劉 炳

(神東煤炭集團(tuán)設(shè)計(jì)公司，陜西 神木 719315)

0 引言

對于多水平多煤層開采的特大型礦井，薄厚煤層合理搭配開采，盤區(qū)間合理接續(xù)都對礦井穩(wěn)產(chǎn)高效及提高資源回收率起到至關(guān)重要的作用。為了保證礦井的正常生產(chǎn)接續(xù)和持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，在上一個(gè)盤區(qū)回采結(jié)束前，必須提前完成新盤區(qū)的開拓與準(zhǔn)備工作。新盤區(qū)必須具備礦井精查地質(zhì)報(bào)告，保證礦井正常生產(chǎn)接續(xù)且盡量利用礦井已形成的井巷工程，以達(dá)到初期工程量少，投資少，建設(shè)工期短，投產(chǎn)早等優(yōu)勢。

布爾臺煤礦是神東煤炭集團(tuán)公司的主力礦井之一，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力20.00 Mt/a，原設(shè)計(jì)服務(wù)年限為71.9 a，礦井采用綜合開拓方式。礦井位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市伊金霍洛旗烏蘭木倫鎮(zhèn)。2008年開工建設(shè)，2011年正式投產(chǎn)。礦井采用綜合開拓方式，現(xiàn)已形成主工業(yè)場地和松定霍洛風(fēng)井場地2個(gè)場地。

目前，礦井正在回采一水平一、二盤區(qū)的2-2煤層和二水平一盤區(qū)的4-2上煤層，井下各大系統(tǒng)均已形成。因礦井二水平一盤區(qū)4-2上煤層進(jìn)入回采末期，預(yù)計(jì)2020年底一盤區(qū)4-2上煤層回采結(jié)束。根據(jù)礦井目前2個(gè)水平一、二盤區(qū)生產(chǎn)現(xiàn)狀，僅利用現(xiàn)有的生產(chǎn)盤區(qū)已不能滿足礦井生產(chǎn)規(guī)模要求，導(dǎo)致接替緊張，為了確保礦井的正常生產(chǎn)接續(xù)，2021年初需準(zhǔn)備好新的采區(qū)進(jìn)行接續(xù)回采。

1 工程地質(zhì)條件及礦井開拓開采現(xiàn)狀

1.1 工程地質(zhì)條件

布爾臺煤礦井田面積192.63 km2，地質(zhì)資源量31.95億t，井田內(nèi)含煤地層為侏羅系中下統(tǒng)延安組。其中本次設(shè)計(jì)的深部區(qū)面積為109.2 km2，地質(zhì)資源量20.11億t，設(shè)計(jì)可采儲量12.15億t?？刹擅簩庸?層，其中4-2上煤層為深部區(qū)全部可采煤層；1-2上、1-2、2-2、2-2下、4-3、5-2、5-2下煤層為深部區(qū)大部可采煤層；3-1煤層為深部區(qū)局部可采煤層。井田內(nèi)煤屬特低灰、低硫、特低磷的不粘煤，為中高發(fā)熱量煤，是良好的動力用煤。本井田位于東勝煤田南部，其基本構(gòu)造形態(tài)為一南西傾斜的近水平產(chǎn)狀的單斜構(gòu)造，傾角一般為1°～5°，局部地段傾角略有增大，無明顯的褶皺及大的斷層，僅在煤田東部發(fā)育有少量高角度正斷層，發(fā)育有寬緩的波狀起伏。從各可采煤層底板等高線上看，等高線形態(tài)淺部變化不大，沿走向方向大致呈“S”形，但起伏角很小。本區(qū)構(gòu)造屬構(gòu)造簡單類型(即第1類)。井田內(nèi)溝谷較為發(fā)育，其西北部邊界發(fā)育有烏蘭木倫河，呼和烏素溝是流經(jīng)本區(qū)南部的另一條常年性河流，自西南邊界進(jìn)入井田，東南端流出，最終匯入烏蘭木倫河。根據(jù)碎屑巖類含水巖組的賦水特征及含、隔水層的發(fā)育情況，將其分為3個(gè)含水巖段，礦井水文地質(zhì)類型屬于中等型。根據(jù)最新的瓦斯等級鑒定報(bào)告顯示，礦井為低瓦斯礦井，各煤層均有煤塵爆炸性且自燃傾向性屬Ⅰ類容易自燃。井田內(nèi)各可采煤層頂?shù)装鍘r石的巖性主要為粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖，其次為砂巖，厚度一般在2～6 m之間。工程地質(zhì)類型劃分為第3類第2型，即層狀巖類、工程地質(zhì)條件中等型的礦床。

