何 剛

(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

四門(mén)溝煤礦位于陜西省神木市西北方向30 km，行政區(qū)劃隸屬神木市麻家塔鄉(xiāng)管轄。井田面積6.511 3 km2，生產(chǎn)能力 1.50 Mt/a，服務(wù)年限33 a。四門(mén)溝煤礦分2期設(shè)施，一期為露天開(kāi)采部分，二期為井工開(kāi)采部分。目前，四門(mén)溝煤礦一期露天開(kāi)采部分已經(jīng)完畢；二期井工開(kāi)采部分工業(yè)場(chǎng)地于2011年已經(jīng)基本建成，主要包括行政福利設(shè)施、輔助生產(chǎn)設(shè)施，供水、10 kV供電、采暖(燃煤小鍋爐)、回風(fēng)斜井通風(fēng)系統(tǒng)(風(fēng)機(jī)已安裝)已形成。生產(chǎn)系統(tǒng)尚未建設(shè)，井下除主斜井、副斜井和回風(fēng)斜井已施工至一水平4-2煤外，其他井巷工程均未施工，地面及井巷工程建設(shè)因故停工至今。

由于井工部分停工建設(shè)快10 a，近年來(lái)環(huán)保政策收緊，智能化建設(shè)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策和行業(yè)規(guī)程規(guī)范均發(fā)生了變化，因此，原設(shè)計(jì)已不能滿足指導(dǎo)井工部分建設(shè)的需要，需要按照最新的產(chǎn)業(yè)政策和行業(yè)規(guī)程規(guī)范，在充分結(jié)合礦井建設(shè)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對(duì)井下開(kāi)拓系統(tǒng)布置及盤(pán)區(qū)劃分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，為井工部分建設(shè)提供可靠的設(shè)計(jì)指導(dǎo)。

1 礦井概況

四門(mén)溝煤礦面積約6.511 3 km2，生產(chǎn)能力1.50 Mt/a，井田內(nèi)含煤地層為侏羅系中統(tǒng)延安組，可采煤層有2-2、3-1、4-2、4-3、4-4、5-2共6層煤。其中2-2煤已露天開(kāi)采完畢。3-1、4-2煤間距39.72～47.28 m，平均間距為43.89 m；4-2、4-3煤間距10.17～16.03 m，平均間距13.45 m；4-3、4-4煤間距12.24～14.91 m，平均間距13.48 m；4-4、5-2煤間距31.50～37.45 m，平均間距34.53 m。3-1煤層可采厚度為2.02～3.27 m，平均厚度2.90 m；4-2煤可采厚度為2.93～3.86 m，平均厚度3.43 m；4-3煤可采厚度為1.32～1.85 m，平均厚度1.53 m；4-4煤可采厚度為0.70～0.91 m，平均厚度0.81 m；5-2煤可采厚度為3.46～6.12 m，平均厚度5.07 m。

礦井為低瓦斯礦井，煤塵具有爆炸危險(xiǎn)性，煤層為自燃煤層，水文地質(zhì)條件中等，井田內(nèi)無(wú)大斷層、陷落柱，開(kāi)采技術(shù)條件簡(jiǎn)單。主斜井、副斜井和回風(fēng)斜井已施工至一水平4-2煤。

2 工業(yè)場(chǎng)地位置選擇

2.1 工業(yè)場(chǎng)地選擇的主要原則

移交盤(pán)區(qū)應(yīng)位于煤層埋藏淺，煤質(zhì)好，儲(chǔ)量可靠，盡量靠近煤層儲(chǔ)量中心的區(qū)域，有利于穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)；工業(yè)場(chǎng)地盡量少占基本農(nóng)田，少壓煤，征地容易；交通運(yùn)輸便利，距離外部連接公路近，利于礦井外部運(yùn)輸、銷(xiāo)售，地面運(yùn)營(yíng)費(fèi)用和投資省；井下開(kāi)拓系統(tǒng)簡(jiǎn)單合理，井巷工程量省，投資少，建井工期短；盡量利用已有工程。

