靈臺(tái)某礦工業(yè)場(chǎng)地選擇及開拓方案設(shè)計(jì)

趙枝業(yè)

(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

靈南礦區(qū)某井田是新建礦井，位于甘肅省平?jīng)鍪徐`臺(tái)縣的東南部，項(xiàng)目隸屬于上海能源(大屯煤電)公司靈南煤業(yè)有限公司。該項(xiàng)目有利于發(fā)展地區(qū)經(jīng)濟(jì)，帶動(dòng)貧困地區(qū)脫貧治富，推動(dòng)靈臺(tái)縣由農(nóng)業(yè)大縣向工業(yè)強(qiáng)縣邁進(jìn)。該礦井又是靈臺(tái)礦區(qū)資源條件較好的優(yōu)質(zhì)礦井。為保證項(xiàng)目的順利建設(shè)和盡早投產(chǎn)，依據(jù)相關(guān)規(guī)定的要求，工業(yè)場(chǎng)地位置選擇和開拓方式的設(shè)計(jì)需盡早確定[1-5]。

1 礦井概況

某礦井位于甘肅省靈臺(tái)縣的東南部，井田面積176.94 km2。設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為5.00 Mt/a，具有典型的黃土塬區(qū)地形地貌特征，屬溫帶半濕潤(rùn)大陸性氣候區(qū)。屬黃河流域涇河水系，主要河流為達(dá)溪河。本區(qū)抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度，井田范圍內(nèi)地面現(xiàn)有新開鄉(xiāng)及部分村莊，有一趟750 kV高壓線和一趟西氣東輸二線管道。該井田含煤地層為侏羅系中統(tǒng)延安組，井田范圍內(nèi)地質(zhì)資源儲(chǔ)量875.8 Mt，可采煤層為5號(hào)煤和8號(hào)煤層(組)，煤層埋深達(dá)900～1 300 m，各可采煤層特征詳見表1。

表1 煤層特征一覽

2 工業(yè)場(chǎng)地位置選擇

2.1 工業(yè)場(chǎng)地位置關(guān)系

根據(jù)工業(yè)場(chǎng)地選擇原則和上述綜合分析，結(jié)合地形、交通運(yùn)輸、煤層賦存及地面設(shè)施等多種因素[6-12]，經(jīng)綜合比較，提出了4個(gè)工業(yè)場(chǎng)地方案進(jìn)行比較選擇。分別為達(dá)溪河岸陳家灣場(chǎng)地(方案一)、史家河與蛟城河交匯處的寺溝村場(chǎng)地(方案二)、塬上馮家山村場(chǎng)地(方案三)、達(dá)溪河岸電廠對(duì)面安家莊場(chǎng)地(方案四)，礦井主要工業(yè)場(chǎng)地位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 工業(yè)場(chǎng)地位置方案Fig.1 Industrial site location scheme

2.2 各方案對(duì)比

方案一：達(dá)溪河岸陳家灣場(chǎng)地。該位置位于井田北部邊界位置，向北呈“U”型，場(chǎng)地標(biāo)高約+942 m，該處5號(hào)煤底板標(biāo)高+160 m，8-2號(hào)煤底板標(biāo)高+115 m，井口標(biāo)高約+942 m，井底車場(chǎng)標(biāo)高+134 m，井筒深度約810 m?？衫玫妮^為平坦的區(qū)域約為28 hm2，布置工業(yè)場(chǎng)地后，河道最窄處寬度仍有300 m。該處民宅較多，約有村民65戶。該場(chǎng)地隔達(dá)溪河與靈雷公路相鄰，距靈臺(tái)縣約7 km。總體來看，該場(chǎng)地是井田范圍內(nèi)溝谷區(qū)域較平坦、開闊、不宜受洪水和地質(zhì)災(zāi)害影響的區(qū)域，適合作為礦井工業(yè)場(chǎng)地。

方案二：史家河與蛟城河交匯處的寺溝村場(chǎng)地。該場(chǎng)地是史家河與蛟城河交匯處的三角地帶，也是750 kV高壓線西氣東輸管道相交位置。蛟城河谷寬度約為170～290 m，史家河谷寬度約350 m，但其中布置有西氣東輸二線。該場(chǎng)地地形較復(fù)雜，兩側(cè)山體坡度大，高差大，較平坦可利用面積約為0.239 km2。從寺溝沿史家河向北上游方向村莊較多，從寺溝沿蛟城河向西南上游方向有少數(shù)村莊。