1.2 礦井開拓開采現(xiàn)狀

2個(gè)場地：礦井現(xiàn)已形成2個(gè)場地分別為主工業(yè)場地和松定霍洛立風(fēng)井場地。礦井開采方式采用綜合開拓方式，主工業(yè)場地內(nèi)集中并排布置有主斜井、副平硐、回風(fēng)斜井3條井筒。松定霍洛立風(fēng)井場地內(nèi)布置有松定霍洛進(jìn)、回風(fēng)立井。主斜井長637 m，傾角13°；副平硐長1 506 m，傾角5°；回風(fēng)斜井長533 m，傾角13°；松定霍洛進(jìn)風(fēng)立井深均為400 m，直徑均為6 m。

井田劃分：井田內(nèi)共劃分3個(gè)主采水平，以副平硐及暗副平硐的落底標(biāo)高計(jì)，第一水平標(biāo)高+1 050.0 m，第二水平標(biāo)高+1 016.0 m，第3水平標(biāo)高+922.0 m?，F(xiàn)已開拓完成的水平大巷有一水平2-2煤和二水平4-2上煤一盤區(qū)3條大巷及中部3條大巷等井巷工程。礦井目前正在回采一、二水平的2-2煤(一、二盤區(qū))和4-2上煤層(一盤區(qū))，一、二水平同時(shí)生產(chǎn)，分水平布置輔運(yùn)、主運(yùn)及回風(fēng)大巷，一盤區(qū)各水平主運(yùn)大巷膠帶機(jī)分別與主斜井膠帶機(jī)搭接，煤炭經(jīng)主斜井運(yùn)出。

開采進(jìn)度：井下現(xiàn)裝備3套綜采和7套掘進(jìn)設(shè)備，正在回采一盤區(qū)2-2煤層的22108工作面、4-2上煤層的4-2上煤層的106工作面及二盤區(qū)2-2煤層的22204工作面。掘進(jìn)正在準(zhǔn)備22207、4-2上煤層203綜采工作面及各煤層大巷的開拓延伸工程。目前礦井一盤區(qū)4-2上煤進(jìn)入回采末期，正在回采4-2上煤層107工作面，一盤區(qū)4-2上煤剩余一個(gè)工作面，預(yù)計(jì)2019年底一盤區(qū)4-2上煤層回采結(jié)束，按照礦井生產(chǎn)接續(xù)總體安排，為保證礦井的正常生產(chǎn)接續(xù)、生產(chǎn)規(guī)模穩(wěn)定以及經(jīng)濟(jì)效益，需開拓新的盤區(qū)作為一盤區(qū)4-2上煤的接續(xù)盤區(qū)。

2 深部區(qū)開采的必要性

根據(jù)礦井目前2個(gè)水平一、二盤區(qū)生產(chǎn)現(xiàn)狀，僅利用現(xiàn)有的生產(chǎn)盤區(qū)不能滿足礦井生產(chǎn)規(guī)模要求，導(dǎo)致接替緊張，為了確保礦井的正常生產(chǎn)接續(xù)，2021年初需準(zhǔn)備好新的采區(qū)進(jìn)行接續(xù)回采。

根據(jù)《內(nèi)蒙古自治區(qū)東勝煤炭國家規(guī)劃礦區(qū)礦業(yè)權(quán)設(shè)置方案(修編)》方案及簽訂的相關(guān)協(xié)議，井田內(nèi)可合理接續(xù)的盤區(qū)為三、四、五盤區(qū)，考慮到井下一水平2-2煤中部大巷已延伸至三盤區(qū)東部邊界，同時(shí)一水平三盤區(qū)最上部賦存的1-2上煤層初期開采區(qū)域煤層較厚、補(bǔ)充勘探程度高并滿足先期開采地段勘查程度的要求、井巷工程便利，可作為接續(xù)盤區(qū)；結(jié)合上述因素，選擇深部區(qū)一水平三盤區(qū)1-2上煤層作為二水平一盤區(qū)4-2上煤層的接續(xù)盤區(qū)及煤層。故2021年初打開深部區(qū)(包括三、四、五、八共4個(gè)盤區(qū))并回采三盤區(qū)1-2上煤層是合理的也是必要的。

