井筒位置对急倾斜煤层开拓的影响与优化建议

井筒形式确定后,需要正确选择井筒位置。但在不少场合,井筒位置与井筒形式是伴随一起确定的。主副井筒出口要布置工业场地,建设地面工业设施和民用建筑,还要在其下部设置开采水平,进行开拓部署。

(1)井下开采合理的井筒位置

井下开采有利的井筒位置应使井巷工程量、井下运输工作量、井巷维护工作量均较少,通风安全条件好,煤柱损失少,有利于井下的开拓部署。应分别分析沿井田走向及倾向的有利井筒位置。

1)井筒沿井田走向的位置

井筒沿井田走向的有利位置应在井田中央。当井田储量呈不均匀分布时,应在储量分布的中央,以形成两翼储量比较均衡的双翼井田,以便沿井田走向的井下运输工作量最小,风量分配比较均衡,通风网路较短,通风阻力较小。应尽量避免井筒偏于一侧,造成单翼开采的不利局面。

2)井筒沿煤层倾向的位置

斜井开拓时,斜井井筒沿煤层倾向的有利位置主要是选择合适的层位和倾角。

立井开拓时,井筒沿煤层倾向位置的几个原则方案如图2.10所示。井筒设于井田中部B处,可使石门总长度较短,沿石门的运输工作量较少;井筒位置设于A处,总的石门工程量虽然稍大,但第一水平工程量及投资较少,建井期较短;井筒位置设于C处,初期工程量最大,石门总长度和沿石门的运输工作量也较大,但如煤系基底有含水特大的岩层,不允许井筒穿过时,它可以延深井筒到深部,对开采井田深部及向下扩展有利;而在A、B位置,井筒只能打到一、二水平,深部需用暗井或暗斜井开采,生产系统较复杂,环节较多。从保护井筒和工业场地煤柱损失看,越靠近浅部,煤柱的尺寸越小;越近深部,则煤柱损失越大。

图2.10　立井井筒沿煤层倾向位置的几个原则方案

1—井筒;2—石门;3—富含水岩层;4—需保护的场地范围

由于井田的地质条件不同,对单水平开采缓斜煤层的井田,从有利于井下运输出发,井筒应坐落在井田中部,或者使上山部分斜长略大于下山部分,这对开采是有利的;对多水平开采缓斜或倾斜煤层群的矿井,如煤层的可采总厚度大,为减少保护井筒和工业场地煤柱损失及适当减少初期工程量,可考虑使井筒设在沿倾斜中部靠上方的适当位置,并应使保护井筒煤柱不占初期投产采区;对开采急倾斜煤层的矿井,井筒位置变化引起的石门长度变化较小,而保护井筒煤柱的大小变化幅度却很大,尤其是开采煤层总厚度大的矿井,煤柱损失将成为严重的问题,井筒宜靠近煤层浅部,甚至布置在煤层底板,如图2.11所示。对开采近水平煤层的矿井,应结合地形等因素,尽可能使井筒靠近储量中央;对煤系基底有丰富含水层的矿井,既要考虑井筒到最终深度仍不穿过丰富含水层,又要考虑初期工程量和基建投资,还应考虑煤柱损失。

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图2.11　急倾斜煤层开拓的井筒位置

1—井筒位于底板;2—井筒位于顶板;3—阶段石门;4—工业场地煤柱边界线

(2)对掘进与维护有利的井筒位置

为使井筒的开掘和使用安全可靠,减少其掘进的困难及便于维护,应使井筒通过的岩层及表土具有较好的水文、围岩和地质条件。井筒应尽可能不通过或少通过流沙层、较厚的冲积层及较大的含水层。

为便于井筒的掘进和维护,井筒不应设在受地质破坏比较剧烈的地带及受采动影响的地区。井筒位置还应使井底车场有较好的围岩条件,便于大容积硐室的掘进和维护。

(3)便于布置地面工业场地的井筒位置

因为井筒出口是地面工业场地,所以井筒位置必须为合理布置地面工业场地创造有利条件。在选择井筒位置时,要力求合理布置工业场地,尽可能避开农田、林地和经济作物区,不妨碍农田水利建设,避免拆迁村庄及河流改道,并且应注意符合下列要求:

①要有足够的场地,便于布置矿井地面生产系统及其工业建筑物和构筑物。根据需要,还应考虑为以后扩建留有适当的余地。

②要有较好的工程地质和水文地质条件,尽可能避开滑坡、崩岩、溶洞、流沙层、采空区等不良地段,这样既便于施工,也可防止各种自然灾害的侵袭。

③要便于矿井供电、给水和运输,并使附近有便于建设居住区、排矸设施的地点。

④要避免井筒和工业场地遭受水患,井筒位置应高于当地最高洪水位,在平原地区还应考虑工业场地内雨水、污水排出的问题。在森林地区,工业场地和森林间应有足够的防火距离。

⑤要充分利用地形,使地面生产系统、工业场地总平面布置及地面运输合理,并尽可能使平整场地的工程量较少。

综上所述,选择井筒位置,既要力求做到对井下开采有利,又要注意使地面布置合理,还要便于井筒的开掘和维护,而这些要求又与矿井的地质、地形、水文、煤层赋存情况等因素密切相关。在具体条件下,要寻求较合理的方案,必须深入调查研究,分析影响因素,分清主次,综合考虑。