方案三：塬上馮家山村場(chǎng)地。該場(chǎng)地在塬上，地形較平坦，在750 kV高壓線附近，可利用高壓線煤柱。該場(chǎng)地地形標(biāo)高約為+1 227 m，高出附近達(dá)溪河約290 m，井筒落底至主采的8-2號(hào)煤時(shí)，深約1 105 m。該場(chǎng)地與塬下河谷有便道相通。該場(chǎng)地高出主要交通線近300 m，因此，不考慮作為主、副立井位置，僅考慮作為回風(fēng)立井場(chǎng)地。

方案四：達(dá)溪河岸電廠對(duì)面安家莊場(chǎng)地。該場(chǎng)地位于井田北部，向北呈“雙U”型?？煞譃榘布仪f東西2個(gè)部分；可利用區(qū)域約為0.28 km2。河道最窄處寬度仍有300 m。該位置民宅較多，約有村民70戶。該位置與靈雷公路相鄰，距靈臺(tái)縣約9 km?？傮w來看，該場(chǎng)地是井田范圍內(nèi)溝谷區(qū)域較平坦、不受洪水和地質(zhì)災(zāi)害影響的區(qū)域，適合作為礦井工業(yè)場(chǎng)地。由于馮家山場(chǎng)地主采煤層埋深大于1 000 m，其余場(chǎng)地煤層埋深小于1 000 m，故馮家山只適合作為風(fēng)井場(chǎng)地，其余場(chǎng)地(陳家灣、寺溝村、安家莊)均適合作為工業(yè)場(chǎng)地。經(jīng)過上述比較，3個(gè)場(chǎng)地各有優(yōu)勢(shì)，需結(jié)合開拓方案綜合比較后確定。

3 井田開拓方案比選

該礦井埋藏最淺的北部區(qū)域煤層埋深820 m，采用立井開拓方式。依據(jù)對(duì)本礦井煤層賦存情況的分析，從礦井沖擊地壓防治、瓦斯抽采等方面考慮，礦井將長(zhǎng)期需要2個(gè)采區(qū)同時(shí)生產(chǎn)，厚薄煤層搭配開采的情況，需分區(qū)通風(fēng)，故考慮布置2個(gè)回風(fēng)立井。

3.1 方案一：陳家灣主、副立井開拓方案

考慮到主要的運(yùn)輸線、電源等外部建設(shè)條件及煤炭用戶等均沿達(dá)溪河布置，擬建電廠位于陳家灣東部1.2 km。且陳家灣是達(dá)溪河沿岸地形條件全井田依據(jù)斷層及煤層開采邊界共分為7個(gè)盤區(qū)，一、二、三盤區(qū)含有5、8-2號(hào)煤；四盤區(qū)含有5、8-2號(hào)煤；五、六、七含有8-2號(hào)煤。較好的位置，地形平坦，自然地表基本不受洪水威脅，因此考慮在該處布置主、副立井；為縮短工期，減少通風(fēng)距離，擴(kuò)大回風(fēng)立井服務(wù)范圍，將回風(fēng)立井布置在首采區(qū)域中部附近。在達(dá)溪河南岸的陳家灣場(chǎng)地布置主立井、副立井，場(chǎng)地標(biāo)高約+942 m，附近5號(hào)煤底板標(biāo)高+160 m，8-2號(hào)煤底板標(biāo)高+115 m，井口標(biāo)高約+942 m，井底車場(chǎng)標(biāo)高+134 m，井深約810 m；根據(jù)主、副井井筒附近的816號(hào)鉆孔柱狀(孔口標(biāo)高+930.03 m)，主副立井均落底于+134 m，位于8-1號(hào)煤頂板的細(xì)粒砂巖中。主、副立井深約810 m，凍結(jié)深約700 m，凍結(jié)孔底部位于直羅組的泥巖層中，該層泥巖厚度為16.12 m，是較為理想的隔水層。當(dāng)回風(fēng)立井布置在塬上高壓線附近的馮家山村時(shí)，場(chǎng)地標(biāo)高約為+1 225 m，附近5號(hào)煤底板標(biāo)高+160 m，8-2號(hào)煤底板標(biāo)高+120 m，回風(fēng)立井井口標(biāo)高+1 225 m，落底于8-1號(hào)煤頂板，標(biāo)高+130 m，井深1 095 m。凍結(jié)深度約935 m，凍結(jié)孔底部位于侏羅系安定組的泥巖層中，該層泥巖厚度約31.19 m，是較理想的隔水層。為滿足后期開采的通風(fēng)需要，在1002號(hào)鉆孔附近增加一個(gè)中部回風(fēng)立井，該井筒直徑6.0 m，井筒深度約為1 045 m。在907號(hào)鉆孔附近增加一對(duì)進(jìn)、回風(fēng)立井，直徑6.0 m，井深約為930 m。

