建新煤礦新增副斜井場(chǎng)址方案及平面布置比選

高智偉，高 潔

(中煤西安設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，陜西西安 710054)

0 引言

輔助提升系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)的補(bǔ)給線，輔助提升系統(tǒng)的提升能力、機(jī)械化程度、提升效率和安全可靠性直接關(guān)乎到煤礦企業(yè)生產(chǎn)工藝和經(jīng)濟(jì)效益，是礦井設(shè)計(jì)特別關(guān)注的重要系統(tǒng)。常見(jiàn)的輔助提升有立井絞車(chē)提升、斜井絞車(chē)提升和緩坡斜井無(wú)軌膠輪車(chē)提升。由于緩坡斜井無(wú)軌膠輪車(chē)提升效率高、運(yùn)輸方便、設(shè)備簡(jiǎn)單，是淺埋深煤礦的首選提升方式。為提升建新煤礦的輔助提升能力、提高輔助運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行效率及保證下井人員安全，設(shè)計(jì)新增一條傾角5°～6°的副斜井。

1 政策要求

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第384條“新建、擴(kuò)建礦井嚴(yán)禁采用普通軌斜井人車(chē)運(yùn)輸”的規(guī)定，礦井現(xiàn)采用4輛XRB-15-9/6型斜井人車(chē)進(jìn)行人員運(yùn)送，違背了本條規(guī)定。根據(jù)國(guó)家安全監(jiān)管總局《關(guān)于淘汰落后安全技術(shù)工藝、設(shè)備目錄的通知》的文件要求，建新煤礦現(xiàn)使用的普通軌斜井人車(chē)5年后禁止使用(自2022年元月1日禁止使用)。因此從政策和安全角度出發(fā)，為了符合國(guó)家政策以及保障人員安全下井，需要開(kāi)鑿新的副斜井、設(shè)置相應(yīng)的副井場(chǎng)地。

2 礦井自然條件

建新礦井位于陜西省延安市黃陵礦區(qū)建莊區(qū)的南部，地處延安市黃陵縣腰坪鄉(xiāng)境內(nèi)，行政區(qū)劃隸屬腰坪鄉(xiāng)管轄。礦井于2008年3月開(kāi)工建設(shè)，2011年9月底主要生產(chǎn)系統(tǒng)基本建成。2012通過(guò)竣工驗(yàn)收，礦井正式投入生產(chǎn)，生產(chǎn)能力為1．50 Mt/a。2014 年核定本礦井生產(chǎn)能力為 4．00 Mt/a［1］，并獲得批準(zhǔn)。

井田地處陜北黃土高原南部的低中山丘陵地帶，區(qū)內(nèi)地形復(fù)雜，山巒起伏，屬侵蝕構(gòu)造地形，表現(xiàn)為壯年期侵蝕、堆積的山間河谷地貌特征。

本區(qū)屬暖溫帶大陸性半干旱氣候，四季分明，年平均氣溫9．3℃，最高氣溫34．4℃，最低氣溫－19℃，1月平均氣溫－5℃，7月平均氣溫22．5℃。無(wú)霜期184天，冰凍期為當(dāng)年11月至次年3月，最大凍土深度650 mm。本區(qū)風(fēng)向多為西北風(fēng)，最大風(fēng)速25 m/s，曹河和南川河川道內(nèi)主導(dǎo)風(fēng)向多為西南風(fēng)。

根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306－2015)，本區(qū)的基本地震烈度為6度。

3 副斜井場(chǎng)址方案

3．1 井筒方案

為提升礦井的輔助提升能力、提高輔助運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行效率及保證下井人員安全，設(shè)計(jì)新增一條傾角5°～6°的副斜井，新增副斜井建成后，原副斜井改造成為進(jìn)風(fēng)斜井，原主斜井及回風(fēng)立井功能不變，人員可從地面乘坐無(wú)軌膠輪車(chē)直達(dá)井下工作地點(diǎn)，材料也可減少中間換裝環(huán)節(jié)，在提高了礦井工作效率的同時(shí)不影響原有生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行。

