太贤矿井田开拓方案选择

姜国成

(中煤科工集团北京华宇工程有限公司)



太贤矿井田开拓方案选择

姜国成

(中煤科工集团北京华宇工程有限公司)

摘要以澄城矿区太贤矿为背景，为了合理选择工业场地和确定井田开拓方式，结合安全可靠性、工程地质条件、交通运输、开采技术条件及地面建(构)筑物分布情况等因素，采用多方案综合比选的方法，分别从安全可靠性、技术优缺点、基建投资、生产运营成本等方面分析论述，最终选择经济技术较优的郊城场地东西翼大巷加北翼下山立井开拓方案，为多因素影响的矿井方案选择提供了重要的参考依据。

关键词井田开拓工业场地水文地质建(构)筑物方案比选

矿井井田开拓方式的选择受煤田地质、水文地质、地面地形、建(构)筑物及其他条件影响，呈现不同的特点。随着资源的大规模深度开发，当前我国矿井开采难度、受制因素愈加复杂，表现为大埋深、高瓦斯、水文地质条件复杂、地面建构筑物密布等特点，为后续的设计、开采增加了难度[1]。

澄合矿区太贤矿井地面交通受限、建(构)筑物密布、大埋深、水文地质条件复杂，通过分析不同开拓方式的受制因素，采用多方案综合比选的方法，选择出最优开拓方案。

1矿井概况

太贤井田位于陕西省澄城县、合阳县境内，为澄城煤-电-铝一体化配套建设矿井，规模为2.40 Mt/a，属高瓦斯矿井。地表为渭北黄土台塬地貌，局部冲沟发育，树枝状沟壑。煤层埋藏较深，465～915 m；单斜构造，倾角为2°～10°；井田内发育有F30、F41、F22等落差大于30 m的正断层；水文地质条件复杂，奥灰承压水压力为1.4～4.7 MPa，正常矿井涌水量为1 010 m3/h，最大为1 400 m3/h；煤层为自燃～易自燃；煤尘具爆炸性。含煤地层为二叠系下统山西组5#煤层，井田地质资源量为325.82 Mt，矿井可采储量173.06 Mt，服务年限为51.5 a。

2开采对地表建(构)筑物影响分析

井田范围内共分布38个村庄，根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》(以下简称《规程》)对井田开采后地表移动与变形进行计算[2]，结果见表1。

表1　地表移动与变形值预计结果(未留设煤柱)

参照《规程》中砖混、土筑结构建筑物损坏等级划分表[2]，赵家洼、东丰洛、蔡邓村、白家河和蔡家庄建筑物损坏等级为Ⅳ级，属严重损坏，需计划搬迁；其余损坏程度较轻，及时修理。

3工业场地方案

井田地表较平坦，场地可选址较多。依据煤流方向并结合其他特点[3]，提出蔡家庄、郊城和呼家庄3个场地拟选址方案。工业场地位置见图1。

图1　工业场地位置示意

方案一(蔡家庄场地)：位于县西河西侧，标高为+718 m；结合地面运输，避免村庄搬迁，减少压煤。

方案二(郊城场地)：位于县西河东侧，紧邻水库，标高为+712 m；结合土地性质，兼顾地面运输，减少压煤，处于储量中心。

方案三(呼家庄场地)：位于县西河东侧，紧邻井田边界，标高为+708 m；结合赋煤中心，兼顾地面运输，减少压煤。

4井田开拓方案

该井田埋深较大，适宜立井开拓，提出4个方案。

4.1方案一(蔡家坡场地、下山开拓)

立井单水平开拓，井深580 m，井底车场水平标高为+140 m，采用立井+下山+大巷+下山方式开拓。

为减少初期村庄搬迁和降低奥灰水威胁程度，最大限度地增加采区尺寸，中央大巷结合东丰洛和赵家洼布置，西至+140 m立式环形车场，东至F41断层，分别在西部、中部和东部布置采区上下山开拓全井田。

主立井垂深为586 m，直径为5 m，净断面为19.6 m2，装备一对16 t上载式箕斗[1]。

副立井垂深为603 m，直径为8.6 m，净断面为58.1 m2，装备一个特制加宽加长罐笼和1.5 t窄罐，装备梯子间。

回风立井垂深为584 m，直径为6.0 m，净断面为28.3 m2，装备梯子间。开拓方案一见图2。

图2　井田开拓方案一

4.2方案二(郊城场地、立井开拓)4.2.1方案二A(大巷+上下山开拓)

立井单水平开拓，井深561 m，井底车场水平标高为+150 m，采用立井+大巷+上下山方式开拓。

为保证井底车场的安全性和减少初期村庄搬迁，在+150 m水平环形车场和东、西向布置的大巷避开村庄的前提下，在突水系数0.08 MPa/m以内布置[4]，通过井田东部、中部和西部的采区上下山开拓全井田。

