浅析内蒙古白音华四矿开采方法及井下运输系统

浅析内蒙古白音华四矿开采方法及井下运输系统

石维宝 何超

内蒙古白音华海州露天煤矿有限公司，内蒙古锡林浩特市 026200

摘要：白音华煤田为我国北疆煤炭资源主要开采基地之一，本文以内蒙古白音华四矿开采方法及井下运输系统为例，对其进行叙述，其开拓方式采用斜-立井混合开拓方式，采区和煤层开采顺序总体为从上到下，薄厚煤层搭配。开采方式具有合理、经济的特点，希望为该地区井工煤矿提供参考。

关键词：白音华四矿，开采方法，运输系统

1项目建设背景

白音华四号矿位于白音华煤田东北部，隶属于西乌珠穆沁旗白音华镇。白音华四号矿西南距西乌珠穆沁旗巴拉嘎尔高勒镇约110km，S307省道从井田南侧东西向通过，白-霍一级公路从井田南侧东西向通过，锡-乌铁路从井田南侧东西向通过，赤-大-白铁路在白音华镇与锡-乌铁路接轨，扎-伊铁路为本矿煤炭运输专用通道，交通便利。

白音华四号矿井工区含煤地层为白垩系下统白音华组三段，共含三个煤组12个煤层，由上而下分别是一煤组：上六煤层、上五煤层、上四煤层、上三煤层、上二煤层、上一煤层、一煤层、一层下煤层；二煤组：二-1煤层、二-2煤层、二-3煤层；三煤组：三煤层。全井田可采煤层共8层。

2开采技术条件及评价

本井田岩层产状平缓，构造中等，总体呈单斜构造，局部表现为缓波状起伏，F₁断层为井田内的较大断层，性质为正断层。本次核实报告又发现了若干次生断层。未见岩浆岩侵入，断层对矿井开拓、开采有一定影响。生产中，要重视断层破碎带的导水性和不稳定性。矿区第四系潜水层为水文地质条件中等含水层；一、二煤组裂隙承压含水岩组为直接充水含水层的水文地质条 件简单含水岩组。综合分析两个直接充水含水层的分布范围、富水性、补给条件，水文地质勘查类型划分为第二类第一型，即裂隙含水层充水为主的水文地质条件简单的矿床。根据《煤矿防治水规定》，本矿井水文地质类型为中等型。通过以上对该矿井可采条件的分析与评价，该矿井地质构造中等，煤层对比可靠、可采煤层赋存较稳定，资源量丰富、可靠，设计认为具备尽快开发建设的条件。

3开拓开采方案

3.1井田开拓方式

本矿井主采煤层一煤层赋存相对较浅，矿井开拓方式可采用斜-立井混合开拓方式。工业场地位于井田东南部靠近铁路装车站，采用斜-立井混合开拓方式，在一个工业场地内布置三条井筒，主斜井、副立井和回风立井；在工业场地东南侧约980m白音华四号露天矿+917平盘设进风斜井场地，布置进风斜井。主斜井倾角12°，斜长1375m，井筒装备一条带宽1400mm胶带输送机、900mm轨距检修轨道；副立井井筒直径7.0m，包括井底水窝井筒深度250m，装备1个宽罐笼和1个普通罐笼；回风立井井筒直径6.0m，井筒深度226m。后期开采井田北部二采区时，为了缩短通风线路、减少通风阻力，便于辅助提升，在井田北东部边界处建北工业场地，场地内后期建副立井和回风立井。

矿井共设一个主水平，水平标高+754m。主斜井直接落底于一煤层F₁断层附近；副立井和回风立井均落底于一煤层，在+754m标高布置井底车场。主水平划分两个采区，井田南部F₁断层两侧为一采区；井田北部F₁断层以北为二采区。

