劉成勇

(中煤西安設(shè)計工程有限責(zé)任公司，陜西西安710054)

1 龍王溝井田概況

龍王溝井田位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市以東120km處，準(zhǔn)格爾煤田中北部。龍王溝礦井設(shè)計生產(chǎn)能力10.0Mt/a。井田內(nèi)大部被第四系黃土和風(fēng)積沙所覆蓋，只有局部的梁頂或沖溝中才有基巖出露。根據(jù)地表出露及鉆孔揭露，本井田地層層序自下而上為:奧陶系中統(tǒng)馬家溝組(O2m)、石炭系上統(tǒng)太原組 (C2t)、二迭系下統(tǒng)山西組 (P1s)、下石盒子組(P1x)、上統(tǒng)上石盒子組 (P2s)、石千峰組 (P2sh)、三疊系下統(tǒng)劉家溝組 (T1l)、第三系上新統(tǒng)(N2)、第四系(Q)。

井田含煤地層沿走向、傾向變化不大，大斷裂不發(fā)育，有陷落柱存在，無巖漿巖侵入，構(gòu)造復(fù)雜程度屬于中等類型，水文地質(zhì)條件屬于復(fù)雜型，勘查類型劃屬于第二類二型。井田可采煤層5層，主要可采煤層為6號煤層，可采厚度4.00～30.10m，平均 18.42m，全區(qū)可采，埋藏深度 75.62～646.50m，平均354.82 m。

2 工業(yè)場地及井口位置選擇

根據(jù)工業(yè)場地及井口位置選擇確定的原則，經(jīng)多方案篩選，工業(yè)場地選在藺家圪卜場地、東坪社場地、潘家圪塄場地三者之間。但綜合各場地地形地貌、地面總平面布置、征用土地難易程度、地面建 (構(gòu))筑物影響及搬遷難易度、投資、礦井開拓方式、井下開拓布局、首采盤區(qū)位置等各因素，并進(jìn)行綜合技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較分析后，確定藺家圪卜場地為礦井的工業(yè)場地。該場地位于井田中南部，藺家圪卜東側(cè)山梁臺地，南臨109國道，地形較為開闊，自然標(biāo)高+1175～+1236m，場地處主采煤層6煤埋深約370m。

3 井田開拓方案

結(jié)合周邊礦井建井經(jīng)驗，對礦井開拓方案進(jìn)行綜合分析，主井采用斜井 (傾角16°)開拓，風(fēng)井采用立井 (凈直徑7.5m)是最合理的。副井主要承擔(dān)人員、物料的提升任務(wù)，采用斜井和立井開拓存在一定可比性。副井筒開拓方式主要有3種方案:方案一，緩坡斜井(5.5°或6°)開拓;方案二，斜井 (22°)開拓;方案三，立井開拓。本文內(nèi)容主要是通過優(yōu)化選擇，確定副井筒開拓方式。

3.1 緩坡斜井 (5.5°或6°)開拓方案

《煤礦井下輔助運(yùn)輸設(shè)計規(guī)范》規(guī)定:無軌膠輪車運(yùn)行的傾斜巷道傾角不宜大于6°。根據(jù)調(diào)研和國內(nèi)類似條件長距離緩坡斜井資料，副斜井坡度在5.5°以下更有利于無軌運(yùn)輸車輛的運(yùn)行。從井巷工程量考慮，井筒角度增大到6°，井巷工程量減少270m。從運(yùn)營成本考慮，副井傾角越大無軌膠輪車運(yùn)行越吃力，油耗、損耗越大，運(yùn)營成本越高，礦井最大件 (支架)重量達(dá)62t，坡度較小將更加有利于降低礦井的運(yùn)營成本，因此，5.5°緩坡斜井較為合理。

3.1.1 礦建工程

副井位于主副井場地內(nèi)，采用5.5°緩坡斜井。井口標(biāo)高+1210.7m，落底標(biāo)高約為+845m(至 6上煤大巷口)，井筒總長度約為3920m。井筒采用半圓拱斷面，凈寬6.0m，凈斷面積為24.9m2，其中表土段約為600m，支護(hù)方式為鋼筋混凝土砌碹，支護(hù)厚度450mm，掘進(jìn)斷面積為36.6m2;基巖段長度約為3320m，支護(hù)方式采用錨噴支護(hù)，支護(hù)厚度150mm，掘進(jìn)斷面積為28.8m2。

