高山煤礦工業(yè)場地位置及開拓方式選擇

溫中義，吳 江

(1.永城煤電控股集團(tuán)有限公司，河南 永城 476600；2.貴州能發(fā)高山礦業(yè)有限公司，貴州 黔西 551500)

煤礦井口工業(yè)場地服務(wù)于整個礦井的始終，對煤礦生產(chǎn)具有深遠(yuǎn)影響，選擇不當(dāng)將會對整個礦井造成很大經(jīng)濟(jì)損失。煤礦井口工業(yè)場地位置的選擇，應(yīng)根據(jù)井田內(nèi)地形地貌、地面交通運(yùn)輸及井下煤層賦存狀況，結(jié)合井田開拓方式綜合考慮[1-6]。高山井田位于貴州省畢節(jié)市黔西縣，距縣城以東約25km，行政區(qū)劃隸屬于黔西縣協(xié)和鄉(xiāng)管轄。高山煤礦在工業(yè)場地選擇時，綜合各方面因素提出了三個方案，并進(jìn)行了技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的綜合比選，最終得到了最佳方案[7-9]。目前該礦已建設(shè)成投產(chǎn)，通過對該方案的實(shí)施，取得了良好效果。

1 礦井概況

高山井田平均走向長4.0km，平均傾斜寬2.1km，面積8.22km2。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力60萬t/a。區(qū)內(nèi)地勢相對平緩，屬以巖溶地貌為主的低中山區(qū)，最高點(diǎn)在石板井附近大埡口南，標(biāo)高為+1497m，最低處為水淹壩一帶，標(biāo)高為+1228m。含煤地層呈反向斜坡，長興組地層在南東部形成巨大高差，三疊系地層玉龍山段喀斯特地貌發(fā)育，九級灘段地層多形成獨(dú)立的山峰。區(qū)內(nèi)地表水體不發(fā)育，僅以小溪溝為主。主要地表水體是木垅水庫，以小溪溝水匯聚而成，容量為3×105m3，位于井田西北部的榨革河最低侵蝕面標(biāo)高為+900m。本井田位于楊柳溝背斜北西翼、F1斷層南東盤。地層走向北東，傾向北西，淺部傾角18°～20°，深度傾角逐漸變緩12°左右，整體呈單斜構(gòu)造。區(qū)內(nèi)斷層以正斷層為主，斷層走向?yàn)楸睎|向，與主要褶曲構(gòu)造軸線方向基本一致，且主要分布于井田淺部，對煤層整體賦存破壞性較小。井田地層巖性縱向及橫向變化較大，部分地段構(gòu)造發(fā)育，工程地質(zhì)復(fù)雜程度為中等。井田為裂隙充水礦床，水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度為中等。本區(qū)可采煤層為4、5、9、13號煤層，礦井瓦斯含量較高，按突出礦井設(shè)計(jì)。煤層無自然發(fā)火傾向，煤塵無爆炸危險性。

2 影響井田開拓及工業(yè)場地位置的主要因素

2.1 影響井田開拓的主要因素

1)井田地勢相對較平坦，一般海拔標(biāo)高+1300～+1420m，含煤地層呈反向斜坡，各煤層均出露地表。

2)井田西部有木垅水庫。

3)礦井所產(chǎn)之煤的主要用戶為黔西火電廠，并有黔西至泰來公路從井田中部穿過。

4)各煤層頂?shù)装逡话銥槟鄮r、粉砂質(zhì)泥巖，巖性較差，礦井大巷層位的選擇有一定困難。

5)井田范圍內(nèi)開采深度+1350～+770m，根據(jù)勘探地質(zhì)報告，煤層瓦斯含量多在10.0m3/t以上，最大達(dá)到20.94m3/t。

6)該礦為煤與瓦斯突出礦井，且整個礦井為單斜構(gòu)造，靠近露頭的煤層瓦斯含量低，瓦斯壓力小，煤與瓦斯突出危險性較小，瓦斯治理難度較小，治理周期短；反之礦井深部煤層瓦斯含量高，瓦斯壓力大，煤與瓦斯突出危險性大，瓦斯治理難度大，治理周期長。