大致沿C勘探线垂直于F₁断层布置一采区上段运输下山、辅运下山和回风下山，至F₁断层附近布置一采区中部车场，在车场附近布置中央变电所、中央水泵房等硐室。沿一采区下山方向继续掘进，穿过F₁断层布置一煤层一采区下段行人下山、辅运下山和回风下山至井田边界，主斜井落底后继续掘进，穿过F₁断层布置一煤层一采区下段运输下山，在靠近井田西部边界处布置一采区下部车场和采区水泵房、一采区水泵房配电室等硐室。移交生产时布置1个综采放顶煤工作面和2个综掘工作面。井下主运输采用胶带输送机，辅助运输采用无极绳绞车牵引矿车运输。矿井通风方式采用分区式，通风方法为机械抽出式。

3.2大巷布置

矿井工业场地位于井田东南部，北工业场地位于井田北东部，两处工业场地均位于井田东部煤层赋存浅部区，因此大巷布置形成集中大巷和采区下山巷的布置方式。在铁路专用线煤柱内沿一煤层走向布置集中运输大巷和集中辅运大巷，集中运输大巷向北与二采区运输下山连接，向南通过运输斜巷与主斜井中部连接；集中辅运大巷向北分别与北副立井井底车场和二采区辅运下山连接，向南与副立井井底车场连接。沿C勘探线布置主水平一采区上段运输下山、一采区下段运输下山、一采区下段行人下山、一采区辅运下山和一采区回风下山；沿M勘探线布置主水平二采区运输下山、辅运下山和回风下山。

3.3采区划分与接替

（1）采区划分：设计采区划分原则以主水平划分采区。主水平一煤层、一下煤层共划分为2个采区；一煤组上六、上五煤层划分为1个采区；二煤组二-1、二-2和二-3煤层划分为2个采区，划分范围同主水平；三煤组三煤层划分为2个采区，划分范围同主水平。全井田共划分为7个采区。

（2）采区和煤层开采顺序：总体为从上到下，薄厚煤层搭配，既保证矿井的稳产，又要充分回收有限的矿产资源。

3.4井筒

(1)井筒用途布置及装备

根据开拓布置，矿井移交时布置4条井筒，即主斜井、副立井、回风立井、进风斜井，由于本矿井为软岩地层，主斜井施工难度大、工期长，根据工期安排在副立井和回风立井施工的同时，在井田东部的四号露天矿采坑内的台阶上同时施工措施一巷和措施二巷，两条措施巷均落底于+754m井底车场，在施工井底车场与副立井和回风立井贯通后，利用2条措施施工一采区运输下山、辅运下山和回风下山，措施一巷作为建井期的提升井，措施二巷作为建井期的辅助运输井，矿井建成移交后，主斜井作为矿井的主提升井，副立井作为矿井的辅助提升井，回风立井为矿井的回风井，措施一巷和措施二巷拆除装备，措施一巷封闭并废弃，措施二巷保留作为矿井的进风斜井。另外后期增加2条井筒，即北副立井、北回风立井。

（2）安全出口

主斜井内设行人台阶，主斜井、进风斜井均作为矿井的安全出口。副立井和回风立井未设梯子间。需要说明的是，根据《煤矿安全规程》第八十七条规定“新建、扩建矿井的回风井严禁兼作提升和行人通道，紧急情况下可作为安全出口”。

（3）井壁结构

从建井工程地质条件看，岩层有第四系、第三系、白垩系白音华组，以软弱岩层为主。主斜井表土段及基岩风氧化带，采用双层钢筋混凝土支护，支护厚度450mm，外层铺设防水毯；软岩段采用型钢复合支护，最外层采用36号U型钢制成圆形可缩性支架，中间用16号工字钢制成带底拱的型钢棚，最后用钢筋混凝土砌筑到设计断面，各钢架通过纵向拉杆连在一起形成整体，最大支护厚度为860mm；基岩段采用36号U型钢制成拱形支架，外层铺设防水毯，然后砌筑混凝土到设计断面，支护厚度375mm。

4采煤方法与采煤工艺

4.1首采区采煤方法-层综采放顶煤

在首采区一煤层F₁断层东西平均厚度分别为31.15m和37.92m。本井田如按正常采高3.3m、采放比小于1：3计算，考虑可分为2-4个分层。每个分层最大采放高度13.2m。

