn)；且距外部設(shè)施較遠(yuǎn)，建設(shè)投資大。

方案3的優(yōu)點(diǎn)是井筒工程量省，投資低，且建井工期相對較短，達(dá)產(chǎn)快。但開采二、三水平時(shí)同樣需要增加副立井，總體投資大；工業(yè)場地位于深部煤層賦存區(qū)內(nèi)，壓煤量大；距外部設(shè)施較遠(yuǎn)，建設(shè)投資大；同時(shí)斜井井筒需要穿過古近系，根據(jù)相鄰礦井的施工經(jīng)驗(yàn)，施工存在較大的風(fēng)險(xiǎn)。

方案4的優(yōu)點(diǎn)是回風(fēng)斜井到底貫通后可提前安排永久通風(fēng)系統(tǒng)安裝，永久排水系統(tǒng)形成后即可進(jìn)入三類工程施工，建井工期較短，投產(chǎn)快。但是風(fēng)井采用斜井，通風(fēng)阻力大，通風(fēng)能力低，且井筒服務(wù)年限短；通風(fēng)、排水、壓風(fēng)、防火灌漿線路均較長；礦井投產(chǎn)7年后為開采下水平需建回風(fēng)立井及風(fēng)井場地內(nèi)的通風(fēng)機(jī)房、壓風(fēng)機(jī)房、制氮車間、防火灌漿站及水處理間等設(shè)施，與方案I相比總體建設(shè)投資增加7200萬。

方案5的優(yōu)點(diǎn)是井筒全部采用立井，建井工期短，達(dá)產(chǎn)快，井筒到底出工業(yè)廣場保護(hù)煤柱就可布置回采工作面；副井采用立井，提升運(yùn)輸和通風(fēng)能力大；主井采用立井，后期水平延深相對簡單；三個(gè)井筒均位于一個(gè)工業(yè)場地內(nèi)，便于管理。但是主、副井采用立井，井筒投資大；開采二、三水平時(shí)，需要延深主、副立井，影響礦井的生產(chǎn)；三個(gè)井筒合建在一個(gè)工業(yè)場地內(nèi)，壓煤量大；距外部設(shè)施較遠(yuǎn)，建設(shè)投資大。

通過比較可以看出，方案2和方案5中副（主）立井延深時(shí)將會影響礦井的正常生產(chǎn)，方案3中井筒需要穿過古近系砂巖含水層，存在較大的風(fēng)險(xiǎn)，而方案4總體投資較高，且投產(chǎn)后即需安排副立井和回風(fēng)立井的施工，管理較為復(fù)雜。方案1雖然相對方案2增加一條副斜井，但可以保證礦井后期的正常生產(chǎn)，因此方案1是經(jīng)濟(jì)技術(shù)最為合理的方案。

3 結(jié)語

陶和礦井位于新疆和什托洛蓋礦區(qū)，合理的井口及工業(yè)場地位置將有利于節(jié)省礦井建設(shè)投資，降低礦井生產(chǎn)運(yùn)營費(fèi)用，本次設(shè)計(jì)首先分析了井口及工業(yè)場地位置選擇的因素，并提出五個(gè)可行方案，在經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析的基礎(chǔ)上合理確定了中西部井口與工業(yè)場地位置，為下一步類似條件礦井的設(shè)計(jì)建設(shè)提供借鑒依據(jù)。