浅谈乌兰木伦煤矿2-2煤盘区方案设计

刘海瑞

(国能鄂尔多斯市工程设计有限公司，陕西 榆林 719315)

0 引言

乌兰木伦煤矿位于内蒙古鄂尔多斯市。井田面积18.06 km2。矿井筹建于1988年10月，1992年12月底建成投产，设计生产能力30万t/a。1996年初至2006年1月，经3次改扩建后，设计生产能力为500万t/a，乌兰木伦煤矿划归神东煤炭集团。矿井采用斜井-平硐联合开拓布置，已经实现运输系统皮带化、辅助运输胶轮化、生产系统远程自动化控制和安全监测监控系统自动化。

1 矿井现有生产系统

乌兰木伦煤矿开拓方式为斜井开拓，炮采工艺落煤，房柱式开采，斜井串车提升。1996年初进行第1次技术改造，回采工艺由炮采变为综采，主运输及主提升改造为胶带机运输。技改后的矿井生产能力达到60万t/a，于1997年3月完成投产，当年达到设计生产能力，并获得较高的利润。2001年3月进行第2次改扩建，于2002年10月完成技改并投入生产。改扩建后的生产能力为300万t/a。2006年1月，进行第3次改扩建设计，设计生产能力为500万t/a。

矿井现有6条井筒，工业场地上有4条井筒，由南向北依次为主斜井、辅运平硐、副井、进风斜井(原回风斜井)，风井广场有2条井筒，回风立井及进风立井。主斜井倾角15°，提升方位230°与3-1煤主运大巷平交搭接。辅运平硐倾角5°与3-1煤辅运大巷平交连接。回风斜井倾角25°与1-2煤回风大巷连接。副井井筒倾角20°与1-2煤轨道大巷相连接。进风立井井筒净直径4.0 m，至1-2煤层。回风立井井筒净直径5.0 m，至1-2煤、3-1煤。

矿井的3-1煤四盘区大巷及1-2煤三、四盘区大巷已形成，现有一综一连，综采正在回采31408工作面，连采正在掘进31409运输顺槽、31410回风顺槽。

2 项目设计的必要性与指导思想

2.1 项目设计的必要性

目前，乌兰木伦煤矿1-2煤二盘区已经回采完毕，正在回采3-1煤31408工作面，连采正在掘进31409运输顺槽、31410回风顺槽。矿井采用综合机械化采煤方法，煤矿各个生产系统、工序全部实现机械化。

矿井1-2煤层进入回采后期，2-2煤压覆3-1煤层，为矿井薄厚配采，提高矿井煤质，矿井均衡生产，解决压茬关系，需对2-2煤进行回采工作。因此，神东煤炭集团公司委托我公司进行乌兰木伦煤矿2-2煤四盘区开采初步设计的编制工作。

2.2 项目设计的指导思想

严格执行国家关于煤矿安全生产的法律、法规，建立完善的安全生产系统，确保矿井安全生产。借鉴神东矿区相邻矿井和本矿井生产中的成功经验，力求各个生产系统相对简单实用可靠，减少中间环节，减少巷道工程量，多掘煤巷，少掘岩巷。结合资源赋存具体情况尽可能选用国内先进设备，提高矿井整体机械化水平，减少劳动人数，提高劳动生产率和矿井全员效率，降低生产成本，提高资源回收率。最大限度地利用矿井现有井筒和设施、设备，减少二水平巷道工程量和投资，缩短工期，尽量减少对3-1煤生产的影响。

3 矿井资源条件

3.1 矿井地质特征

乌兰木伦煤矿处于巴图塔井田内，位于神东矿区北部。地表大部被第四系覆盖，仅在西邻的乌兰木伦河东岸有少量基岩出露。该区沉积地层由老到新：三叠系上统延长组(T3y)，侏罗系中、下统延安组(J1-2y)，侏罗系中统直罗组(J2z)，侏罗系中统安定组(J2a)，第四系上更新统萨拉乌苏组(Q3s)，第四系全新统(Q4)。

3.1.1 三叠系上统延长组(T3y)

为侏罗系含煤地层的基底，区内无出露。据钻孔资料：上部主要为灰绿色、灰白色中、粗粒长石石英杂砂岩，含较多的黑云母且普遍绿泥石化；局部夹泥质粉砂岩，偶见煤线，最大揭露厚度72.97 m。

3.1.2 侏罗系中、下统延安组(J1-2y)

为区内含煤地层，地表没有出露。其岩性主要为青灰色、灰黑色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩及灰白色、浅灰白色砂岩、粉砂岩和煤层组成。厚120.99～199.41 m，平均厚182.00 m，全区均有分布，含煤4～23层，其中可采煤层11层。按其沉积特征可划分为5个岩段。与下伏地层为假整合接触。

