论文部分内容阅读
摘 要：为了合理有序地开发煤炭资源，合理优化矿井，提高单井规模，实现高效生产，积极响应整合实施方案，根据永兴煤矿现有井下和地面实际情况，结合煤炭资源整合矿井建设规范，提出了适宜于该矿井井筒开拓以及井下开拓部署的两个方案，综合论证了矿井开拓方案的可行性和合理性，为矿井投资和设计单位优化该矿井开拓方案提供了重要参考意见。
关键词：煤炭生产 资源整合 开拓方案 探讨
中图分类号：TD223 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）06（a）-0027-02
永兴煤矿位于陕西省子洲县城西南约40 km处，由原永盛联办煤矿和槐树岔煤矿整合扩大而成，井田东西宽3.9 km，南北长8.2 km，面积29.436 7 km2。
1 资源条件
（1）地层与构造：地表均被松散层所覆盖，没有大的褶皱和断裂，区域稳定性好，地层总体倾向西北，倾角一般为1°～3°，局部地层有微波状起伏。（2）煤层特征：可采煤层有2层（Ⅶ上、Ⅶ中），Ⅶ上煤层位于瓦窑堡组第四段中部，埋深在68.17～246.00 m，全区可采，煤层厚度由西北向东南部逐渐变厚；Ⅶ中煤层距Ⅶ上煤层0.74～12.58 m，大部可采，煤层厚度由东南向东北、西南逐渐变薄以致不可采。（3）其他开采技术条件：整合区内主要充水含水层和间接充水含水层及风化岩含水层富水性弱，地下水补给条件差，属水文地质条件简单的矿床。井田内瓦斯含量低，各可采煤层均有煤尘爆炸危险，属自燃煤层。
2 生产能力及服务年限
（1）储量条件：整合区参与资源量估算的Ⅶ上、Ⅶ中两层煤，设计资源储量5 448万t，可采储量4 321万t。（2）煤层条件：井田内Ⅶ上煤层全区可采，可采厚度0.42～2.35 m，平均厚度1.26 m。Ⅶ上煤层生产能力较大，有利于矿井初期开采。Ⅶ中煤层大部可采，可采厚度0.40～1.44 m，平均厚度0.73 m。Ⅶ中煤层生产能力较小。（3）采场接续条件：考虑到煤层储量分布情况，Ⅶ上煤层全区可采，井田东侧赋存较厚，平均1.5 m，井田西侧0.8～1.0 m；Ⅶ中煤层大部可采，平均厚度0.73 m。确定Ⅶ上煤层划分为两个盘区，一盘区位于井田中部东侧，生产能力较大，利于矿井初期开采；后期开采Ⅶ上煤层二盘区和Ⅶ中煤层（不划分盘区）时，由于煤层薄，确定两层煤联合开采（其中主采Ⅶ上煤层二盘区，配采Ⅶ中煤层）。（4）矿井设计生产能力及服务年限：根据矿井资源储量、可采储量和开采技术条件等，适宜建设0.60 Mt/a的中型矿井。矿井年工作日为330 d，每天四班作业，其中，三班采煤，一班检修与准备，日净提升運输时间16 h。首采Ⅶ上煤层一盘区，可采储量8.46 Mt，生产能力0.60 Mt/a，服务年限10.1 a。联合开采Ⅶ上煤层二盘区和Ⅶ中煤层，其中Ⅶ上煤层二盘区可采储量20.40 Mt，生产能力0.35 Mt/a，服务年限41.6 a；Ⅶ中煤层可采储量14.35 Mt，生产能力0.25 Mt/a，服务年限41.0 a，则联合开采服务年限为41.6 a，全矿井总服务年限51.7 a。
3 井田开拓与开采
3.1 工业场地的选择
（1）原有工业场地：根据现场调查，原工业场地位于井田西北部的台地上，布置一斜一立井井筒，资源整合扩大至0.60 Mt/a，原有场地地形狭窄，沟壑纵横，受到场地的制约，无法再扩大，因此，原有场地不能满足地面生产系统、储煤场以及行政福利设施的布置，需另选工业场地。
