煤與瓦斯突出礦井工業(yè)場地位置及開拓方式的選擇

馬 璐

（山西蘭花科創(chuàng)玉溪煤礦有限責(zé)任公司，山西 晉城 048200）

蘭花集團(tuán)是以煤炭和煤化工生產(chǎn)為主，多種經(jīng)營的大型煤炭企業(yè)。由于現(xiàn)有的生產(chǎn)礦井，大部分面臨著資源枯竭，開采技術(shù)條件復(fù)雜，產(chǎn)量低，人員多，效益差，企業(yè)經(jīng)營困難，包袱沉重。為了盡快擺脫目前困境，結(jié)合當(dāng)前形勢，公司在沁水縣胡底鄉(xiāng)境內(nèi)新建玉溪煤礦，以保證公司的可持續(xù)發(fā)展。因此，玉溪煤礦工業(yè)場地位置選擇及開拓方式設(shè)計(jì)尤為重要。

1 礦井概況

玉溪井田位于山西省南部、樊莊普查區(qū)的東南部，行政區(qū)劃隸屬沁水縣胡底鄉(xiāng)所轄，其地理坐標(biāo)為：東徑：112°36′20″～112°41′00″，北緯 35°42′15″～35°45′00″，井田形狀呈臺階狀，南北寬5.1km，東西長6.78km，面積為26.1572km2。井田地面大部分為中－低山區(qū)，地形總體趨勢北高南低，標(biāo)高+759.1～+1223.1m，相對高差464m。井下煤層為一向西傾斜的單斜構(gòu)造，煤層傾角≤8°。其中初期開采的3號煤層底板標(biāo)高+350～+440m，埋深一般超過450m，平均厚度5.71m。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力2.4Mt/a。由于煤層埋藏較深，井田范圍內(nèi)無小窯開采。根據(jù)《煤礦瓦斯抽采達(dá)標(biāo)暫行規(guī)定》指標(biāo)要求，經(jīng)河南理工大學(xué)鑒定，玉溪煤礦為煤與瓦斯突出礦井。

2 工業(yè)場地位置選擇

玉溪井田地處太行山與中條山結(jié)合部位，井田內(nèi)地形條件較差，地貌大部分為中－低山區(qū)，溝谷及山梁發(fā)育，地形比較復(fù)雜，只有井田南部樊莊河兩岸地勢相對平坦，有條件布置工業(yè)場地。根據(jù)井田內(nèi)地形條件、外部建設(shè)條件、煤層賦存條件，經(jīng)現(xiàn)場踏勘，對工業(yè)場地位置提出兩個方案。

方案一：工業(yè)場地位置選擇在玉溪村東樊莊河北岸的臺地上。場址西為玉溪村，自然地形標(biāo)高+810～+860m，東西長約500m，南北寬約150m，地勢相對平坦。該場地距樊莊站較近，但樊莊站中心標(biāo)高約+910m，與工業(yè)場地平均高差達(dá)80m，接軌困難，受玉溪村的影響，也難以從胡底站接軌。加之場地狹窄，布置礦井和選煤廠場地非常困難，高差大，填挖方工程量大；而所選場地的東、西兩側(cè)又有滑坡危險(xiǎn)。考慮到大采高綜采面設(shè)備重、尺寸大，副井井筒工程量、提升設(shè)備及土建工程投資高等因素。決定將該方案排除。

方案二：工業(yè)場地位置選擇在玉溪村西樊莊河北岸的臺地上。場址東距玉溪村約2km，位于樊莊公社農(nóng)場西側(cè)，自然地形標(biāo)高+730～+820m，東西長約600m，南北寬約350m，地勢相對平坦。場地西距胡底站直線距離約2.5km，胡底站中心標(biāo)高約+800m，基本與工業(yè)場地標(biāo)高相同，有接軌的良好條件。而且場地位于井田內(nèi)地形標(biāo)高最低的西南角，煤層埋深最淺，井筒開拓工程量小，投資少，見效快；工業(yè)場地平整時，填挖方工程量小。設(shè)計(jì)推薦該場地作為工業(yè)場地布置區(qū)域。目前該場地也是玉溪煤礦工業(yè)場地選址位置。

綜上所述，設(shè)計(jì)認(rèn)為工業(yè)場地位置應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦蔚孛?、煤炭外運(yùn)、開拓布置方案進(jìn)行綜合比較確定。工業(yè)場地方案布置圖如圖1所示。