3 深部區(qū)開拓延深及輔助運(yùn)輸系統(tǒng)分析

本次開采設(shè)計(jì)主要以完成礦井深部區(qū)的總體開拓布置及正常生產(chǎn)接續(xù)保證礦井規(guī)模為目標(biāo)。深部區(qū)投產(chǎn)后，全礦井仍為3套綜采，保持 20.00 Mt/a的生產(chǎn)規(guī)模不變。設(shè)計(jì)本著盡可能充分利用礦井現(xiàn)已形成的工業(yè)場地，生產(chǎn)、生活設(shè)施與設(shè)備、井巷工程與各生產(chǎn)系統(tǒng)，盡可能以最佳的布置形式與礦井現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)合。根據(jù)礦井開拓方式、煤層賦存條件、井下采掘現(xiàn)狀、接續(xù)計(jì)劃及礦井開采設(shè)計(jì)總體原則，在充分考慮利用現(xiàn)有設(shè)施的同時(shí)，應(yīng)緊密圍繞提高深部區(qū)資源回收率、實(shí)現(xiàn)薄厚煤層搭配開采、保證礦井生產(chǎn)規(guī)模；同時(shí)提高深部區(qū)輔助運(yùn)輸效率，降低運(yùn)營成本核心思想。

根據(jù)本次深部區(qū)開采的總體設(shè)計(jì)要求，深部區(qū)移交生產(chǎn)時(shí)，需在深部區(qū)新增設(shè)一個(gè)副斜井場地和明安木獨(dú)回風(fēng)立井場地，同時(shí)利用現(xiàn)有的主工業(yè)場地和松定霍洛立風(fēng)井場地的井筒及設(shè)施。深部區(qū)生產(chǎn)后期需再新建一個(gè)石拉塔進(jìn)/回風(fēng)立井場地；深部區(qū)投產(chǎn)后，礦井中后期生產(chǎn)會同時(shí)集中在井田的深部區(qū)，現(xiàn)有副平硐至深部區(qū)最近工作面輔助距離約17 km，至最遠(yuǎn)回采工作面距離已達(dá)27 km，輔助運(yùn)輸距離很長，制約著礦井輔助運(yùn)輸效率和效益，故設(shè)計(jì)主要圍繞新建副井的模式提出了3個(gè)深部區(qū)輔助運(yùn)輸方案。3個(gè)方案分別為深部區(qū)新建副斜井(方案一)、深部區(qū)新建副立井(方案二)及主工業(yè)場地新建副斜井(方案三)。通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)對比后，針對埋深在400 m以上的井筒，在輔助運(yùn)輸采用副斜井或副立井較難抉擇，經(jīng)過多次論證比較，同時(shí)多次深入周邊已投產(chǎn)的裝備副立井煤礦，詳細(xì)咨詢了副立井的運(yùn)營狀態(tài)、立井使用過程中的優(yōu)勢和不足，同時(shí)結(jié)合神東開發(fā)建設(shè)30多年來斜井使用經(jīng)驗(yàn)，從輔助運(yùn)輸運(yùn)營費(fèi)用、人員及車輛配備、投資情況等方面進(jìn)行了綜合對比，無論從投資、運(yùn)營費(fèi)用、安全使用方面，新建副斜井方案具有很大優(yōu)勢，最終確定深部區(qū)輔助運(yùn)輸系統(tǒng)采用新建副斜井(方案一)。

根據(jù)礦井開拓部署、瓦斯及煤層賦存條件等因素，深部區(qū)開采時(shí)，礦井仍采用分區(qū)式通風(fēng)系統(tǒng)，抽出式通風(fēng)方式。礦井深部區(qū)投產(chǎn)初期，當(dāng)一盤區(qū)二水平以上煤層回采完畢時(shí)，停運(yùn)主井工業(yè)場地回風(fēng)斜井風(fēng)機(jī)，全礦井共有2個(gè)回風(fēng)井，分別為二盤區(qū)松定霍洛立風(fēng)井場地的回風(fēng)立井及三盤區(qū)明安木獨(dú)回風(fēng)立井場地的回風(fēng)立井，其中松定霍洛回風(fēng)立井風(fēng)機(jī)服務(wù)于二盤區(qū)，明安木獨(dú)回風(fēng)立井風(fēng)機(jī)服務(wù)于三盤區(qū)。

