木里矿区井工矿建设可行性研究

2019-02-19宫守才王长友范岳虎

煤炭工程 2019年1期

宫守才，王长友，范岳虎

(中煤西安设计工程有限责任公司，陕西西安 710054)

在国家重点推动青海持续健康发展一系列重要举措背景下，央企助力青海持续健康发展座谈会暨战略合作签约仪式在青海西宁顺利举行，木里矿区开发建设提上日程。然而，在国家环保政策和当地环境容量等因素影响下，露天开采面临巨大困难，该矿区的井工矿建设再次成为讨论重点。

1 矿区概况

1.1 矿区资源储量

木里矿区位于青海省海西州天峻县和海北州刚察县境内，整个矿区分为江仓区、聚乎更区、弧山区和哆嗦贡马区四个区。木里矿区呈北西向条带状展布，煤田东西长63km，南北宽6.8km，总面积约430km2，木里煤田储量丰富，煤层厚、煤质好、构造单一，地表虽海拔较高，但地形较平坦，开采技术条件较好。该矿区为青海省最大的煤矿区，其煤炭资源/储量约占全省总资源/储量的11%，即41.3亿t。

1.2 开采技术条件

矿区位于青海省东北部，中祁连山区的大通河流域的上游南岸，属丘陵平原地形，地势总体上呈东南低、西北高的趋势。含煤地层为侏罗系地层，多为复式向斜构造，整体上呈北西西向展布。位于煤田东南端的江仓区海拔标高为3800～3900m之间，位于煤田西北部的聚乎更区海拔标高为4000～4200m之间，位于煤田北部的弧山区海拔标高为3950～4200m，位于煤田西端的哆嗦贡马区海拔标高为4100～4300m。木里煤田呈北西向条带状展布，矿区东起江仓区向斜东封闭端，西至哆嗦贡马F6断层，南北分别为江仓区最南部的F8号断层和聚乎更区、弧山区最北端的煤17层的露头处。矿区内绝大部分地段地形平坦，利于矿井工业场地和矿区辅助及附属设施的选址布局。

江仓区可采煤层有12层，8、10、12、15、16、20号为主要可采煤层，其中8号煤层平均2.11m；10号煤层平均2.00m；12号煤层平均2.71m；15号煤层平均2.66m；16号煤层平均3.86m；20号煤层平均11.90m。区内共有10个煤种，其中炼焦用煤有贫瘦煤、瘦煤、焦煤、肥煤、1/3焦煤、气煤、1/2中粘煤7个煤种，而非炼焦用煤有贫煤、弱粘煤和不粘煤3个煤种。区内各煤层煤尘具有爆炸危险性，多数为自燃～易自燃煤层。各煤层瓦斯含量较低，测定的最大值为0.4m3/d。水文地质条件简单，地表水、地下水对矿井开采影响小，水文地质类型为“二类一型”。

聚乎更区共含有可采、局部可采煤层5～6层，其中，下1、下2两层煤全区发育良好，为全区主要可采煤层，其中，下1煤层平均11.18m；下2煤层平均7.22m。区内以1/3焦煤和1/2中粘煤为主，次为焦煤和气煤，少量的弱粘煤。本区煤层瓦斯含量低，属低瓦斯矿井。煤尘具有爆炸危险性。煤层自燃倾向性等级为Ⅰ～Ⅱ级，属容易自燃煤～自燃煤。水文地质条件简单，地表水、地下水对矿井开采影响小，水文地质类型为“二类一型”。

弧山区可采煤层有11层，4、11、13、16号为主要可采煤层，其中，4号煤层平均2.26m；11号煤层平均1.02m；13号煤层平均6.54m；16号煤层平均2.63m。区内共有9个煤种，其中非炼焦用煤分为贫煤、弱粘煤和不粘煤3个煤类，炼焦用煤分为贫瘦煤、瘦煤、焦煤、1/3焦煤、1/2中粘煤、肥煤6个煤类。本区煤层瓦斯含量低，属低瓦斯矿井。煤尘具有爆炸危险性。属自燃煤层。水文地质条件中等，地表水、地下水对矿井开采影响较小，水文地质类型为“二类二型”。

