木里礦區(qū)井工礦建設可行性研究

宮守才，王長友，范岳虎

(中煤西安設計工程有限責任公司，陜西 西安 710054)

在國家重點推動青海持續(xù)健康發(fā)展一系列重要舉措背景下，央企助力青海持續(xù)健康發(fā)展座談會暨戰(zhàn)略合作簽約儀式在青海西寧順利舉行，木里礦區(qū)開發(fā)建設提上日程。然而，在國家環(huán)保政策和當?shù)丨h(huán)境容量等因素影響下，露天開采面臨巨大困難，該礦區(qū)的井工礦建設再次成為討論重點。

1 礦區(qū)概況

1.1 礦區(qū)資源儲量

木里礦區(qū)位于青海省海西州天峻縣和海北州剛察縣境內(nèi)，整個礦區(qū)分為江倉區(qū)、聚乎更區(qū)、弧山區(qū)和哆嗦貢馬區(qū)四個區(qū)。木里礦區(qū)呈北西向條帶狀展布，煤田東西長63km，南北寬6.8km，總面積約430km2，木里煤田儲量豐富，煤層厚、煤質(zhì)好、構造單一，地表雖海拔較高，但地形較平坦，開采技術條件較好。該礦區(qū)為青海省最大的煤礦區(qū)，其煤炭資源/儲量約占全省總資源/儲量的11%，即41.3億t。

1.2 開采技術條件

礦區(qū)位于青海省東北部，中祁連山區(qū)的大通河流域的上游南岸，屬丘陵平原地形，地勢總體上呈東南低、西北高的趨勢。含煤地層為侏羅系地層，多為復式向斜構造，整體上呈北西西向展布。位于煤田東南端的江倉區(qū)海拔標高為3800～3900m之間，位于煤田西北部的聚乎更區(qū)海拔標高為4000～4200m之間，位于煤田北部的弧山區(qū)海拔標高為3950～4200m，位于煤田西端的哆嗦貢馬區(qū)海拔標高為4100～4300m。木里煤田呈北西向條帶狀展布，礦區(qū)東起江倉區(qū)向斜東封閉端，西至哆嗦貢馬F6斷層，南北分別為江倉區(qū)最南部的F8號斷層和聚乎更區(qū)、弧山區(qū)最北端的煤17層的露頭處。礦區(qū)內(nèi)絕大部分地段地形平坦，利于礦井工業(yè)場地和礦區(qū)輔助及附屬設施的選址布局。

江倉區(qū)可采煤層有12層，8、10、12、15、16、20號為主要可采煤層，其中8號煤層平均2.11m；10號煤層平均2.00m；12號煤層平均2.71m；15號煤層平均2.66m；16號煤層平均3.86m；20號煤層平均11.90m。區(qū)內(nèi)共有10個煤種，其中煉焦用煤有貧瘦煤、瘦煤、焦煤、肥煤、1/3焦煤、氣煤、1/2中粘煤7個煤種，而非煉焦用煤有貧煤、弱粘煤和不粘煤3個煤種。區(qū)內(nèi)各煤層煤塵具有爆炸危險性，多數(shù)為自燃～易自燃煤層。各煤層瓦斯含量較低，測定的最大值為0.4m3/d。水文地質(zhì)條件簡單，地表水、地下水對礦井開采影響小，水文地質(zhì)類型為“二類一型”。

聚乎更區(qū)共含有可采、局部可采煤層5～6層，其中，下1、下2兩層煤全區(qū)發(fā)育良好，為全區(qū)主要可采煤層，其中，下1煤層平均11.18m；下2煤層平均7.22m。區(qū)內(nèi)以1/3焦煤和1/2中粘煤為主，次為焦煤和氣煤，少量的弱粘煤。本區(qū)煤層瓦斯含量低，屬低瓦斯礦井。煤塵具有爆炸危險性。煤層自燃傾向性等級為Ⅰ～Ⅱ級，屬容易自燃煤～自燃煤。水文地質(zhì)條件簡單，地表水、地下水對礦井開采影響小，水文地質(zhì)類型為“二類一型”。

弧山區(qū)可采煤層有11層，4、11、13、16號為主要可采煤層，其中，4號煤層平均2.26m；11號煤層平均1.02m；13號煤層平均6.54m；16號煤層平均2.63m。區(qū)內(nèi)共有9個煤種，其中非煉焦用煤分為貧煤、弱粘煤和不粘煤3個煤類，煉焦用煤分為貧瘦煤、瘦煤、焦煤、1/3焦煤、1/2中粘煤、肥煤6個煤類。本區(qū)煤層瓦斯含量低，屬低瓦斯礦井。煤塵具有爆炸危險性。屬自燃煤層。水文地質(zhì)條件中等，地表水、地下水對礦井開采影響較小，水文地質(zhì)類型為“二類二型”。

哆嗦貢馬區(qū)共含有可采煤層3層，分別為下1、下中、下2煤層。其中下1煤層平均3.86m；下中煤層可采厚度0.66～24.01m，平均4.14m；下2煤層平均5.36m。區(qū)內(nèi)淺-中部以1/3焦煤為主，中深部以氣煤為主。本區(qū)煤層瓦斯含量低，屬低瓦斯礦井。煤塵具有爆炸危險性。煤層自燃傾向性等級為Ⅰ～Ⅱ級，屬容易自燃煤～自燃煤。水文地質(zhì)條件簡單，地表水、地下水對礦井開采影響小，水文地質(zhì)類型為“二類一型”。