2.2 影響井口工業(yè)場地位置的主要因素

2.2.1 可采煤層賦存條件與儲量

根據(jù)貴州省國土資源廳《關(guān)于劃定黔西縣高山煤礦礦區(qū)范圍的批復(fù)》，井田范圍由18個坐標(biāo)點(diǎn)圈定，開采深度+1350～+770m，礦區(qū)面積8.13km2。4號煤層：厚度0.27～2.62m，平均1.36m，變化系數(shù)58%，厚度變化大，2勘探線以東深部不可采。屬大部可采、不穩(wěn)定煤層。5號煤層：厚度0.61～1.58m，平均1.10m，變化系數(shù)21%，厚度變化不大，僅4-1孔不可采。屬基本可采、較穩(wěn)定煤層。9號煤層：厚度0.82～4.45m，平均2.49m，變異系數(shù)32%，厚度變化大，2-3孔最小，向東有逐漸變厚的趨勢。不含夾矸，屬全區(qū)可采、穩(wěn)定煤層。13號煤層：厚度0.89～1.94m，平均1.53m，變異系數(shù)32%，厚度變化不大，西部、淺部變薄。屬全區(qū)可采、較穩(wěn)定煤層。以上各煤層，扣除水庫保護(hù)煤柱的資源后共有地質(zhì)資源量27800kt，經(jīng)計(jì)算礦井工業(yè)儲量為25890kt，可采儲量為19296kt。

2.2.2 地層及地質(zhì)構(gòu)造

礦區(qū)及鄰近區(qū)出露的地層由下至上有：下二疊統(tǒng)茅口組、上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M、長興組、下三疊統(tǒng)夜郎組、茅草鋪組及第四系地層。井田位于楊柳溝背斜北西翼、F1斷層南東盤。地層走向北東，傾向北西，淺部傾角18°～20°，深度傾角逐漸變緩12°左右，整體呈單斜構(gòu)造。F4斷層發(fā)育在含煤地層頂部，在1勘探線以西，至5勘探線以東逐漸消失，斷層落差變化大，斷層傾角60°左右，F(xiàn)3為F4分支斷層，落差20～40m，傾角60°左右，F(xiàn)1為F2區(qū)域大斷裂派生斷層。本區(qū)的斷層對煤有一定的破壞作用。

2.2.3 充水因素

1)大氣降水：大氣降水為區(qū)內(nèi)的主要充水水源。

2)地表水：區(qū)內(nèi)僅有木垅水庫和季節(jié)性溪溝水。

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》明確指出，信息技術(shù)對教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視。綱要在第十九章中明確指出要加快教育信息化進(jìn)程，把教育信息化納入國家信息化發(fā)展整體戰(zhàn)略，超前部署教育信息網(wǎng)絡(luò)。各高校根據(jù)相關(guān)文件不斷提出要繼續(xù)推進(jìn)校園信息化建設(shè)，逐步建成“智慧校園”。

3)老窯積水：調(diào)查老窯21個，多數(shù)積水，主要為頂板滴水或滲水積聚而成，部分外溢。

4) 礦井直接充水含水層：為龍?zhí)督M的裂隙水。

5) 礦井間接充水含水層：為含煤地層上覆的長興組、玉龍山段及下伏的茅口組地層。

6)斷層水：井田內(nèi)斷層一般富水性弱，導(dǎo)水性差，但當(dāng)斷層將上覆玉龍山段及下伏茅口組含水層與開采層的距離拉近時，應(yīng)預(yù)防地下水突破斷層破碎帶涌入井巷。

2.2.4 外部建設(shè)條件

黔西至泰來公路從井田中部穿過，井田中心至貴畢公路鐘山站約18km，距黔西縣36km左右，交通較為便利；在煤層淺部露頭有3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦尚在開采，其開采邊界已劃定，初步認(rèn)定對本井田的開發(fā)無大的干擾和影響；礦井生產(chǎn)的煤炭可主要供黔西縣火電廠，不用考慮鐵路運(yùn)輸；礦井主供電源可取自泰來110kV變電站，備用電源可取自距協(xié)和35kV變電所。

