车村一矿工业场地与开拓方式比选

2022-09-28李学强

陕西煤炭 2022年5期

关键词：立井大巷井田

李学强

(中煤西安设计工程有限责任公司，陕西西安 710054)

0 引言

工业场地选择与开拓设计关系到矿井的长远发展，直接影响基建期工程量、工期、投资和矿井投产后能否尽快高产高效安全生产，具有非常重要的意义。本文以车村一矿为实例，对工业场地与开拓方式比选的过程进行分析和总结。

1 矿井概况

1.1 井田概况

车村一矿井田位于子长矿区西南部，井田内黄土梁、峁、沟谷相间分布，属典型的黄土高原地貌。井田南北长度10.2～18.0 km，东西宽4.2～9.0 km，矿区面积约121 km2，设计生产能力为1.5 Mt/a。井田范围内无高速公路、文物古迹旅游区及自然保护区，分布各类石油井450个。

1.2 矿井外部建设条件

矿井煤炭外运条件良好，电力供应及生产、生活用水有一定保障，对外联络方便，具备了建设大型矿井的外部条件。

1.3 资源条件

可采煤层3层，从上到下分别为5号、3-2号、3-3号，5号煤层平均厚1.79 m，埋深在156～410 m之间，属局部可采、结构简单、稳定的中厚煤层。

3-2号煤层平均厚0.91 m，煤层埋深在189～582 m，属大部可采、结构简单、稳定的薄煤层。

3-3号煤层平均厚0.72 m，煤层埋深在306～622 m，属结构简单、局部可采、稳定的薄煤层。

1.4 开采技术条件

井田内地层平缓，地质构造简单，煤层瓦斯含量低，煤层为自燃、具有煤尘爆炸危险性，无地热危害。

2 工业场地位置比选

2.1 影响本项目工业场地选择主要因素

地形地貌：井田属典型的黄土高原地貌，黄土梁、峁、沟谷相间分布，由于地形切割严重，工业场地选择十分困难。

资源条件：5号煤层可采范围集中在矿井的东部，局部可采。3-2号煤层在井田东南部及南部厚度达到1.1～1.8 m左右，相对而言煤层厚度较厚。3-3号煤层可采范围集中在矿井南部，煤层厚度集中在0.65～0.98 m之间，赋存稳定。从保证矿井迅速达产、稳产角度出发，首采区及井口位置应尽量靠近井田东南部、西南部一带选择。

地面建(构)筑物及设施：井田内共分布各类石油井450个，井田北部和中部一带油气井密集，中南部、东南部油气井分布较少，井田南部区域没有油气井分布，为保证矿井安全，工业场地应尽量避开油气井密集区域。

交通运输条件：210国道、包茂高速分别在井田外东、西部南北向通过，井田内南部有子(长)—安(塞)二级公路东西向穿过。神延铁路自工业场地东侧南北向通过。工业场地应尽量选择靠近铁路装车站和公路接点位置。

征地条件：井田内大的沟谷较平缓的地带，基本农田众多，征地困难，工业场地选择必须避开基本农田范围，多利用荒地。

2.2 工业场地方案

根据工业场地及井口位置选择确定的原则及影响工业场地选择的因素，经多方案筛选，九仙沟、刘家硷、林圪台沟和凉水湾场地4处沟谷地段场地较为平坦开阔，适宜作为矿井工业场地。

工业场地备选方案位置如图1所示。

方案一：九仙沟工业场地位于井田东南部的九仙沟内，场地标高+1 242 m，5号煤层埋深272 m，3-2号煤层埋深332 m，3-3号煤层埋深345.0 m左右。该处沟谷平缓处宽248 m，长度约1 km，地形较为平坦，距离公路1.2 km左右，周边无村庄及大的地面构筑物，油气井分布较少，场地平整度较好。

方案二：刘家硷工业场地位于井田东南部的刘家硷村附近，场地标高+1 227 m，5号煤层埋深250 m，3-2号煤层埋深+305 m，无3-3号煤层赋存，周边比较开阔平整，工业场地宽230 m左右，长度600 m左右，公路从工业场地南部通过，工业场地周边刘家硷村范围较大，为矿井井田范围内较大的村庄，周边油气井分布较少。