2.2 工業(yè)場(chǎng)地選擇

按照上述諸因素綜合分析考慮，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，設(shè)計(jì)認(rèn)為礦井現(xiàn)有的工業(yè)場(chǎng)地的位置比較合適，且場(chǎng)地內(nèi)部分建(構(gòu))筑物已建成，可以繼續(xù)使用。因此，本次設(shè)計(jì)工業(yè)場(chǎng)地仍然選擇現(xiàn)有工業(yè)場(chǎng)地，即井田西北角考考烏素溝南岸。

3 開(kāi)拓方式選擇

3.1 井田開(kāi)拓方式確定的主要原則

力求開(kāi)拓方式簡(jiǎn)單，井筒長(zhǎng)度短，施工容易，見(jiàn)效快，且利于以后開(kāi)拓延深；主井、副井及回風(fēng)井盡可能集中在一個(gè)場(chǎng)地，利于集中管理；在合理?xiàng)l件下盡量利用地面已有設(shè)施及井下已有工程；井筒落底盡量靠近儲(chǔ)量中心及煤質(zhì)較好區(qū)域；主、副井與大巷銜接合理，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，且利于自動(dòng)化管理；主運(yùn)輸采用帶式輸送機(jī)運(yùn)輸，輔助運(yùn)輸在條件允許的情況下優(yōu)先采用無(wú)軌膠輪車(chē)運(yùn)輸。

3.2 井筒形式的確定

煤層埋深較淺，工業(yè)場(chǎng)地處4-2煤層埋深約為52 m。根據(jù)神木地區(qū)礦井設(shè)計(jì)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，采用斜井開(kāi)拓比較合理。同時(shí)根據(jù)礦井目前建設(shè)現(xiàn)狀，主、副、回風(fēng)斜井已施工至一水平4-2煤，新設(shè)計(jì)就利用現(xiàn)有井筒，即主井、副井及回風(fēng)井均采用斜井形式。

3.3 井田開(kāi)拓方案

根據(jù)礦井開(kāi)拓方式主要原則、確定的井筒形式及現(xiàn)狀情況，新設(shè)計(jì)提出2個(gè)開(kāi)拓方案。

3.3.1 開(kāi)拓方案一：井田西部單翼開(kāi)拓方案

井筒：利用已有井筒，主斜井傾角11°，井口標(biāo)高+1 127.000 m，落底標(biāo)高+1 078.000 m(至一水平)，斜長(zhǎng)257 m，井筒斷面采用直墻半圓拱形，凈寬4.8 m，凈高3.8 m，凈斷面積15.77 m2。井筒內(nèi)裝備一臺(tái)帶寬1 200 mm帶式輸送機(jī)，并敷設(shè)有動(dòng)力電纜、照明電纜、壓風(fēng)管路、黃泥灌漿及消防灑水管路。擔(dān)負(fù)礦井主提升、進(jìn)風(fēng)任務(wù)并兼作安全出口。井筒中間設(shè)行人臺(tái)階。另裝備可摘掛單向架空乘人裝置，擔(dān)負(fù)日常帶式輸送機(jī)檢修任務(wù)。副斜井井口標(biāo)高+1 127.000 m，傾角5.5°，落底標(biāo)高+1 075.000 m(至一水平)，斜長(zhǎng)542 m，井筒內(nèi)運(yùn)行無(wú)軌膠輪機(jī)車(chē)，采用直墻半圓拱斷面，凈寬5.0 m，凈高4.1 m，凈斷面積17.82 m2。井筒內(nèi)敷設(shè)有通信監(jiān)測(cè)監(jiān)控電纜、照明電纜以及消防灑水管路。擔(dān)負(fù)礦井輔助提升、運(yùn)送人員上下井和進(jìn)風(fēng)任務(wù)，并兼作安全出口?；仫L(fēng)斜井井口標(biāo)高+1 127.000 m，傾角25°，落底標(biāo)高+1 078.000 mm(至一水平)，斜長(zhǎng)116 m，井筒斷面采用直墻半圓拱形，凈寬4.5 m，凈高3.65 m，凈斷面積14.25 m2。擔(dān)負(fù)全礦井回風(fēng)任務(wù)，井筒內(nèi)設(shè)置有臺(tái)階、扶手(后期搭配開(kāi)采時(shí)需要封閉人行道)，兼作礦井安全出口。