（2）增加工业场地（新选）：结合煤层赋存特点、交通运输条件，经多次现场踏勘并和业主协商，确定将另一工业场地选择在原有工业场地东侧1.7 km处，该处场地开阔、平坦，能够满足扩大规模的需求。
方案一：采用三条斜井开拓：（1）原有场地作为风井工业场地。在原有场地，将原主斜井改造为斜风井，作为矿井回风井并兼做安全出口。原立风井报废，并永久封闭，风井场地布置有主扇配电室。（2）新选场地布置主、副井筒及相应设施。在新选场地，新开凿主斜井、副斜井，分别作为全矿井的原煤运输井筒和辅助运输井筒。场地主要布置有主井、副井和相应生产系统、储煤场以及行政办公设施等。根据煤层赋存以及煤层间距情况，采用一个水平开采全井田。主水平设在Ⅶ中煤层（即下部煤层），水平标高+990.0 m。井下3条大巷在井田中央布置，向南掘进至井田边界，主运大巷沿Ⅶ中煤层布置，辅运大巷、回采大巷沿Ⅶ上煤层布置，主运大巷与辅运大巷之间采用斜巷联通，利用大巷布置条带工作面进行回采。首采工作面布置在主斜井南侧。（3）后期立风井（新建）。考虑到矿井服务年限较长，后期运输、通风距离较长，确定在矿井后期增设立风井，作为后期的回风及安全出口。
方案二：采用两斜一立井综合开拓：（1）原有场地作为副井工业场地。在原有场地，利用已有一对井筒，原主斜井改造为副斜井，用作提升材料及设备；原立风井功能不变，仍做矿井回风兼作安全出口。场区主要布置有副井及其辅助设施、风井及其辅助设施、变电所、机修车间及综采设备库、材料库、消防材料库、材料堆场、锅炉房以及污水处理站等。（2）新选场地作为主井工业场地。在新选场地，只布置主斜井，作为全矿井的原煤出煤井。场区主要布置有主井及其辅助设施、锅炉房、变电所、联合建筑、洗选系统、储煤场及装车、运煤系统等工业设施和行政办公楼、职工宿舍楼等生活设施。采用一个水平开采全井田，主水平设在Ⅶ中煤层，水平标高+990.0 m。井下3条大巷布置以及首采工作面布置与方案一相同。（3）后期立风井（新建）：位置与方案一相同。
3.2 两个方案的优缺点比较
方案一优点：（1）供电、供水、通信以及煤炭外运条件好。（2）工业场地布置有主斜井和副斜井以及相应生产系统和行政办公设施，管理方便。（3）与方案二相比，工业场地设置10 kV变电所，专供主斜井皮带机以及生产系统、洗选煤车间和办公楼等用电，风井场地设置主扇配电室，专供对旋通风机等用电，其投资较方案二少500万元。（4）首采区工作面位于煤层较厚区域，储量稳定可靠，井下开拓划分、开采布置合理，利于布置回采工作面正常生产以及达到设计规模。 方案一缺点：（1）新开凿副斜井倾角5.5°，斜长1 889 m，采用防爆无轨胶轮车运输辅助设备及材料，建井工期需12个月，较方案二长5个月，初期井巷投资较方案二大。（2）主井工业场地占地面积较大，增加征地费用。
方案二优点：（1）供电、供水、通信以及煤炭外运条件好。（2）副井工业场地的一对井筒均可利用，可減少前期基建投资。（3）首采区工作面位于煤层较厚区域，储量稳定可靠，井下开拓划分、开采布置合理，利于布置回采工作面正常生产以及达到设计规模。
方案二缺点：（1）主、副井工业场地由于分开布置，且较远，管理分散、不方便。（2）主、副井工业场地由于分开布置，因此，造成地面管理人员多，井下工人相应较多一些，费用成本相应增加。（3）主、副井工业场地需分别设置办公楼、职工宿舍、食堂、污水处理站、锅炉房以及占用相应的场地大。（4）主井工业场地10 kV变电所专供主斜井皮带机以及生产系统、洗选煤车间和办公楼等用电，副井工业场地也需设10 kV变电所，专供副斜井绞车以及辅助生产设施、锅炉房、机修车间和对旋通风机等用电；由于是两套设备，其投资较方案一多500万元以上。（5）由于副斜井距离主斜井较远，且副斜井采用绞车下放材料及设备，井下需进行设备换装，后期井下辅助运输成本将大大增加。