3.1.2 輔助運(yùn)輸系統(tǒng)

礦井輔助運(yùn)輸采用防爆低污染柴油機(jī)無軌膠輪車從地面至井下直達(dá)連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)。礦井投產(chǎn)時，副斜井井口至工作面最遠(yuǎn)運(yùn)距約為7.8km。井下材料運(yùn)輸按照每輛車每班平均工作2.5h計算，人員1次運(yùn)達(dá)工作面考慮，為滿足礦井輔助運(yùn)輸需要，礦井投產(chǎn)時共需各型無軌膠輪車輛共計58輛。礦井投產(chǎn)后，隨著開拓距離的延伸，可適時調(diào)整車輛配置。無軌膠輪車運(yùn)行副斜井井口至工作面的工作地點(diǎn)柴油消耗量為1240L/班，4340L/d。

3.2 斜井 (22°)開拓方案

地面及井筒采用有軌運(yùn)輸，井下 (除井底車場)均采用無軌輔助運(yùn)輸。副井位于主副井場地內(nèi)，采用22°斜井，井筒內(nèi)鋪設(shè)900mm軌距雙軌，井下設(shè)換裝硐室。

3.2.1 礦建工程

井口標(biāo)高+1210.7m，落底標(biāo)高約為+845m (至6煤)，井筒總長度約為980m。其中表土段約為135m，基巖段長度約為845m，斷面形式、支護(hù)方式、支護(hù)厚度、斷面積均與方案一相同。井筒內(nèi)鋪設(shè)雙軌，軌距為900mm，地面布置提升機(jī)房，井筒內(nèi)利用絞車牽引礦車、人車，完成材料、設(shè)備及人員的運(yùn)輸。為便于副斜井高效、有序運(yùn)行，地面布置窄軌系統(tǒng)，井下布置井底車場來完成調(diào)度、協(xié)調(diào)工作。

本方案井筒傾角達(dá)到22°，不適于無軌膠輪車運(yùn)行，只能采用絞車提升，而井下為無軌膠輪車運(yùn)輸，為銜接兩種輔助運(yùn)輸方式，井底車場設(shè)置換裝、組裝硐室，大型、重型設(shè)備 (支架62t)可由組裝硐室拆解或組裝，通過換裝硐室實現(xiàn)井筒內(nèi)有軌運(yùn)輸系統(tǒng)與井下無軌運(yùn)輸系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。為便于人員輸送，井下設(shè)置人車庫及等候硐室，避免了材料、設(shè)備與人員輸送的參雜交錯，提高了礦井人員運(yùn)輸?shù)陌踩裕瑸榈V井安全生產(chǎn)提供了可靠保障。

3.2.2 土建工程

增加的主要建筑物為副斜井提升機(jī)房及配電間聯(lián)合建筑。該建筑平面尺寸為20m×27.5m，提升機(jī)房內(nèi)設(shè)起重量G=100t橋式起重機(jī)，軌面標(biāo)高8.50m，屋面高13.5m，為鋼筋混凝土框排架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)，絞車基礎(chǔ)為鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)。提升機(jī)房屋面采用鋼網(wǎng)架，屋面保溫材料為100mm厚玻璃絲棉夾芯板，屋面板為保溫壓型鋼板，圍護(hù)墻為240mm非承重空心磚。

3.2.3 井筒提升設(shè)備

提升機(jī)選用2JK－5/30E型雙卷筒礦井提升機(jī)1臺，電動機(jī)和鋼絲繩均為配套產(chǎn)品;井下提升最大件為液壓支架，重量達(dá)62t，目前提升設(shè)備無法滿足整架下井，需拆解后下井，在井下組裝，增加一個拆解并組裝環(huán)節(jié);所選用的鋼絲繩直徑較大(52mm，11kg/m)，在實際應(yīng)用中，摘掛鉤比較困難，根據(jù)計算，最大班設(shè)計作業(yè)時間為5.71h，時間過長。