設(shè)計(jì)根據(jù)本礦井具體條件，提出兩個(gè)新增副斜井井筒方案。

方案一:新增副斜井井口坐標(biāo)為 X=3 917 885.000 m、Y=36 583 050．000，井口標(biāo)高 +1 252．00 m，落底標(biāo)高 +840．00 m，井筒長(zhǎng)度 4 101 m，垂深442.0 m，傾角6°，最大1 000 m設(shè)置一段30 m長(zhǎng)的緩沖平段，平段坡度3‰，井筒凈寬5．6 m，凈斷面積21.3 m2，采用無(wú)軌膠輪車(chē)從地面至井下直達(dá)運(yùn)輸，井筒落底后與原一號(hào)回風(fēng)立井回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷相連，承擔(dān)礦井的輔助運(yùn)輸、進(jìn)風(fēng)、安全出口任務(wù)。

方案二:新增副斜井井口坐標(biāo)為 X=3 917 890．000 m、Y=36 583 154．000 m，井口標(biāo)高+1 248．90 m，落底標(biāo)高 +840．00 m，井筒長(zhǎng)度4 912 m，垂深408．9 m，傾角 5°30'，最大 800 m 設(shè)置一段50 m長(zhǎng)的緩沖平段，坡度5‰，每400 m設(shè)會(huì)讓硐室，井筒凈寬 5．6 m，凈斷面積 21．3 m2，采用無(wú)軌膠輪車(chē)從地面至井下直達(dá)運(yùn)輸，井筒落底后與原一號(hào)回風(fēng)立井回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷相連，承擔(dān)礦井的輔助運(yùn)輸、進(jìn)風(fēng)、安全出口任務(wù)。

井筒方案比較:兩方案井筒凈寬相同，均為5．6 m，凈斷面積均為21．3 m2，但方案二比方案一井筒長(zhǎng)度多811 m，井筒投資方案二大于方案一;施工周期方案二大于方案一。

3．2 新增副斜井場(chǎng)地

本次設(shè)計(jì)為滿足建新煤礦安全生產(chǎn)需要及提高礦井輔助提升能力的需要，新增副斜井。由于本礦井為生產(chǎn)煤礦，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)既有地面設(shè)施和建設(shè)用地現(xiàn)狀，以及井下開(kāi)拓與井筒方案綜合比選。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查對(duì)緊鄰既有礦井工業(yè)場(chǎng)地北側(cè)(第三儲(chǔ)煤場(chǎng)場(chǎng)地)和緊鄰既有副斜井西側(cè)(材料堆場(chǎng)場(chǎng)地)，兩個(gè)新增副斜井場(chǎng)地場(chǎng)址進(jìn)行詳細(xì)比選。礦井工業(yè)場(chǎng)地現(xiàn)狀如圖1所示，兩個(gè)場(chǎng)址方案如圖2所示。

圖1 礦井工業(yè)場(chǎng)地現(xiàn)狀

圖2 兩個(gè)場(chǎng)址方案

場(chǎng)址選擇原則:①地形相對(duì)開(kāi)闊、平坦，便于場(chǎng)地布置，對(duì)既有設(shè)施影響小，不影響生產(chǎn);②靠近既有工業(yè)場(chǎng)地，對(duì)外交通聯(lián)絡(luò)方便，熱源、水源、電源較近;③有利于礦井井下開(kāi)拓布局;④盡量遠(yuǎn)離居民區(qū)，減少對(duì)居民的影響，征地方便［2］。

廠址方案:廠址一為礦井工業(yè)場(chǎng)地北側(cè)(第三儲(chǔ)煤場(chǎng)場(chǎng)地)，廠址二為既有副斜井西側(cè)(材料堆場(chǎng)場(chǎng)地)。

廠址一優(yōu)點(diǎn):①場(chǎng)地相對(duì)開(kāi)闊，為既有建設(shè)用地，能滿足建設(shè)要求;②場(chǎng)地范圍沒(méi)有村莊和礦井既有地面設(shè)施，對(duì)礦井生產(chǎn)無(wú)影響。

