西北地区复杂地质条件下井口与工业场地位置设计

2018-09-11李以虎左红兵何峰华

山东煤炭科技 2018年7期

李以虎左红兵何峰华

( 煤炭工业济南设计研究院有限公司，山东济南 250031)

陶和矿井位于新疆和什托洛盖矿区中部，矿井设计生产能力4.0Mt/a，井田北部有矿区规划公路和输电、输水管线，外部建设条件优越，但是井下煤层赋存条件较为复杂。井田内共赋存19个可采煤层，各可采煤层均为倾斜—急倾斜煤层，且可采储量基本位于井田南部，而南部煤层赋存又较深。因此，本次设计提出五个可行方案，在经济技术分析的基础上合理确定了中西部井口与工业场地位置，为下一步类似条件矿井的设计建设提供借鉴依据。

1 井田概况

1.1 井田范围及交通位置

陶和矿井东西长8.64km，南北宽6.09km，面积64.17km2，位于新疆和布克赛尔蒙古自治县和什托洛盖镇东北约20km处，井田有简易公路可通往和什托洛盖镇，镇上有奎阿高速、217国道穿过，向北可至阿勒泰市，南可至克拉玛依市，交通便利。

1.2 地形地貌

井田地理上为一山间盆地，构造上为一断陷盆地，地貌为一北高南低、西高东低的低山丘陵，属戈壁荒原。海拔高程在+850～+1092m之间，相对高差242m左右。

1.3 地面建（构）筑物及设施

井田内有三条高压线穿过，分别为位于井田中部的35kV高压线，位于井田东南部的220kV高压线（齐丰线）和位于井田南部的110kV高压线（车沙线）。此外，沿井田北部境界平行布置有矿区公路和矿区输水管线，见图1。

1.4 地质构造

井田构造行迹主要表现为褶皱和断裂两种，主要构造线方向总体呈近东西向展布。井田北部多以褶皱为主，其中井田中北部发育一个库伦铁布克背斜，背斜北翼地层倾角较陡，一般为30～65°，南翼地层倾角较缓，大部分为10～41°。此外背斜北部发育一个陶和向斜，向斜轴部平缓，北翼地层倾角较陡，一般为60～87°，南翼地层倾角较缓，一般为30～65°。背斜南部则为一单斜构造，倾角10～41°之间。井田中南部发育F1断层，断层最大落差430m，断层以南煤层赋存超过1000m，见图2。井田构造复杂程度简单。

图1 井田地面构（建）筑物及设施示意图

1.5 地层

井田内地层中生代侏罗纪下侏罗统三工河组、中统西山窑组、头屯河组、新生代古近系始新统—渐新统乌伦古河组、新近系中新统塔西河组、第四系更新统—全新统。其中第四系平均厚度18.15m，井田地表大部出露，新近系和古近系厚度分别为176.21m和327.19m，基本位于井田南部。

图2 井田地质构造纲要图

1.6 煤层

井田含煤地层为中生代侏罗纪西山窑组（J2x），共含可采煤层19层，平均总厚度43.29m，可分为上、中、下三个含煤段，其中上含煤段基本位于库伦铁布克背斜以南，中含煤段和下含煤段逐步延伸至背斜以北。此外井田中东部发育有4.5km2的火烧区，导致此区域内B9下煤层以上的各煤层在此范围内出现断缺，目前火烧区内未现明火燃烧。

2 井口及工业场地位置设计

2.1 影响井口及工业场地位置选择的主要因素

（1）井田内有两条高压线路穿过，压覆东部大量资源储量。

（2）井田北部有规划的矿区公路、输水管线等外部设施。

（3）井田内地形起伏较大，工业场地应选择在地形相对平整、开阔的地方。

（4）井田高级储量分布在4～15勘探线之间，且其间煤层倾角相对平缓。

（5）井田煤层埋深变化大，由北部向南部逐渐变深，井口位置设计应考虑减少初期的井巷工程量，缩短工期。

（6）井田煤层层数多，煤层厚度大，井口及工业场地位置设计应尽量减少压煤量，特别是少压初期采区高级别储量。

（7）工业场地及井口位置设计应使井底车场及硐室处于相对坚硬稳定的岩层中。

2.2 井口及工业场地位置方案

由于本矿井可采煤层多，煤层间距大，煤层埋深变化大，矿井采用多水平开拓方式，根据煤层分组情况共划分三个水平，分别为+600m、+300m、+0m。本次设计对井口及工业场地位置提出五个方案，见图3。

（1）方案1（西北部主、副斜井方案）

工业场地位于井田西北部位置，靠近9号勘探线，地形相对平坦，初期在工业场地内布置主、副斜井各一条，地面标高在+1000～+1015m之间，主、副斜井井口标高+1010.0m；在南部的ZK1105钻孔东侧布置一个回风立井，地形标高在+930～+934m之间，风井井口标高+933.0m。

