确定天云煤矿开拓方案的路径

黄小平

(中煤西安设计工程有限责任公司，陕西 西安 710054)

0 引言

矿井开拓方案涵盖了工业场地的选择、井筒形式的确定以及井下的开拓布局，是矿井整体系统设计的主要一环。如何选择工业场地及矿井开拓方式是设计之初考虑的主要因素，也是矿井采掘之前的一项重要工作和环节。合理、科学的开拓方式决定了煤矿未来开采过程中运营的科学性与合理性，合理的开拓方式有利于矿井建设和生产等各个环节高效、安全的进行，同样有利于技术管理与生产运营[1-4]。为此，通过天云煤矿的具体实例，结合各方面因素分析对比不同的开拓方案，对矿井建设提供一定理论指导。

1 矿井概况

天云井田由原小天云煤矿、沈石畔勘查区以及部分石湾煤矿3部分整合而成，其中原天云煤矿为生产矿井，井田范围组成如图1所示。原天云煤矿生产能力0.60 Mt/a。整合后的天云井田批复的设计生产能力为0.90 Mt/a。

图1 井田范围组成关系图

目前，原天云煤矿有一个工业场地，位于本井田北部蚂蚁河北岸，采用立井开拓，其中主立井提煤兼回风，副立井辅助提升兼进风。井田内地形切割破碎，沟壑纵横。黄土广布，厚度大，以黄土梁峁地貌为主。地形总的趋势为西部高东部低，海拔标高在+1 020～+1 481 m，相对最大高差461 m。井下可采煤层为4-1煤和4-2煤。其中4-1煤埋深87.56～568.72 m，煤层底板标高+840～+970 m，可采平均厚度1.84 m；4-2煤埋深97.41～589.21 m，煤层底板标高+830～+955 m，可采平均厚度1.03 m。

2 工业场地的选择

根据本区的地形地貌、工程地质、交通运输、供水及供电条件，经过现场踏勘，设计提出5个拟选场址：一是利用北部原小天云煤矿工业场地进行改造；二是井田中部界高梁场地；三是井田东北部倒座峁场地；四是井田东南部阎家沟场地；五是井田南部东沟场地。

通过从征地费用、煤层埋深、外运距离、场地压煤量、场地土方量、防洪工程投资以及生产运营费用等方面分别对上述5个场址进行分析比选，设计认为方案三(倒座峁场地)和方案四(阎家沟场地)虽然距离外运道路307国道很近，但是靠近大理河，附近村庄及住户较多，沟谷平缓地段均为基本农田，征地困难，场地只能选择在塬上，由于塬上与307国道高差高达130 m左右，进场公路展线距离太短，难以实现。因此，设计认为方案三(倒座峁场地)和方案四(阎家沟场地)不可行。方案一(原小天云煤矿工业场地)、方案二(界高梁场地)以及方案五(东沟场地)从外部建设条件来看各有优缺点，均具有本矿井工业场地的可行性，设计将结合可行的3个场地方案及井下开拓部署，确定最终选择的工业场地和井田开拓方式。

3 井田开拓方式

3.1 井田开拓方式确定的主要原则

结合提出的3个可选场地位置和煤层埋深情况，力求开拓方式简单，井筒长度短，施工容易，见效快，且利于以后开拓延深[5-8]；主井、副井及回风井尽可能集中在一个场地，利于集中管理；在合理条件下尽量利用地面已有设施及井下已有工程。井筒落底尽量靠近储量中心及煤质较好区域；首采区尽可能避开村庄、油气井、铁路、高速公路、河流等地面建(构)筑物，有利于首采区和首采工作面的快速准备和缩短矿井建设工期。主、副井与大巷衔接合理，主、辅运输系统简捷，装备简单，投资省，环节少，效率高，运营费用低，且利于自动化管理；主运输采用带式输送机运输，辅助运输在条件允许的情况下优先采用无轨胶轮车运输；矿井开拓部署原则上尽量避开原天云煤矿采空区及报废巷道的影响。

3.2 井田开拓方案

根据天云煤矿开拓方式主要原则，结合3个拟选场址，设计提出了3个开拓方案。

方案一：原天云煤矿工业场地开拓方案。利用原天云煤矿工业场地，场地内新建一条主斜井、一条副斜井，利用原主立井改造为回风立井，利用原副立井改造为回风暗立井。①主斜井(新建)，井口标高+1 066.500 m，倾角22°，落底标高+860.000 m，斜长594 m，采用直墙半圆拱形断面，净宽4.2 m，净高3.5 m，净断面积12.8 m2。井筒内装备一台带宽1 000 mm大倾角带式输送机，并敷设有动力电缆、照明电缆、排水管路、压风管路、黄泥灌浆及消防洒水管路。主斜井担负矿井主提升、进风任务并兼作安全出口。井筒中间设行人台阶。另外装备可摘挂单向架空乘人装置，担负日常带式输送机检修任务；②副斜井(新建)，井口标高+1 068.000 m，倾角6°，落底标高+855.000 m，斜长2 293 m，井筒内运行无轨胶轮机车，采用直墙半圆拱断面，净宽5.0 m，净高4.1 m，净断面积17.8 m2。井筒内敷设有通信监测监控电缆、照明电缆以及消防洒水管路。担负矿井辅助提升、运送人员上下井和进风任务，并兼作安全出口；③回风立井(已有)，利用原有主立井，井口标高+1 067.783 m，落底标高为+880.000 m，井筒深度187.783 m，采用圆形断面，净直径4.2 m，净断面积13.9 m2。担负全矿井初期回风任务，井筒内装备梯子间，兼作矿井安全出口；④回风暗立井(已有)，利用原副立井，井口标高+1 047.783 m，落底标高+880.000 m，井筒深度167.783 m，采用圆形断面，净直径3.6 m，净断面积10.2 m2。与回风立井共同担负全矿井初期回风任务。

