李學(xué)強(qiáng)

(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

工業(yè)場(chǎng)地選擇與開(kāi)拓設(shè)計(jì)關(guān)系到礦井的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，直接影響基建期工程量、工期、投資和礦井投產(chǎn)后能否盡快高產(chǎn)高效安全生產(chǎn)，具有非常重要的意義。本文以車村一礦為實(shí)例，對(duì)工業(yè)場(chǎng)地與開(kāi)拓方式比選的過(guò)程進(jìn)行分析和總結(jié)。

1 礦井概況

1.1 井田概況

車村一礦井田位于子長(zhǎng)礦區(qū)西南部，井田內(nèi)黃土梁、峁、溝谷相間分布，屬典型的黃土高原地貌。井田南北長(zhǎng)度10.2～18.0 km，東西寬4.2～9.0 km，礦區(qū)面積約121 km2，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為1.5 Mt/a。井田范圍內(nèi)無(wú)高速公路、文物古跡旅游區(qū)及自然保護(hù)區(qū)，分布各類石油井450個(gè)。

1.2 礦井外部建設(shè)條件

礦井煤炭外運(yùn)條件良好，電力供應(yīng)及生產(chǎn)、生活用水有一定保障，對(duì)外聯(lián)絡(luò)方便，具備了建設(shè)大型礦井的外部條件。

1.3 資源條件

可采煤層3層，從上到下分別為5號(hào)、3-2號(hào)、3-3號(hào)，5號(hào)煤層平均厚1.79 m，埋深在156～410 m之間，屬局部可采、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定的中厚煤層。

3-2號(hào)煤層平均厚0.91 m，煤層埋深在189～582 m，屬大部可采、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定的薄煤層。

3-3號(hào)煤層平均厚0.72 m，煤層埋深在306～622 m，屬結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、局部可采、穩(wěn)定的薄煤層。

1.4 開(kāi)采技術(shù)條件

井田內(nèi)地層平緩，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，煤層瓦斯含量低，煤層為自燃、具有煤塵爆炸危險(xiǎn)性，無(wú)地?zé)嵛：Α?/p>

2 工業(yè)場(chǎng)地位置比選

2.1 影響本項(xiàng)目工業(yè)場(chǎng)地選擇主要因素

地形地貌：井田屬典型的黃土高原地貌，黃土梁、峁、溝谷相間分布，由于地形切割嚴(yán)重，工業(yè)場(chǎng)地選擇十分困難。

資源條件：5號(hào)煤層可采范圍集中在礦井的東部，局部可采。3-2號(hào)煤層在井田東南部及南部厚度達(dá)到1.1～1.8 m左右，相對(duì)而言煤層厚度較厚。3-3號(hào)煤層可采范圍集中在礦井南部，煤層厚度集中在0.65～0.98 m之間，賦存穩(wěn)定。從保證礦井迅速達(dá)產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)角度出發(fā)，首采區(qū)及井口位置應(yīng)盡量靠近井田東南部、西南部一帶選擇。

地面建(構(gòu))筑物及設(shè)施：井田內(nèi)共分布各類石油井450個(gè)，井田北部和中部一帶油氣井密集，中南部、東南部油氣井分布較少，井田南部區(qū)域沒(méi)有油氣井分布，為保證礦井安全，工業(yè)場(chǎng)地應(yīng)盡量避開(kāi)油氣井密集區(qū)域。

交通運(yùn)輸條件：210國(guó)道、包茂高速分別在井田外東、西部南北向通過(guò)，井田內(nèi)南部有子(長(zhǎng))—安(塞)二級(jí)公路東西向穿過(guò)。神延鐵路自工業(yè)場(chǎng)地東側(cè)南北向通過(guò)。工業(yè)場(chǎng)地應(yīng)盡量選擇靠近鐵路裝車站和公路接點(diǎn)位置。

征地條件：井田內(nèi)大的溝谷較平緩的地帶，基本農(nóng)田眾多，征地困難，工業(yè)場(chǎng)地選擇必須避開(kāi)基本農(nóng)田范圍，多利用荒地。

2.2 工業(yè)場(chǎng)地方案

根據(jù)工業(yè)場(chǎng)地及井口位置選擇確定的原則及影響工業(yè)場(chǎng)地選擇的因素，經(jīng)多方案篩選，九仙溝、劉家鹼、林圪臺(tái)溝和涼水灣場(chǎng)地4處溝谷地段場(chǎng)地較為平坦開(kāi)闊，適宜作為礦井工業(yè)場(chǎng)地。