经技术经济综合分析比较，开拓方案采用方案一更为合理。
3.3 开拓部署
（1）井筒位置及数目：矿井移交生产达到设计生产能力时，共布置3条井筒，分别为主斜井、副斜井、斜风井，其中在主工业场地只布置主斜井和副斜井，在风井工业场地布置斜风井。矿井后期开采二盘区时，服务年限长，其运输、通风距离长，且考虑到两层煤同时开采的影响，需风量增大，在井田南部中央另选立风井，井下靠近回风大巷一侧，开凿后期立风井。
水平划分及标高：开采Ⅶ上、Ⅶ中煤层，其层间距约6.38 m，采用一个水平开采全井田，主水平（即皮带运输大巷）设在Ⅶ中煤层，水平标高为+990.0 m。
大巷及工作面布置：主运大巷沿Ⅶ中煤层布置，辅运大巷、回采大巷沿Ⅶ上煤层布置，3条大巷均为半煤岩巷，大巷之间及两侧各留设30 m护巷煤柱。首采Ⅶ上煤层工作面时，其原煤通过皮带运输顺槽溜煤眼转载至Ⅶ中煤层的主运大巷，然后从主斜井运出地面。
盘区划分：Ⅶ上煤层和Ⅶ中煤层间距约6.38 m，考虑到煤层储量分布情况，确定Ⅶ上煤层划分为两个盘区，一盘区位于主斜井南侧，Ⅶ上煤层其余部分划分为二盘区，Ⅶ中煤层不划分盘区。
开采顺序：首采Ⅶ上煤层一盘区（0.60 Mt/a），开采10.1 a时，接续联合布置开采Ⅶ上煤层二盘区和Ⅶ中煤层（主采Ⅶ上煤层二盘区0.35 Mt/a，配采Ⅶ中煤层0.25 Mt/a），两层煤的采煤工作面均沿大巷两翼条带布置，工作面后退式回采，总的开采顺序为由近及远，即整体推进方向由北向南。
3.4 采煤方法、首采区布置
采煤方法的选择：根据Ⅶ上煤层、Ⅶ中煤层的赋存特征、开采技术条件、开拓方式，采煤方法选用综采采煤法，一次采全高，对于Ⅶ上煤层、Ⅶ中煤层的0.6～0.4 m薄煤层开采区域，可选用螺旋采煤法开采。
首采区位置及资源储量：首采Ⅶ上煤层一盘区，该盘区布置在主斜井南侧，为矩形状，近水平，煤层平均1.5 m，其储量稳定可靠，盘区长2 910 m，宽2 015 m，面积5.87 km2，可采储量8.46 Mt。配备一个综采工作面，垂直大巷布置工作面皮带运输顺槽、辅助运输顺槽和回风顺槽，平行井田东边界保护煤柱线布置工作面切眼，工作面长150 m，走向长2 910 m，年推进度2 376m，一井一面即可满足0.60 Mt/a生产规模。
3.5 主要技术经济指标
（1）矿井移交时，井巷工程量总长度13 788.7 m，其中，利用巷道1 251 m，新掘巷道12 527.7 m；万吨掘进率220.63m/万t；矿井的建井工期为21个月，矿井建设总工期为24个月。（2）矿井移交时，矿井开拓煤量2.00 Mt，可采期3.3 a；准备煤量1.63 Mt，可采期2.7 a；回采煤量0.60 Mt，可采期1.0 a。
4 结语
根据永兴煤矿现有井下和地面实际情况，结合煤炭资源整合矿井建设规范，经过技术经济综合分析比较，选择了3条斜井开拓方案，投资省，工期短，技术上可行，经济上合理，后经投资方及设计院多次论证，认为该方案更优越，双方最终认同并采用了笔者提出的开拓方案。
参考文献
[1] 榆林市荣岩地质勘探有限公司编.陕西省子洲县永兴煤矿（整合区）勘探报告[R].