3.1.3 侏罗系中统直罗组(J2z)

全区分布，区内无出露。岩性主要为黄绿色、浅兰色、紫杂色泥质粉砂岩，夹砂岩透镜体；偶见呈透镜状砾岩。厚0～52.02 m，平均厚2～2.75 m。与下伏地层为整合接触。

3.1.4 侏罗系中统安定组(J2a)

本区北部局部有出露。岩性为紫红色粉砂质泥岩或黄褐色长石石英砂岩，中部以砂岩为主；上下部以紫红色粉砂质泥岩、粉砂岩为主，夹薄层细砂岩，局部含砾。厚0～51.07 m，平均厚15.40 m。与下伏地层为整合接触。

3.1.5 第四系上更新统萨拉乌苏组(Q3s)

区内零星分布。地势较平坦，植被发育，并种植农作物。岩性以灰褐色弱固结的亚砂土为主，可见水平层理。厚度0.00～55.32 m，平均厚度25.62 m。与下伏地层呈不整合接触。

3.1.6 第四系全新统(Q4)

以风积沙为主(Q4)，未固结的风成细粉砂、土黄色，呈波状沙丘、沙垄及新月形沙丘等。地势起伏不平，植被不发育。厚度为0.00～78.52 m，平均厚度27.64 m。井田内地层由老至新发育有：三叠系上统延长组(T3y)、侏罗系中、下统延安组(J1-2y)、侏罗系中统直罗组(J2z)、侏罗系中统安定组(J2a)、第四系上更新统马兰组(Q3m)、第四系全新统(Q4)。

根据地震勘探解释和井下揭露，乌兰木伦煤矿小构造较为发育，断层落差大部分小于5 m。具有走向迥异、规模较小、分布不均匀、组合复杂等特点。

从总体趋势看，乌兰木伦煤矿发育的小构造有受构造控制的趋势，一般发育于宽缓波状起伏的翼部，基本呈北西与北东2组，断层间距以100～200 m者居多，2组常相互切割，3-1煤层中的断层较1-2煤层发育。

本次补勘施工的WK92钻孔，验证了物探断层DF22的存在，通过钻孔及井下巷道揭露煤层情况分析，确定其在1-2煤层中的断距为8 m。

由于断层面附近煤层及顶板岩层裂隙发育，对煤层的破坏程度较大，局部顶板破碎，会出现冒顶、片帮现象，生产中应加强支护。

3.2 矿井煤层特征

四盘区内共有1-2上、1-2、2-2上、2-2、3-1上、3-1、4-2上、5-1、5-2、5-3煤，含具对比意义的可采煤层5层，分别是1-2、2-2、3-1、4-2上、5-1煤层，见表1。

表1 可采煤层特征Table 1 Characteristics of mineable coal seams

2-2煤层位于延安组第四段2号煤组上部，为井田内主要可采煤层。平均埋深143.58 m，与1-2煤层间距平均为20.3 m。区内共有钻孔见煤点164个，其中可采点有146个，不可采点有18个。煤层厚度0.33(NK3)～2.04 m(WK28)，平均厚1.19 m。局部区段还有1层夹矸，厚度0.07～0.45 m，夹矸为砂质泥岩。可采性指数0.89，变异系数30%，属较稳定煤层。

顶板岩性主要为砂质泥岩，局部为细砂岩；底板岩性主要为砂质泥岩，局部为细砂岩。

3.3 煤质煤种

盘区内各煤层呈黑色，条痕黑褐色。暗淡的沥青光泽，局部为油脂光泽或丝绢光泽。条带状结构、层状构造。性脆、内生裂隙较为发育，节理中常充填黄铁矿和方解石薄膜。

3.4 矿井水文地质特征

盘区西临乌兰木伦河，北界接近公捏尔盖沟。中部及东部有母花海、廉家海掩埋型河道分布，均为独立储水单元，井田第四系覆盖面积大，松散含水层分布面积广。

第四系含水层储水条件较好，多为透水层，而含水层较厚，在井田内主要分布在母花海子和廉家海子古冲沟，松散含水层厚度较大，水位埋深不稳定，富水性不均-中等。由于母花海子古冲沟上游1-2煤已回采，含水层水大部分进入采空区，下游水量补给有限，对矿井生产有一定影响；廉家海子在2-2煤工作面回采过程中工作面涌水量可能会增大，对矿井的安全生产有较大影响。采动裂隙是主要充水通道，煤层开采过程中，采空区周围的岩层失去支承而使原始应力状态发生变化，导致顶板、底板和煤壁的破坏，在采场周围形成破坏带或人工导水通道。采动裂隙发育高度达到煤层顶板充水含水岩层时，矿井涌水量将显著增加。