3.2.4 輔助運(yùn)輸

礦井井下輔助運(yùn)輸采用無軌膠輪車運(yùn)輸系統(tǒng)。下井人員乘坐斜井人車到達(dá)井底后，換乘無軌膠輪人車到達(dá)各工作地點(diǎn)。為滿足礦井輔助運(yùn)輸需要，礦井投產(chǎn)時共需各種型號無軌膠輪車輛計53輛。礦井投產(chǎn)后，隨著開拓距離的延伸，可適時調(diào)整車輛配置。無軌膠輪車運(yùn)行副斜井井底至工作面的工作地點(diǎn)柴油消耗量為410L/班，1435L/d，副斜井電耗為260kW·h/班。

3.2.5 供配電系統(tǒng)

副斜井提升機(jī)選用1臺2JK－5×2.3提升機(jī)，驅(qū)動方式采用10kV變頻，配1000kW變頻電動機(jī)1臺，提升速度3.51m/s，轉(zhuǎn)速428r/min。副斜井提升機(jī)用電負(fù)荷等級為二級。另外配置一套ZDB型PLC斜井提升信號系統(tǒng)。

3.3 立井開拓方案

副井位于主副井場地內(nèi)，采用立井開拓。

3.3.1 礦建工程

井筒凈直徑為10.0m，井口標(biāo)高+1210.7m，落底至6煤，標(biāo)高+845m。井筒總長度為396m，其中表土段長度約為60m，采用鋼筋混凝土砌碹支護(hù)，支護(hù)厚度為700mm，井筒凈斷面積為70.9m2，掘進(jìn)斷面積93.3m2;基巖段長度約為340m，采用混凝土砌碹支護(hù)，支護(hù)厚度為700mm。井筒底部設(shè)置井底車場，車場巷道長度715m;車場與大巷由集中輔助運(yùn)輸大巷銜接，長度872m。

3.3.2 土建工程

新增主要建筑為副立井井塔，井塔平面尺寸為24m×25m，高度63m。井塔采用鋼筋混凝土箱框結(jié)構(gòu)，內(nèi)框架柱采用疊合柱?；A(chǔ)采用鋼筋混凝土灌注樁，樓面均為鋼筋混凝土現(xiàn)澆板，屋面結(jié)構(gòu)采用預(yù)制板+鋼網(wǎng)架，圍護(hù)墻為240mm非承重空心磚。

3.3.3 井筒提升設(shè)備

副立井提升設(shè)備由特大罐籠+平衡錘提升系統(tǒng)和交通罐+平衡錘提升系統(tǒng)組成。液壓支架重量62t/架，考慮支架不拆卸直接下井。

3.3.4 輔助運(yùn)輸

礦井井下輔助運(yùn)輸采用無軌膠輪車運(yùn)輸系統(tǒng)。下井人員乘坐副立井罐籠到達(dá)井底后，換乘無軌膠輪人車到達(dá)各工作地點(diǎn)。為滿足礦井輔助運(yùn)輸需要，礦井投產(chǎn)時共需各種型號無軌膠輪車輛計53輛。礦井投產(chǎn)后，隨著開拓距離的延伸，可適時調(diào)整車輛配置。無軌膠輪車運(yùn)行副立井井底至工作面的工作地點(diǎn)柴油消耗量為410L/班，1435L/d，副立井電耗為778kW.h/班。

3.3.5 供配電系統(tǒng)

副立井提升機(jī)采用井塔式布置，設(shè)置2套提升系統(tǒng)，分別為特大罐籠+平衡錘提升系統(tǒng)和交通罐+平衡錘提升系統(tǒng)。副立井提升機(jī)用電負(fù)荷等級為一級。另外配置電力拖動方案及控制系統(tǒng) (特大罐籠+交通罐提升機(jī)電控系統(tǒng))和提升信號、操車電控綜合控制系統(tǒng)。

4 開拓方式的分析與選擇

龍王溝井田煤層較多，可采煤層間距較小，考慮主采6號煤層埋深較淺的特點(diǎn)，副井適宜采用緩坡斜井 (傾角5.5°)，凈寬度6m開拓，主要原因為:

(1)參考鄰近礦井無軌膠輪車輔助運(yùn)輸實際經(jīng)驗，采用5.5°緩坡斜井才能最大限度發(fā)揮“一條龍”輔助運(yùn)輸?shù)膬?yōu)越性，生產(chǎn)時運(yùn)輸使用方便［6－9］。

