高山煤矿工业场地位置及开拓方式选择

温中义，吴 江

(1.永城煤电控股集团有限公司，河南 永城 476600；2.贵州能发高山矿业有限公司，贵州 黔西 551500)

煤矿井口工业场地服务于整个矿井的始终，对煤矿生产具有深远影响，选择不当将会对整个矿井造成很大经济损失。煤矿井口工业场地位置的选择，应根据井田内地形地貌、地面交通运输及井下煤层赋存状况，结合井田开拓方式综合考虑[1-6]。高山井田位于贵州省毕节市黔西县，距县城以东约25km，行政区划隶属于黔西县协和乡管辖。高山煤矿在工业场地选择时，综合各方面因素提出了三个方案，并进行了技术和经济的综合比选，最终得到了最佳方案[7-9]。目前该矿已建设成投产，通过对该方案的实施，取得了良好效果。

1 矿井概况

高山井田平均走向长4.0km，平均倾斜宽2.1km，面积8.22km2。矿井设计生产能力60万t/a。区内地势相对平缓，属以岩溶地貌为主的低中山区，最高点在石板井附近大垭口南，标高为+1497m，最低处为水淹坝一带，标高为+1228m。含煤地层呈反向斜坡，长兴组地层在南东部形成巨大高差，三叠系地层玉龙山段喀斯特地貌发育，九级滩段地层多形成独立的山峰。区内地表水体不发育，仅以小溪沟为主。主要地表水体是木垅水库，以小溪沟水汇聚而成，容量为3×105m3，位于井田西北部的榨革河最低侵蚀面标高为+900m。本井田位于杨柳沟背斜北西翼、F1断层南东盘。地层走向北东，倾向北西，浅部倾角18°～20°，深度倾角逐渐变缓12°左右，整体呈单斜构造。区内断层以正断层为主，断层走向为北东向，与主要褶曲构造轴线方向基本一致，且主要分布于井田浅部，对煤层整体赋存破坏性较小。井田地层岩性纵向及横向变化较大，部分地段构造发育，工程地质复杂程度为中等。井田为裂隙充水矿床，水文地质条件复杂程度为中等。本区可采煤层为4、5、9、13号煤层，矿井瓦斯含量较高，按突出矿井设计。煤层无自然发火倾向，煤尘无爆炸危险性。

2 影响井田开拓及工业场地位置的主要因素

2.1 影响井田开拓的主要因素

1)井田地势相对较平坦，一般海拔标高+1300～+1420m，含煤地层呈反向斜坡，各煤层均出露地表。

2)井田西部有木垅水库。

3)矿井所产之煤的主要用户为黔西火电厂，并有黔西至泰来公路从井田中部穿过。

4)各煤层顶底板一般为泥岩、粉砂质泥岩，岩性较差，矿井大巷层位的选择有一定困难。

5)井田范围内开采深度+1350～+770m，根据勘探地质报告，煤层瓦斯含量多在10.0m3/t以上，最大达到20.94m3/t。

6)该矿为煤与瓦斯突出矿井，且整个矿井为单斜构造，靠近露头的煤层瓦斯含量低，瓦斯压力小，煤与瓦斯突出危险性较小，瓦斯治理难度较小，治理周期短；反之矿井深部煤层瓦斯含量高，瓦斯压力大，煤与瓦斯突出危险性大，瓦斯治理难度大，治理周期长。

2.2 影响井口工业场地位置的主要因素

2.2.1 可采煤层赋存条件与储量

根据贵州省国土资源厅《关于划定黔西县高山煤矿矿区范围的批复》，井田范围由18个坐标点圈定，开采深度+1350～+770m，矿区面积8.13km2。4号煤层：厚度0.27～2.62m，平均1.36m，变化系数58%，厚度变化大，2勘探线以东深部不可采。属大部可采、不稳定煤层。5号煤层：厚度0.61～1.58m，平均1.10m，变化系数21%，厚度变化不大，仅4-1孔不可采。属基本可采、较稳定煤层。9号煤层：厚度0.82～4.45m，平均2.49m，变异系数32%，厚度变化大，2-3孔最小，向东有逐渐变厚的趋势。不含夹矸，属全区可采、稳定煤层。13号煤层：厚度0.89～1.94m，平均1.53m，变异系数32%，厚度变化不大，西部、浅部变薄。属全区可采、较稳定煤层。以上各煤层，扣除水库保护煤柱的资源后共有地质资源量27800kt，经计算矿井工业储量为25890kt，可采储量为19296kt。