工業(yè)場(chǎng)地備選方案位置如圖1所示。

方案一：九仙溝工業(yè)場(chǎng)地位于井田東南部的九仙溝內(nèi)，場(chǎng)地標(biāo)高+1 242 m，5號(hào)煤層埋深272 m，3-2號(hào)煤層埋深332 m，3-3號(hào)煤層埋深345.0 m左右。該處溝谷平緩處寬248 m，長(zhǎng)度約1 km，地形較為平坦，距離公路1.2 km左右，周邊無(wú)村莊及大的地面構(gòu)筑物，油氣井分布較少，場(chǎng)地平整度較好。

方案二：劉家鹼工業(yè)場(chǎng)地位于井田東南部的劉家鹼村附近，場(chǎng)地標(biāo)高+1 227 m，5號(hào)煤層埋深250 m，3-2號(hào)煤層埋深+305 m，無(wú)3-3號(hào)煤層賦存，周邊比較開(kāi)闊平整，工業(yè)場(chǎng)地寬230 m左右，長(zhǎng)度600 m左右，公路從工業(yè)場(chǎng)地南部通過(guò)，工業(yè)場(chǎng)地周邊劉家鹼村范圍較大，為礦井井田范圍內(nèi)較大的村莊，周邊油氣井分布較少。

方案三：林圪臺(tái)溝工業(yè)場(chǎng)地位于井田中南部的林圪臺(tái)溝內(nèi)，場(chǎng)地標(biāo)高+1 292 m左右，3-2號(hào)煤層埋深400 m左右，3-3號(hào)煤層埋深420 m左右，無(wú)5號(hào)煤層賦存。該處溝谷平緩處寬約290 m，長(zhǎng)約1 180 m，地形較九仙溝場(chǎng)地較為狹長(zhǎng)，距離公路約1.4 km，周邊無(wú)村莊及大的地面構(gòu)筑物，周邊油氣井分布較少。

圖1 工業(yè)場(chǎng)地備選方案位置分布Fig.1 Location distribution of industrial site alternatives

方案四：涼水灣工業(yè)場(chǎng)地位于井田南部的涼水灣村東南部的開(kāi)闊平臺(tái)處，場(chǎng)地標(biāo)高+1 292 m，3-3號(hào)煤層埋深423 m，無(wú)3-2號(hào)煤層、5號(hào)煤層賦存。該工業(yè)場(chǎng)地位于礦井的南端，煤層埋藏較深，該處溝谷平緩處寬約300 m左右，長(zhǎng)約700 m左右，地形較為平坦，公路位于工業(yè)場(chǎng)地東北方向400 m處，周邊有涼水灣及南家灣村，此工業(yè)場(chǎng)地附近油氣井賦存較多。

2.3 工業(yè)場(chǎng)地比選

方案一、二距離礦井高級(jí)儲(chǔ)量5號(hào)煤層可采區(qū)域較近，礦井前期開(kāi)采5號(hào)煤層，井巷工程量較小，且2個(gè)方案距離井田內(nèi)的公路較近，前期礦井建設(shè)期間進(jìn)場(chǎng)公路較短，交通便利。方案二周邊村莊較多，征地存在一定的困難。且工業(yè)場(chǎng)地保護(hù)煤柱壓覆的煤層較多，占用礦井的資源量較大。方案一位于九仙溝內(nèi)，周邊無(wú)村莊，地形也較為平緩，工業(yè)場(chǎng)地位于5號(hào)煤層隱伏露頭線以西，工業(yè)場(chǎng)地保護(hù)煤柱壓覆煤量較小。但方案一的進(jìn)場(chǎng)公路約1.2 km，較方案二長(zhǎng)。根據(jù)方案一與方案二的優(yōu)缺點(diǎn)分析，方案一征地容易，壓覆煤量小，工業(yè)場(chǎng)地周邊建構(gòu)物少，整體方案一優(yōu)于方案二。