5號(hào)煤層與8-1號(hào)煤間距為63.9～15.9 m，平均35.3 m；5號(hào)與8-2號(hào)煤間距為71.67～5.79 m，平均50.84 m；8號(hào)煤層(組)向井田東部、北部分岔為8-1、8-2號(hào)煤，2個(gè)分層最大間距為24.5～0 m。本井田可采煤層為5號(hào)煤、8-1號(hào)煤、8-2號(hào)煤，其中主要可采煤層為8-2號(hào)煤，礦井為近水平煤層，劃分為一個(gè)水平，水平標(biāo)高為+134 m，由于5號(hào)煤在本井田中儲(chǔ)量?jī)H占約6.88%。故在5號(hào)煤不再單獨(dú)布置輔助水平。主、副立井落底后，向西南方向布置一組大巷至馮家山村附近后轉(zhuǎn)為正南北向。至1002鉆孔后調(diào)整為西北至東南向。整組大巷基本呈南北向，位于井田范圍內(nèi)主采煤層8-2號(hào)煤的中部。全井田依據(jù)斷層及煤層開采邊界共分為7個(gè)盤區(qū)，一、二、三盤區(qū)含有5、8-2號(hào)煤；四盤區(qū)含有5、8-2號(hào)煤；五、六、七含有8-2號(hào)煤。

3.2 方案二：安家莊主、副立井開拓方案

方案二與方案一主要區(qū)別在主副井場(chǎng)地較方案一更加靠近電廠，該方案場(chǎng)地位于與陳家灣場(chǎng)址一山之隔的安家莊村西，距擬建電廠距離約0.6 km，且該場(chǎng)地處道路位于達(dá)溪河南側(cè)，場(chǎng)地與河流不發(fā)生關(guān)系，干擾較少，自然地表基本不受洪水威脅，因此考慮在該處布置主立井、副立井。在達(dá)溪河南岸的安家莊場(chǎng)地布置主立井、副立井，場(chǎng)地標(biāo)高約+980 m，主、副立井均落底于+134 m，位于8-1號(hào)煤頂板的細(xì)粒砂巖中。主、副立井井筒深度850 m，凍結(jié)深度約750 m，凍結(jié)孔底部位于侏羅系直羅組的泥巖層中，該層泥巖厚度16.12 m，是較為理想的隔水層。馮家山風(fēng)井場(chǎng)地標(biāo)高約+1 225 m，附近5煤底板標(biāo)高+160 m，8-2號(hào)煤底板標(biāo)高+120 m，回風(fēng)立井井口標(biāo)高+1 225 m，落底于8-1號(hào)煤頂板，標(biāo)高+130 m，井筒深度1 095 m。

煤組及水平劃分同方案一。開拓大巷布置由于方案二與方案一的區(qū)別主要在于主副井場(chǎng)地向東移了約600m，故方案二的開拓大巷布置基本通方案一。盤區(qū)劃分同方案一。

3.3 方案三：寺溝村主、副立井開拓方案

根據(jù)煤層覆存情況，礦井初期主要的可采區(qū)域在DF3和DF4之間，因此考慮將井口與工業(yè)場(chǎng)地布置在該位置。且史家河、蛟城河交匯處的寺溝村附近位置處于2條河流交匯處，地形相對(duì)平坦，因此考慮主、副井場(chǎng)地布置在該位置。主、副井布置在井田中東部史家河、蛟城河交匯處寺溝村附近，主、副立井落底后，向西偏南5°方向布置一組大巷，與井田中部的南北向大巷相接。井田南北向大巷布置在井田中部，與前述的方案一相同。