方案二：界高梁工业场地开拓方案。矿井工业场地选择在井田中部界高梁附近，场地内新建主斜井、副斜井及回风立井。虽然原小天云煤矿工业场地内已有的主、副井距离本场地不到2 km，但井下巷道需绕行3 km，且巷道断面较小，巷道支护较为简单，巷道变形较明显，巷道维护量较大；同时考虑场地分设不利于管理，结合地面和井下大巷部署，本方案风井不再考虑利用已有的两条立井。①主斜井(新建)，井口标高+1 205.000 m，倾角16°，落底标高+880.000 m，斜长1 133 m，井筒断面采用直墙半圆拱形，净宽4.2 m，净高3.5 m，净断面积12.8 m2。井筒内装备一台带宽1 000 mm带式输送机，并敷设有动力电缆、照明电缆、排水管路、压风管路、黄泥灌浆及消防洒水管路。主斜井担负矿井主提升、进风任务并兼作安全出口。井筒中间设行人台阶。另外装备可摘挂单向架空乘人装置，担负日常带式输送机检修任务；②副斜井(新建)，井口标高+1 205.000 m，倾角6°，落底标高+880.000 m，斜长3 407 m，井筒内运行无轨胶轮机车，采用直墙半圆拱断面，净宽5.0 m，净高4.1 m，净断面积17.8 m2。井筒内敷设有通信监测监控电缆、照明电缆以及消防洒水管路。担负矿井辅助提升、运送人员上下井和进风任务，并兼作安全出口；③回风立井(新建)，井口标高+1 206.000 m，落底标高+880.000 m，井筒深度326 m，采用圆形断面，净直径5.5 m，净断面积23.8 m2。担负全矿井初期回风任务，井筒内装备梯子间，兼作矿井安全出口。

方案三：东沟工业场地开拓方案。矿井工业场地选择在井田南部东沟沟头附近，场地内新建主斜井、副斜井及回风立井。原小天云煤矿原工业场地距离本场地太远，本方案风井不再考虑利用已有的2条立井。①主斜井(新建)，井口标高+1 140.000 m，倾角16°，落底标高+887.000 m，斜长918 m，井筒断面采用直墙半圆拱形，净宽4.2 m，净高3.5 m，净断面积12.8 m2。井筒内装备一台带宽1 000 mm带式输送机，并敷设有动力电缆、照明电缆、排水管路、压风管路、黄泥灌浆及消防洒水管路。主斜井担负矿井主提升、进风任务并兼作安全出口。井筒中间设行人台阶。另外装备可摘挂单向架空乘人装置，担负日常带式输送机检修任务；②副斜井(新建)，井口标高+1 140.000 m，倾角6°，落底标高+887.000 m，斜长2 626 m，井筒内运行无轨胶轮机车，采用直墙半圆拱断面，净宽5.0 m，净高4.1 m，净断面积17.8 m2。井筒内敷设有通信监测监控电缆、照明电缆以及消防洒水管路。担负矿井辅助提升、运送人员上下井和进风任务，并兼作安全出口；③回风立井(新建)，井口标高+1 140.000 m，落底标高+887.000 m，井筒深度253 m，采用圆形断面，净直径5.5 m，净断面积23.8 m2。担负全矿井初期回风任务，井筒内装备梯子间，兼作矿井安全出口。

4 各方案比选分析

4.1 经济比选

从表1中数据分析，方案二投资最多，几乎是方案一的2倍；方案三也比方案一多投资3 771万元。

4.2 技术分析

从技术层面比较，方案二需要新建进场公路6.3 km，且公路展线高差较大，坡大弯急，道路运输安全隐患较大；初期和后期井巷工程量均最大，工期最长。方案三虽然没明显的缺点，但是首采区油井分布密集，不利于工作面布置，工作面推进长度较短，搬家频繁，且首采区南翼煤层厚度变化较大，不利于产量稳定。方案一充分利用原小天云煤矿工业场地、已有两条井筒以及已有的进场道路；井下开拓部署系统简单、顺畅、环节少、效率高；移交工程量最少、工期较短、投资最少；首采区无油井分布，工作面推进度较长，首采区紧邻原小天云煤矿已采的优质气煤区域，煤质较好。

表1 井田开拓方案经济比较

5 结语

经过技术和经济综合比较分析，方案一无论从经济层面还是从技术层面均具有明显优势。因此，设计推荐天云煤矿开拓方式选用方案一，即利用原天云煤矿工业场地，新建主斜井和副斜井，利用原天云煤矿主立井和副立井作为整合后天云煤矿的回风立井开拓方案。该方案具有征地费用相对较低、外运条件好，移交井巷工程量少、建井工期短等优势，可使矿井尽快投产，获得良好的经济效益和社会效益。