方案三、四都遠(yuǎn)離礦井的高級(jí)儲(chǔ)量5號(hào)煤層可采范圍。方案三位于井田中部區(qū)域，工業(yè)場(chǎng)地周邊無(wú)村莊，地面油氣井分布不密集。方案三選址位于礦井儲(chǔ)量中心，兩翼較為均衡，對(duì)礦井后期開(kāi)發(fā)運(yùn)輸、通風(fēng)系統(tǒng)有利。方案四位于礦井的南部偏西的涼水灣村東南部，其主要的優(yōu)點(diǎn)為首采區(qū)域?yàn)榈V井南部無(wú)油氣井區(qū)域，對(duì)礦井的前期開(kāi)拓有利。其缺點(diǎn)為遠(yuǎn)離礦井儲(chǔ)量中心及高級(jí)儲(chǔ)量，且煤層在礦井南部埋藏較深，需要立井開(kāi)拓井田?？傮w分析方案三優(yōu)于方案四。

綜合分析，方案一、方案三較優(yōu)，方案二工業(yè)場(chǎng)地相對(duì)較狹小，且周邊建構(gòu)物較多，征地難度大，工業(yè)場(chǎng)地土石方工程量較大。邊坡處理難度較大，故首先排除方案二。下一步，結(jié)合井下開(kāi)拓布置方案，從方案一、三、四中確定最終工業(yè)場(chǎng)地位置。

3 井田開(kāi)拓方式比選

3.1 井田開(kāi)拓原則

井田開(kāi)拓方式確定的主要原則如下。

結(jié)合場(chǎng)地位置和煤層埋深情況，開(kāi)拓方式力求簡(jiǎn)單，井筒短，施工容易，見(jiàn)效快。

主、副井與各水平大巷銜接合理，主、輔運(yùn)輸系統(tǒng)簡(jiǎn)捷，裝備簡(jiǎn)單，投資省，環(huán)節(jié)少，效率高，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低，利于自動(dòng)化管理。

有利于首采盤區(qū)和首采工作面的快速準(zhǔn)備，礦井建設(shè)工期短。

主、副井盡可能集中在一個(gè)場(chǎng)地或相距較近，利于集中管理。

主運(yùn)輸采用帶式輸送機(jī)運(yùn)輸，輔助運(yùn)輸盡量采用無(wú)軌膠輪車運(yùn)輸。

主井口位置的確定應(yīng)考慮地面生產(chǎn)系統(tǒng)及裝車站的合理布局，且工程投資省，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低。

3.2 井田開(kāi)拓方案

方案一：九仙溝斜井開(kāi)拓方案。礦井工業(yè)場(chǎng)地位于九仙溝內(nèi)，場(chǎng)地標(biāo)高+1 240 m。5號(hào)煤層埋深270 m，3-2號(hào)煤層埋深360 m，3-3號(hào)煤層埋深380 m。根據(jù)工業(yè)場(chǎng)地附近5號(hào)煤層埋藏較淺的特點(diǎn)，井田采用斜井開(kāi)拓方式，首采5號(hào)、3-2號(hào)煤層。初期形成3條井筒，主、副、回風(fēng)斜井的井口集中布置在工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)。向西南方向布置3條井筒掘進(jìn)至3-2號(hào)煤層。

井田按煤組劃分為一個(gè)主水平和一個(gè)輔助水平開(kāi)采，主水平位于3-2號(hào)煤層中，在5號(hào)煤層設(shè)置一個(gè)輔助水平。全井田共劃分為13個(gè)盤區(qū)。礦井后期新增喬家渠進(jìn)回風(fēng)立井、佘家溝進(jìn)回風(fēng)立井、馬林墩進(jìn)回風(fēng)立井、腦畔圪塔進(jìn)回風(fēng)立井，滿足礦井后期通風(fēng)的需要。主運(yùn)輸采用帶式輸送機(jī)運(yùn)輸，輔助運(yùn)輸采用無(wú)軌膠輪車運(yùn)輸。本方案移交時(shí)井巷工程量26 577 m，其中半煤巖巷19 638 m，巖巷6 939 m。