廠址一缺點(diǎn):距既有工業(yè)場(chǎng)地設(shè)施相對(duì)較遠(yuǎn)，且需增設(shè)防洪設(shè)施。

廠址二優(yōu)點(diǎn):距既有工業(yè)場(chǎng)地設(shè)施相對(duì)較近，供水、供暖、交通較為方便。

廠址二缺點(diǎn):①利用既有副井場(chǎng)地材料堆場(chǎng)，對(duì)礦井既有地面設(shè)施和生產(chǎn)略有影響;②場(chǎng)址周邊很多礦井地面設(shè)施，建設(shè)用地相對(duì)緊張。

3．3 副斜井場(chǎng)址平面布置比選

場(chǎng)址一場(chǎng)地平面布置:新建副斜井場(chǎng)地位于北距既有礦井工業(yè)場(chǎng)地150 m的原第三儲(chǔ)煤場(chǎng)場(chǎng)地，該場(chǎng)地為既有建設(shè)用地改造，無(wú)新增用地。附近無(wú)村莊，無(wú)不良工程地質(zhì)。平面布置結(jié)合既有建筑的使用情況，本著安全生產(chǎn)和節(jié)約用地的原則，對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行了整體的改造和更新。場(chǎng)內(nèi)新增設(shè)施有新增副斜井及井口房、膠輪車(chē)庫(kù)、空氣加熱室，均靠場(chǎng)地北側(cè)既有邊坡下，并留有安全距離后，按“一”字排開(kāi)布置。人行走廊沿北側(cè)既有邊坡下順接至礦井工業(yè)場(chǎng)地既有浴室燈房。場(chǎng)地南側(cè)為場(chǎng)內(nèi)道路、專(zhuān)用場(chǎng)地和設(shè)計(jì)防洪溝。場(chǎng)址一新增副斜井場(chǎng)地總平面布置圖如圖3所示。

圖3 場(chǎng)址一新增副斜井場(chǎng)地總平面布置圖

廠址一工業(yè)場(chǎng)地豎向設(shè)計(jì)采用平坡式布置，連續(xù)式平整方式［3］。該場(chǎng)地為礦井第三儲(chǔ)煤場(chǎng)場(chǎng)地，原始地形為一個(gè)小沖溝，現(xiàn)場(chǎng)地已經(jīng)初步平整。場(chǎng)地最高處為西北角，標(biāo)高為1 252．50 m;最低處為場(chǎng)地東南角，標(biāo)高為1 250．80 m。新增副斜井標(biāo)高1 252．00 m。場(chǎng)地的土方工程總量為:挖方，1 000 m3;填方，1 800 m3。填挖基本平衡，不足土方由井筒掘進(jìn)物補(bǔ)足。場(chǎng)地西側(cè)既有邊坡與設(shè)計(jì)防洪溝邊坡順接。場(chǎng)內(nèi)雨水主要采用道路和自然散流相結(jié)合的方式，最終通過(guò)西南角的排水溝匯入排洪溝后，排出場(chǎng)外。

場(chǎng)區(qū)地面主要采用道路運(yùn)輸，場(chǎng)區(qū)設(shè)有一個(gè)出入口且為該場(chǎng)地既有出入口，與東側(cè)既有公路相接。場(chǎng)內(nèi)道路沿圍墻內(nèi)成環(huán)形布置，可直達(dá)各車(chē)間，同時(shí)滿足生產(chǎn)和消防的要求。場(chǎng)內(nèi)道路路面的寬度為4.50 m的城市型道路，長(zhǎng)度268．00 m。其結(jié)構(gòu)為22 cm厚混凝土面層，25 cm厚的水泥穩(wěn)定砂礫基層，轉(zhuǎn)彎半徑均為9．00 m。場(chǎng)內(nèi)專(zhuān)用場(chǎng)地1 950.00 m2，主要用副斜井井口材料上下井和生產(chǎn)調(diào)度之用，結(jié)構(gòu)同場(chǎng)內(nèi)道路一致。

