布尔台煤矿深部区开采可行性分析

刘 炳

(神东煤炭集团设计公司，陕西 神木 719315)

0 引言

对于多水平多煤层开采的特大型矿井，薄厚煤层合理搭配开采，盘区间合理接续都对矿井稳产高效及提高资源回收率起到至关重要的作用。为了保证矿井的正常生产接续和持续稳定发展，在上一个盘区回采结束前，必须提前完成新盘区的开拓与准备工作。新盘区必须具备矿井精查地质报告，保证矿井正常生产接续且尽量利用矿井已形成的井巷工程，以达到初期工程量少，投资少，建设工期短，投产早等优势。

布尔台煤矿是神东煤炭集团公司的主力矿井之一，设计生产能力20.00 Mt/a，原设计服务年限为71.9 a，矿井采用综合开拓方式。矿井位于内蒙古自治区鄂尔多斯市伊金霍洛旗乌兰木伦镇。2008年开工建设，2011年正式投产。矿井采用综合开拓方式，现已形成主工业场地和松定霍洛风井场地2个场地。

目前，矿井正在回采一水平一、二盘区的2-2煤层和二水平一盘区的4-2上煤层，井下各大系统均已形成。因矿井二水平一盘区4-2上煤层进入回采末期，预计2020年底一盘区4-2上煤层回采结束。根据矿井目前2个水平一、二盘区生产现状，仅利用现有的生产盘区已不能满足矿井生产规模要求，导致接替紧张，为了确保矿井的正常生产接续，2021年初需准备好新的采区进行接续回采。

1 工程地质条件及矿井开拓开采现状

1.1 工程地质条件

布尔台煤矿井田面积192.63 km2，地质资源量31.95亿t，井田内含煤地层为侏罗系中下统延安组。其中本次设计的深部区面积为109.2 km2，地质资源量20.11亿t，设计可采储量12.15亿t。可采煤层共9层，其中4-2上煤层为深部区全部可采煤层；1-2上、1-2、2-2、2-2下、4-3、5-2、5-2下煤层为深部区大部可采煤层；3-1煤层为深部区局部可采煤层。井田内煤属特低灰、低硫、特低磷的不粘煤，为中高发热量煤，是良好的动力用煤。本井田位于东胜煤田南部，其基本构造形态为一南西倾斜的近水平产状的单斜构造，倾角一般为1°～5°，局部地段倾角略有增大，无明显的褶皱及大的断层，仅在煤田东部发育有少量高角度正断层，发育有宽缓的波状起伏。从各可采煤层底板等高线上看，等高线形态浅部变化不大，沿走向方向大致呈“S”形，但起伏角很小。本区构造属构造简单类型(即第1类)。井田内沟谷较为发育，其西北部边界发育有乌兰木伦河，呼和乌素沟是流经本区南部的另一条常年性河流，自西南边界进入井田，东南端流出，最终汇入乌兰木伦河。根据碎屑岩类含水岩组的赋水特征及含、隔水层的发育情况，将其分为3个含水岩段，矿井水文地质类型属于中等型。根据最新的瓦斯等级鉴定报告显示，矿井为低瓦斯矿井，各煤层均有煤尘爆炸性且自燃倾向性属Ⅰ类容易自燃。井田内各可采煤层顶底板岩石的岩性主要为粉砂岩、砂质泥岩、泥岩，其次为砂岩，厚度一般在2～6 m之间。工程地质类型划分为第3类第2型，即层状岩类、工程地质条件中等型的矿床。

1.2 矿井开拓开采现状

2个场地：矿井现已形成2个场地分别为主工业场地和松定霍洛立风井场地。矿井开采方式采用综合开拓方式，主工业场地内集中并排布置有主斜井、副平硐、回风斜井3条井筒。松定霍洛立风井场地内布置有松定霍洛进、回风立井。主斜井长637 m，倾角13°；副平硐长1 506 m，倾角5°；回风斜井长533 m，倾角13°；松定霍洛进风立井深均为400 m，直径均为6 m。

井田划分：井田内共划分3个主采水平，以副平硐及暗副平硐的落底标高计，第一水平标高+1 050.0 m，第二水平标高+1 016.0 m，第3水平标高+922.0 m。现已开拓完成的水平大巷有一水平2-2煤和二水平4-2上煤一盘区3条大巷及中部3条大巷等井巷工程。矿井目前正在回采一、二水平的2-2煤(一、二盘区)和4-2上煤层(一盘区)，一、二水平同时生产，分水平布置辅运、主运及回风大巷，一盘区各水平主运大巷胶带机分别与主斜井胶带机搭接，煤炭经主斜井运出。

开采进度：井下现装备3套综采和7套掘进设备，正在回采一盘区2-2煤层的22108工作面、4-2上煤层的4-2上煤层的106工作面及二盘区2-2煤层的22204工作面。掘进正在准备22207、4-2上煤层203综采工作面及各煤层大巷的开拓延伸工程。目前矿井一盘区4-2上煤进入回采末期，正在回采4-2上煤层107工作面，一盘区4-2上煤剩余一个工作面，预计2019年底一盘区4-2上煤层回采结束，按照矿井生产接续总体安排，为保证矿井的正常生产接续、生产规模稳定以及经济效益，需开拓新的盘区作为一盘区4-2上煤的接续盘区。