回風(fēng)立井布置在塬上馮家山，落底后與回風(fēng)大巷相接。后期風(fēng)井位置同方案一；煤組及水平劃分同方案一。開拓大巷布置井筒落底后，向西偏南5°方向的集中大巷相連，集中大巷與井田中部的南北向大巷連接。大巷兼作盤區(qū)開采巷道。集中大巷基本沿向斜軸布置。集中大巷均沿8-1號(hào)煤頂板布置。盤區(qū)劃分同方案一。

3.4 井田開拓方案比較及確定

3.4.1 開拓方案比較

3個(gè)開拓方案主要的區(qū)別在于主副井場(chǎng)地位置。從井巷工程、井下設(shè)備、地面工程、外運(yùn)、運(yùn)營(yíng)費(fèi)、工期、壓煤量等方面分別進(jìn)行對(duì)比。

井巷工程：①方案一。大巷層位巖巷(8-1號(hào)煤頂板)，距縣城7.0 km，距離主要回采區(qū)域3.5 km；主立井810 m，副立井810 m，2個(gè)1 095 m回風(fēng)立井，大巷16 548 m，回采巷道18 341 m。②方案二。大巷層位巖巷(8-1號(hào)煤頂板)，距縣城9.0 km，距離主要回采區(qū)域4.0 km；主立井850 m，副立井850 m，回風(fēng)立井2個(gè)1 095 m，大巷18 165 m，回采巷道18 341 m。③方案三。大巷層位巖巷(8-1號(hào)煤頂板)，距縣城11.5 km，距離主要回采區(qū)域1.8 km；主立井888 m，副立井888 m，回風(fēng)立井2個(gè)1 095 m，大巷20 140 m，回采巷道18 341 m。各方案從井巷工程量對(duì)比，方案一井巷工程量最少，投資最省。

各方案主要是在井筒深度、井下帶式輸送機(jī)長(zhǎng)度等方面有所差異，其采掘設(shè)備基本相同。①方案一。一部：L=2 400 m，B=1 400，Q=2 000 t，ST2500，N=3×710 kW；二部：L=2 860 m，B=1 400，Q=2 000 t，ST2500，N=3×710 kW。②方案二。一部：L=2 800 m，B=1 400，Q=2 000 t，ST2500，N=3×710 kW；二部：L=2 860 m，B=1 400，Q=2 000 t，ST2500，N=3×710 kW。③方案三。一部：L=2 400 m，B=1 400，Q=2 000 t，ST2500，N=3×710 kW；二部：L=2 860 m，B=1400，Q=2 000 t，ST2500，N=3×710 kW；三部：L=1 700 m，B=1 600mm，Q=2 500 t/h，V=3.55 m/s，ST2500，N=3×800 kW?？芍桨溉捎诙嗔艘粭l運(yùn)輸石門，故井下設(shè)備投資最高，方案一井下設(shè)備投資最少。

地面工程：①總體比較。各個(gè)方案的主要井口位置不同，地面布置、工程量和投資差異較大?？傮w來看，方案一地形簡(jiǎn)單、開闊，易于布置，外部聯(lián)絡(luò)工程量較少，投資相應(yīng)較少；方案三的地面地形較差，外部聯(lián)絡(luò)工程量大，相應(yīng)的投資會(huì)較方案一、方案二要高。方案三投資最高。方案一、方案二的主要場(chǎng)地位于北部達(dá)溪河岸陳家灣、安家莊，場(chǎng)地較為開闊，易于布置；而方案三的場(chǎng)地布置相對(duì)緊張，后期生產(chǎn)的順暢性不如方案一、方案二。②防洪與地質(zhì)災(zāi)害防治。3個(gè)方案主要場(chǎng)地均在河谷地帶，防洪和地質(zhì)災(zāi)害防治均需引起特別重視。總體來看，防洪與地質(zhì)災(zāi)害防治的工程量，方案一要比方案二、方案三難度小，投資少。③建筑物基礎(chǔ)處理。本區(qū)域均為濕陷性黃土，建筑物基礎(chǔ)處理難度大，投資高。對(duì)于陳家灣場(chǎng)地來講，盡管也有較多的填方量，但絕大部分建筑未靠近河堤，通過灰土換填、擠密樁、樁基等方式，可以較容易解決。對(duì)于寺溝村場(chǎng)地，受地形影響，部分主要建筑，特別是主廠房、濃縮池、鍋爐房、產(chǎn)品倉(cāng)等建筑需要布置在較大填方位置，原始地表本身也是河灘地，會(huì)給基礎(chǔ)處理帶來一定的難度，增加投資。由于目前并未有詳細(xì)的工程地質(zhì)勘查資料，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘情況，初步估計(jì)方案三的建筑物處理費(fèi)用要高，根據(jù)地面建筑的投資，按比例估算增加約0.12億元。