哆嗦贡马区共含有可采煤层3层，分别为下1、下中、下2煤层。其中下1煤层平均3.86m；下中煤层可采厚度0.66～24.01m，平均4.14m；下2煤层平均5.36m。区内浅-中部以1/3焦煤为主，中深部以气煤为主。本区煤层瓦斯含量低，属低瓦斯矿井。煤尘具有爆炸危险性。煤层自燃倾向性等级为Ⅰ～Ⅱ级，属容易自燃煤～自燃煤。水文地质条件简单，地表水、地下水对矿井开采影响小，水文地质类型为“二类一型”。

1.3 规划编制情况

木里矿区总体规划由兰州煤矿设计研究院负责编制，2011年取得批复，矿区划分为8个井田和6个勘查区，建设规模为8.10Mt/a，其中：江仓一号井0.90Mt/a、二号井0.90Mt/a、三号井1.20Mt/a、四号井1.20Mt/a、五号井0.90Mt/a、六号井0.90Mt/a，聚乎更一号井1.20Mt/a、二号井0.90Mt/a；6个勘查区待进一步勘查后再进行规划[1]。

经过近几年的勘查工作，原《青海省木里煤田矿区总体规划》中6个勘查区的勘查程度有了阶段性的提高，兰州煤矿设计研究院对木里矿区总体规划进行了修编，于2015年4月修编完成并报审，截至目前暂未批复。修编的总体规划全区共划分为23对矿井，规划总规模为21.90Mt/a。其中江仓区划分为11对矿井(一号井0.90Mt/a、二号井0.90Mt/a、三号井1.20Mt/a、四号井1.20Mt/a、五号井0.90Mt/a、六号井0.90Mt/a、七号井0.90Mt/a、八号井0.60～0.90Mt/a、九号井0.60～0.90Mt/a、十号井0.60～0.90Mt/a、十一号井0.6～0.90Mt/a)，规划生产能力为9.30Mt/a；聚乎更区划分为9对矿井(一号井1.20Mt/a、二号井0.90Mt/a、三号井1.50Mt/a、四号井0.90Mt/a、五号井0.90Mt/a、六号井1.20Mt/a、七号井1.50Mt/a、八号井1.20Mt/a、九号井1.20Mt/a)，规划生产能力为10.50Mt/a；弧山区划分为1对矿井(一号井0.90Mt/a)，规划生产能力为0.90Mt/a；哆嗦贡马区划分为2对矿井(一号井0.60Mt/a、二号井0.60Mt/a)，规划生产能力为1.20Mt/a[2]。

1.4 矿业权设置现状

2012年，兰州煤矿设计研究院编制了《木里矿区矿业权设置方案》，并经青海省国土资源厅审批。其中，江仓区规模6.00Mt/a，划分6个矿井和2个勘查区，一号井0.90Mt/a、二号井0.90Mt/a、三号井1.20Mt/a、四号井1.20Mt/a、五号井1.20Mt/a、六号井0.90Mt/a；聚乎更区规模8.10Mt/a，划分8个矿井和1个勘查区，一号井1.20Mt/a、二号井0.30Mt/a、三号井1.20Mt/a、四号井0.90Mt/a、五号井1.20Mt/a、六号井为勘查区、七号井1.50Mt/a、八号井0.90Mt/a、九号井0.90Mt/a；弧山区规模2.25Mt/a，划分2个矿井，一号井1.80Mt/a、二号井0.45Mt/a；哆嗦贡马区划为勘查区[3]。

2 矿区开发现状

木里矿区开发的矿井集中在江仓区和聚乎更区。江仓区的青海奥凯煤业一号井、青海江仓能源四号井井工矿建设基本完成，由于环境整治现处于停建状态，未投入运行；江仓二号、五号井为露天开采，现处于停产状态；江仓区其他井田尚未开发。聚乎更区浅部采用露天开采的井田已达4家，除庆华公司四号井和义海能源三号井一采区露天开采基本已结束外，兴青公司五号井露天采区已建成，中铁资源八号井、九号井露天开采矿建工程基本完成。目前，三号井为区内唯一生产的露天矿，其他露天开采区均处于停产状态。