[2] 原子洲县永盛联办煤矿和槐树岔煤矿《采掘工程平面图》《井上下对照图》等资料[Z].
[3] 《煤矿安全规程》《煤矿防治水规定》《煤炭工业矿井设计规范》及有关国家煤炭工业现行的政策、法规、条例等[Z].
关键词：煤炭生产 资源整合 开拓方案 探讨
中图分类号：TD223 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）06（a）-0027-02
永兴煤矿位于陕西省子洲县城西南约40 km处，由原永盛联办煤矿和槐树岔煤矿整合扩大而成，井田东西宽3.9 km，南北长8.2 km，面积29.436 7 km2。
1 资源条件
（1）地层与构造：地表均被松散层所覆盖，没有大的褶皱和断裂，区域稳定性好，地层总体倾向西北，倾角一般为1°～3°，局部地层有微波状起伏。（2）煤层特征：可采煤层有2层（Ⅶ上、Ⅶ中），Ⅶ上煤层位于瓦窑堡组第四段中部，埋深在68.17～246.00 m，全区可采，煤层厚度由西北向东南部逐渐变厚；Ⅶ中煤层距Ⅶ上煤层0.74～12.58 m，大部可采，煤层厚度由东南向东北、西南逐渐变薄以致不可采。（3）其他开采技术条件：整合区内主要充水含水层和间接充水含水层及风化岩含水层富水性弱，地下水补给条件差，属水文地质条件简单的矿床。井田内瓦斯含量低，各可采煤层均有煤尘爆炸危险，属自燃煤层。
2 生产能力及服务年限
（1）储量条件：整合区参与资源量估算的Ⅶ上、Ⅶ中两层煤，设计资源储量5 448万t，可采储量4 321万t。（2）煤层条件：井田内Ⅶ上煤层全区可采，可采厚度0.42～2.35 m，平均厚度1.26 m。Ⅶ上煤层生产能力较大，有利于矿井初期开采。Ⅶ中煤层大部可采，可采厚度0.40～1.44 m，平均厚度0.73 m。Ⅶ中煤层生产能力较小。（3）采场接续条件：考虑到煤层储量分布情况，Ⅶ上煤层全区可采，井田东侧赋存较厚，平均1.5 m，井田西侧0.8～1.0 m；Ⅶ中煤层大部可采，平均厚度0.73 m。确定Ⅶ上煤层划分为两个盘区，一盘区位于井田中部东侧，生产能力较大，利于矿井初期开采；后期开采Ⅶ上煤层二盘区和Ⅶ中煤层（不划分盘区）时，由于煤层薄，确定两层煤联合开采（其中主采Ⅶ上煤层二盘区，配采Ⅶ中煤层）。（4）矿井设计生产能力及服务年限：根据矿井资源储量、可采储量和开采技术条件等，适宜建设0.60 Mt/a的中型矿井。矿井年工作日为330 d，每天四班作业，其中，三班采煤，一班检修与准备，日净提升運输时间16 h。首采Ⅶ上煤层一盘区，可采储量8.46 Mt，生产能力0.60 Mt/a，服务年限10.1 a。联合开采Ⅶ上煤层二盘区和Ⅶ中煤层，其中Ⅶ上煤层二盘区可采储量20.40 Mt，生产能力0.35 Mt/a，服务年限41.6 a；Ⅶ中煤层可采储量14.35 Mt，生产能力0.25 Mt/a，服务年限41.0 a，则联合开采服务年限为41.6 a，全矿井总服务年限51.7 a。
3 井田开拓与开采
3.1 工业场地的选择
（1）原有工业场地：根据现场调查，原工业场地位于井田西北部的台地上，布置一斜一立井井筒，资源整合扩大至0.60 Mt/a，原有场地地形狭窄，沟壑纵横，受到场地的制约，无法再扩大，因此，原有场地不能满足地面生产系统、储煤场以及行政福利设施的布置，需另选工业场地。
（2）增加工业场地（新选）：结合煤层赋存特点、交通运输条件，经多次现场踏勘并和业主协商，确定将另一工业场地选择在原有工业场地东侧1.7 km处，该处场地开阔、平坦，能够满足扩大规模的需求。