3.5 矿井开采技术条件

矿井瓦斯：乌兰木伦煤矿属于低瓦斯矿井。

煤层自燃：四盘区各煤层埋藏均较浅，变质程度低，丝质组+半丝质组含量和挥发分产率较高，说明各煤层均有自燃倾向性，均属于容易自燃煤层。

煤尘爆炸：四盘区可采煤层均属于第Ⅰ变质阶段，即低变质阶段的不粘煤。通过对各煤层煤尘爆炸性鉴定，火焰长度均>400 mm，煤层煤尘具有爆炸性。

矿井地温：矿井地温梯度在3 ℃/100 m以内，属地温正常区。无地热危害。

4 开拓开采

4.1 开拓开采布置

乌兰木伦煤矿2-2煤四盘区开拓充分考虑矿井开采现状，并结合2-2煤四盘区煤层赋存条件、开采技术条件及相邻盘区开采规划，本着充分利用现有井巷工程、设施及设备，多掘煤巷少掘岩巷，简化巷道系统和运输环节的原则，提出3个方案。

4.1.1 方案1

设计在矿井1-2煤辅运上山2-2煤见煤处开口新掘一条2-2煤辅运措施巷，在2-2煤辅运措施巷掘进至200 m处，平行于3-1煤四盘区大巷在2-2煤层中分别布置2-2煤四盘区辅运大巷、主运大巷和回风大巷3条大巷至矿井北部边界。大巷间净煤柱为30 m，巷道均采用矩形断面，锚网喷支护。

2-2煤四盘区辅运大巷与辅运措施巷连通，2-2煤四盘区主运大巷与原1-2煤煤仓2-2煤见煤处贯通，并对原1-2煤煤仓进行改造，2-2煤四盘区回风大巷通过新掘回风煤门与回风立井2-2煤见煤处贯通，2-2煤回风通道与1-2煤回风上山贯通，形成盘区辅助运输、煤炭运输及通风系统。首采工作面顺槽平行于北边界布置。

乌兰木伦煤矿2-2煤四盘区开拓布置平面图(方案1)，如图1所示。

图1 开拓布置方式(方案1)Fig.1 Development layout(plan 1)

4.1.2 方案2

设计在矿井1-2煤辅运上山2-2煤见煤处开口新掘一条2-2煤辅运措施巷，在2-2煤辅运措施巷掘进至200 m处，平行于3-1煤四盘区大巷在2-2煤层中分别布置2-2煤四盘区辅运大巷、主运大巷和回风大巷3条大巷至矿井北部边界。大巷间净煤柱为30 m，巷道均采用矩形断面，锚网喷支护。

2-2煤四盘区辅运大巷与辅运措施巷连通，2-2煤四盘区主运大巷与原1-2煤煤仓2-2煤见煤处贯通，并对原1-2煤煤仓进行改造，2-2煤四盘区回风大巷通过新掘回风煤门与回风立井2-2煤见煤处贯通，形成盘区辅助运输、煤炭运输及通风系统。首采工作面顺槽垂直于2-2煤四盘区大巷布置。

乌兰木伦煤矿2-2煤四盘区开拓布置平面图(方案2)，如图2所示。

图2 开拓布置方式(方案2)Fig.2 Development layout (plan 2)

4.1.3 方案3

设计在矿井1-2煤辅运上山2-2煤见煤处开口新掘一条2-2煤辅运措施巷，在2-2煤辅运措施巷掘进至290 m处，平行于1-2煤大巷在2-2煤层中分别布置2-2煤四盘区辅运大巷、主运大巷和回风大巷3条大巷至矿井东部边界，大巷间净煤柱为30 m，巷道均采用矩形断面，锚网喷支护。

2-2煤四盘区辅运大巷与辅运措施巷连通，2-2煤四盘区主运大巷直接与新建2-2煤煤仓连通，2-2煤四盘区回风大巷通过新掘回风措施巷与原1-2煤回风立井2-2煤见煤处贯通，形成盘区辅助运输、煤炭运输及通风系统。首采工作面顺槽平行于2-2煤四盘区大巷布置。

乌兰木伦煤矿2-2煤四盘区开拓布置平面图(方案3)，如图3所示。

图3 开拓布置方式(方案3)Fig.3 Development layout (plan 3)

4.2 方案优缺点比选

根椐以上提出的3个方案，设计从以下几个方面进行比较，见表2。

表2 开拓方式3个方案设计比较Table 2 Design comparison of three schemes of development methods

5 结语

根据矿井接续计划，在1-2煤四盘区开采完毕后再进行2-2煤四盘区开采准备工作，设计认为开拓布置方案1能够与3-1煤四盘区实现同步开采，符合矿井的整体接续规划，能够保证矿井年生产任务的要求，通过对上述开拓布置方案从经济、技术方面进行详细的比较，并综合考虑矿井的实际开采情况后，设计推荐方案1。