煤組及水平劃分：設(shè)計(jì)將全井田共劃分為2個(gè)水平，一水平開(kāi)采 3-1、4-2、4-3、4-4煤，主水平大巷設(shè)在4-2煤層中，水平標(biāo)高+1 070 m，在3-1、4-4煤設(shè)輔助水平；二水平開(kāi)采5-2煤，主水平大巷設(shè)在5-2煤層中，水平標(biāo)高+1 005 m。

巷道布置：井筒落底后，沿井田西部邊界南北向在4-2煤層布置一水平大巷，在3-1、4-4煤布置輔助水平大巷；在5-2煤層布置二水平大巷；各水平大巷及輔助水平大巷上下重疊布置。主、副、回風(fēng)斜井與各水平及輔助水平采用煤門(mén)聯(lián)系(除3-1煤)；3-1煤主運(yùn)輸系統(tǒng)采用煤倉(cāng)與一水平聯(lián)系，輔助運(yùn)輸和回風(fēng)系統(tǒng)采用斜巷與一水平聯(lián)系。井下大巷大致呈“∣”字型。由于4-2、4-3煤間距10.17～16.03 m，平均間距13.45 m，因此4-3煤層利用一水平大巷(4-2煤)條帶式開(kāi)采，即4-3煤層工作面主運(yùn)輸、輔助運(yùn)輸及回風(fēng)直接與一水平大巷(4-2煤)斜巷連接。

盤(pán)區(qū)劃分：沿井田中央3-1煤采空區(qū)范圍把井田劃分為南北2部分，并按照各煤層將全井田共劃分9個(gè)單翼盤(pán)區(qū)。

通風(fēng)方式：礦井通風(fēng)采用并列式，在工業(yè)場(chǎng)地布置主斜井、副斜井和回風(fēng)斜井，由于井田面積不大，后期不需要新增井筒。

運(yùn)輸方式：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(chē)運(yùn)輸。

3.3.2 開(kāi)拓方案二：井田中央雙翼開(kāi)拓方案

井筒：利用已有井筒，與方案一相同。

煤組及水平劃分：設(shè)計(jì)將全井田共劃分為2個(gè)水平，一水平開(kāi)采 3-1、4-2、4-3煤，主水平大巷設(shè)在4-2煤層中，水平標(biāo)高+1 070 m，在3-1煤設(shè)輔助水平；二水平開(kāi)采4-4、5-2煤，主水平大巷設(shè)在5-2煤層中，水平標(biāo)高+1 005 m，在4-4煤設(shè)輔助水平。

巷道布置：井筒落底后，沿井田中部3-1煤采空區(qū)邊界附近東西向在4-2煤層布置一水平大巷，在3-1煤布置輔助水平大巷；在5-2煤層布置二水平大巷，在4-4煤布置輔助水平大巷。各水平大巷及輔助水平大巷上下重疊布置。主、副、回風(fēng)斜井與一水平采用煤門(mén)聯(lián)系，與二水平采用斜巷聯(lián)系；3-1煤主運(yùn)輸系統(tǒng)采用煤倉(cāng)與一水平聯(lián)系，輔助運(yùn)輸和回風(fēng)系統(tǒng)采用斜巷與一水平聯(lián)系，然后沿井田南部邊界布置一組巷道回采3-1煤。4-4煤主運(yùn)輸系統(tǒng)采用煤倉(cāng)與二水平聯(lián)系，輔助運(yùn)輸和回風(fēng)系統(tǒng)采用斜巷與二水平聯(lián)系。井下一水平大巷大致呈倒“F”字型，二水平大巷大致呈倒“L”字型。