圖1 工業(yè)場地方案布置圖

3 礦井開拓方式比選

3.1 開拓方案

根據(jù)礦井的內(nèi)外部建設(shè)條件、國家對煤炭項(xiàng)目建設(shè)的各項(xiàng)政策和礦區(qū)內(nèi)類似礦井的成功經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本井田煤層賦存狀況、場地位置條件及煤炭運(yùn)輸方式，設(shè)計(jì)對井田開拓方式提出兩個開拓方案進(jìn)行比選。

開拓方案一：斜井開拓，工業(yè)場地選擇方案二。礦井投產(chǎn)時布置主、副斜井和進(jìn)、回風(fēng)立井。工業(yè)場地布置主斜井、副斜井兩個井筒，主斜井內(nèi)裝備B＝1200mm膠帶輸送機(jī)提升煤炭，另外裝備架空乘人器擔(dān)負(fù)礦井人員的上下井任務(wù)。副斜井內(nèi)鋪設(shè)900mm軌距、43kg/m的雙軌，裝備1臺Φ4m雙鉤絞車提升大件及日常材料。在玉溪村北部半山腰布置專用回風(fēng)立井，擔(dān)負(fù)全礦井回風(fēng)任務(wù)。

由于該礦井為煤與瓦斯突出礦井，瓦斯抽采后全礦井需風(fēng)量為320m3/s。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》要求，主、副斜井井筒斷面達(dá)到約30m2，才能滿足礦井風(fēng)量要求；考慮到井筒斷面大，掘進(jìn)速度慢，支護(hù)困難，且通風(fēng)系統(tǒng)富裕能力小，難以適應(yīng)井下瓦斯含量增大的變化，因此在專用回風(fēng)立井附近增加1個進(jìn)風(fēng)立井。這樣可以大大減小主、副斜井?dāng)嗝?，提高掘進(jìn)速度；另一方面，兩個立井貫通后很快形成通風(fēng)系統(tǒng)，安裝臨時提升設(shè)備后可以布置綜掘面掘進(jìn)大巷和工作面順槽，減少工期，提前投產(chǎn)。

根據(jù)井田形狀、煤層產(chǎn)狀、開采技術(shù)和井口位置等具體條件，結(jié)合《煤礦安全規(guī)程》和《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》要求，主要大巷布置在距3號煤層底板下約20m的砂質(zhì)泥巖中，考慮到井下運(yùn)輸、排水等系統(tǒng)運(yùn)行，斜井井筒落地標(biāo)高選擇+320m，布置井底車場與中央大巷及井筒溝通。井筒落底位置基本位于井田南部中央，從井底沿南北方向布置3條大巷（中央輔助運(yùn)輸、中央膠帶輸送機(jī)和中央回風(fēng)大巷）到井田邊界開拓全井田，三條大巷水平間距為40 m，大巷東西兩翼工作面推進(jìn)長度為2200～3000m。為減少大巷和順槽相聯(lián)絡(luò)的揭煤次數(shù)，在3條主要巖石大巷的上方，經(jīng)穿層鉆孔對煤層消突后，在煤層中施工3條盤區(qū)輔助巷，分別為2條盤區(qū)瓦斯抽放巷和1條盤區(qū)回風(fēng)巷。

礦井投產(chǎn)初期采用中央并列式通風(fēng)系統(tǒng)、抽出式通風(fēng)方式。為滿足通風(fēng)及安全出口的需要，后期在北部楊段洼村附近布置1個回風(fēng)立井。該方案井田開拓方式平面圖如圖2。

