刘海瑞

(国能鄂尔多斯市工程设计有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 017209)

一般矿井初步设计中已考虑过开拓延深方案，但矿井投产后，随着生产发展与技术进步，原开拓延深方案可能不适应当前的需要，所以实际工作中往往需要重新设计。开拓延深是多水平开拓矿井生产过程中的重要环节，合理确定矿井水平开拓延深方案至关重要，因此需要在充分考虑矿井的地质条件、开拓开采和主要生产系统现状以及延深水平施工过程中，与现生产水平干扰程度等各种影响因素后确定合理的开拓延深方案，同时要做到延深水平的开拓系统与原有系统合理衔接。

哈矿位于陕西省榆林市神木市大柳塔镇，是国能神东煤炭集团有限责任公司所属的大型矿井之一。井田为一不规则多边形，南北宽约8.4 km，东西长约8.5 km，面积72.40 km2。2014年8月，中国煤炭协会咨询中心编制了中国神华能源股份有限公司哈矿生产能力核定报告书，2015年6月3日核定哈矿生产能力16.00 Mt/a。矿井采用斜井、平硐综合开拓方式，目前开采的一水平2-2煤层进入回采后期。

井田内可采煤层共8层，分别是1-2上、1-2、2-2、3-1、4-2、4-3、4-4、5-2煤层。矿井目前进行开采的是一水平2-2煤层；
3-1煤层厚度0.8～3.5 m，平均2.15 m，与上部2-2煤层间距26.95～49.32 mm，平均38.24 m；
4-2煤层厚度0.8～2.28 m，平均1.54 m，与上部3-1煤层间距26.47～46.40 m，平均35.09 m；
4-3煤层厚度0.8～1.65 m，平均1.225 m，与上部4-2煤层间距4.27～21.03 m，平均13.14 m；
4-4煤层厚度0.8～1.69 m，平均1.254 m，与上部4-3煤层间距6.28～39.20 m，平均14.20 m；
5-2煤层厚度0.81～3.14 m，平均1.97 m，与上部4-4煤层平均间距17.32 m。各煤层挥发分产率高，热值高，特低硫，低灰，特低磷、砷、氯。富含油，化学反应性、热反应性和抗碎强度均优，可用于动力燃料，工业气化和低温干馏。

矿区位于华北地台鄂尔多斯台向斜东翼—陕北斜坡上，矿区系鄂尔多斯早中侏罗世含煤盆地的一部分，是地台基础上形成的继承式盆地。地层总体为向西缓倾的大单斜层，倾角1°左右，坡降5‰～17‰。哈拉沟井田内沟流分属2支水系，以陈家坡、郝家壕、讨素傲包及石圪台一线为分水岭。该分水岭以西为乌兰木伦河水系，有三元沟、沙沟、哈拉沟等；
沟流均自东向西汇入乌兰木伦河；
以东为悖牛川水系，有七概沟及其次级沟流郝家沟、召圪台沟等；
自西北向东南在本井田之南约3 km处汇入悖牛川。该井田是以孔隙含水层充水为主的水文地质条件中等类型矿床，水文地质勘探类型为一类二型。

煤层瓦斯含量低，属低瓦斯矿井；
煤层均具有爆炸性，属于容易自燃煤层；
煤层埋藏浅，地压小；
各煤层底板主要由粉砂岩、细砂岩、泥质岩组成，属于Ⅳ-Ⅴ类(中硬-坚硬)底板；
底板多为隔水的粉砂岩、细砂岩、泥岩及少量灰质泥岩组成。本区各可采煤层回采巷道围岩一般属于Ⅰ-Ⅱ类，即稳定-非常稳定的类别。

矿井采用综合开拓方式。共建成7条井筒，分别为主斜井、1号辅运平硐、2号辅运平硐、斜风井、副斜井(已封闭)、进风立井和回风立井。2-2煤中央辅运、主运和回风大巷均已形成。

井下目前共有2套综采工作面，分别布置在2-2煤四盘区和五盘区，正在回采22410、22518工作面。矿井2-2煤四、五盘区均已进入回采末期，2-2煤三盘区正在进行准备，预计2024年底2-2煤层全部回采结束。