盤(pán)區(qū)劃分：設(shè)計(jì)沿井田中央大巷煤柱線，并按照各煤層將全井田共劃分5個(gè)盤(pán)區(qū)，其中4個(gè)雙翼盤(pán)區(qū)，1個(gè)單翼盤(pán)區(qū)。

通風(fēng)方式：與方案一相同。

運(yùn)輸方式：與方案一相同。

3.4 方案比選

3.4.1 開(kāi)拓方案一：井田西部單翼開(kāi)拓方案

優(yōu)點(diǎn)：①移交工程量較少，工期較短，投資較少；②系統(tǒng)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)少，生產(chǎn)效率高；③工作面單翼回采，工作面推進(jìn)度較長(zhǎng)，搬家少；④后期接續(xù)3-1煤時(shí)開(kāi)拓工程量小，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，環(huán)節(jié)少。

缺點(diǎn)：①井田北部邊界受井筒影響，工作面巷道布置關(guān)系較為復(fù)雜；②受3-1煤采空區(qū)邊界線不規(guī)則影響，3-1煤北部2個(gè)工作面推進(jìn)度較短，工作面受采空區(qū)邊界影響較大。

3.4.2 開(kāi)拓方案二：井田中央雙翼開(kāi)拓方案

優(yōu)點(diǎn)：①工作面垂直于井田北部邊界，三角煤較少；工作面布置受井筒影響較小。②3-1煤工作面垂直于采空區(qū)邊界布置，受采空區(qū)影響較小。

缺點(diǎn)：①移交工程量較大，工期較長(zhǎng)，投資較高；②3-1煤開(kāi)拓工程量大，投資大；③轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)增加，效率降低；④各煤層工作面推進(jìn)度短，搬家頻繁；⑤后期接續(xù)3-1煤時(shí)開(kāi)拓工程量大，系統(tǒng)復(fù)雜，環(huán)節(jié)多。

3.4.3 綜合比較

從經(jīng)濟(jì)層面比較，方案二投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于方案一，是方案一的2倍多。從技術(shù)層面比較，方案二系統(tǒng)復(fù)雜，環(huán)節(jié)多，初期和后期井巷工程量均較大，工期較長(zhǎng)；而方案一井下開(kāi)拓部署系統(tǒng)簡(jiǎn)單，順暢，環(huán)節(jié)少，效率高；方案一移交工程量少，工期較短，投資少，見(jiàn)效益快。

經(jīng)過(guò)綜合比較，方案一無(wú)論從經(jīng)濟(jì)層面還是從技術(shù)層面均具有明顯優(yōu)勢(shì)。因此，設(shè)計(jì)推薦方案一，即井田西部單翼開(kāi)拓方案。

井田開(kāi)拓方案經(jīng)濟(jì)比較見(jiàn)表1。井田開(kāi)拓方式如圖1和2所示。

表1 井田開(kāi)拓方案經(jīng)濟(jì)比較

圖1 井田開(kāi)拓方式(一水平)

圖2 井田開(kāi)拓方式(二水平)

4 結(jié)語(yǔ)

四門(mén)溝煤礦井下開(kāi)拓方案設(shè)計(jì)，充分結(jié)合了礦井現(xiàn)狀，利用了已施工的3條井筒，采用大巷條帶式單翼回采，加長(zhǎng)了工作面推進(jìn)長(zhǎng)度，減少搬家次數(shù)，各水平大巷與主、副、回風(fēng)斜井采用煤門(mén)聯(lián)系，簡(jiǎn)化環(huán)節(jié)，提高效率。設(shè)計(jì)充分結(jié)合和利用現(xiàn)有工程，減少移交工程量，縮短建設(shè)工期，降低投資費(fèi)用，為其他類(lèi)似礦井的設(shè)計(jì)和建設(shè)提供一定的經(jīng)驗(yàn)及借鑒。