外運(yùn)情況：各開拓方案外運(yùn)的工程量分別按照鐵路外運(yùn)和通過棧橋至電廠2種情況進(jìn)行比較。當(dāng)采用公路外運(yùn)時(shí)，方案一、方案二將進(jìn)場(chǎng)公路接入達(dá)溪河沿岸的靈雷公路即可。方案三外運(yùn)公路需比方案一、方案二增加3.0 km，按二級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。當(dāng)采用鐵路運(yùn)輸時(shí)，方案三比其他方案增加線路長(zhǎng)度約5.0 km，部分線路需要拆遷，并開鑿隧道。當(dāng)采用棧橋運(yùn)至規(guī)劃電廠時(shí)，方案三工程量比方案一增加2.6 km。方案二距離規(guī)劃電廠最近。

工期對(duì)比：根據(jù)計(jì)算，方案一工期為56個(gè)月，方案二為58個(gè)月，方案三工期為60個(gè)月。方案一建井工期最少。

壓煤量：除去750 kV高壓線、西氣東輸二線及中部大巷壓煤。方案一壓煤3.3 Mt；方案二壓煤3.3 Mt(與天然氣管道煤柱重合)；方案三壓煤量為4.5 Mt；由此可見壓煤量最少的是方案二。

3.4.2 開拓方案的確定

3個(gè)開拓方案主要的區(qū)別在于主副井場(chǎng)地位置的區(qū)別。方案三場(chǎng)地位于兩溝交叉的寺溝村，雖然距離井下主采區(qū)域近，后期運(yùn)營(yíng)費(fèi)低，但其地面地形條件差，外部聯(lián)絡(luò)不便，不利于場(chǎng)地布置，且綜合投資最大，故不推薦方案三。方案一和方案二投資接近，運(yùn)營(yíng)費(fèi)也基本相當(dāng)。區(qū)別在于工業(yè)場(chǎng)地布置在東西方向相距約600 m，方案二主要考慮較方案一的場(chǎng)地距本礦井主要用戶更近600 m，場(chǎng)外道路與已有道路連接時(shí)不受達(dá)溪河的干擾，但該場(chǎng)地位于安家莊村西、南側(cè)的土塬梯田(目前為基本農(nóng)田)上，地形較方案一復(fù)雜，高差較大，不利于工業(yè)場(chǎng)地的布置，場(chǎng)地東側(cè)和北側(cè)均為村莊，西側(cè)和南側(cè)為山體，進(jìn)場(chǎng)道路長(zhǎng)、坡度大、彎道多，會(huì)對(duì)礦井將來的對(duì)外聯(lián)絡(luò)造成不便，投資也較方案一高。而方案一去電廠僅較方案二長(zhǎng)600 m，且場(chǎng)地開闊平坦，土方工程量小，用地性質(zhì)符合當(dāng)?shù)爻鞘杏玫匾?guī)劃，距縣城最近，外部水、電、路等聯(lián)系均最便捷。故推薦方案一，即陳家灣場(chǎng)址主、副立井開拓方案。

4 結(jié)語

靈臺(tái)地區(qū)具有煤層埋藏深、煤層覆存不均勻、水文地質(zhì)條件復(fù)雜、瓦斯含量高、地溫高、沖擊地壓、煤層均有爆炸危險(xiǎn)性等特點(diǎn)。工業(yè)場(chǎng)地及開拓方案的選擇至關(guān)重要，在主副井筒的位置、大巷的層位、回風(fēng)井的位置、地面外運(yùn)道路、外部電廠建設(shè)、初期投資及運(yùn)營(yíng)費(fèi)用等方面進(jìn)行考慮，分析了影響井口及工業(yè)場(chǎng)地位置選擇的地形條件、主要用戶、井下煤層賦存、交通等主要因素，最終確定了工業(yè)場(chǎng)地選擇和開拓方案，可以為周邊礦區(qū)在進(jìn)行建設(shè)和開發(fā)的同類礦井提供借鑒思路。