3 礦井井口工業(yè)場地位置及開拓方案選擇

綜合以上各方面因素，經(jīng)廣泛征求意見，初步設(shè)計(jì)了三個礦井井口工業(yè)場地位置及開拓方案[10-15]。

3.1 方案Ⅰ：山背后方案

圖1 山背后方案井田開拓方式(m)

3.2 方案Ⅱ：瓦房寨方案

在瓦房寨工業(yè)場地設(shè)一對斜井，主斜井井口標(biāo)高+1341m，傾角22.5°，井筒長955m，鋪設(shè)帶式輸送機(jī)和架空人車，擔(dān)負(fù)礦井的煤炭、人員提升及進(jìn)風(fēng)任務(wù)；副斜井井口標(biāo)高+1341m，傾角20°，井底標(biāo)高+1000m，斜長997m，采用雙鉤串車提升，擔(dān)負(fù)礦井的材料、設(shè)備、排矸等輔助提升任務(wù)及進(jìn)風(fēng)。主、副斜井均穿過4號、5號、9號煤層，落底于9號煤層底板、13號煤層頂板的巖石中。回風(fēng)井及水平劃分與方案Ⅰ相同。瓦房寨方案井田開拓方式如圖2所示。

圖2 瓦房寨方案井田開拓方式(m)

3.3 方案Ⅲ：王家方案

在王家工業(yè)場地布置一對斜井，主斜井井口標(biāo)高+1315m，傾角15.5°，井筒長1160m，鋪設(shè)帶式輸送機(jī)和架空人車，擔(dān)負(fù)礦井的煤炭、人員提升及進(jìn)風(fēng)任務(wù)；副斜井井口標(biāo)高+1315m，傾角16°，井底標(biāo)高+1000m，斜長1140m，采用單鉤串車提升，擔(dān)負(fù)礦井的材料、設(shè)備、排矸等輔助提升任務(wù)及進(jìn)風(fēng)。由于主、副斜井均處于井田走向的中央，布置在9號、13號煤層之間，可兼作首采區(qū)上山，以節(jié)約工程量、并減少投資。回風(fēng)井及水平劃分與方案Ⅰ相同。該方案三個井筒均不穿過煤層。 王家方案井田開拓方式如圖3所示。

圖3 王家方案井田開拓方式(m)

3.4 經(jīng)濟(jì)技術(shù)比選

3.4.1 方案Ⅰ優(yōu)缺點(diǎn)

1)主要優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)輸成本較王家方案低1.44～1.84元/t；工業(yè)場地位于山洼地帶，對外界干擾較??；工業(yè)場地距離黔西縣城近，社會依托相對較好；本方案排矸較為方便，可就近排矸。

2)主要缺點(diǎn)：壓煤量大，約為180萬t，均為深部資源，經(jīng)計(jì)算，該方案工業(yè)廣場壓4號煤38萬t、5號煤31萬t、9號煤69萬t、13號煤42萬t；工業(yè)場地所占之地全部為耕地，征用困難；立井開拓，施工困難，建井工期較長投資最多；井筒在深部穿煤施工，影響掘進(jìn)，工期延長風(fēng)險大；一采區(qū)煤炭逆向運(yùn)輸，運(yùn)輸環(huán)節(jié)多，增加運(yùn)輸成本；主、副立井井底車場布置在茅口組灰?guī)r中，存在突水風(fēng)險。

3.4.2 方案Ⅱ優(yōu)缺點(diǎn)

1)主要優(yōu)點(diǎn)：初期投資最少，較王家方案少766萬元；運(yùn)輸成本較王家方案低1.44～1.84元/t；工業(yè)場地平整、開闊，挖填方量少；工業(yè)場地距離黔西縣城近，社會依托相對較好。

2)主要缺點(diǎn)：壓煤量大，約為220萬t，均為深部資源，經(jīng)計(jì)算，該方案工業(yè)廣場壓4號煤46萬t、5號煤37萬t、9號煤85萬t、13號煤52萬t；工業(yè)場地所占之地全部為耕地，征用困難；建井工期較王家方案長2.1個月；井筒在深部穿煤施工，影響掘進(jìn)，工期延長風(fēng)險大；一采區(qū)煤炭逆向運(yùn)輸，運(yùn)輸環(huán)節(jié)多，增加運(yùn)輸成本。