方案三：林圪台沟工业场地位于井田中南部的林圪台沟内，场地标高+1 292 m左右，3-2号煤层埋深400 m左右，3-3号煤层埋深420 m左右，无5号煤层赋存。该处沟谷平缓处宽约290 m，长约1 180 m，地形较九仙沟场地较为狭长，距离公路约1.4 km，周边无村庄及大的地面构筑物，周边油气井分布较少。

图1 工业场地备选方案位置分布Fig.1 Location distribution of industrial site alternatives

方案四：凉水湾工业场地位于井田南部的凉水湾村东南部的开阔平台处，场地标高+1 292 m，3-3号煤层埋深423 m，无3-2号煤层、5号煤层赋存。该工业场地位于矿井的南端，煤层埋藏较深，该处沟谷平缓处宽约300 m左右，长约700 m左右，地形较为平坦，公路位于工业场地东北方向400 m处，周边有凉水湾及南家湾村，此工业场地附近油气井赋存较多。

2.3 工业场地比选

方案一、二距离矿井高级储量5号煤层可采区域较近，矿井前期开采5号煤层，井巷工程量较小，且2个方案距离井田内的公路较近，前期矿井建设期间进场公路较短，交通便利。方案二周边村庄较多，征地存在一定的困难。且工业场地保护煤柱压覆的煤层较多，占用矿井的资源量较大。方案一位于九仙沟内，周边无村庄，地形也较为平缓，工业场地位于5号煤层隐伏露头线以西，工业场地保护煤柱压覆煤量较小。但方案一的进场公路约1.2 km，较方案二长。根据方案一与方案二的优缺点分析，方案一征地容易，压覆煤量小，工业场地周边建构物少，整体方案一优于方案二。

方案三、四都远离矿井的高级储量5号煤层可采范围。方案三位于井田中部区域，工业场地周边无村庄，地面油气井分布不密集。方案三选址位于矿井储量中心，两翼较为均衡，对矿井后期开发运输、通风系统有利。方案四位于矿井的南部偏西的凉水湾村东南部，其主要的优点为首采区域为矿井南部无油气井区域，对矿井的前期开拓有利。其缺点为远离矿井储量中心及高级储量，且煤层在矿井南部埋藏较深，需要立井开拓井田。总体分析方案三优于方案四。

综合分析，方案一、方案三较优，方案二工业场地相对较狭小，且周边建构物较多，征地难度大，工业场地土石方工程量较大。边坡处理难度较大，故首先排除方案二。下一步，结合井下开拓布置方案，从方案一、三、四中确定最终工业场地位置。

3 井田开拓方式比选

3.1 井田开拓原则

井田开拓方式确定的主要原则如下。

结合场地位置和煤层埋深情况，开拓方式力求简单，井筒短，施工容易，见效快。

主、副井与各水平大巷衔接合理，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，利于自动化管理。

有利于首采盘区和首采工作面的快速准备，矿井建设工期短。

主、副井尽可能集中在一个场地或相距较近，利于集中管理。

主运输采用带式输送机运输，辅助运输尽量采用无轨胶轮车运输。

主井口位置的确定应考虑地面生产系统及装车站的合理布局，且工程投资省，运营费用低。

3.2 井田开拓方案

方案一：九仙沟斜井开拓方案。矿井工业场地位于九仙沟内，场地标高+1 240 m。5号煤层埋深270 m，3-2号煤层埋深360 m，3-3号煤层埋深380 m。根据工业场地附近5号煤层埋藏较浅的特点，井田采用斜井开拓方式，首采5号、3-2号煤层。初期形成3条井筒，主、副、回风斜井的井口集中布置在工业场地内。向西南方向布置3条井筒掘进至3-2号煤层。

井田按煤组划分为一个主水平和一个辅助水平开采，主水平位于3-2号煤层中，在5号煤层设置一个辅助水平。全井田共划分为13个盘区。矿井后期新增乔家渠进回风立井、佘家沟进回风立井、马林墩进回风立井、脑畔圪塔进回风立井，满足矿井后期通风的需要。主运输采用带式输送机运输，辅助运输采用无轨胶轮车运输。本方案移交时井巷工程量26 577 m，其中半煤岩巷19 638 m，岩巷6 939 m。

方案二：九仙沟主斜副立井开拓方案。与方案一不同的是井田采用主斜井-副立井开拓方式，矿井初期形成3条井筒，主斜井、副立井、回风立井，均集中布置在工业场地内，井口标高+1 240 m。主斜井基本沿煤层走向向西南掘进至3-2号煤层，副立井、回风立井则落底于3-2号煤层，分别通过辅助运输石门与回风石门与位于矿井南翼的大巷相连。矿井后期风井位置、煤层分组、水平划分、大巷布置及盘区划分、主运输、辅助运输与方案一相同。移交时井巷工程量24 561 m，其中半煤岩巷21 638 m，岩巷2 923 m。

