随着赵固二矿开拓区域向西部不断延伸，为满足后期通风需要，有必要在矿井西翼设立回风立井及其工业场地。为确保井筒在建设和使用期间安全可靠，便于维护，应使井筒穿过的岩层及表土层具有较好的水文和地质条件，不穿过或少穿过流砂层，避开较大的含水层、较厚的冲积层、有煤与瓦斯突出危险的煤层、大断层、构造破碎带、漏水区、喀斯特溶洞、采空区等区域。为降低井筒建设期间生产和技术上的难度，将井筒尽可能布置于勘探程度高的区域［1］。井工开采矿井的开拓方式应根据实际情况确定，据统计，自2004年以来，我国约50%的新建矿井采用立井开拓方式［2-4］。由于赵固二矿煤层埋深大，冲积层厚度大，因此，在确定赵固二矿西翼回风立井及其工业场地位置时，在考虑冲积层、地质构造、压煤量、底板含水层等多种因素的基础上，本研究提出3种西翼风井及其工业场地布置方案，通过方案的技术经济分析，确定出最优方案。
1矿山概况
赵固二矿隶属于河南能源化工集团焦煤公司，井田位于焦作煤田东部、太行山南麓、新乡市及辉县市境内，矿井于2011年4月投产，采用立井盘区式开拓。主采二1煤层为单一近水平煤层，该煤层具有煤与瓦斯突出危险性，且倾角多小于6°，井田内
表现为东高西低的特征，煤层厚度4．73～6．77m，平均6.12m，无热害且赋存稳定，煤尘无爆炸性。二1煤层顶板主要由砂质泥岩和大占砂岩组成，厚约11m，位于煤层底板的太原组上部灰岩为威胁矿井安全开采的含水层，煤层顶底板岩层特征见图1。自二1煤层底板等高线－740m水平至井田西部边界被划分为西翼盘区，面积约13．2km2，可布置约20个工作面。
2风井及其工业场地位置选择的影响因素
(1)新增回风立井的服务范围。根据目前已实施的开拓布署，在井田东北部煤层埋深较浅的区域已设有主、副、回风立井，井筒落底后向南施工长约900m石门，后沿F17-1断层走向布置近EW向3条大巷对煤层进行开拓，其中初期大巷向西截止于－626m水平，而井田最西部煤层最大埋藏约－1000m，长约5．7km。从资源赋存条件角度考虑，新增回风立井应服务于井田的整个西翼盘区。从服务范围及通风条件角度考虑，新增回风立井宜靠近井田西部(即煤层埋深较大区域)布置较合理。
(2)冲积层厚度。井田内钻孔揭露的第三、四系冲积层厚度427．30～946．37m，平均666．25m，且由北至南、自东向西逐渐增厚。目前国内采用冻结法已完成的井筒有丁集煤矿副井井筒，冲积层厚525．3m，冻结深度557m;龙固煤矿副井井筒，冲积层厚567．7m，冻结深度650m;万福矿井冲积层厚约760m［4］。因此，在满足井下开拓部署、通风要求的基础上，尽可能使井筒穿过较薄的第三、第四系冲积覆盖层。
(3)地质构造。井田内断裂构造较发育，且大部分断裂构造均导通奥陶纪灰岩岩溶裂隙水，因此井筒应尽可能避开断裂构造并留设一定的安全距离，并使车场巷道或石门尽可能少穿过甚至不穿过大断层，以利于井巷施工和维护。
(4)减少压煤。井田范围内由于覆盖层较厚，井筒及工业场地压煤范围较大，井筒应尽可能布置于工业场地保护煤柱与断层煤柱或其他煤柱重合的区域，减少压煤损失，增加可采储量。
(5)底板岩层含水性。二1煤层底板含水岩层主要由L9、L8、L7、L2灰岩和奥陶系灰岩组成，其中太原组上部含水层的L8灰岩发育最好，L8含水层厚度6．77～14．78m，L9灰岩厚度0．7～2．58m，两层灰岩岩溶裂隙较发育，为富水程度中等的含水层。
该含水层上距二1煤层9．10～16．22m，为二1煤层底板的主要充水含水层。L2灰岩发育较好，由西至东逐渐变厚，厚度10．01～14．68m，为富水性较强的含水层，上距二1煤层85．58～104．57m，正常情况下对二1煤层开采无影响。奥陶系灰岩层距二1煤层109．12～126．03m，正常情况下不影响二1煤层开采，断裂沟通情况下对矿井威胁较大。根据焦作矿区实际情况及矿井实际生产经验，采用注浆工艺对底板进行加固后，可明显降低临界突水系数。因此，由于煤系地层底板含水丰富，宜将井底车场及硐室布置于煤层顶板岩层中。
(6)顶板岩性。二1煤层伪顶多为厚约0．5m的泥岩、碳质泥岩，区内仅零星分布。直接顶板厚度1～6．5m，以砂质泥岩顶板为主，属中等—较坚硬岩类，稳定性较好。老顶多为厚0．94～19．85m、平均7．46m的粗、中、细粒砂岩(大占砂岩)，岩石坚硬，稳定性较好。因此在大占砂岩厚度较大的区域，宜布置马头门、井底车场。
3布置方案对比分析