矿井划分为4个开采水平，1-2上、1-2、2-2煤层为第一开采水平，水平标高+1 103 m；
3-1煤层为第二开采水平，水平标高+1 065 m；
4-2煤层为第三开采水平，水平标高+1 033 m；
4-3、4-4、5-2煤层为第四开采水平，水平标高+998 m。二水平划分为4个盘区，开拓大巷、F10断层以南为一盘区；
开拓大巷以北，回风立井场地以西为二盘区；
回风立井场地以北为三盘区；
回风立井场地、F10断层以东为四盘区。

本次矿井2-2煤层进入回采后期，为解决矿井接续压力，提高矿井煤质，保证矿井生产能力，解决压茬关系，需对二水平3-1煤进行回采工作。本次开拓延深设计主要以完成二水平3-1煤层开拓为目标，建设规模6.00 Mt/a，同时要兼顾考虑三、四水平各煤层的开拓延深部署。设计本着充分利用矿井现已形成的工业场地，生产、生活设施与设备、井巷工程与各生产系统，尽可能以最佳的布置形式与矿井现生产系统结合。以“高产高效”模式为设计指导思想，并综合考虑区内所有煤层的赋存条件及开采技术条件，尽可能使用国内外先进的装备及技术，从而提高资源回收率及生产效率。以“投资少、见效快、滚动发展”模式为指导，尽可能减少初期投资和缩短建设工期；
合理利用哈拉沟煤矿已经形成的各个生产系统以及地面设施，力求少投入多产出，尽可能减少非生产性投资等。秉承神东建设和开发的成功经验，优化各个系统设计方案，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。

矿井现有4个工业场地，分别是主井工业场地、副井工业场地、进风井场地和回风井场地，各场地均各自承担不同的功能。矿井现有的工业场地满足矿井下水平开采的使用要求，故本次设计仍利用矿井现有的工业场地。

根据本次矿井开拓延深的建设要求，矿井工业场地满足使用不需要新建。主、副提升系统需要向下延深，主斜井和1、2号辅运平硐可以采用直接延深方式，亦可以采用暗斜井延深方式。通过分别对主斜井及1、2号辅运平硐的2种延深方式进行对比分析：暗主斜井延深方式具有新选运输设备、降低运输损耗及成本等优点，但也有工程施工困难、投资高、转运环节多、管理存在隐患的弊端。主斜井直接延深方式具有可以充分利用原有设备和设施、施工简单、投资少、系统简单、转运环节少、管理较方便等优点，因此经分析对比后主提升系统推荐主斜井直接延深方式。1、2号辅运平硐直接延深方式具有可以充分利用原有设备和设施、系统简单、转运环节少、管理较方便等优点，但由于1、2号辅运平硐同时还要担负一水平的生产和二水平的开拓延深任务，生产与施工相互干扰，影响矿井的正常生产及运输路线过长，运输成本高。暗副斜井延深方式具有可以改变井筒掘进方向、减少保护煤柱、不影响一水平的生产及二水平的施工。因此经分析对比后副提升系统推荐暗副斜井延深方式。

本次开拓延深，受其影响矿井生产能力会大幅度降低，投产后全矿井共装备2套综采和3套掘进设备，二水平开采时矿井容易时期和困难时期需风量分别为140 m3/s和171 m3/s，通风机供风量需达到190～390 m3/s。经校核，矿井现装备的对旋轴流式风机满足使用要求，不需要进行更换。

本次开拓延深矿井的排水系统可以在3-1煤井底设置3-1煤中央排水泵房，负责全矿井的排水任务，将水排至地面污水处理厂，同时改扩建地面污水处理厂，直接将水排至地面污水处理厂，安全性较高，但需要扩建地面污水处理厂及征地。亦可以在3-1煤井底设置3-1煤中央排水泵房，负责全矿井的排水任务，将水排至2-2煤二盘区采空区，富余水排至地面污水处理厂，3-1煤部分涌水注入2-2煤采空区，但由于3-1煤一盘区与2-2煤二盘区相邻且两层煤层间距较小，需加强防水煤柱管理，做好防治水安全措施。因此经分析对比，本次设计推荐3-1煤开采期间将富余水注入2-2煤采空区的方案。