主、副井和回风立井垂深分别为575,587和577 m，其他特征同方案一。开拓方案二A见图3。

4.2.2方案二B(煤门+大巷+下山开拓)

立井单水平开拓，井深566 m，井底车场水平标高为+145 m，采用立井+煤门+大巷+下山方式开拓。

为减少村庄搬迁、增加采区尺寸，大巷结合东丰洛和赵家洼布置，+145 m水平环形车场通过煤门与大巷沟通，结合村庄分布，分别在东部、中部和西部布置采区下山开拓全井田。

主、副井和回风立井垂深分别为574,592和572 m，其他特征同方案一。开拓方案二B见图4。

4.2.3方案比较

方案二A、B子方案技术比较见表2，经济比较见表3。

方案二A、B子方案主要区别为首采区不同，而制约因素按重要性依次为系统安全性、系统投资和系统合理性[5]。本矿井为承压开采矿井，为保证矿井安全，排水系统应简单、可靠，首采区应不设排水系统；为保证矿井效益，投资应尽量压缩；为保证矿井稳产，应简化系统。综合上述表述，方案二A初期不设采区排水系统，涌水自流，利于承压开采矿井排水系统的稳定性；井巷总工程量及移交工程量小，投资少，故按制约因素重要程度分析，方案二采用A方案。

4.3方案三(呼家庄场地、下山开拓)

立井单水平开拓，井深540 m，井底车场水平标高为+165 m，采用立井+下山+大巷+下山方式开拓。

为保证安全，+165 m水平环形车场沿井田南边界布置；为减少煤柱留设、增加采区尺寸，大巷结合东丰洛和赵家洼布置；车场通过中央下山与大巷联系，分别在井田西部、中部和东部布置采区下山开拓全井田。

图3　井田开拓方案二A

方案优点缺点二A1.井巷工程量少,投资低。2.首采区不设排水系统,利于排水系统稳定。3.首采区尺寸合理,且为双翼采区,利于稳产及底板完整性,降低突水可能。1.初期搬迁村庄多,费用高。2.首采区勘探程度低,需补勘,费用高。3.首采区双翼煤层赋存不稳定,不利于设备选型。二B1.大巷可与村庄合并考虑煤柱。2.首采区勘探程度高,投资少。3.首采区煤层赋存稳定,利于设备选型。1.井巷工程量多,投资高。2.首采区设排水系统,不利于排水系统稳定。3.首采区走向长度短,倒面频繁,不利于稳产。

表3　方案二A、B经济比较(可比部分)

主、副井和回风立井垂深分别为551，568和549 m，其他特征同方案一。开拓方案三见图5。

图5　井田开拓方案三

5开拓方案综合比选

3个方案技术、经济比较见表4、表5。

方案一场地位于县西河的西岸，煤炭用户位于县西河东岸，运煤线路长且跨县西河，线路投资、费用高，另外场地压煤多，综合指标欠优，不予推荐。方案二和方案三经过经济、技术分析，各有优缺点，方案二位于井田中部，开拓煤量大；场地与水库合并留设煤柱，压煤量少；首采区不设排水系统，利于排水系统稳定；场地不占用基本农田，征地容易；综上所述，方案二投资少，运营费用低，征地容易，故推荐方案二，即郊城场地立井开拓方案。

表4　开拓方案技术比较

表5　开拓方案经济比较(可比部分)

6结论

根据太贤矿矿井交通单元、地面建构筑物密布、承压开采等特点，结合煤的用户和流向、保护煤柱的留设、核心区域的安全可靠性、土地性质等因素，经过多方案技术、经济综合分析，确定了最适于矿井的郊城场地立井开拓方案。随着煤矿建设不断推进，受制因素增多并愈加复杂，矿井工业场地和开拓方式的选择应全面分析制约因素，分清主次，结合矿井特点按重要性比选，确定最佳方案。对于类似受诸较多因素影响的矿井具有重要的参考意义。

参考文献

[1]中国煤炭建设协会.GB 50215—2005煤炭工业矿井设计规范[S].北京：中国计划出版社，2005.

[2]国家煤炭工业局.建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程[M].北京：煤炭工业出版社,2000.

[3]张荣立.采矿工程设计手册[M].北京:煤炭工业出版社,2003.

[4]国家煤矿安全监察局.煤矿防治水规定释义[M].徐州：中国矿业大学出版社,2009.

[5]国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[M].北京:煤炭工业出版社,2011.

(收稿日期2016-02-25)

姜国成(1983—)，男，工程师，硕士，710075 陕西省西安市。