3 井工矿开采技术方案

3.1 开拓方式

结合矿区勘探程度和开发现状，江仓区和聚乎更区将成为木里矿区开发建设的主战场。江仓区的一号井、四号井的井工矿建设已经基本完成，六号井也正在开展可行性论证工作。因此，聚乎更区井工矿建设可行性将是研究的重点。聚乎更区浅部煤层倾角一般为35°～45°，向深部逐渐变缓倾角为5°～20°，较江仓区煤层倾角小，主采煤层主要为下1、下中、下2，其中，下1、下2煤层厚度在10m左右，开采技术条件相对江仓区要好，该区井工矿宜采用斜井开拓，片盘斜井、区段石门方式，工作面伪斜布置。

工业场地内布置三条斜井，即主斜井、副斜井、回风斜井，三条斜井垂深一般均小于400m，为减少斜井长度，减少井筒工程量，在保证正常使用和安全的前提下，井筒倾角采用20°～25°，井筒斜长均不超过1000m。

三条井筒落底后，在井底布置井底车场及硐室。根据煤层埋深情况，井下采用多水平片盘开拓，每个水平根据情况一般划分为3～8个区段。一般情况下各区段均布置三条区段石门，即区段回风石门、区段带式输送机石门和区段辅助运输石门。区段高度根据煤层倾角一般按30～100m考虑，区段回风石门布置在区段上部，区段带式输送机石门和区段辅助运输石门布置在区段下部，区段石门穿过所有可采煤层，如图1所示。

图1 井工矿开拓方式示意图

由于该地区生态环境非常特殊、极为脆弱，多年永冻层厚度可达30～150m，为控制煤炭地下开采对其上部冻土层及其地表损害，需要确定大倾角煤层群开采上限，各矿井开采上限值应根据各井田不同的地质条件进行确定，一般情况下距离永冻层底板55m左右[4]。

3.2 开采工艺

木里煤田各煤层均属于大倾角急倾斜煤层，煤层浅部倾角较大，往深部逐渐变缓。大倾角急倾斜煤层在我国国内分布较广，赋存条件均比较复杂，开采难度大，开采技术较为落后，主要采用的采煤工艺为炮采和综采。炮采采煤工艺属于国家要求淘汰工艺，鼓励采用综合机械化采煤工艺。

目前国内部分矿井急倾斜煤层采用综合机械化采煤法，如四川绿水洞矿、甘肃窑街矿、华亭矿等。经过了解，理论上对于煤层倾角55°以下的中厚煤层采用综合机械化采煤方法技术已较为成熟，配套设备也已成型。但是实际生产中，大多是采用综合机械化采煤工艺的矿井，煤层倾角基本都在35°以下，超过35°的在产矿井相对较少。

木里煤田各矿区内暂无投产的井工煤矿，仅江仓一号井和江仓四号井在建，两座矿井煤层倾角均在45°以下，设计均采用综合机械化采煤工艺，目前均未装备。

对于木里煤田各矿区矿井而言，建议煤层倾角在45°以下时，推荐采用综合机械化采煤工艺，工作面采用伪斜布置，伪斜角度控制在30°以下。工作面面长不宜过长，80～150m为宜。木里矿区各矿井规划规模均在0.60～1.20Mt/a之间，由于急倾斜煤层为单向割煤，管理复杂，生产效率低，根据各井田煤层厚度等实际情况，井下布置1～2个综采(综放)工作面[5-9]。

3.3 技术难题

1)高原冻土。高海拔地区寒冷湿地建井目前还存在尚未彻底解决的困难和技术难题。如多年冻土层中进行井巷施工、支护，冻土层中的建筑物地基处理和基础形式，采空区上部冻土层下沉和断裂计算、隔热缓冲垫层设置等问题有待进一步研究、攻关。

2)高原缺氧。高海拔缺氧地区井下机械设备、人工降效问题突出，缺氧使人的体力、耐力以及工作效率大幅度下降，而工程机械尤其是内燃工程机械则以海拔每升高1000m，功率则以下降8%～10%的梯度递减。