根據(jù)深部區(qū)開采開拓方案，深部區(qū)開采時(shí)，現(xiàn)有的煤炭運(yùn)輸系統(tǒng)中2-2煤中部主運(yùn)大巷膠帶機(jī)、2-2煤主運(yùn)大巷膠帶機(jī)、主井膠帶機(jī)完全可以利用。本次設(shè)計(jì)三盤區(qū)1-2上煤開采時(shí)需新增2部膠帶機(jī)，即2-2煤南部主運(yùn)大巷膠帶機(jī)、三盤區(qū)1-2上煤主運(yùn)大巷膠帶機(jī)。

深部區(qū)開采時(shí)仍利用礦井現(xiàn)有主排水設(shè)備，礦井的排水系統(tǒng)形式為接力排水方式。經(jīng)校核，深部區(qū)投產(chǎn)后，現(xiàn)有主排水泵房排水設(shè)備滿足需求，不需要進(jìn)行改造。本次深部區(qū)投產(chǎn)時(shí)，只需在三盤區(qū)1-2上煤新建一個(gè)盤區(qū)排水泵房，接力排至一水平二盤區(qū)2-2煤盤區(qū)排水泵房。

4 深部區(qū)開拓方案

結(jié)合礦井整體開拓部署、深部區(qū)新建副斜井方案、深部區(qū)各可采煤層的賦存情況、開采技術(shù)條件，設(shè)計(jì)以既有利于前期又兼顧后期的開采，本著充分利用現(xiàn)有井巷工程、各生產(chǎn)系統(tǒng)以及現(xiàn)有設(shè)施、設(shè)備及縮短深部區(qū)輔助運(yùn)輸距離，提高輔助運(yùn)輸效率的原則，提出以下2個(gè)深部區(qū)開拓布置方案。

4.1 方案一

方案一的深部區(qū)開拓布置平面圖，如圖1所示。

圖1 深部區(qū)開拓布置平面(方案一)

新建4條井筒，水平南部大巷沿中部大巷末端以208.9°方位角平行于二盤區(qū)東部邊界布置，水平南部大巷延伸段沿四、五盤區(qū)邊界平行布置，八盤區(qū)大巷從現(xiàn)有的中部大巷末端以相同方位角延伸至井田西部邊界。

礦井深部區(qū)投產(chǎn)后，仍采用綜合開拓方式，利用現(xiàn)有的工業(yè)場地及設(shè)施，并在深部區(qū)新增設(shè)一個(gè)副斜井場地、一個(gè)回風(fēng)立井場地及一個(gè)進(jìn)回風(fēng)立井工業(yè)場地；水平南部大巷沿中部大巷末端以208.9°方位角平行于二盤區(qū)東部邊界布置，水平南部大巷延伸段沿四、五盤區(qū)共同邊界平行布置，八盤區(qū)大巷從現(xiàn)有的中部大巷末端以相同方位角延伸至井田西部邊界。

設(shè)計(jì)在一、二盤區(qū)共同邊界中西部附近，阿大一級公路24 km附近，阿新線北側(cè)新建副斜井，在一水平2-2煤南部大巷3 000 m處(緊鄰霍3號油氣井)新建明安木獨(dú)回風(fēng)立井；規(guī)劃在四、五盤區(qū)共同邊界的中部新建石垃塔進(jìn)、回風(fēng)立井。

副斜井：井口標(biāo)高為+1 360 m，傾角6°，凈斷面積21.15 m2，井筒斜長3 800 m(施工至1-2上煤層)，松散層段采用500 mm厚鋼筋混凝土碹，基巖段采用錨網(wǎng)噴支護(hù)(噴射混凝土厚度100 mm)，井筒進(jìn)風(fēng)兼做礦井安全出口。

明安木獨(dú)回風(fēng)立井：井口標(biāo)高為+1 336 m，傾角90°，凈直徑6 m，凈斷面積28.26 m2，井深約384 m(施工至2-2煤層)，開口段采用400 mm厚鋼筋混土發(fā)，基巖段采用400 mm素混凝土發(fā)，井筒內(nèi)裝備封閉的梯子間，兼做礦井安全出口。

經(jīng)通風(fēng)計(jì)算及礦井分區(qū)式通風(fēng)要求，深部區(qū)投產(chǎn)時(shí)需投運(yùn)明安木獨(dú)回風(fēng)立井，承擔(dān)三盤區(qū)開采期間回風(fēng)任務(wù)。

后期在開采深部區(qū)其它各水平煤層時(shí)，根據(jù)生產(chǎn)接續(xù)、通風(fēng)的需要，適時(shí)施工石垃塔進(jìn)回風(fēng)立井，同時(shí)延伸副斜井及明安木獨(dú)回風(fēng)立井至其它各水平煤層。

