龍王溝礦副井筒開拓方式的選擇

劉成勇

(中煤西安設(shè)計工程有限責任公司，陜西西安710054)

1 龍王溝井田概況

龍王溝井田位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市以東120km處，準格爾煤田中北部。龍王溝礦井設(shè)計生產(chǎn)能力10.0Mt/a。井田內(nèi)大部被第四系黃土和風積沙所覆蓋，只有局部的梁頂或沖溝中才有基巖出露。根據(jù)地表出露及鉆孔揭露，本井田地層層序自下而上為:奧陶系中統(tǒng)馬家溝組(O2m)、石炭系上統(tǒng)太原組 (C2t)、二迭系下統(tǒng)山西組 (P1s)、下石盒子組(P1x)、上統(tǒng)上石盒子組 (P2s)、石千峰組 (P2sh)、三疊系下統(tǒng)劉家溝組 (T1l)、第三系上新統(tǒng)(N2)、第四系(Q)。

井田含煤地層沿走向、傾向變化不大，大斷裂不發(fā)育，有陷落柱存在，無巖漿巖侵入，構(gòu)造復雜程度屬于中等類型，水文地質(zhì)條件屬于復雜型，勘查類型劃屬于第二類二型。井田可采煤層5層，主要可采煤層為6號煤層，可采厚度4.00～30.10m，平均 18.42m，全區(qū)可采，埋藏深度 75.62～646.50m，平均354.82 m。

2 工業(yè)場地及井口位置選擇

根據(jù)工業(yè)場地及井口位置選擇確定的原則，經(jīng)多方案篩選，工業(yè)場地選在藺家圪卜場地、東坪社場地、潘家圪塄場地三者之間。但綜合各場地地形地貌、地面總平面布置、征用土地難易程度、地面建 (構(gòu))筑物影響及搬遷難易度、投資、礦井開拓方式、井下開拓布局、首采盤區(qū)位置等各因素，并進行綜合技術(shù)、經(jīng)濟比較分析后，確定藺家圪卜場地為礦井的工業(yè)場地。該場地位于井田中南部，藺家圪卜東側(cè)山梁臺地，南臨109國道，地形較為開闊，自然標高+1175～+1236m，場地處主采煤層6煤埋深約370m。

3 井田開拓方案

結(jié)合周邊礦井建井經(jīng)驗，對礦井開拓方案進行綜合分析，主井采用斜井 (傾角16°)開拓，風井采用立井 (凈直徑7.5m)是最合理的。副井主要承擔人員、物料的提升任務(wù)，采用斜井和立井開拓存在一定可比性。副井筒開拓方式主要有3種方案:方案一，緩坡斜井(5.5°或6°)開拓;方案二，斜井 (22°)開拓;方案三，立井開拓。本文內(nèi)容主要是通過優(yōu)化選擇，確定副井筒開拓方式。

3.1 緩坡斜井 (5.5°或6°)開拓方案

《煤礦井下輔助運輸設(shè)計規(guī)范》規(guī)定:無軌膠輪車運行的傾斜巷道傾角不宜大于6°。根據(jù)調(diào)研和國內(nèi)類似條件長距離緩坡斜井資料，副斜井坡度在5.5°以下更有利于無軌運輸車輛的運行。從井巷工程量考慮，井筒角度增大到6°，井巷工程量減少270m。從運營成本考慮，副井傾角越大無軌膠輪車運行越吃力，油耗、損耗越大，運營成本越高，礦井最大件 (支架)重量達62t，坡度較小將更加有利于降低礦井的運營成本，因此，5.5°緩坡斜井較為合理。

3.1.1 礦建工程

副井位于主副井場地內(nèi)，采用5.5°緩坡斜井。井口標高+1210.7m，落底標高約為+845m(至 6上煤大巷口)，井筒總長度約為3920m。井筒采用半圓拱斷面，凈寬6.0m，凈斷面積為24.9m2，其中表土段約為600m，支護方式為鋼筋混凝土砌碹，支護厚度450mm，掘進斷面積為36.6m2;基巖段長度約為3320m，支護方式采用錨噴支護，支護厚度150mm，掘進斷面積為28.8m2。

3.1.2 輔助運輸系統(tǒng)