2.2.2 地层及地质构造

矿区及邻近区出露的地层由下至上有：下二叠统茅口组、上二叠统龙潭组、长兴组、下三叠统夜郎组、茅草铺组及第四系地层。井田位于杨柳沟背斜北西翼、F1断层南东盘。地层走向北东，倾向北西，浅部倾角18°～20°，深度倾角逐渐变缓12°左右，整体呈单斜构造。F4断层发育在含煤地层顶部，在1勘探线以西，至5勘探线以东逐渐消失，断层落差变化大，断层倾角60°左右，F3为F4分支断层，落差20～40m，倾角60°左右，F1为F2区域大断裂派生断层。本区的断层对煤有一定的破坏作用。

2.2.3 充水因素

1)大气降水：大气降水为区内的主要充水水源。

2)地表水：区内仅有木垅水库和季节性溪沟水。

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3)老窑积水：调查老窑21个，多数积水，主要为顶板滴水或渗水积聚而成，部分外溢。

4) 矿井直接充水含水层：为龙潭组的裂隙水。

5) 矿井间接充水含水层：为含煤地层上覆的长兴组、玉龙山段及下伏的茅口组地层。

6)断层水：井田内断层一般富水性弱，导水性差，但当断层将上覆玉龙山段及下伏茅口组含水层与开采层的距离拉近时，应预防地下水突破断层破碎带涌入井巷。

2.2.4 外部建设条件

黔西至泰来公路从井田中部穿过，井田中心至贵毕公路钟山站约18km，距黔西县36km左右，交通较为便利；在煤层浅部露头有3个乡镇煤矿尚在开采，其开采边界已划定，初步认定对本井田的开发无大的干扰和影响；矿井生产的煤炭可主要供黔西县火电厂，不用考虑铁路运输；矿井主供电源可取自泰来110kV变电站，备用电源可取自距协和35kV变电所。

3 矿井井口工业场地位置及开拓方案选择

综合以上各方面因素，经广泛征求意见，初步设计了三个矿井井口工业场地位置及开拓方案[10-15]。

3.1 方案Ⅰ：山背后方案

图1 山背后方案井田开拓方式(m)

3.2 方案Ⅱ：瓦房寨方案

在瓦房寨工业场地设一对斜井，主斜井井口标高+1341m，倾角22.5°，井筒长955m，铺设带式输送机和架空人车，担负矿井的煤炭、人员提升及进风任务；副斜井井口标高+1341m，倾角20°，井底标高+1000m，斜长997m，采用双钩串车提升，担负矿井的材料、设备、排矸等辅助提升任务及进风。主、副斜井均穿过4号、5号、9号煤层，落底于9号煤层底板、13号煤层顶板的岩石中。回风井及水平划分与方案Ⅰ相同。瓦房寨方案井田开拓方式如图2所示。

图2 瓦房寨方案井田开拓方式(m)

3.3 方案Ⅲ：王家方案

在王家工业场地布置一对斜井，主斜井井口标高+1315m，倾角15.5°，井筒长1160m，铺设带式输送机和架空人车，担负矿井的煤炭、人员提升及进风任务；副斜井井口标高+1315m，倾角16°，井底标高+1000m，斜长1140m，采用单钩串车提升，担负矿井的材料、设备、排矸等辅助提升任务及进风。由于主、副斜井均处于井田走向的中央，布置在9号、13号煤层之间，可兼作首采区上山，以节约工程量、并减少投资。回风井及水平划分与方案Ⅰ相同。该方案三个井筒均不穿过煤层。 王家方案井田开拓方式如图3所示。

图3 王家方案井田开拓方式(m)

3.4 经济技术比选

3.4.1 方案Ⅰ优缺点

1)主要优点：运输成本较王家方案低1.44～1.84元/t；工业场地位于山洼地带，对外界干扰较小；工业场地距离黔西县城近，社会依托相对较好；本方案排矸较为方便，可就近排矸。