3．1布置方案
(1)方案Ⅰ。为利于西翼盘区通风、运输，将井筒及工业场地尽量靠近西翼盘区中部布置，该区域内地势平坦，有利于工业场地布置。井筒落底后，向东南方向施工回风石门并与盘区大巷相接，在此基础上对盘区进行开拓。
(2)方案Ⅱ。为使井筒远离断裂构造，减少井筒施工风险，井筒及工业场地尽量靠近服务范围中部布置。井筒落底于大巷南侧，通过环形车场与盘区大巷相连。
(3)方案Ⅲ。井筒位于F17-1断层以南约100m，处于第三、第四系冲积层厚度相对较薄的区域，厚约650m，利于井筒施工。井筒落底后，向东南方向施工一条回风石门与盘区大巷相连。
3．2技术经济对比分析
方案Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的技术经济参数对比见表1。方案Ⅰ、Ⅱ比较，从初、后期的通风、辅助运输、排水等方面考虑，其优点基本一致，主要不同点是压煤量及井筒与F17-1断层的间距。方案Ⅰ压煤量相对较少，但据三维勘探资料推测，井筒可能距F17-1断层较近;方案Ⅱ优点为井筒与F17-1断层的间距较大，较方案Ⅰ石门工程量节省，缺点是压煤量较多，工业场地位置有一片坟场，征地较困难，故该区域尚未开展三维勘探工作。
方案Ⅰ、Ⅲ比较可知:①方案Ⅰ新建井筒距井田西翼边界约3000m，基本位于西翼采区中部，位置适中，能够服务于整个西翼盘区;方案Ⅲ井筒位置距井田西翼边界4000m以上，通风负压较大，难以服务于整个西翼盘区;②方案Ⅰ工业场地压煤位于现有三维勘探范围以外，不压初期开采工作面煤层，有利于缓解矿井现阶段资源接替紧张的现状;③方案Ⅰ风井井筒落底层位处的大占砂岩厚约10m，有利于巷道布置;方案Ⅲ风井井筒落底处的大占砂岩仅厚约5m，相对较薄，不利于井底车场巷道布置;④方案Ⅰ第三、第四系冲积层厚约800m，井筒冻结施工较困难，方案Ⅲ冲积层厚约650m，井筒施工相对容易;⑤方案Ⅰ由于表土层厚度大，压煤量较大，除断层及大巷煤柱外，压煤量约7．15Mt，方案Ⅲ压煤量为5.50Mt;⑥据三维勘探成果解译的F17-1断层走向，推断方案Ⅰ井筒距该断层较近，存在一定的风险;方案Ⅲ井筒北侧的F17-1断层经三维地震勘探控制，地质构造、煤层赋存情况掌握较清楚，井筒与F17-1断层间的安全岩柱易保证，井筒施工风险相对较小;⑦由于井筒较深，方案Ⅰ建设工期为35．2个月，较方案Ⅲ多7．2个月;⑧由于方案Ⅰ中的井筒布置更靠近井田西翼深部，可比部分投资较方案Ⅲ稍多。
综上分析，本研究选择方案Ⅰ(图2)。方案Ⅰ缺点的应对措施为:①针对第三、第四系冲积层厚度较大(约800m)的问题，可借鉴兖州煤业万福矿穿过第三、第四系厚约760m冲积层的成功经验(冲积层段冻结凿井采用了信息化施工技术，选用双层现浇高强钢筋混凝土复合井壁，并重点开展了外层井壁混凝土应变等工程信息监测，确保施工安全和工程质量)进行解决;②对方案Ⅰ所在区域进行补充三维地震勘探，可有效控制煤层与断层，并确保矿井施工安全;③方案Ⅰ的压煤量达7．15Mt，后期可
采用工业场地保护煤柱回收技术予以解决;④与方案Ⅲ相比，虽然方案Ⅰ建设工期多7．2个月，投资略多，但该方案可解决矿井整个西翼的开采问题，若采用方案Ⅲ，则后期需再增加井筒方可解决西翼盘区的开采问题，投资较方案Ⅰ大幅提高，另外还需完成征地、建设等工作，工期长，势必影响矿井后期的正常生产接续。
4结语
针对赵固二矿井田的具体地质条件，提出了3种井筒及其工业场地布置方案，并进行了方案比选，认为将井筒及其工业场地尽可能靠近矿井西翼盘区中部布置较妥当。
参考文献
［1］田伟，胡劲松，周英．陈四楼矿井筒位置选择浅析［J］．中州煤炭，1994(4):21-23．
［2］刘军．采动区地面井煤层气开发井位布置技术研究现状及发展趋势［J］．煤矿安全，2013，24(1):60-63．
［3］杨平，远朝霞．高河矿井工业场地位置选择［J］．煤炭工程，2005(2):17-18．
［4］陈长臻．万福矿井800m深厚冲积层凿井方法探讨［J］．建井技术，2006，27(5):33-35．
文章来源：《现代矿业》，2017.3
文章作者：史明方;河南能源化工集团焦煤公司
版权所有：www.cnki.net
免责声明：矿库网文章内容来源于网络，为了传递信息，我们转载部分内容，尊重原作者的版权。所有转载文章仅用于学习和交流之目的，并非商业用途。如有侵权，请及时联系我们删除。感谢您的理解与支持。
