四门沟煤矿开拓方案设计
时间：2023-06-20 11:15:04 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
何 刚
(中煤西安设计工程有限责任公司，陕西 西安 710054)
四门沟煤矿位于陕西省神木市西北方向30 km，行政区划隶属神木市麻家塔乡管辖。井田面积6.511 3 km2，生产能力 1.50 Mt/a，服务年限33 a。四门沟煤矿分2期设施，一期为露天开采部分，二期为井工开采部分。目前，四门沟煤矿一期露天开采部分已经完毕；
二期井工开采部分工业场地于2011年已经基本建成，主要包括行政福利设施、辅助生产设施，供水、10 kV供电、采暖(燃煤小锅炉)、回风斜井通风系统(风机已安装)已形成。生产系统尚未建设，井下除主斜井、副斜井和回风斜井已施工至一水平4-2煤外，其他井巷工程均未施工，地面及井巷工程建设因故停工至今。
由于井工部分停工建设快10 a，近年来环保政策收紧，智能化建设等相关产业政策和行业规程规范均发生了变化，因此，原设计已不能满足指导井工部分建设的需要，需要按照最新的产业政策和行业规程规范，在充分结合矿井建设现状的基础上，对井下开拓系统布置及盘区划分进行优化设计，为井工部分建设提供可靠的设计指导。
四门沟煤矿面积约6.511 3 km2，生产能力1.50 Mt/a，井田内含煤地层为侏罗系中统延安组，可采煤层有2-2、3-1、4-2、4-3、4-4、5-2共6层煤。其中2-2煤已露天开采完毕。3-1、4-2煤间距39.72～47.28 m，平均间距为43.89 m；
4-2、4-3煤间距10.17～16.03 m，平均间距13.45 m；
4-3、4-4煤间距12.24～14.91 m，平均间距13.48 m；
4-4、5-2煤间距31.50～37.45 m，平均间距34.53 m。3-1煤层可采厚度为2.02～3.27 m，平均厚度2.90 m；
4-2煤可采厚度为2.93～3.86 m，平均厚度3.43 m；
4-3煤可采厚度为1.32～1.85 m，平均厚度1.53 m；
4-4煤可采厚度为0.70～0.91 m，平均厚度0.81 m；
5-2煤可采厚度为3.46～6.12 m，平均厚度5.07 m。
矿井为低瓦斯矿井，煤尘具有爆炸危险性，煤层为自燃煤层，水文地质条件中等，井田内无大断层、陷落柱，开采技术条件简单。主斜井、副斜井和回风斜井已施工至一水平4-2煤。
2.1 工业场地选择的主要原则
移交盘区应位于煤层埋藏浅，煤质好，储量可靠，尽量靠近煤层储量中心的区域，有利于稳产高产；
工业场地尽量少占基本农田，少压煤，征地容易；
交通运输便利，距离外部连接公路近，利于矿井外部运输、销售，地面运营费用和投资省；
井下开拓系统简单合理，井巷工程量省，投资少，建井工期短；
尽量利用已有工程。
2.2 工业场地选择
按照上述诸因素综合分析考虑，经过现场踏勘，设计认为矿井现有的工业场地的位置比较合适，且场地内部分建(构)筑物已建成，可以继续使用。因此，本次设计工业场地仍然选择现有工业场地，即井田西北角考考乌素沟南岸。
3.1 井田开拓方式确定的主要原则
力求开拓方式简单，井筒长度短，施工容易，见效快，且利于以后开拓延深；
主井、副井及回风井尽可能集中在一个场地，利于集中管理；
在合理条件下尽量利用地面已有设施及井下已有工程；
井筒落底尽量靠近储量中心及煤质较好区域；
主、副井与大巷衔接合理，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，且利于自动化管理；
主运输采用带式输送机运输，辅助运输在条件允许的情况下优先采用无轨胶轮车运输。
3.2 井筒形式的确定
煤层埋深较浅，工业场地处4-2煤层埋深约为52 m。根据神木地区矿井设计和生产经验，采用斜井开拓比较合理。同时根据矿井目前建设现状，主、副、回风斜井已施工至一水平4-2煤，新设计就利用现有井筒，即主井、副井及回风井均采用斜井形式。
3.3 井田开拓方案
根据矿井开拓方式主要原则、确定的井筒形式及现状情况，新设计提出2个开拓方案。
3.3.1 开拓方案一：井田西部单翼开拓方案
井筒：利用已有井筒，主斜井倾角11°，井口标高+1 127.000 m，落底标高+1 078.000 m(至一水平)，斜长257 m，井筒断面采用直墙半圆拱形，净宽4.8 m，净高3.8 m，净断面积15.77 m2。井筒内装备一台带宽1 200 mm带式输送机，并敷设有动力电缆、照明电缆、压风管路、黄泥灌浆及消防洒水管路。担负矿井主提升、进风任务并兼作安全出口。井筒中间设行人台阶。另装备可摘挂单向架空乘人装置，担负日常带式输送机检修任务。副斜井井口标高+1 127.000 m，倾角5.5°，落底标高+1 075.000 m(至一水平)，斜长542 m，井筒内运行无轨胶轮机车，采用直墙半圆拱断面，净宽5.0 m，净高4.1 m，净断面积17.82 m2。井筒内敷设有通信监测监控电缆、照明电缆以及消防洒水管路。担负矿井辅助提升、运送人员上下井和进风任务，并兼作安全出口。回风斜井井口标高+1 127.000 m，倾角25°，落底标高+1 078.000 mm(至一水平)，斜长116 m，井筒断面采用直墙半圆拱形，净宽4.5 m，净高3.65 m，净断面积14.25 m2。担负全矿井回风任务，井筒内设置有台阶、扶手(后期搭配开采时需要封闭人行道)，兼作矿井安全出口。