場(chǎng)址二場(chǎng)地平面布置:新建副斜井場(chǎng)地位于緊鄰既有副斜井西側(cè)(材料堆場(chǎng)場(chǎng)地)，該場(chǎng)地為既有建設(shè)用地改造，無(wú)新增用地。附近無(wú)村莊，無(wú)不良工程地質(zhì)［4］。平面布置結(jié)合既有建筑的使用情況，本著安全生產(chǎn)和節(jié)約用地的原則，對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行了整體的改造和更新。場(chǎng)內(nèi)新增設(shè)施有新增副斜井及井口房、空氣加熱室，均處于場(chǎng)地西北側(cè)既有邊坡下，并留有安全距離后，按“一”字排開(kāi)布置。人行走廊沿西北側(cè)既有邊坡下順接至礦井工業(yè)場(chǎng)地既有浴室燈房。場(chǎng)地東側(cè)為場(chǎng)內(nèi)道路、專(zhuān)用場(chǎng)地。場(chǎng)址二新增副斜井場(chǎng)地總平面布置如圖4所示。

圖4 場(chǎng)址二新增副斜井場(chǎng)地總平面布置圖

廠址二工業(yè)場(chǎng)地豎向設(shè)計(jì)采用平坡式布置，連續(xù)式平整方式［5］。該場(chǎng)地為礦井既有副斜井西側(cè)的材料堆場(chǎng)場(chǎng)地，現(xiàn)場(chǎng)地已經(jīng)平整。豎向布置與原設(shè)計(jì)和既有現(xiàn)狀保持一致。場(chǎng)地最高處為西南角，標(biāo)高為1 249．00 m;最低處為場(chǎng)地東北角，標(biāo)高為1 248．00 m。新增副斜井標(biāo)高1 248．90 m。場(chǎng)地的土方工程總量為:挖方，280 m3;填方，270 m3;填挖基本平衡。場(chǎng)內(nèi)雨水主要采用道路和自然散流相結(jié)合的方式，最終通過(guò)場(chǎng)地西側(cè)的既有場(chǎng)內(nèi)道路邊溝排出場(chǎng)外，匯入南川河。

場(chǎng)區(qū)地面主要采用道路運(yùn)輸，場(chǎng)區(qū)東側(cè)和南側(cè)設(shè)有兩個(gè)出入口，南側(cè)出入口通過(guò)專(zhuān)用場(chǎng)地直接連接既有場(chǎng)內(nèi)道路。東側(cè)出入口通過(guò)新增場(chǎng)內(nèi)道路向東與既有場(chǎng)內(nèi)道路相接，可直達(dá)各車(chē)間，同時(shí)滿足生產(chǎn)和消防的要求。場(chǎng)內(nèi)道路路面寬度為9．00 m的城市型道路，長(zhǎng)度為51．00 m。其結(jié)構(gòu)為25 cm厚混凝土面層，30 cm厚的水泥穩(wěn)定砂礫基層，轉(zhuǎn)彎半徑均為9．00 m。場(chǎng)內(nèi)專(zhuān)用場(chǎng)地1 720．00 m2，主要用副斜井井口材料上下井和生產(chǎn)調(diào)度之用，結(jié)構(gòu)同場(chǎng)內(nèi)道路一致。

4 結(jié)語(yǔ)

從國(guó)家政策、自然環(huán)境、井筒開(kāi)拓布局以及場(chǎng)地平面布置等4個(gè)方面，對(duì)新建副斜井場(chǎng)地兩個(gè)擬建方案，即位于北距既有礦井工業(yè)場(chǎng)地150 m的原第三儲(chǔ)煤場(chǎng)場(chǎng)地的廠址一和該緊鄰既有副斜井西側(cè)(材料堆場(chǎng)場(chǎng)地)的廠址二，進(jìn)行綜合比較，提出了具體的優(yōu)缺點(diǎn)，為項(xiàng)目建設(shè)決策提供支持。