礦井輔助運輸采用防爆低污染柴油機無軌膠輪車從地面至井下直達連續(xù)運輸系統(tǒng)。礦井投產(chǎn)時，副斜井井口至工作面最遠運距約為7.8km。井下材料運輸按照每輛車每班平均工作2.5h計算，人員1次運達工作面考慮，為滿足礦井輔助運輸需要，礦井投產(chǎn)時共需各型無軌膠輪車輛共計58輛。礦井投產(chǎn)后，隨著開拓距離的延伸，可適時調(diào)整車輛配置。無軌膠輪車運行副斜井井口至工作面的工作地點柴油消耗量為1240L/班，4340L/d。

3.2 斜井 (22°)開拓方案

地面及井筒采用有軌運輸，井下 (除井底車場)均采用無軌輔助運輸。副井位于主副井場地內(nèi)，采用22°斜井，井筒內(nèi)鋪設(shè)900mm軌距雙軌，井下設(shè)換裝硐室。

3.2.1 礦建工程

井口標高+1210.7m，落底標高約為+845m (至6煤)，井筒總長度約為980m。其中表土段約為135m，基巖段長度約為845m，斷面形式、支護方式、支護厚度、斷面積均與方案一相同。井筒內(nèi)鋪設(shè)雙軌，軌距為900mm，地面布置提升機房，井筒內(nèi)利用絞車牽引礦車、人車，完成材料、設(shè)備及人員的運輸。為便于副斜井高效、有序運行，地面布置窄軌系統(tǒng)，井下布置井底車場來完成調(diào)度、協(xié)調(diào)工作。

本方案井筒傾角達到22°，不適于無軌膠輪車運行，只能采用絞車提升，而井下為無軌膠輪車運輸，為銜接兩種輔助運輸方式，井底車場設(shè)置換裝、組裝硐室，大型、重型設(shè)備 (支架62t)可由組裝硐室拆解或組裝，通過換裝硐室實現(xiàn)井筒內(nèi)有軌運輸系統(tǒng)與井下無軌運輸系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。為便于人員輸送，井下設(shè)置人車庫及等候硐室，避免了材料、設(shè)備與人員輸送的參雜交錯，提高了礦井人員運輸?shù)陌踩?，為礦井安全生產(chǎn)提供了可靠保障。

3.2.2 土建工程

增加的主要建筑物為副斜井提升機房及配電間聯(lián)合建筑。該建筑平面尺寸為20m×27.5m，提升機房內(nèi)設(shè)起重量G=100t橋式起重機，軌面標高8.50m，屋面高13.5m，為鋼筋混凝土框排架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)，絞車基礎(chǔ)為鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)。提升機房屋面采用鋼網(wǎng)架，屋面保溫材料為100mm厚玻璃絲棉夾芯板，屋面板為保溫壓型鋼板，圍護墻為240mm非承重空心磚。

3.2.3 井筒提升設(shè)備

提升機選用2JK－5/30E型雙卷筒礦井提升機1臺，電動機和鋼絲繩均為配套產(chǎn)品;井下提升最大件為液壓支架，重量達62t，目前提升設(shè)備無法滿足整架下井，需拆解后下井，在井下組裝，增加一個拆解并組裝環(huán)節(jié);所選用的鋼絲繩直徑較大(52mm，11kg/m)，在實際應(yīng)用中，摘掛鉤比較困難，根據(jù)計算，最大班設(shè)計作業(yè)時間為5.71h，時間過長。

3.2.4 輔助運輸

礦井井下輔助運輸采用無軌膠輪車運輸系統(tǒng)。下井人員乘坐斜井人車到達井底后，換乘無軌膠輪人車到達各工作地點。為滿足礦井輔助運輸需要，礦井投產(chǎn)時共需各種型號無軌膠輪車輛計53輛。礦井投產(chǎn)后，隨著開拓距離的延伸，可適時調(diào)整車輛配置。無軌膠輪車運行副斜井井底至工作面的工作地點柴油消耗量為410L/班，1435L/d，副斜井電耗為260kW·h/班。

3.2.5 供配電系統(tǒng)

副斜井提升機選用1臺2JK－5×2.3提升機，驅(qū)動方式采用10kV變頻，配1000kW變頻電動機1臺，提升速度3.51m/s，轉(zhuǎn)速428r/min。副斜井提升機用電負荷等級為二級。另外配置一套ZDB型PLC斜井提升信號系統(tǒng)。

3.3 立井開拓方案

副井位于主副井場地內(nèi)，采用立井開拓。

3.3.1 礦建工程

井筒凈直徑為10.0m，井口標高+1210.7m，落底至6煤，標高+845m。井筒總長度為396m，其中表土段長度約為60m，采用鋼筋混凝土砌碹支護，支護厚度為700mm，井筒凈斷面積為70.9m2，掘進斷面積93.3m2;基巖段長度約為340m，采用混凝土砌碹支護，支護厚度為700mm。井筒底部設(shè)置井底車場，車場巷道長度715m;車場與大巷由集中輔助運輸大巷銜接，長度872m。