煤组及水平划分：设计将全井田共划分为2个水平，一水平开采 3-1、4-2、4-3、4-4煤，主水平大巷设在4-2煤层中，水平标高+1 070 m，在3-1、4-4煤设辅助水平；
二水平开采5-2煤，主水平大巷设在5-2煤层中，水平标高+1 005 m。
巷道布置：井筒落底后，沿井田西部边界南北向在4-2煤层布置一水平大巷，在3-1、4-4煤布置辅助水平大巷；
在5-2煤层布置二水平大巷；
各水平大巷及辅助水平大巷上下重叠布置。主、副、回风斜井与各水平及辅助水平采用煤门联系(除3-1煤)；
3-1煤主运输系统采用煤仓与一水平联系，辅助运输和回风系统采用斜巷与一水平联系。井下大巷大致呈“∣”字型。由于4-2、4-3煤间距10.17～16.03 m，平均间距13.45 m，因此4-3煤层利用一水平大巷(4-2煤)条带式开采，即4-3煤层工作面主运输、辅助运输及回风直接与一水平大巷(4-2煤)斜巷连接。
盘区划分：沿井田中央3-1煤采空区范围把井田划分为南北2部分，并按照各煤层将全井田共划分9个单翼盘区。
通风方式：矿井通风采用并列式，在工业场地布置主斜井、副斜井和回风斜井，由于井田面积不大，后期不需要新增井筒。
运输方式：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。
3.3.2 开拓方案二：井田中央双翼开拓方案
井筒：利用已有井筒，与方案一相同。
煤组及水平划分：设计将全井田共划分为2个水平，一水平开采 3-1、4-2、4-3煤，主水平大巷设在4-2煤层中，水平标高+1 070 m，在3-1煤设辅助水平；
二水平开采4-4、5-2煤，主水平大巷设在5-2煤层中，水平标高+1 005 m，在4-4煤设辅助水平。
巷道布置：井筒落底后，沿井田中部3-1煤采空区边界附近东西向在4-2煤层布置一水平大巷，在3-1煤布置辅助水平大巷；
在5-2煤层布置二水平大巷，在4-4煤布置辅助水平大巷。各水平大巷及辅助水平大巷上下重叠布置。主、副、回风斜井与一水平采用煤门联系，与二水平采用斜巷联系；
3-1煤主运输系统采用煤仓与一水平联系，辅助运输和回风系统采用斜巷与一水平联系，然后沿井田南部边界布置一组巷道回采3-1煤。4-4煤主运输系统采用煤仓与二水平联系，辅助运输和回风系统采用斜巷与二水平联系。井下一水平大巷大致呈倒“F”字型，二水平大巷大致呈倒“L”字型。
盘区划分：设计沿井田中央大巷煤柱线，并按照各煤层将全井田共划分5个盘区，其中4个双翼盘区，1个单翼盘区。
通风方式：与方案一相同。
运输方式：与方案一相同。
3.4 方案比选
3.4.1 开拓方案一：井田西部单翼开拓方案
优点：①移交工程量较少，工期较短，投资较少；
②系统简单，转载环节少，生产效率高；
③工作面单翼回采，工作面推进度较长，搬家少；
④后期接续3-1煤时开拓工程量小，系统简单，环节少。
缺点：①井田北部边界受井筒影响，工作面巷道布置关系较为复杂；
②受3-1煤采空区边界线不规则影响，3-1煤北部2个工作面推进度较短，工作面受采空区边界影响较大。
3.4.2 开拓方案二：井田中央双翼开拓方案
优点：①工作面垂直于井田北部边界，三角煤较少；
工作面布置受井筒影响较小。②3-1煤工作面垂直于采空区边界布置，受采空区影响较小。
缺点：①移交工程量较大，工期较长，投资较高；
②3-1煤开拓工程量大，投资大；
③转载环节增加，效率降低；
④各煤层工作面推进度短，搬家频繁；
⑤后期接续3-1煤时开拓工程量大，系统复杂，环节多。
3.4.3 综合比较
从经济层面比较，方案二投资远远大于方案一，是方案一的2倍多。从技术层面比较，方案二系统复杂，环节多，初期和后期井巷工程量均较大，工期较长；
而方案一井下开拓部署系统简单，顺畅，环节少，效率高；
方案一移交工程量少，工期较短，投资少，见效益快。
经过综合比较，方案一无论从经济层面还是从技术层面均具有明显优势。因此，设计推荐方案一，即井田西部单翼开拓方案。
井田开拓方案经济比较见表1。井田开拓方式如图1和2所示。
表1 井田开拓方案经济比较
图1 井田开拓方式(一水平)
图2 井田开拓方式(二水平)
四门沟煤矿井下开拓方案设计，充分结合了矿井现状，利用了已施工的3条井筒，采用大巷条带式单翼回采，加长了工作面推进长度，减少搬家次数，各水平大巷与主、副、回风斜井采用煤门联系，简化环节，提高效率。设计充分结合和利用现有工程，减少移交工程量，缩短建设工期，降低投资费用，为其他类似矿井的设计和建设提供一定的经验及借鉴。
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