3.4.3 方案Ⅲ優(yōu)缺點(diǎn)

1)主要優(yōu)點(diǎn)：井巷工程量較瓦房寨方案少，投產(chǎn)快；工業(yè)場地處在井田走向中央的煤層露頭附近，不壓煤；工業(yè)場地所占之地主要為林地，征用相對容易；主、副斜井可兼作采區(qū)上山，且施工時不穿煤層；主、副井工業(yè)場地與風(fēng)井工業(yè)場地相鄰，便于管理并節(jié)約風(fēng)、水、電等臨時設(shè)施費(fèi)用；初期井下煤炭運(yùn)輸環(huán)節(jié)少，管理方便。

2)主要缺點(diǎn)：初期投資較瓦房寨方案高766萬元；工業(yè)場地高差較大，挖填方量大；礦井運(yùn)輸成本較瓦房寨方案高1.44～1.84元/t；輸電線路較方案一長約2km；所處之地相對偏僻，社會依托較差；需修建0.5km的公路。

3.4.4 三種方案的經(jīng)濟(jì)比選

井口工業(yè)場地位置及開拓方案經(jīng)濟(jì)比選見表1。

表1 礦井井口工業(yè)場地位置及開拓方案經(jīng)濟(jì)比較

3.5 方案確定

從以上方案比較可以看出：山背后方案投資最多，優(yōu)點(diǎn)不足，缺點(diǎn)明顯，壓煤量180萬t，按噸煤利潤100元計(jì)算，僅工業(yè)廣場壓煤損失1.8億元，放棄該方案；瓦房寨方案具有工業(yè)場地平整、開闊，挖填方量少，占地面積少，靠近黔西縣城、交通方便，社會依托條件好，且距離主要用戶相對較近，運(yùn)輸成本低，可比較投資相對較少等優(yōu)點(diǎn)，但瓦房寨方案壓煤量達(dá)220萬t，按噸煤利潤100元計(jì)算，僅工業(yè)廣場壓煤損失2.2億元，對可采儲量較少的高山煤礦來講是一個較大的弱點(diǎn)，特別是采取反斜井施工，需在井筒深部連續(xù)揭穿4號、5號、9號等三層煤，為防止發(fā)生煤與瓦斯突出事故，需嚴(yán)格按照防治煤與瓦斯突出規(guī)定采取相應(yīng)措施，導(dǎo)致額外施工時間增加較多，尤其是在建井期間，在安全管理及瓦斯抽放等關(guān)鍵環(huán)節(jié)缺乏經(jīng)驗(yàn)情況下，安全和投資額外增大風(fēng)險顯著增加，建井工期難以保證；而王家方案就避免了瓦房寨方案上述的缺點(diǎn)和不足，工業(yè)場地不僅不壓煤，而且主、副斜井可兼作采區(qū)上山，井筒布置在9號與13號煤層之間，施工井筒時不穿煤層，主、副井及風(fēng)井工廣在一起，便于管理并能節(jié)約風(fēng)、水、電等臨時設(shè)施及管理費(fèi)用，征地也較為容易，工農(nóng)關(guān)系簡單，煤炭運(yùn)輸環(huán)節(jié)少，管理方便[16-18]。因此確定選擇王家方案作為高山煤礦工業(yè)場地位置及開拓方式實(shí)施方案。

4 結(jié) 語

高山煤礦具有井田面積小、可采儲量少、地面建井條件差、煤層瓦斯含量大等特點(diǎn)。在井口工業(yè)場地位置及開拓方式選擇上，突破傳統(tǒng)思維模式，放棄瓦房寨方案所具有的工業(yè)場地平、占地面積少、交通方便、運(yùn)輸成本低、可比較投資相對少等優(yōu)點(diǎn)，將不壓煤且主、副斜井可兼作采區(qū)上山的王家方案作為《黔西縣高山煤礦初步設(shè)計(jì)》最終實(shí)施方案，規(guī)避了瓦房寨方案壓煤量大和采取反斜井施工，需在井筒深部連續(xù)揭穿多個煤層可能導(dǎo)致的安全、投資及建井工期大幅度增加的風(fēng)險，為類似條件礦井積累了可供借鑒的經(jīng)驗(yàn)。