方案二：九仙溝主斜副立井開(kāi)拓方案。與方案一不同的是井田采用主斜井-副立井開(kāi)拓方式，礦井初期形成3條井筒，主斜井、副立井、回風(fēng)立井，均集中布置在工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)，井口標(biāo)高+1 240 m。主斜井基本沿煤層走向向西南掘進(jìn)至3-2號(hào)煤層，副立井、回風(fēng)立井則落底于3-2號(hào)煤層，分別通過(guò)輔助運(yùn)輸石門與回風(fēng)石門與位于礦井南翼的大巷相連。礦井后期風(fēng)井位置、煤層分組、水平劃分、大巷布置及盤區(qū)劃分、主運(yùn)輸、輔助運(yùn)輸與方案一相同。移交時(shí)井巷工程量24 561 m，其中半煤巖巷21 638 m，巖巷2 923 m。

方案三：林圪臺(tái)溝工業(yè)場(chǎng)地立井開(kāi)拓方案。工業(yè)場(chǎng)地位于林圪臺(tái)溝，場(chǎng)地標(biāo)高+1 292 m。3-2號(hào)煤層埋深422 m，3-3號(hào)煤層埋深442 m，5號(hào)煤層在工業(yè)場(chǎng)地區(qū)域無(wú)賦存，井田采用立井開(kāi)拓方式，在工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)布置主立井、副立井和回風(fēng)立井，井筒落底至3-2號(hào)煤層后，布置井底車場(chǎng)，沿東西方向布置東翼大巷，大巷與井筒通過(guò)石門聯(lián)絡(luò)，在5號(hào)煤層露頭線附近布置5號(hào)煤層巷道，沿東西方向掘進(jìn)至井田東部邊界，5號(hào)煤層輔助運(yùn)輸巷道及回風(fēng)巷道通過(guò)聯(lián)絡(luò)斜巷與3-2號(hào)煤層連接，帶式輸送機(jī)巷道通過(guò)煤倉(cāng)連接。礦井后期風(fēng)井位置、煤層分組、水平劃分、大巷布置及盤區(qū)劃分、主運(yùn)輸、輔助運(yùn)輸與方案一相同。移交時(shí)井巷工程量29 189 m，其中半煤巖巷26 466 m，巖巷2 723 m。

方案四：涼水灣工業(yè)場(chǎng)地立井開(kāi)拓方案。礦井工業(yè)場(chǎng)地位于涼水灣村南側(cè)空地，場(chǎng)地標(biāo)高+1 292.0 m。3-2號(hào)煤層埋深420 m左右，3-3號(hào)煤層埋深440 m左右，5號(hào)煤層在工業(yè)場(chǎng)地區(qū)域無(wú)賦存。本工業(yè)場(chǎng)地距離礦井高級(jí)儲(chǔ)量區(qū)5號(hào)煤層大約7 km左右，故前期開(kāi)采3-2號(hào)煤層，主要開(kāi)采礦井基本沒(méi)有油氣井的南部區(qū)域。井田采用立井開(kāi)拓方式，在工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)布置主立井、副立井和回風(fēng)立井，井筒落底后，布置井底車場(chǎng)，向東掘進(jìn)礦井聯(lián)絡(luò)石門至井田邊界保護(hù)煤柱，沿著南北方向向南掘進(jìn)南翼大巷直至礦井南部邊界，向北掘進(jìn)至ZKB1111鉆孔附近，向東掘進(jìn)至井田邊界保護(hù)煤柱，在5號(hào)煤層露頭線附近布置5號(hào)煤層巷道，并向東掘進(jìn)至井田邊界，5號(hào)煤層輔助運(yùn)輸巷道及回風(fēng)巷道通過(guò)聯(lián)絡(luò)斜巷與3-2號(hào)煤層連接，帶式輸送機(jī)巷道通過(guò)煤倉(cāng)連接。礦井后期煤層分組、水平劃分、大巷布置及盤區(qū)劃分與方案一一致。除腦畔圪塔進(jìn)回風(fēng)立井不再布置外，其他與方案一相同。方案移交時(shí)(達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能1.50 Mt/a)井巷工程量49 313 m，其中半煤巖巷46 487 m，巖巷2 826 m。

4 方案比選

4個(gè)方案的大巷布置、水平劃分基本相同，不同的是工業(yè)場(chǎng)地選址和主井、副井和回風(fēng)井開(kāi)拓方式以及井筒與大巷的連接方式不同，因此方案比較的實(shí)質(zhì)是場(chǎng)址的選擇和開(kāi)拓方式的比較。