圖2 開拓方案一平面圖

開拓方案二：立井開拓，根據(jù)近年來國內(nèi)外礦井提升技術(shù)和設(shè)備應(yīng)用的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)考慮將方案一中的副斜井改為副立井，同時主井也由斜井改為立井的開拓方案。在工業(yè)場地東側(cè)增加一回風(fēng)立井，場地內(nèi)共布置主立井、副立井和回風(fēng)立井三個井筒。主立井井口標(biāo)高+790m，裝載水平標(biāo)高+320m，井筒凈直徑Φ6.0m，裝備JKMD－4×4E型落地式多繩摩擦輪提升機(jī)、1對20t箕斗提升煤炭；副立井井口標(biāo)高+795m，井筒凈直徑Φ8.5m，井底車場水平標(biāo)高+320m。對副立井提升設(shè)備的布置，考慮到本井田3號煤層煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)性，而且煤層埋藏深，結(jié)合礦區(qū)相鄰礦井解決瓦斯、通風(fēng)問題的成功經(jīng)驗(yàn)，井下采煤方法為大采高綜采。大采高液壓支架運(yùn)輸尺寸為7790×1650×2800mm，為滿足大件設(shè)備提升的需要，井筒內(nèi)布置1個7000×3500mm的加寬罐籠滿足液壓支架整體升降的需要，提升機(jī)為Φ5.3×4型落地式多繩摩擦輪提升機(jī)。井下利用東西向和南北向的5條大巷（2條中央回風(fēng)大巷、2條中央輔助運(yùn)輸大巷和1條中央膠帶輸送機(jī)大巷）開拓全井田。主副立井井底采用水平環(huán)形式車場，井底車場標(biāo)高+320m；回風(fēng)立井落底標(biāo)高+327m，兩條中央回風(fēng)大巷高出中央輔助運(yùn)輸和膠帶大巷7m。工作面巷道通過聯(lián)絡(luò)巷和溜煤眼等方式與中央大巷連通。

礦井投產(chǎn)初期同樣采用中央并列式通風(fēng)系統(tǒng)、抽出式通風(fēng)方式。后期在北部楊段洼村附近布置1個回風(fēng)立井。該方案井田開拓方式平面圖如圖3。

圖3 開拓方案二平面圖

3.2 開拓方案的確定

1）兩開拓方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。開拓方案一的主要優(yōu)點(diǎn)：①煤炭由皮帶運(yùn)輸提升，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)輸，提升煤炭量大，為后期產(chǎn)能釋放提供了基礎(chǔ)；②巖石巷道工程量少；③充分利用了盤區(qū)煤巷的輔助運(yùn)輸和通風(fēng)，減少了大量聯(lián)絡(luò)巷施工；④減少了礦井施工期間巷道揭煤次數(shù)，降低了突出礦井施工安全風(fēng)險(xiǎn)；⑤前期井下巷道工程量少，投資低，工期短，礦井投產(chǎn)早。開拓方案一的主要缺點(diǎn)：①斜井井筒工程量大；②盤區(qū)輔運(yùn)巷和回風(fēng)巷施工時間長，巷道掘進(jìn)前需要提前瓦斯抽放，瓦斯抽放時間具有不確定性。

開拓方案二的主要優(yōu)點(diǎn)：①煤炭由箕斗提升，電耗較低；②井筒工程量小，地面主、輔助生產(chǎn)系統(tǒng)簡單；開拓方案二的主要缺點(diǎn)：①礦井投產(chǎn)時，巷道總工程量大，投資高，工期長；②立井箕斗提升，擴(kuò)能潛力?。虎勖合锱c中央大巷間的聯(lián)絡(luò)巷較多，揭煤次數(shù)增加，增加了巷道施工的安全風(fēng)險(xiǎn)；④井田內(nèi)瓦斯分布西高東低，井筒在井田中西部揭煤，為礦井施工首次揭煤提高了安全風(fēng)險(xiǎn)。

從上述結(jié)果可以看出，開拓方案一對于礦井的總體布置和規(guī)劃比較合理、可行，巖巷施工總工程量少，工期短，投資見效快；減少了礦井巷道施工期間揭煤次數(shù)，一定程度上降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié) 語

通過綜合分析比較，受場地面積限制，主、副井工業(yè)場地與風(fēng)井井筒分開布置是比較理想的一種設(shè)計(jì)方案。斜井與立井分開布置可以充分利用有限的空間，合理布置主、輔助生產(chǎn)系統(tǒng)，為礦區(qū)日后管理奠定下良好的基礎(chǔ)?？紤]到煤與瓦斯突出礦井的特殊性，結(jié)合有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，將井下開采水平布置在煤層底板下20m，保留足夠的安全間距，同時為了解決生產(chǎn)與安全間的主要矛盾，設(shè)計(jì)巧妙的將盤區(qū)輔助巷布置在煤層中與工作面巷道聯(lián)系，擔(dān)負(fù)起盤區(qū)內(nèi)的輔助運(yùn)輸和通風(fēng)任務(wù)，減少了揭煤次數(shù)，提高了礦井的安全施工系數(shù)。對其他同類突出礦井的設(shè)計(jì)和建設(shè)均具有啟發(fā)和借鑒作用。