3)倾斜煤层。对于倾斜、急倾斜煤层综采工艺在国内还处于研究实验阶段，重庆绿水洞矿、甘肃靖远王家山矿、甘肃华亭东峡矿等虽进行了实际生产应用，工作面单产能力偏低，煤层倾角30°以上的厚煤层综采工作面生产能力一般在0.3～0.6Mt/a水平，进一步提升工作面能力难度较大。

4)可燃冰赋存。青海煤炭地质105勘探队和中国地质科学院资源所、勘探所在青海省祁连山南缘永久冻土带成功钻获天然气水合物实物样品[10]，俗称可燃冰。初步确定可燃冰赋存聚乎更区一、二号井田地表以下100～400m之间，其他井田是否分布还有待下一步勘探落实。

3.4 环境影响

木里煤田位于祁连山针叶林—高寒草甸生态区—东祁连山针叶林—高寒草甸生态亚区—大通河上游水资源涵养生态功能区，是黄河的重要涵养水源地之一，为主要产流区，分布有大面积的高寒沼泽和高寒草甸、湿地，生态环境极其敏感、脆弱。生态环境、水环境、大气环境、声环境基本处于未受影响的自然本底状态。项目建设势必要破坏当地原始的自然环境、水环境、多年永冻土层等。

近几年国家对青海省出台多项环保政策，木里煤田开发建设取得环保许可更加困难。项目实施存在较大环保政策方面风险。

4 经济分析

4.1 投资测算

以聚乎更区八号井为例，投资范围按设计生产能力0.90Mt/a所包涵矿建工程、土建工程、设备及工器具购置、安装工程及工程建设其他费用、工程预备费、建设期贷款利息和矿业权价款。估算总资金为120000万元(含30%矿业权价款10000万元)，吨煤投资1330元。项目资本金按照项目总资金30%考虑。其余资金按商业银行贷款考虑，贷款利率4.90%。项目所需流动资金的70%为商业银行贷款，贷款年利率4.35%。

4.2 财务评价

根据谨慎、保守、客观的原则，结合矿井调研情况，本次评价修正综合原煤坑口售价555元/t(不含税)。项目达产年总成本325元/t，贷款还完年总成本288元/t，其中经营成本175元/t。依据《建设项目经济评价方法与参数(第三版)》及2009版《煤炭建设项目经济评价方法与参数》中有关规定，税后全部投资财务内部收益率14.12%，税后财务净现值65997.37万元，税后投资回收期(静态)9.28a，项目资本金财务内部收益率 18.46%。项目评价资财务内部收益率14.12%，有一定盈利能力，但测算中对露天回填处理等不确定性工程考虑不全面，对地基处理等费用也会产生偏差。井工矿5a左右的建设周期，未来矿井出煤必将与入青的疆煤产生竞争，井工矿盈利情况存在较大风险。

4.3 财务风险

1)政策环境。产业政策、环保风险因素，受国家去产能政策等产业政策和环保政策影响，项目核准备案对该项目实施带来一定的风险。由于高海拔因素影响，施工设备降效严重，基建工期存在较大不确定性，势必增加投资和成本风险。

2)疆煤入青。格尔木是连通西藏、新疆、甘肃等省区的重要节点城市，也是拟建项目的目标市场。目前敦格铁路、库格铁路项目正加紧实施。库格铁路线路等级为国铁Ⅰ级、单线电气化，2014年底开工建设，预计2019年底建成通车。敦格铁路设计为I级单线电气化铁路并预留复线条件，正线长度509km，2012年10月开工建设，建设工期6a，预计2018年底建成通车。库格铁路、敦格铁路建成后，将进一步沟通新疆、青海、甘肃、西藏等省区，加快沿线地区资源开发利用，加强疆煤外运的保障能力。经铁路运输新疆哈密、库车、拜城、阜康等地区焦煤、动力煤入青，将对青海本地煤炭市场带来较大冲击，项目未来盈利能力将进一步面临考验。周边主要产煤区运费估算见表1。