4.1 從技術(shù)合理性分析

方案一采用全斜井開(kāi)拓，方案二采用主斜井-副立井開(kāi)拓，方案三及方案四采用立井開(kāi)拓，4個(gè)方案在技術(shù)上均可行。

方案二較方案一井筒長(zhǎng)度短，井筒施工速度快，井巷工程量小等明顯優(yōu)勢(shì)，但其輔助運(yùn)輸系統(tǒng)復(fù)雜，環(huán)節(jié)多，效率低，成本高，建設(shè)周期長(zhǎng)，且工業(yè)場(chǎng)地布置窄軌系統(tǒng)后，地面布置復(fù)雜，難度大，工業(yè)場(chǎng)地開(kāi)挖量較大。方案一輔助運(yùn)輸機(jī)動(dòng)靈活、輔助運(yùn)輸可實(shí)現(xiàn)地面到井下工作地點(diǎn)無(wú)軌膠輪車直達(dá)運(yùn)輸，利于生產(chǎn)管理，同時(shí)地面布置簡(jiǎn)單，切合工業(yè)場(chǎng)地地形特點(diǎn)，從技術(shù)方面分析，方案一優(yōu)于方案二。

方案三與方案四均為立井開(kāi)拓，方案三工業(yè)場(chǎng)地較為狹小，布置較為困難，但方案三工業(yè)場(chǎng)地距離5號(hào)煤層可采區(qū)域較近，井巷工程量相對(duì)較少，礦井建井工期較短，方案四位于井田南端，距離5號(hào)煤層可采區(qū)域最遠(yuǎn)，礦井前期在3-2號(hào)煤層布置一個(gè)工作面生產(chǎn)，2年后方可開(kāi)采5號(hào)煤層，從而達(dá)到礦井設(shè)計(jì)產(chǎn)能，建井工期最長(zhǎng)，達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能需要56個(gè)月。且前2年礦井生產(chǎn)能力小。從技術(shù)方面分析，方案三優(yōu)于方案四。

方案二與方案三從技術(shù)方面分析，方案二采用主斜井鋪設(shè)帶式輸送機(jī)連續(xù)運(yùn)輸，主運(yùn)輸系統(tǒng)簡(jiǎn)單，管理方便，投資小。方案三采用立井箕斗運(yùn)輸，環(huán)節(jié)多，投資大，系統(tǒng)復(fù)雜，不易管理。從井巷工程量分析，方案三因距離5號(hào)煤層較遠(yuǎn)，井巷工程量較大，且方案三工業(yè)場(chǎng)地較為狹小，工業(yè)場(chǎng)地挖方填方量大，且工業(yè)場(chǎng)地布置較為困難，綜合分析，方案二優(yōu)于方案三。

綜上，從技術(shù)方面分析，本次設(shè)計(jì)選取方案一。

4.2 從經(jīng)濟(jì)方面分析

開(kāi)拓方案經(jīng)濟(jì)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 礦井開(kāi)拓方案經(jīng)濟(jì)對(duì)比

方案一投資最少，投資78 648.7萬(wàn)元，方案四投資最大，投資161 696.7萬(wàn)元，方案二及方案三次之。

5 結(jié)論

(1)通過(guò)對(duì)礦井地形地貌、資源條件、地面建(構(gòu))筑物及設(shè)施、征地條件的綜合分析，提出4個(gè)工業(yè)場(chǎng)地方案并進(jìn)行分析、比選。劉家鹼工業(yè)場(chǎng)地較為狹小，且周邊建構(gòu)筑物較多，征地難度大，工業(yè)場(chǎng)地土石方工程量較大，邊坡處理難度較大，故首先排除。從九仙溝、林圪臺(tái)溝、涼水灣場(chǎng)地結(jié)合開(kāi)拓方案進(jìn)一步比選。

(2)在3個(gè)工業(yè)場(chǎng)地基礎(chǔ)上提出九仙溝全斜井、九仙溝主斜副立井、林圪臺(tái)溝立井、涼水灣立井4個(gè)開(kāi)拓方案進(jìn)行比選，從技術(shù)方面分析，九仙溝斜井開(kāi)拓方案開(kāi)拓方式簡(jiǎn)單，主、輔運(yùn)輸系統(tǒng)簡(jiǎn)捷，裝備簡(jiǎn)單，技術(shù)最優(yōu)。從經(jīng)濟(jì)方面分析，九仙溝斜井開(kāi)拓方案投資最少。最終選擇九仙溝斜井開(kāi)拓方案。