3.3.2 土建工程

新增主要建筑為副立井井塔，井塔平面尺寸為24m×25m，高度63m。井塔采用鋼筋混凝土箱框結(jié)構(gòu)，內(nèi)框架柱采用疊合柱?；A(chǔ)采用鋼筋混凝土灌注樁，樓面均為鋼筋混凝土現(xiàn)澆板，屋面結(jié)構(gòu)采用預制板+鋼網(wǎng)架，圍護墻為240mm非承重空心磚。

3.3.3 井筒提升設(shè)備

副立井提升設(shè)備由特大罐籠+平衡錘提升系統(tǒng)和交通罐+平衡錘提升系統(tǒng)組成。液壓支架重量62t/架，考慮支架不拆卸直接下井。

3.3.4 輔助運輸

礦井井下輔助運輸采用無軌膠輪車運輸系統(tǒng)。下井人員乘坐副立井罐籠到達井底后，換乘無軌膠輪人車到達各工作地點。為滿足礦井輔助運輸需要，礦井投產(chǎn)時共需各種型號無軌膠輪車輛計53輛。礦井投產(chǎn)后，隨著開拓距離的延伸，可適時調(diào)整車輛配置。無軌膠輪車運行副立井井底至工作面的工作地點柴油消耗量為410L/班，1435L/d，副立井電耗為778kW.h/班。

3.3.5 供配電系統(tǒng)

副立井提升機采用井塔式布置，設(shè)置2套提升系統(tǒng)，分別為特大罐籠+平衡錘提升系統(tǒng)和交通罐+平衡錘提升系統(tǒng)。副立井提升機用電負荷等級為一級。另外配置電力拖動方案及控制系統(tǒng) (特大罐籠+交通罐提升機電控系統(tǒng))和提升信號、操車電控綜合控制系統(tǒng)。

4 開拓方式的分析與選擇

龍王溝井田煤層較多，可采煤層間距較小，考慮主采6號煤層埋深較淺的特點，副井適宜采用緩坡斜井 (傾角5.5°)，凈寬度6m開拓，主要原因為:

(1)參考鄰近礦井無軌膠輪車輔助運輸實際經(jīng)驗，采用5.5°緩坡斜井才能最大限度發(fā)揮“一條龍”輔助運輸?shù)膬?yōu)越性，生產(chǎn)時運輸使用方便［6－9］。

(2)雖然5.5°緩坡斜井井筒全長3920m，井筒偏長，工期長，但建井期間由風井和主斜井擔負臨時提升，不耽誤整個礦井建井工期，井筒中間適當位置也可增加施工措施巷，與主井聯(lián)通后，增加掘進工作面，從而加快副井施工工期。

(3)若采用斜井 (22°)開拓，利用絞車串車軌道提升，則井下采用無軌膠輪車運輸兩者換裝較困難，輔助提升效率低。礦井開采6號煤液壓支架拆解后最大件加平板車共重62t以上，單繩絞車提升存在很大的安全隱患。

(4)如采用立井提升，副井井筒凈直徑10.0m，需裝備1個非標特大罐籠+1個平衡錘和1個交通罐+1個平衡錘2套提升系統(tǒng)，雖然無軌膠輪車可以直接進入罐籠，運輸方便，通風能力大，但立井地面設(shè)井塔提升，特大罐提升絞車需要采用進口設(shè)備，操作系統(tǒng)復雜，后期維修費用大。

因此，從輔助提升連續(xù)、高效，施工工藝簡單，井筒裝備簡捷，后期維護簡單，生產(chǎn)期間井下輔助運輸采用無軌膠輪車等多方面考慮，并結(jié)合本地區(qū)建井的經(jīng)驗，副井采用緩坡斜井 (5.5°)開拓更為經(jīng)濟合理。

5 結(jié)束語

礦井開拓方式的設(shè)計，應(yīng)該從實際出發(fā)，結(jié)合當?shù)氐某晒?jīng)驗，綜合考慮相關(guān)的各種復雜因素，對礦井開拓方式進行分析與優(yōu)化選擇。并盡可能地采用國內(nèi)外最先進的技術(shù)和經(jīng)驗，從而使礦井施工、安全生產(chǎn)、后期運營都處于最佳狀態(tài)。

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