(2)雖然5.5°緩坡斜井井筒全長3920m，井筒偏長，工期長，但建井期間由風(fēng)井和主斜井擔(dān)負(fù)臨時提升，不耽誤整個礦井建井工期，井筒中間適當(dāng)位置也可增加施工措施巷，與主井聯(lián)通后，增加掘進(jìn)工作面，從而加快副井施工工期。

(3)若采用斜井 (22°)開拓，利用絞車串車軌道提升，則井下采用無軌膠輪車運(yùn)輸兩者換裝較困難，輔助提升效率低。礦井開采6號煤液壓支架拆解后最大件加平板車共重62t以上，單繩絞車提升存在很大的安全隱患。

(4)如采用立井提升，副井井筒凈直徑10.0m，需裝備1個非標(biāo)特大罐籠+1個平衡錘和1個交通罐+1個平衡錘2套提升系統(tǒng)，雖然無軌膠輪車可以直接進(jìn)入罐籠，運(yùn)輸方便，通風(fēng)能力大，但立井地面設(shè)井塔提升，特大罐提升絞車需要采用進(jìn)口設(shè)備，操作系統(tǒng)復(fù)雜，后期維修費(fèi)用大。

因此，從輔助提升連續(xù)、高效，施工工藝簡單，井筒裝備簡捷，后期維護(hù)簡單，生產(chǎn)期間井下輔助運(yùn)輸采用無軌膠輪車等多方面考慮，并結(jié)合本地區(qū)建井的經(jīng)驗，副井采用緩坡斜井 (5.5°)開拓更為經(jīng)濟(jì)合理。

5 結(jié)束語

礦井開拓方式的設(shè)計，應(yīng)該從實際出發(fā)，結(jié)合當(dāng)?shù)氐某晒?jīng)驗，綜合考慮相關(guān)的各種復(fù)雜因素，對礦井開拓方式進(jìn)行分析與優(yōu)化選擇。并盡可能地采用國內(nèi)外最先進(jìn)的技術(shù)和經(jīng)驗，從而使礦井施工、安全生產(chǎn)、后期運(yùn)營都處于最佳狀態(tài)。

［1］王文書.礦井開拓方案的確定方法［J］.煤炭工程，2012，44(9):1－3.

［2］伊茂森.神東礦區(qū)快速建井模式［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2004，32(10):17－19.

［3］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.煤礦井下輔助運(yùn)輸設(shè)計規(guī)范 (GB50533－2009)［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009.

［4］楊吉平，程志榮.梅花井煤礦緩坡副斜井通過能力的研究［J］.能源技術(shù)與管理，2008(1):51－53.

［5］魏金山，王保喜，張華春.硬巖掘進(jìn)機(jī)快速掘進(jìn)緩坡斜井［J］.建井技術(shù)，2012，11(5):4－6.

［6］覃 杰.基于層次分析法的礦井開拓方案系統(tǒng)評價［J］.煤礦開采，2012，17(2):37－41.

［7］王占恒.針對煤礦無軌膠輪輔助運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)狀探討［J］.中國科技博覽，2013(4):299.

［8］高為民.無軌膠輪車在塔山煤礦的應(yīng)用 ［J］.陜西煤炭，2012(5):82－83.

［9］劉洪德.大傾角煤層輔助運(yùn)輸設(shè)計方案選擇［J］.煤炭工程，2007，39(10):11－12.

［10］饒澤青.層次分析法在官文煤礦開拓方案中的比選應(yīng)用［J］.煤炭工程，2012，44(7):6－8.

［11］李元松，田昌貴，陳運(yùn)清，等.等效優(yōu)先系數(shù)法在礦井開拓方案選擇中的應(yīng)用［J］.武漢大學(xué)學(xué)報，2009(12):36－39.

［12］程貴海，熊海明，陸慧萍，等.模糊層次分析法在開拓系統(tǒng)優(yōu)化選擇中的應(yīng)用［J］.西部探礦工程，2012(1):106－109.

［13］夏森林.顧橋煤礦瓦斯分布規(guī)律初探 ［J］.煤炭技術(shù)，2005，24(9):73－74.

［14］姚喜淵，師秋來，韓國棟，等.小春灣煤礦二采區(qū)開拓方案設(shè)計優(yōu)化［J］.煤礦開采，2012，17(2):29－31.

［15］江 軍，唐勝民.大直徑深立井安全、優(yōu)質(zhì)、快速施工［J］.建井技術(shù)，2012(4).