龙王沟矿副井筒开拓方式的选择

刘成勇

(中煤西安设计工程有限责任公司，陕西西安710054)

1 龙王沟井田概况

龙王沟井田位于内蒙古自治区鄂尔多斯市以东120km处，准格尔煤田中北部。龙王沟矿井设计生产能力10.0Mt/a。井田内大部被第四系黄土和风积沙所覆盖，只有局部的梁顶或冲沟中才有基岩出露。根据地表出露及钻孔揭露，本井田地层层序自下而上为:奥陶系中统马家沟组(O2m)、石炭系上统太原组 (C2t)、二迭系下统山西组 (P1s)、下石盒子组(P1x)、上统上石盒子组 (P2s)、石千峰组 (P2sh)、三叠系下统刘家沟组 (T1l)、第三系上新统(N2)、第四系(Q)。

井田含煤地层沿走向、倾向变化不大，大断裂不发育，有陷落柱存在，无岩浆岩侵入，构造复杂程度属于中等类型，水文地质条件属于复杂型，勘查类型划属于第二类二型。井田可采煤层5层，主要可采煤层为6号煤层，可采厚度4.00～30.10m，平均 18.42m，全区可采，埋藏深度 75.62～646.50m，平均354.82 m。

2 工业场地及井口位置选择

根据工业场地及井口位置选择确定的原则，经多方案筛选，工业场地选在蔺家圪卜场地、东坪社场地、潘家圪塄场地三者之间。但综合各场地地形地貌、地面总平面布置、征用土地难易程度、地面建 (构)筑物影响及搬迁难易度、投资、矿井开拓方式、井下开拓布局、首采盘区位置等各因素，并进行综合技术、经济比较分析后，确定蔺家圪卜场地为矿井的工业场地。该场地位于井田中南部，蔺家圪卜东侧山梁台地，南临109国道，地形较为开阔，自然标高+1175～+1236m，场地处主采煤层6煤埋深约370m。

3 井田开拓方案

结合周边矿井建井经验，对矿井开拓方案进行综合分析，主井采用斜井 (倾角16°)开拓，风井采用立井 (净直径7.5m)是最合理的。副井主要承担人员、物料的提升任务，采用斜井和立井开拓存在一定可比性。副井筒开拓方式主要有3种方案:方案一，缓坡斜井(5.5°或6°)开拓;方案二，斜井 (22°)开拓;方案三，立井开拓。本文内容主要是通过优化选择，确定副井筒开拓方式。

3.1 缓坡斜井 (5.5°或6°)开拓方案

《煤矿井下辅助运输设计规范》规定:无轨胶轮车运行的倾斜巷道倾角不宜大于6°。根据调研和国内类似条件长距离缓坡斜井资料，副斜井坡度在5.5°以下更有利于无轨运输车辆的运行。从井巷工程量考虑，井筒角度增大到6°，井巷工程量减少270m。从运营成本考虑，副井倾角越大无轨胶轮车运行越吃力，油耗、损耗越大，运营成本越高，矿井最大件 (支架)重量达62t，坡度较小将更加有利于降低矿井的运营成本，因此，5.5°缓坡斜井较为合理。

3.1.1 矿建工程

副井位于主副井场地内，采用5.5°缓坡斜井。井口标高+1210.7m，落底标高约为+845m(至 6上煤大巷口)，井筒总长度约为3920m。井筒采用半圆拱断面，净宽6.0m，净断面积为24.9m2，其中表土段约为600m，支护方式为钢筋混凝土砌碹，支护厚度450mm，掘进断面积为36.6m2;基岩段长度约为3320m，支护方式采用锚喷支护，支护厚度150mm，掘进断面积为28.8m2。

3.1.2 辅助运输系统

矿井辅助运输采用防爆低污染柴油机无轨胶轮车从地面至井下直达连续运输系统。矿井投产时，副斜井井口至工作面最远运距约为7.8km。井下材料运输按照每辆车每班平均工作2.5h计算，人员1次运达工作面考虑，为满足矿井辅助运输需要，矿井投产时共需各型无轨胶轮车辆共计58辆。矿井投产后，随着开拓距离的延伸，可适时调整车辆配置。无轨胶轮车运行副斜井井口至工作面的工作地点柴油消耗量为1240L/班，4340L/d。

3.2 斜井 (22°)开拓方案

地面及井筒采用有轨运输，井下 (除井底车场)均采用无轨辅助运输。副井位于主副井场地内，采用22°斜井，井筒内铺设900mm轨距双轨，井下设换装硐室。

3.2.1 矿建工程

井口标高+1210.7m，落底标高约为+845m (至6煤)，井筒总长度约为980m。其中表土段约为135m，基岩段长度约为845m，断面形式、支护方式、支护厚度、断面积均与方案一相同。井筒内铺设双轨，轨距为900mm，地面布置提升机房，井筒内利用绞车牵引矿车、人车，完成材料、设备及人员的运输。为便于副斜井高效、有序运行，地面布置窄轨系统，井下布置井底车场来完成调度、协调工作。

本方案井筒倾角达到22°，不适于无轨胶轮车运行，只能采用绞车提升，而井下为无轨胶轮车运输，为衔接两种辅助运输方式，井底车场设置换装、组装硐室，大型、重型设备 (支架62t)可由组装硐室拆解或组装，通过换装硐室实现井筒内有轨运输系统与井下无轨运输系统的转换。为便于人员输送，井下设置人车库及等候硐室，避免了材料、设备与人员输送的参杂交错，提高了矿井人员运输的安全性，为矿井安全生产提供了可靠保障。