4.2 方案二

方案二的深部開拓布置平面圖，如圖2所示。

圖2 深部區(qū)開拓布置平面(方案二)

新建4條井筒，水平西部大巷沿三盤區(qū)南部邊界平行布置，水平東部大巷沿二盤區(qū)南部邊界平行布置，八盤區(qū)大巷從現(xiàn)有的中部大巷末端以相同方位角延伸至井田西部邊界。

礦井深部區(qū)投產(chǎn)后，采用綜合開拓方式，利用現(xiàn)有的工業(yè)場地，并在深部區(qū)新增設(shè)1個(gè)副斜井工業(yè)場地、2個(gè)回風(fēng)立井場地和1個(gè)進(jìn)風(fēng)立井場地；水平南部大巷沿中部大巷末端以208.9°方位角平行于二盤區(qū)東部邊界布置，水平東部大巷沿二盤區(qū)南部邊界平行布置，水平西部大巷沿三盤區(qū)南部邊界平行布置，八盤區(qū)大巷從現(xiàn)有的中部大巷末端以相同方位角延伸至井田西部邊界。

設(shè)計(jì)在一、二盤區(qū)共同邊界中西部附近，阿新線北側(cè)新建副斜井，在一水平2-2煤南部大巷3 000 m處(緊鄰霍3號油氣井)新建明安木獨(dú)回風(fēng)立井；在二、三、四、五盤區(qū)交匯處附近新建郭家畔進(jìn)風(fēng)立井；在水平西部大巷中部(BK143鉆孔附近)設(shè)石拉塔回風(fēng)立井。深部區(qū)投產(chǎn)時(shí)需投運(yùn)副斜井和明安木獨(dú)回風(fēng)立井，承擔(dān)深部區(qū)三盤區(qū)1-2上煤層開采時(shí)的回風(fēng)任務(wù)及部分輔助運(yùn)輸任務(wù)。

副斜井及明安木獨(dú)回風(fēng)立井位置、參數(shù)及功能同方案一。

后期在開采深部區(qū)其它各水平煤層時(shí)，根據(jù)生產(chǎn)接續(xù)、通風(fēng)需要，適時(shí)施工郭家畔進(jìn)風(fēng)立井和石拉塔回風(fēng)立井，同時(shí)延伸副斜井及明安木獨(dú)回風(fēng)立井至其他各水平煤層。

4.3 方案對比

方案一的優(yōu)點(diǎn)是后期開采四、五盤區(qū)主要煤層時(shí)，開拓巷道工程量少，大巷煤柱損失量少，主運(yùn)輸生產(chǎn)環(huán)節(jié)少，系統(tǒng)簡單；主采煤層綜采工作面推采方向煤層厚度變化小，綜采設(shè)備適應(yīng)性強(qiáng)，便于礦井穩(wěn)產(chǎn)高效。缺點(diǎn)是四盤區(qū)1-2上煤開拓巷道工程量大，運(yùn)輸距離長；四、五盤區(qū)主采煤層工作面平行盤區(qū)邊界布置，資源損失量較大。

方案二的優(yōu)點(diǎn)是四、五盤區(qū)主采煤層工作面平行井田西部邊界布置，資源損失量較小。缺點(diǎn)是主采煤層開拓巷道工程量大，運(yùn)輸距離長；工作面?zhèn)€數(shù)較多，搬家倒面次數(shù)增加；主采煤層綜采工作面推采方向煤層厚度變化大，綜采設(shè)備適應(yīng)性差，不便于礦井穩(wěn)產(chǎn)高效。

表1 深部區(qū)開拓布置方案主要工程經(jīng)濟(jì)比較(可比工程)

5 結(jié)語

通過上述技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較可以看出：在技術(shù)方面，方案二主要因主采煤層綜采工作面推采方向煤層厚度變化大，綜采設(shè)備適應(yīng)性差，不便于礦井穩(wěn)產(chǎn)高效，存在一定的不利因素，而方案一則主采煤層綜采工作面推采方向煤層厚度變化小，便于礦井穩(wěn)產(chǎn)高效；此外，方案一還具有四、五盤區(qū)主采煤層開拓巷道工程量小，投資較省，壓覆資源量少等優(yōu)點(diǎn)。在經(jīng)濟(jì)方面，方案一比方案二少投資85 224萬元。綜合分析技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，選擇方案一作為最終方案。