方案三：林圪台沟工业场地立井开拓方案。工业场地位于林圪台沟，场地标高+1 292 m。3-2号煤层埋深422 m，3-3号煤层埋深442 m，5号煤层在工业场地区域无赋存，井田采用立井开拓方式，在工业场地内布置主立井、副立井和回风立井，井筒落底至3-2号煤层后，布置井底车场，沿东西方向布置东翼大巷，大巷与井筒通过石门联络，在5号煤层露头线附近布置5号煤层巷道，沿东西方向掘进至井田东部边界，5号煤层辅助运输巷道及回风巷道通过联络斜巷与3-2号煤层连接，带式输送机巷道通过煤仓连接。矿井后期风井位置、煤层分组、水平划分、大巷布置及盘区划分、主运输、辅助运输与方案一相同。移交时井巷工程量29 189 m，其中半煤岩巷26 466 m，岩巷2 723 m。

方案四：凉水湾工业场地立井开拓方案。矿井工业场地位于凉水湾村南侧空地，场地标高+1 292.0 m。3-2号煤层埋深420 m左右，3-3号煤层埋深440 m左右，5号煤层在工业场地区域无赋存。本工业场地距离矿井高级储量区5号煤层大约7 km左右，故前期开采3-2号煤层，主要开采矿井基本没有油气井的南部区域。井田采用立井开拓方式，在工业场地内布置主立井、副立井和回风立井，井筒落底后，布置井底车场，向东掘进矿井联络石门至井田边界保护煤柱，沿着南北方向向南掘进南翼大巷直至矿井南部边界，向北掘进至ZKB1111钻孔附近，向东掘进至井田边界保护煤柱，在5号煤层露头线附近布置5号煤层巷道，并向东掘进至井田边界，5号煤层辅助运输巷道及回风巷道通过联络斜巷与3-2号煤层连接，带式输送机巷道通过煤仓连接。矿井后期煤层分组、水平划分、大巷布置及盘区划分与方案一一致。除脑畔圪塔进回风立井不再布置外，其他与方案一相同。方案移交时(达到设计产能1.50 Mt/a)井巷工程量49 313 m，其中半煤岩巷46 487 m，岩巷2 826 m。

4 方案比选

4个方案的大巷布置、水平划分基本相同，不同的是工业场地选址和主井、副井和回风井开拓方式以及井筒与大巷的连接方式不同，因此方案比较的实质是场址的选择和开拓方式的比较。

4.1 从技术合理性分析

方案一采用全斜井开拓，方案二采用主斜井-副立井开拓，方案三及方案四采用立井开拓，4个方案在技术上均可行。

方案二较方案一井筒长度短，井筒施工速度快，井巷工程量小等明显优势，但其辅助运输系统复杂，环节多，效率低，成本高，建设周期长，且工业场地布置窄轨系统后，地面布置复杂，难度大，工业场地开挖量较大。方案一辅助运输机动灵活、辅助运输可实现地面到井下工作地点无轨胶轮车直达运输，利于生产管理，同时地面布置简单，切合工业场地地形特点，从技术方面分析，方案一优于方案二。

方案三与方案四均为立井开拓，方案三工业场地较为狭小，布置较为困难，但方案三工业场地距离5号煤层可采区域较近，井巷工程量相对较少，矿井建井工期较短，方案四位于井田南端，距离5号煤层可采区域最远，矿井前期在3-2号煤层布置一个工作面生产，2年后方可开采5号煤层，从而达到矿井设计产能，建井工期最长，达到设计产能需要56个月。且前2年矿井生产能力小。从技术方面分析，方案三优于方案四。

方案二与方案三从技术方面分析，方案二采用主斜井铺设带式输送机连续运输，主运输系统简单，管理方便，投资小。方案三采用立井箕斗运输，环节多，投资大，系统复杂，不易管理。从井巷工程量分析，方案三因距离5号煤层较远，井巷工程量较大，且方案三工业场地较为狭小，工业场地挖方填方量大，且工业场地布置较为困难，综合分析，方案二优于方案三。

综上，从技术方面分析，本次设计选取方案一。