3.2.2 土建工程

增加的主要建筑物为副斜井提升机房及配电间联合建筑。该建筑平面尺寸为20m×27.5m，提升机房内设起重量G=100t桥式起重机，轨面标高8.50m，屋面高13.5m，为钢筋混凝土框排架结构，基础为钢筋混凝土独立基础，绞车基础为钢筋混凝土筏板基础。提升机房屋面采用钢网架，屋面保温材料为100mm厚玻璃丝棉夹芯板，屋面板为保温压型钢板，围护墙为240mm非承重空心砖。

3.2.3 井筒提升设备

提升机选用2JK－5/30E型双卷筒矿井提升机1台，电动机和钢丝绳均为配套产品;井下提升最大件为液压支架，重量达62t，目前提升设备无法满足整架下井，需拆解后下井，在井下组装，增加一个拆解并组装环节;所选用的钢丝绳直径较大(52mm，11kg/m)，在实际应用中，摘挂钩比较困难，根据计算，最大班设计作业时间为5.71h，时间过长。

3.2.4 辅助运输

矿井井下辅助运输采用无轨胶轮车运输系统。下井人员乘坐斜井人车到达井底后，换乘无轨胶轮人车到达各工作地点。为满足矿井辅助运输需要，矿井投产时共需各种型号无轨胶轮车辆计53辆。矿井投产后，随着开拓距离的延伸，可适时调整车辆配置。无轨胶轮车运行副斜井井底至工作面的工作地点柴油消耗量为410L/班，1435L/d，副斜井电耗为260kW·h/班。

3.2.5 供配电系统

副斜井提升机选用1台2JK－5×2.3提升机，驱动方式采用10kV变频，配1000kW变频电动机1台，提升速度3.51m/s，转速428r/min。副斜井提升机用电负荷等级为二级。另外配置一套ZDB型PLC斜井提升信号系统。

3.3 立井开拓方案

副井位于主副井场地内，采用立井开拓。

3.3.1 矿建工程

井筒净直径为10.0m，井口标高+1210.7m，落底至6煤，标高+845m。井筒总长度为396m，其中表土段长度约为60m，采用钢筋混凝土砌碹支护，支护厚度为700mm，井筒净断面积为70.9m2，掘进断面积93.3m2;基岩段长度约为340m，采用混凝土砌碹支护，支护厚度为700mm。井筒底部设置井底车场，车场巷道长度715m;车场与大巷由集中辅助运输大巷衔接，长度872m。

3.3.2 土建工程

新增主要建筑为副立井井塔，井塔平面尺寸为24m×25m，高度63m。井塔采用钢筋混凝土箱框结构，内框架柱采用叠合柱。基础采用钢筋混凝土灌注桩，楼面均为钢筋混凝土现浇板，屋面结构采用预制板+钢网架，围护墙为240mm非承重空心砖。

3.3.3 井筒提升设备

副立井提升设备由特大罐笼+平衡锤提升系统和交通罐+平衡锤提升系统组成。液压支架重量62t/架，考虑支架不拆卸直接下井。

3.3.4 辅助运输

矿井井下辅助运输采用无轨胶轮车运输系统。下井人员乘坐副立井罐笼到达井底后，换乘无轨胶轮人车到达各工作地点。为满足矿井辅助运输需要，矿井投产时共需各种型号无轨胶轮车辆计53辆。矿井投产后，随着开拓距离的延伸，可适时调整车辆配置。无轨胶轮车运行副立井井底至工作面的工作地点柴油消耗量为410L/班，1435L/d，副立井电耗为778kW.h/班。

3.3.5 供配电系统

副立井提升机采用井塔式布置，设置2套提升系统，分别为特大罐笼+平衡锤提升系统和交通罐+平衡锤提升系统。副立井提升机用电负荷等级为一级。另外配置电力拖动方案及控制系统 (特大罐笼+交通罐提升机电控系统)和提升信号、操车电控综合控制系统。

4 开拓方式的分析与选择

龙王沟井田煤层较多，可采煤层间距较小，考虑主采6号煤层埋深较浅的特点，副井适宜采用缓坡斜井 (倾角5.5°)，净宽度6m开拓，主要原因为:

(1)参考邻近矿井无轨胶轮车辅助运输实际经验，采用5.5°缓坡斜井才能最大限度发挥“一条龙”辅助运输的优越性，生产时运输使用方便［6－9］。

(2)虽然5.5°缓坡斜井井筒全长3920m，井筒偏长，工期长，但建井期间由风井和主斜井担负临时提升，不耽误整个矿井建井工期，井筒中间适当位置也可增加施工措施巷，与主井联通后，增加掘进工作面，从而加快副井施工工期。

(3)若采用斜井 (22°)开拓，利用绞车串车轨道提升，则井下采用无轨胶轮车运输两者换装较困难，辅助提升效率低。矿井开采6号煤液压支架拆解后最大件加平板车共重62t以上，单绳绞车提升存在很大的安全隐患。

(4)如采用立井提升，副井井筒净直径10.0m，需装备1个非标特大罐笼+1个平衡锤和1个交通罐+1个平衡锤2套提升系统，虽然无轨胶轮车可以直接进入罐笼，运输方便，通风能力大，但立井地面设井塔提升，特大罐提升绞车需要采用进口设备，操作系统复杂，后期维修费用大。

因此，从辅助提升连续、高效，施工工艺简单，井筒装备简捷，后期维护简单，生产期间井下辅助运输采用无轨胶轮车等多方面考虑，并结合本地区建井的经验，副井采用缓坡斜井 (5.5°)开拓更为经济合理。

5 结束语

矿井开拓方式的设计，应该从实际出发，结合当地的成功经验，综合考虑相关的各种复杂因素，对矿井开拓方式进行分析与优化选择。并尽可能地采用国内外最先进的技术和经验，从而使矿井施工、安全生产、后期运营都处于最佳状态。

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