2)主要缺点：压煤量大，约为180万t，均为深部资源，经计算，该方案工业广场压4号煤38万t、5号煤31万t、9号煤69万t、13号煤42万t；工业场地所占之地全部为耕地，征用困难；立井开拓，施工困难，建井工期较长投资最多；井筒在深部穿煤施工，影响掘进，工期延长风险大；一采区煤炭逆向运输，运输环节多，增加运输成本；主、副立井井底车场布置在茅口组灰岩中，存在突水风险。

3.4.2 方案Ⅱ优缺点

1)主要优点：初期投资最少，较王家方案少766万元；运输成本较王家方案低1.44～1.84元/t；工业场地平整、开阔，挖填方量少；工业场地距离黔西县城近，社会依托相对较好。

2)主要缺点：压煤量大，约为220万t，均为深部资源，经计算，该方案工业广场压4号煤46万t、5号煤37万t、9号煤85万t、13号煤52万t；工业场地所占之地全部为耕地，征用困难；建井工期较王家方案长2.1个月；井筒在深部穿煤施工，影响掘进，工期延长风险大；一采区煤炭逆向运输，运输环节多，增加运输成本。

3.4.3 方案Ⅲ优缺点

1)主要优点：井巷工程量较瓦房寨方案少，投产快；工业场地处在井田走向中央的煤层露头附近，不压煤；工业场地所占之地主要为林地，征用相对容易；主、副斜井可兼作采区上山，且施工时不穿煤层；主、副井工业场地与风井工业场地相邻，便于管理并节约风、水、电等临时设施费用；初期井下煤炭运输环节少，管理方便。

2)主要缺点：初期投资较瓦房寨方案高766万元；工业场地高差较大，挖填方量大；矿井运输成本较瓦房寨方案高1.44～1.84元/t；输电线路较方案一长约2km；所处之地相对偏僻，社会依托较差；需修建0.5km的公路。

3.4.4 三种方案的经济比选

井口工业场地位置及开拓方案经济比选见表1。

表1 矿井井口工业场地位置及开拓方案经济比较

3.5 方案确定

从以上方案比较可以看出：山背后方案投资最多，优点不足，缺点明显，压煤量180万t，按吨煤利润100元计算，仅工业广场压煤损失1.8亿元，放弃该方案；瓦房寨方案具有工业场地平整、开阔，挖填方量少，占地面积少，靠近黔西县城、交通方便，社会依托条件好，且距离主要用户相对较近，运输成本低，可比较投资相对较少等优点，但瓦房寨方案压煤量达220万t，按吨煤利润100元计算，仅工业广场压煤损失2.2亿元，对可采储量较少的高山煤矿来讲是一个较大的弱点，特别是采取反斜井施工，需在井筒深部连续揭穿4号、5号、9号等三层煤，为防止发生煤与瓦斯突出事故，需严格按照防治煤与瓦斯突出规定采取相应措施，导致额外施工时间增加较多，尤其是在建井期间，在安全管理及瓦斯抽放等关键环节缺乏经验情况下，安全和投资额外增大风险显著增加，建井工期难以保证；而王家方案就避免了瓦房寨方案上述的缺点和不足，工业场地不仅不压煤，而且主、副斜井可兼作采区上山，井筒布置在9号与13号煤层之间，施工井筒时不穿煤层，主、副井及风井工广在一起，便于管理并能节约风、水、电等临时设施及管理费用，征地也较为容易，工农关系简单，煤炭运输环节少，管理方便[16-18]。因此确定选择王家方案作为高山煤矿工业场地位置及开拓方式实施方案。

4 结 语

高山煤矿具有井田面积小、可采储量少、地面建井条件差、煤层瓦斯含量大等特点。在井口工业场地位置及开拓方式选择上，突破传统思维模式，放弃瓦房寨方案所具有的工业场地平、占地面积少、交通方便、运输成本低、可比较投资相对少等优点，将不压煤且主、副斜井可兼作采区上山的王家方案作为《黔西县高山煤矿初步设计》最终实施方案，规避了瓦房寨方案压煤量大和采取反斜井施工，需在井筒深部连续揭穿多个煤层可能导致的安全、投资及建井工期大幅度增加的风险，为类似条件矿井积累了可供借鉴的经验。