2 深部区开采的必要性

根据矿井目前2个水平一、二盘区生产现状，仅利用现有的生产盘区不能满足矿井生产规模要求，导致接替紧张，为了确保矿井的正常生产接续，2021年初需准备好新的采区进行接续回采。

根据《内蒙古自治区东胜煤炭国家规划矿区矿业权设置方案(修编)》方案及签订的相关协议，井田内可合理接续的盘区为三、四、五盘区，考虑到井下一水平2-2煤中部大巷已延伸至三盘区东部边界，同时一水平三盘区最上部赋存的1-2上煤层初期开采区域煤层较厚、补充勘探程度高并满足先期开采地段勘查程度的要求、井巷工程便利，可作为接续盘区；结合上述因素，选择深部区一水平三盘区1-2上煤层作为二水平一盘区4-2上煤层的接续盘区及煤层。故2021年初打开深部区(包括三、四、五、八共4个盘区)并回采三盘区1-2上煤层是合理的也是必要的。

3 深部区开拓延深及辅助运输系统分析

本次开采设计主要以完成矿井深部区的总体开拓布置及正常生产接续保证矿井规模为目标。深部区投产后，全矿井仍为3套综采，保持 20.00 Mt/a的生产规模不变。设计本着尽可能充分利用矿井现已形成的工业场地，生产、生活设施与设备、井巷工程与各生产系统，尽可能以最佳的布置形式与矿井现生产系统结合。根据矿井开拓方式、煤层赋存条件、井下采掘现状、接续计划及矿井开采设计总体原则，在充分考虑利用现有设施的同时，应紧密围绕提高深部区资源回收率、实现薄厚煤层搭配开采、保证矿井生产规模；同时提高深部区辅助运输效率，降低运营成本核心思想。

根据本次深部区开采的总体设计要求，深部区移交生产时，需在深部区新增设一个副斜井场地和明安木独回风立井场地，同时利用现有的主工业场地和松定霍洛立风井场地的井筒及设施。深部区生产后期需再新建一个石拉塔进/回风立井场地；深部区投产后，矿井中后期生产会同时集中在井田的深部区，现有副平硐至深部区最近工作面辅助距离约17 km，至最远回采工作面距离已达27 km，辅助运输距离很长，制约着矿井辅助运输效率和效益，故设计主要围绕新建副井的模式提出了3个深部区辅助运输方案。3个方案分别为深部区新建副斜井(方案一)、深部区新建副立井(方案二)及主工业场地新建副斜井(方案三)。通过经济技术对比后，针对埋深在400 m以上的井筒，在辅助运输采用副斜井或副立井较难抉择，经过多次论证比较，同时多次深入周边已投产的装备副立井煤矿，详细咨询了副立井的运营状态、立井使用过程中的优势和不足，同时结合神东开发建设30多年来斜井使用经验，从辅助运输运营费用、人员及车辆配备、投资情况等方面进行了综合对比，无论从投资、运营费用、安全使用方面，新建副斜井方案具有很大优势，最终确定深部区辅助运输系统采用新建副斜井(方案一)。

根据矿井开拓部署、瓦斯及煤层赋存条件等因素，深部区开采时，矿井仍采用分区式通风系统，抽出式通风方式。矿井深部区投产初期，当一盘区二水平以上煤层回采完毕时，停运主井工业场地回风斜井风机，全矿井共有2个回风井，分别为二盘区松定霍洛立风井场地的回风立井及三盘区明安木独回风立井场地的回风立井，其中松定霍洛回风立井风机服务于二盘区，明安木独回风立井风机服务于三盘区。

根据深部区开采开拓方案，深部区开采时，现有的煤炭运输系统中2-2煤中部主运大巷胶带机、2-2煤主运大巷胶带机、主井胶带机完全可以利用。本次设计三盘区1-2上煤开采时需新增2部胶带机，即2-2煤南部主运大巷胶带机、三盘区1-2上煤主运大巷胶带机。

深部区开采时仍利用矿井现有主排水设备，矿井的排水系统形式为接力排水方式。经校核，深部区投产后，现有主排水泵房排水设备满足需求，不需要进行改造。本次深部区投产时，只需在三盘区1-2上煤新建一个盘区排水泵房，接力排至一水平二盘区2-2煤盘区排水泵房。

4 深部区开拓方案

结合矿井整体开拓部署、深部区新建副斜井方案、深部区各可采煤层的赋存情况、开采技术条件，设计以既有利于前期又兼顾后期的开采，本着充分利用现有井巷工程、各生产系统以及现有设施、设备及缩短深部区辅助运输距离，提高辅助运输效率的原则，提出以下2个深部区开拓布置方案。