方案一：采用三条斜井开拓：（1）原有场地作为风井工业场地。在原有场地，将原主斜井改造为斜风井，作为矿井回风井并兼做安全出口。原立风井报废，并永久封闭，风井场地布置有主扇配电室。（2）新选场地布置主、副井筒及相应设施。在新选场地，新开凿主斜井、副斜井，分别作为全矿井的原煤运输井筒和辅助运输井筒。场地主要布置有主井、副井和相应生产系统、储煤场以及行政办公设施等。根据煤层赋存以及煤层间距情况，采用一个水平开采全井田。主水平设在Ⅶ中煤层（即下部煤层），水平标高+990.0 m。井下3条大巷在井田中央布置，向南掘进至井田边界，主运大巷沿Ⅶ中煤层布置，辅运大巷、回采大巷沿Ⅶ上煤层布置，主运大巷与辅运大巷之间采用斜巷联通，利用大巷布置条带工作面进行回采。首采工作面布置在主斜井南侧。（3）后期立风井（新建）。考虑到矿井服务年限较长，后期运输、通风距离较长，确定在矿井后期增设立风井，作为后期的回风及安全出口。
方案二：采用两斜一立井综合开拓：（1）原有场地作为副井工业场地。在原有场地，利用已有一对井筒，原主斜井改造为副斜井，用作提升材料及设备；原立风井功能不变，仍做矿井回风兼作安全出口。场区主要布置有副井及其辅助设施、风井及其辅助设施、变电所、机修车间及综采设备库、材料库、消防材料库、材料堆场、锅炉房以及污水处理站等。（2）新选场地作为主井工业场地。在新选场地，只布置主斜井，作为全矿井的原煤出煤井。场区主要布置有主井及其辅助设施、锅炉房、变电所、联合建筑、洗选系统、储煤场及装车、运煤系统等工业设施和行政办公楼、职工宿舍楼等生活设施。采用一个水平开采全井田，主水平设在Ⅶ中煤层，水平标高+990.0 m。井下3条大巷布置以及首采工作面布置与方案一相同。（3）后期立风井（新建）：位置与方案一相同。
3.2 两个方案的优缺点比较
方案一优点：（1）供电、供水、通信以及煤炭外运条件好。（2）工业场地布置有主斜井和副斜井以及相应生产系统和行政办公设施，管理方便。（3）与方案二相比，工业场地设置10 kV变电所，专供主斜井皮带机以及生产系统、洗选煤车间和办公楼等用电，风井场地设置主扇配电室，专供对旋通风机等用电，其投资较方案二少500万元。（4）首采区工作面位于煤层较厚区域，储量稳定可靠，井下开拓划分、开采布置合理，利于布置回采工作面正常生产以及达到设计规模。 方案一缺点：（1）新开凿副斜井倾角5.5°，斜长1 889 m，采用防爆无轨胶轮车运输辅助设备及材料，建井工期需12个月，较方案二长5个月，初期井巷投资较方案二大。（2）主井工业场地占地面积较大，增加征地费用。
方案二优点：（1）供电、供水、通信以及煤炭外运条件好。（2）副井工业场地的一对井筒均可利用，可減少前期基建投资。（3）首采区工作面位于煤层较厚区域，储量稳定可靠，井下开拓划分、开采布置合理，利于布置回采工作面正常生产以及达到设计规模。
方案二缺点：（1）主、副井工业场地由于分开布置，且较远，管理分散、不方便。（2）主、副井工业场地由于分开布置，因此，造成地面管理人员多，井下工人相应较多一些，费用成本相应增加。（3）主、副井工业场地需分别设置办公楼、职工宿舍、食堂、污水处理站、锅炉房以及占用相应的场地大。（4）主井工业场地10 kV变电所专供主斜井皮带机以及生产系统、洗选煤车间和办公楼等用电，副井工业场地也需设10 kV变电所，专供副斜井绞车以及辅助生产设施、锅炉房、机修车间和对旋通风机等用电；由于是两套设备，其投资较方案一多500万元以上。（5）由于副斜井距离主斜井较远，且副斜井采用绞车下放材料及设备，井下需进行设备换装，后期井下辅助运输成本将大大增加。