生产实践和理论计算都表明，顶煤冒放性随着开采深度的增加而提高。一般情况下，当开采深度小于100m时，顶煤冒放性差，当开采深度大于400m时，顶煤是易于冒落的。本井田一煤层顶板多为粉砂岩、泥岩，泥岩抗压强度2.54-8.50Mpa，平均4.76Mpa，为软-中硬岩，同时煤层埋深平均270m左右，因此从岩性和埋藏深度看，顶煤冒放效果较好。

其它各煤层均采用走向长壁采煤方法。

4.2作面主要技术参数

（1）采煤工作面长度：主要考虑以下因素：工作面长度要与工作面输送机相适应，并有利于发挥采煤机的效能和提高工作面的单产与效率，还要与煤层赋存条件、地质条件相适应。根据本矿井的开采技术条件和所用生产设备及煤层赋存状况。设计确定一煤层工作面长度为220m。

（2）综放工作面机采高度：应满足通风行人的要求外，还应考虑设备投入和机道上方顶煤和煤壁的稳定性，增大机采高度，缩小采放比，有利于顶煤的冒放，可以相应提高工作面的回收率，但需增加液压支架的重量，且采高越大，加大了采煤能耗，提高了生产成本，煤壁越高，越易发生片帮，又增加了工作面支护管理难度，影响工作面生产。但随着综采设备向重型化、高可靠性的发展，综放工作面液压支架高度也逐步提升。由于煤层底板较软弱，为了加强顺槽巷道的支护，根据其他矿井的开采经验，一般留设0.5m-1.0m左右的底煤，根据规范要求，采放比不大于1:3，开采上分层时，按正常采高3.3m计算，放顶煤高度为9.9m，分层高度为13.2m，可分为2-4个分层。

（3）工作面推进长度：我国目前一次采全高综采工作面推进长度一般为3000-4000m，其中神华集团所属榆家梁矿工作面推进长度已达到5500m以上。本矿井为分层综采放顶煤开采，煤层属容易自燃煤层，考虑到煤层的自燃发火因素，工作面推进长度不宜太长。结合本区煤层倾角小，地质构造中等，开采技术条件较好，工作面推进长度受地质条件限制较少等因素，并且在目前的技术条件下，减少工作面搬家次数，提高工作面产量和效率，放顶煤综采工作面推进长度在1000-3000m左右为宜。本矿井一煤层一采区工作面推进长度在1200-1950m左右。

5井下运输提升

5.1主要运输方式

井下主运输采用胶带输送机运输：作面煤炭经前、后刮板输送机→破碎机→转载机→顺槽胶带输送机→采区下段运输下山胶带输送机→主斜井胶带输送机→地面转载点。

5.2辅助运输方式及设备

目前国内水平煤层辅助运输方式较多，有齿执车，卡轨车、胶轮车，无极绳绞车等。结合本矿特点，经综合比较，由于矿井生产能力为5.00Mt/a，且大巷沿煤层布置，有一定的起伏变化，选用齿执车投资较大，运行不稳定。而胶轮车对坡度要求较高，本矿井不适宜运行。因此，确定选用无极绳绞车运输，轨道选用38kg/m钢轨，轨距900mm。材料及设备在地面装入材料车及平板车，由副井下放至井底，通过蓄电池电机车调车，由无极绳绞车牵引运至回风顺槽入口，由顺槽无极绳绞车牵引运至各工作面使用地点。

5.3提升设备

本矿井设计生产能力5.00Mt/a。工作制度为年工作330d，日净提升时间18h/d。工业场地内设有主斜井、副立井。主井担负矿井原煤提升任务。副井担负矿井矸石、人员、材料、设备等提升任务。主斜井井筒倾角β=12°，斜长L=1375m，地面井口房运输长度L₂=50m,主斜井装备一台钢丝绳芯带式输送机，担负矿井原煤提升任务，带式输送机总长度L=1425m。水平运输距离L_h=1395m，垂直提升高度H=293m，井底不设煤仓。

参考文献

[1]田秀丽，浅谈煤矿常见开采方式[J]，大众科技报，2008，(11)：2

[2]赵维印.设备工程实用手册[M].北京:中国经济出版社海洋出版社,1998.

作者简介：石维宝，（1973.09-），男，汉族，辽宁阜新人，工程师，主要从事矿山地质勘查及生产管理。