4.1 方案一

方案一的深部区开拓布置平面图，如图1所示。

图1 深部区开拓布置平面(方案一)

新建4条井筒，水平南部大巷沿中部大巷末端以208.9°方位角平行于二盘区东部边界布置，水平南部大巷延伸段沿四、五盘区边界平行布置，八盘区大巷从现有的中部大巷末端以相同方位角延伸至井田西部边界。

矿井深部区投产后，仍采用综合开拓方式，利用现有的工业场地及设施，并在深部区新增设一个副斜井场地、一个回风立井场地及一个进回风立井工业场地；水平南部大巷沿中部大巷末端以208.9°方位角平行于二盘区东部边界布置，水平南部大巷延伸段沿四、五盘区共同边界平行布置，八盘区大巷从现有的中部大巷末端以相同方位角延伸至井田西部边界。

设计在一、二盘区共同边界中西部附近，阿大一级公路24 km附近，阿新线北侧新建副斜井，在一水平2-2煤南部大巷3 000 m处(紧邻霍3号油气井)新建明安木独回风立井；规划在四、五盘区共同边界的中部新建石垃塔进、回风立井。

副斜井：井口标高为+1 360 m，倾角6°，净断面积21.15 m2，井筒斜长3 800 m(施工至1-2上煤层)，松散层段采用500 mm厚钢筋混凝土碹，基岩段采用锚网喷支护(喷射混凝土厚度100 mm)，井筒进风兼做矿井安全出口。

明安木独回风立井：井口标高为+1 336 m，倾角90°，净直径6 m，净断面积28.26 m2，井深约384 m(施工至2-2煤层)，开口段采用400 mm厚钢筋混土发，基岩段采用400 mm素混凝土发，井筒内装备封闭的梯子间，兼做矿井安全出口。

经通风计算及矿井分区式通风要求，深部区投产时需投运明安木独回风立井，承担三盘区开采期间回风任务。

后期在开采深部区其它各水平煤层时，根据生产接续、通风的需要，适时施工石垃塔进回风立井，同时延伸副斜井及明安木独回风立井至其它各水平煤层。

4.2 方案二

方案二的深部开拓布置平面图，如图2所示。

图2 深部区开拓布置平面(方案二)

新建4条井筒，水平西部大巷沿三盘区南部边界平行布置，水平东部大巷沿二盘区南部边界平行布置，八盘区大巷从现有的中部大巷末端以相同方位角延伸至井田西部边界。

矿井深部区投产后，采用综合开拓方式，利用现有的工业场地，并在深部区新增设1个副斜井工业场地、2个回风立井场地和1个进风立井场地；水平南部大巷沿中部大巷末端以208.9°方位角平行于二盘区东部边界布置，水平东部大巷沿二盘区南部边界平行布置，水平西部大巷沿三盘区南部边界平行布置，八盘区大巷从现有的中部大巷末端以相同方位角延伸至井田西部边界。

设计在一、二盘区共同边界中西部附近，阿新线北侧新建副斜井，在一水平2-2煤南部大巷3 000 m处(紧邻霍3号油气井)新建明安木独回风立井；在二、三、四、五盘区交汇处附近新建郭家畔进风立井；在水平西部大巷中部(BK143钻孔附近)设石拉塔回风立井。深部区投产时需投运副斜井和明安木独回风立井，承担深部区三盘区1-2上煤层开采时的回风任务及部分辅助运输任务。

副斜井及明安木独回风立井位置、参数及功能同方案一。

后期在开采深部区其它各水平煤层时，根据生产接续、通风需要，适时施工郭家畔进风立井和石拉塔回风立井，同时延伸副斜井及明安木独回风立井至其他各水平煤层。

4.3 方案对比

方案一的优点是后期开采四、五盘区主要煤层时，开拓巷道工程量少，大巷煤柱损失量少，主运输生产环节少，系统简单；主采煤层综采工作面推采方向煤层厚度变化小，综采设备适应性强，便于矿井稳产高效。缺点是四盘区1-2上煤开拓巷道工程量大，运输距离长；四、五盘区主采煤层工作面平行盘区边界布置，资源损失量较大。

方案二的优点是四、五盘区主采煤层工作面平行井田西部边界布置，资源损失量较小。缺点是主采煤层开拓巷道工程量大，运输距离长；工作面个数较多，搬家倒面次数增加；主采煤层综采工作面推采方向煤层厚度变化大，综采设备适应性差，不便于矿井稳产高效。

表1 深部区开拓布置方案主要工程经济比较(可比工程)

5 结语

通过上述技术经济比较可以看出：在技术方面，方案二主要因主采煤层综采工作面推采方向煤层厚度变化大，综采设备适应性差，不便于矿井稳产高效，存在一定的不利因素，而方案一则主采煤层综采工作面推采方向煤层厚度变化小，便于矿井稳产高效；此外，方案一还具有四、五盘区主采煤层开拓巷道工程量小，投资较省，压覆资源量少等优点。在经济方面，方案一比方案二少投资85 224万元。综合分析技术经济指标，选择方案一作为最终方案。