主斜井井筒负责整个矿井的煤流运输和人员上下井，初期掘至第一水平，后期二、三水平采用胶带机搭接延深的方式。

副斜井掘至第一水平，承担矿井一水平的设备、材料等辅助运输任务；后期开采二、三水平时，在风井场地布置一个副立井，副井直径7.5m，井筒设+500m、+300m两个马头门。

回风立井主要承担矿井回风任务，设+600m、+300m两个水平， +0m水平通过下山与+300m水平联系。

井筒见煤后，分煤组布置南北向的倾斜大巷。

后期开采东北部区域时，沿煤层B11煤层底板布置胶带机、轨道两条石门至8号勘探线附近，见煤后，再分煤组布置采区巷道。

后期在井田东北部布置一个回风立井，实现矿井的分区通风。

图3 井口及工业场地方案平面图

（2）方案2（中西部主斜+副立井方案）

工业场地位于井田中西部，初期采用主斜井+副立井的方案，即在方案1的基础上，取消初期副斜井，在风井一侧直接布置一个副立井，井口标高+933m。

副井初期掘至第一水平+600m，留有向下水平延深的条件。

井田水平设置及巷道布置等均与方案1基本相同。

（3）方案3（西南部主、副反斜井方案）

工业场地位于井田西南部、F1断层以北的位置，地形平坦、开阔，地势相对较低，地面标高在+906m左右。

初期在工业场地内分别布置一条主、副斜井，主、副斜井井口标高+907m，初期均掘至+600m水平。

风井位置、井田水平设置及巷道布置等均与方案1基本相同。

（4）方案4（西北部主、副、回风斜井方案）

工业场地位置基本同方案1，其中主斜井及副斜井同方案1，初期不设回风立井，在ZK1109钻孔东北500m左右设回风斜井场地，场地内布置两条回风斜井，井口标高+990m，回风斜井1掘至+840m与回风斜井2贯通后，通过石门揭露B132煤层后沿B132煤层布置回风大巷至+600m水平车场，回风斜井2掘至+770m与胶带大巷、轨道大巷贯通，井下巷道布置同方案1。

（5）方案5（中西部立井方案）

工业场地位置基本同方案2，场地内布置主、副、风三个立井，即在方案2的基础上，取消初期主斜井，在井田中西部场地内、副井南侧布置一个主立井，井口标高+933m。

主井初期掘至第一水平+600m，留有向下水平延深的条件。

井田水平设置及巷道布置等均与方案1基本相同。

2.3 井口及工业场地位置方案比较

五个井口及工业场地方案的共同优点是初期采区开采条件好，有利于稳产，但为保证井口及工业场地设计最优化，需要对各方案进行系统的经济技术比较。

方案1的优点是工业场地压煤量最小；达产时井巷工程量小、工期较短；工业场地地面开阔、平坦，距北部规划的外部设施较近。但是在开采二、三水平需要增加副立井，总体投资较大。

方案2的优点是副井采用立井，提升运输和通风能力大，且立井到底后可迅速形成永久通风系统和排水系统，总体建井工期相对较短、达产快。但是副井采用立井，井筒投资大；开采二、三水平时，需要延深副立井，影响矿井的正常生产；且距外部设施较远，建设投资大。

方案3的优点是井筒工程量省，投资低，且建井工期相对较短，达产快。但开采二、三水平时同样需要增加副立井，总体投资大；工业场地位于深部煤层赋存区内，压煤量大；距外部设施较远，建设投资大；同时斜井井筒需要穿过古近系，根据相邻矿井的施工经验，施工存在较大的风险。

方案4的优点是回风斜井到底贯通后可提前安排永久通风系统安装，永久排水系统形成后即可进入三类工程施工，建井工期较短，投产快。但是风井采用斜井，通风阻力大，通风能力低，且井筒服务年限短；通风、排水、压风、防火灌浆线路均较长；矿井投产7年后为开采下水平需建回风立井及风井场地内的通风机房、压风机房、制氮车间、防火灌浆站及水处理间等设施，与方案I相比总体建设投资增加7200万。

方案5的优点是井筒全部采用立井，建井工期短，达产快，井筒到底出工业广场保护煤柱就可布置回采工作面；副井采用立井，提升运输和通风能力大；主井采用立井，后期水平延深相对简单；三个井筒均位于一个工业场地内，便于管理。但是主、副井采用立井，井筒投资大；开采二、三水平时，需要延深主、副立井，影响矿井的生产；三个井筒合建在一个工业场地内，压煤量大；距外部设施较远，建设投资大。

通过比较可以看出，方案2和方案5中副（主）立井延深时将会影响矿井的正常生产，方案3中井筒需要穿过古近系砂岩含水层，存在较大的风险，而方案4总体投资较高，且投产后即需安排副立井和回风立井的施工，管理较为复杂。方案1虽然相对方案2增加一条副斜井，但可以保证矿井后期的正常生产，因此方案1是经济技术最为合理的方案。