经技术经济综合分析比较，开拓方案采用方案一更为合理。
3.3 开拓部署
（1）井筒位置及数目：矿井移交生产达到设计生产能力时，共布置3条井筒，分别为主斜井、副斜井、斜风井，其中在主工业场地只布置主斜井和副斜井，在风井工业场地布置斜风井。矿井后期开采二盘区时，服务年限长，其运输、通风距离长，且考虑到两层煤同时开采的影响，需风量增大，在井田南部中央另选立风井，井下靠近回风大巷一侧，开凿后期立风井。
水平划分及标高：开采Ⅶ上、Ⅶ中煤层，其层间距约6.38 m，采用一个水平开采全井田，主水平（即皮带运输大巷）设在Ⅶ中煤层，水平标高为+990.0 m。
大巷及工作面布置：主运大巷沿Ⅶ中煤层布置，辅运大巷、回采大巷沿Ⅶ上煤层布置，3条大巷均为半煤岩巷，大巷之间及两侧各留设30 m护巷煤柱。首采Ⅶ上煤层工作面时，其原煤通过皮带运输顺槽溜煤眼转载至Ⅶ中煤层的主运大巷，然后从主斜井运出地面。
盘区划分：Ⅶ上煤层和Ⅶ中煤层间距约6.38 m，考虑到煤层储量分布情况，确定Ⅶ上煤层划分为两个盘区，一盘区位于主斜井南侧，Ⅶ上煤层其余部分划分为二盘区，Ⅶ中煤层不划分盘区。
开采顺序：首采Ⅶ上煤层一盘区（0.60 Mt/a），开采10.1 a时，接续联合布置开采Ⅶ上煤层二盘区和Ⅶ中煤层（主采Ⅶ上煤层二盘区0.35 Mt/a，配采Ⅶ中煤层0.25 Mt/a），两层煤的采煤工作面均沿大巷两翼条带布置，工作面后退式回采，总的开采顺序为由近及远，即整体推进方向由北向南。
3.4 采煤方法、首采区布置
采煤方法的选择：根据Ⅶ上煤层、Ⅶ中煤层的赋存特征、开采技术条件、开拓方式，采煤方法选用综采采煤法，一次采全高，对于Ⅶ上煤层、Ⅶ中煤层的0.6～0.4 m薄煤层开采区域，可选用螺旋采煤法开采。
首采区位置及资源储量：首采Ⅶ上煤层一盘区，该盘区布置在主斜井南侧，为矩形状，近水平，煤层平均1.5 m，其储量稳定可靠，盘区长2 910 m，宽2 015 m，面积5.87 km2，可采储量8.46 Mt。配备一个综采工作面，垂直大巷布置工作面皮带运输顺槽、辅助运输顺槽和回风顺槽，平行井田东边界保护煤柱线布置工作面切眼，工作面长150 m，走向长2 910 m，年推进度2 376m，一井一面即可满足0.60 Mt/a生产规模。
3.5 主要技术经济指标
（1）矿井移交时，井巷工程量总长度13 788.7 m，其中，利用巷道1 251 m，新掘巷道12 527.7 m；万吨掘进率220.63m/万t；矿井的建井工期为21个月，矿井建设总工期为24个月。（2）矿井移交时，矿井开拓煤量2.00 Mt，可采期3.3 a；准备煤量1.63 Mt，可采期2.7 a；回采煤量0.60 Mt，可采期1.0 a。
4 结语
根据永兴煤矿现有井下和地面实际情况，结合煤炭资源整合矿井建设规范，经过技术经济综合分析比较，选择了3条斜井开拓方案，投资省，工期短，技术上可行，经济上合理，后经投资方及设计院多次论证，认为该方案更优越，双方最终认同并采用了笔者提出的开拓方案。
参考文献
[1] 榆林市荣岩地质勘探有限公司编.陕西省子洲县永兴煤矿（整合区）勘探报告[R].
[2] 原子洲县永盛联办煤矿和槐树岔煤矿《采掘工程平面图》《井上下对照图》等资料[Z].
[3] 《煤矿安全规程》《煤矿防治水规定》《煤炭工业矿井设计规范》及有关国家煤炭工业现行的政策、法规、条例等[Z].