根据矿井地质条件、开拓开采现状等影响因素和开拓延深系统分析结果，并结合延深水平煤层的赋存条件，设计提出2个开拓延深方案。

4.1 方案一

设计下水平仍采用综合开拓方式，主斜井、辅运平硐、进回风井均利用现有井筒。

主斜井顺延至3-1煤。3-1煤暗副斜井布置在副井工业场地内1、2号辅运平硐井底附近。进风立井和回风立井通过暗立井与3-1煤联通。

3-1煤主运大巷、辅运大巷和回风大巷重叠布置于一水平2-2煤中央大巷下方，由井田西部边界开始大致沿东北方向布置至回风立井附近的Q102号钻孔附近，在3-1煤开拓大巷末端两侧大致沿西北至东南方向分别布置3-1煤三、四盘区巷道，一、二盘区3-1煤层利用3-1煤大巷进行回采。

四水平煤层开采通过延深主斜井、暗进回风井和掘进辅运上山进行开拓。三水平开拓大巷布置在4-2煤层中，四水平开拓大巷布置在4-4煤层中，4-3煤及5-2煤布置辅助水平。三、四水平开拓大巷与二水平3-1煤开拓大巷重叠布置，主斜井、辅运上山和风井根椐回采需要向下新掘或延深至相应煤层。因设计生产水平在3-1煤，并且4-2、4-3、4-4、5-2煤均不在现矿权范围内，故开拓方案图只详细介绍3-1煤层，3-1煤层开拓方案如图1所示。

图1 二水平3-1煤层开拓布置平面(方案一)

4.2 方案二

在距2-2煤主运大巷上方8.5 m处的右侧，新掘暗主斜井以14°延深至3-1煤。3-1煤暗副斜井布置在副井工业场地内1、2号辅运平硐井底附近。进风立井和回风立井均通过暗立井延深至3-1煤。

3-1煤主运大巷、辅运大巷和回风大巷重叠布置于一水平2-2煤中央大巷下方，由井田西部边界开始大致沿东北方向布置至进风立井附近后转向沿298°方位角布置至井田北部边界附近。二、三盘区的3-1煤层利用3-1煤开拓大巷进行回采，在一盘区西边界大致沿井田边界布置一盘区3-1煤盘区巷道，四盘区3-1煤盘区巷道布置于井田内F10断层北侧。

四水平煤层开采通过延深主斜井、暗副斜井和进回风井进行开拓。三水平开拓大巷布置在4-2煤层中；
四水平开拓大巷布置在4-4煤层中，4-3煤及5-2煤布置辅助水平。三、四水平开拓大巷与二水平3-1煤开拓大巷重叠布置，主斜井、暗副斜井和风井根椐回采需要向下新掘或延深至相应煤层。3-1煤层开拓方案如图2所示。

图2 二水平3-1煤层开拓布置平面(方案二)

5.1 开拓与准备巷道工程量(不含联巷)

方案一下水平开拓与准备巷道工程总量为115 926 m，而方案二为129 409 m。方案二较方案一的开拓与准备巷道工程量多13 483 m，总的工程费用较高。

方案一移交生产时开拓与准备巷道工程量为19 715 m，而方案二为24 717 m。方案二较方案一移交生产时开拓与准备巷道工程量多5 002 m，初期投资较高。

5.2 建设工期及投产时间

方案一建设工期28个月，方案二建设工期33个月。方案二比方案一建设工期多5个月，投产时间晚5个月，建设工期较长，投产时间较晚，见效晚。

5.3 采煤工作面数量及搬家倒面

方案一下水平各可采煤层总共圈定了147个综采工作面，搬家倒面共147次，费用较低，成本较低。方案二下水平各可采煤层总共圈定了156个综采工作面，搬家倒面共156次，费用较高，成本较高。

5.4 主斜井延深

方案一运输环节少，运输系统简单，维护费用低。方案二在主斜井运输环节需要多加一部胶带机及新建相配套的转载机头硐室和斜溜煤眼，故运输环节较多，运输系统复杂，维护费用高。

5.5 保护煤柱损失资源量

方案一下水平开拓大巷及工业场地压覆资源量约1 083万t，而方案二压覆资源量约1 320万t。方案二比方案一保护煤柱损失资源量多237万t，资源量损失大，经济效益差。

通过对上述2个方案的分析及对比，方案一更符合矿井的整体接续计划，能够有效缓解矿井的接续压力，保证矿井的生产能力，具有初期投资少及矿井运输环节少等优势条件。综合考虑矿井的实际开采情况后，推荐设计方案一为终选方案。

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