当前市场形势下的矿井建设方案优化

胡成军，温延祥，王利欣

(1.中煤邯郸设计工程有限责任公司，河北邯郸056031;2.河北工程大学，河北邯郸056038;3.中煤能源集团有限公司，北京100120)

自2012年上半年以来，我国煤炭需求量随着电力、钢铁、水泥等行业的低迷而大幅度下滑，不到一年的时间，煤炭市场“煤满为患”，煤炭价格持续下跌势头显著。以新疆大南湖十号煤矿为例，结合矿井建设特点论述矿井建设如何应对当前煤炭市场形势变化。

1 矿井概况

大南湖十号煤矿隶属于中煤能源哈密煤业有限公司，矿井建设采用一次设计、一次建设、分期达产的方式，投产期矿井规模为5.0Mt/a，达产期矿井规模为10.0Mt/a。矿井采用斜井开拓方式，共布置主斜井、副斜井和回风立井3个井筒，其中主斜井倾角 14°，井筒斜长 1542m，副斜井倾角6.5°，长度为3365m，回风立井井筒净直径7.5m，井深326.5m，3个井筒及井底车场布置关系见图1。根据井筒检查孔和补充水文孔资料，井筒穿过的地层由新到老分别为第四系、第三系 (新近系)上新统葡萄沟组、侏罗系中统西山窑组地层，其中第三系埋深60～90m和埋深120m左右的地层富水性强、补给量较大，岩性易泥化，初步设计确定3个井筒过浅部第三系含水层均采用冻结法施工。截止到2013年8月，主斜井、副斜井、回风立井已分别累计施工约400m，600m，230m，主、副斜井均已施工到冻结段。

2 矿井建设特点分析

2.1 斜井井筒下山施工难度

图1 井筒及井底车场布置关系及施工进度计划路线

井筒检查孔揭露第三系地层的含水层单位涌水量多数在1～3L/(s·m)之间，最大为4.196L/ (s·m)，为强富水性含水层，对井筒施工影响较大。从目前井筒施工情况分析，斜井井筒涌水量较大、施工条件差、进度缓慢、难度较大。

2.2 斜井井筒投资风险

目前主斜井、副斜井及回风立井均采用冻结法施工，其中回风立井已经顺利施工到冻结段 (冻结深度230m)底部，基本不存在问题。主要存在问题的是主斜井与副斜井井筒。因主副斜井井筒长度长，穿过厚度约230m的第三系地层，而该地层含水层具有含水量大、补给充分、岩层条件差、遇水泥化等特点，根据目前的井筒检查钻孔资料，对浅部的含水层进行了冻结法施工设计，但深部约120m厚的第三系地层含水情况不明，如果深部约120m地层仍需要冻结施工，其冻结法施工费用随深度将成倍增加。斜井深部如采用冻结法施工，其冻结费用将达到45～50万元/m，预估主斜井需增加冻结长度约 495m，副斜井增加冻结长度约1180m，其冻结费用将达到75375～83750万元。因此深部地层含水层情况是影响矿井建设的主要投资风险。

2.3 市场风险

本矿井配套燃煤电厂尚未得到国家发改委批准，尚未开工建设;同时，铁路外运通道建设尚未形成，无法实现西煤东运，且近期国内煤炭市场转暖迹象不明显，因此煤炭销售有一定的风险。

3 矿井建设总体方案优化

3.1 优化总体思路

将原施工组织设计中的主、副斜井、回风立井3条线施工更改为由回风立井单线施工，反掘主、副斜井;通过采取有效的防治水措施，施工采用普通凿井法反掘斜井剩余段，降低风险投资，减缓近期投资强度。

3.2 上山掘进的可行性分析

上山掘进是矿井生产常见的一种施工形式，相对于下山施工而言，不需要考虑排水问题，但存在反向提升、前移耙矸机、绞车司机和耙矸机司机站位安全、迎头顶板控制、跑车等问题。通过调研，通常采用安装反向滑轮、在绞车司机前注混凝土墙、在耙矸机司机前安装护身柱、迎头打锚杆挂网、安设防跑车装置等办法来保证上山施工的安全。在永煤集团城郊煤矿、郑煤集团赵家寨煤矿等矿井都成功应用过斜井 (反掘)上山施工，上山施工斜井坡度最大达19.5°。

3.3 施工组织优化实施方案

施工总部署具体分为5个阶段，施工进度计划路线见图1。

(1)井筒施工阶段 主、副斜井分别施工完冻结段后不再继续下掘施工，当回风立井施工到底完成两侧马头门25m施工后，进行临时改绞，改绞后安排一支掘进队上掘主斜井，主斜井贯通后安装临时带式输送机;主斜井临时运输系统形成后增加掘进队从井底上掘副斜井。

(2)井底车场施工 (与主斜井反掘同时进行)阶段 回风立井井筒施工到底完成临时改绞后，通过施工井底车场联络巷到+400m水平井底车场，安排一支队伍向北施工车场巷道，进而施工主变电所、主水泵房、水仓，以尽快形成井底永久供电、排水系统。

(3)主要大巷 (兼采区巷道)施工阶段 待主斜井形成临时运输系统后，安排队伍掘进18煤组一采区回风巷;同时安排掘进队施工井底煤仓上下口巷道及硐室→井底煤仓，主斜井永久运输系统形成后施工18煤组一采区带式输送机巷;适时安排施工18煤组一采区辅助运输巷。18煤组一采区回风巷开始掘进时间相对较早，不会影响建井总工期，为平衡逐年投资，该巷道采用炮掘法施工;18煤组一采区带式输送机巷及辅助运输巷采用掘锚机组、综掘机掘进。

(4)回采工作面巷道施工阶段 3条工作面巷道均是待3条大巷各自全部施工后才转接施工。工作面巷道均采用综掘机或掘锚机组掘进。

(5)安装调试、试运转阶段 此期间主要工作为回采工作面带式输送机、综采工作面设备的安装与调试，为矿井投产做准备。

施工进度计划路线见图1。

4 优化效果分析

4.1 施工分析

由于第三系深部含水层情况不确定，反掘斜井井筒解决了下掘施工困难最大的排水问题，降低了施工难度，提高了施工进度。反掘斜井为投资较低的斜井普通法施工创造了条件。

4.2 投资分析

优化前后逐年投资计划对比见表1。

由表1分析可知:

(1)优化后方案虽与原方案相比由于工期增加引起财务费用增加，以致总投资增加了10.36万元，但降低了主、副斜井井筒过深部第三系地层的施工风险及潜在的投资风险约7.5亿元。

(2)未考虑斜井深部可能增加的风险投资时，实现矿井前3a投资强度较原方案降低42%，如考虑风险投资，前3a投资强度将降低57%。

4.3 市场分析

(1)本矿井配套燃煤电厂尚未得到国家发改委批复，未能开工建设，建设工期的延长为外部条件的建设营造了时间。

表1 优化前后逐年投资计划对比

(2)目前铁路外运通道建设尚未形成，无法实现西煤东运，哈密地区周边也缺少需求量大的客户，且当前煤炭市场低迷、煤价较低，推后投产可以为市场的准备赢得时间。

5 结论

通过施工组织优化，将原三线施工改为单线施工，由主、副斜井井筒下山冻结法施工改为回风立井反掘斜井普通法施工，可达到降低前期投资强度和施工投资风险的目的，也为外部条件培育及煤炭市场复苏赢得时间，同时，对当前煤炭市场形势下煤矿建设模式的优化有着一定的借鉴意义。

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