1.3 規(guī)劃編制情況

木里礦區(qū)總體規(guī)劃由蘭州煤礦設計研究院負責編制，2011年取得批復，礦區(qū)劃分為8個井田和6個勘查區(qū)，建設規(guī)模為8.10Mt/a，其中：江倉一號井0.90Mt/a、二號井0.90Mt/a、三號井1.20Mt/a、四號井1.20Mt/a、五號井0.90Mt/a、六號井0.90Mt/a，聚乎更一號井1.20Mt/a、二號井0.90Mt/a；6個勘查區(qū)待進一步勘查后再進行規(guī)劃[1]。

經(jīng)過近幾年的勘查工作，原《青海省木里煤田礦區(qū)總體規(guī)劃》中6個勘查區(qū)的勘查程度有了階段性的提高，蘭州煤礦設計研究院對木里礦區(qū)總體規(guī)劃進行了修編，于2015年4月修編完成并報審，截至目前暫未批復。修編的總體規(guī)劃全區(qū)共劃分為23對礦井，規(guī)劃總規(guī)模為21.90Mt/a。其中江倉區(qū)劃分為11對礦井(一號井0.90Mt/a、二號井0.90Mt/a、三號井1.20Mt/a、四號井1.20Mt/a、五號井0.90Mt/a、六號井0.90Mt/a、七號井0.90Mt/a、八號井0.60～0.90Mt/a、九號井0.60～0.90Mt/a、十號井0.60～0.90Mt/a、十一號井0.6～0.90Mt/a)，規(guī)劃生產(chǎn)能力為9.30Mt/a；聚乎更區(qū)劃分為9對礦井(一號井1.20Mt/a、二號井0.90Mt/a、三號井1.50Mt/a、四號井0.90Mt/a、五號井0.90Mt/a、六號井1.20Mt/a、七號井1.50Mt/a、八號井1.20Mt/a、九號井1.20Mt/a)，規(guī)劃生產(chǎn)能力為10.50Mt/a；弧山區(qū)劃分為1對礦井(一號井0.90Mt/a)，規(guī)劃生產(chǎn)能力為0.90Mt/a；哆嗦貢馬區(qū)劃分為2對礦井(一號井0.60Mt/a、二號井0.60Mt/a)，規(guī)劃生產(chǎn)能力為1.20Mt/a[2]。

1.4 礦業(yè)權設置現(xiàn)狀

2012年，蘭州煤礦設計研究院編制了《木里礦區(qū)礦業(yè)權設置方案》，并經(jīng)青海省國土資源廳審批。其中，江倉區(qū)規(guī)模6.00Mt/a，劃分6個礦井和2個勘查區(qū)，一號井0.90Mt/a、二號井0.90Mt/a、三號井1.20Mt/a、四號井1.20Mt/a、五號井1.20Mt/a、六號井0.90Mt/a；聚乎更區(qū)規(guī)模8.10Mt/a，劃分8個礦井和1個勘查區(qū)，一號井1.20Mt/a、二號井0.30Mt/a、三號井1.20Mt/a、四號井0.90Mt/a、五號井1.20Mt/a、六號井為勘查區(qū)、七號井1.50Mt/a、八號井0.90Mt/a、九號井0.90Mt/a；弧山區(qū)規(guī)模2.25Mt/a，劃分2個礦井，一號井1.80Mt/a、二號井0.45Mt/a；哆嗦貢馬區(qū)劃為勘查區(qū)[3]。

2 礦區(qū)開發(fā)現(xiàn)狀

木里礦區(qū)開發(fā)的礦井集中在江倉區(qū)和聚乎更區(qū)。江倉區(qū)的青海奧凱煤業(yè)一號井、青海江倉能源四號井井工礦建設基本完成，由于環(huán)境整治現(xiàn)處于停建狀態(tài)，未投入運行；江倉二號、五號井為露天開采，現(xiàn)處于停產(chǎn)狀態(tài)；江倉區(qū)其他井田尚未開發(fā)。聚乎更區(qū)淺部采用露天開采的井田已達4家，除慶華公司四號井和義海能源三號井一采區(qū)露天開采基本已結束外，興青公司五號井露天采區(qū)已建成，中鐵資源八號井、九號井露天開采礦建工程基本完成。目前，三號井為區(qū)內(nèi)唯一生產(chǎn)的露天礦，其他露天開采區(qū)均處于停產(chǎn)狀態(tài)。

3 井工礦開采技術方案

3.1 開拓方式

結合礦區(qū)勘探程度和開發(fā)現(xiàn)狀，江倉區(qū)和聚乎更區(qū)將成為木里礦區(qū)開發(fā)建設的主戰(zhàn)場。江倉區(qū)的一號井、四號井的井工礦建設已經(jīng)基本完成，六號井也正在開展可行性論證工作。因此，聚乎更區(qū)井工礦建設可行性將是研究的重點。聚乎更區(qū)淺部煤層傾角一般為35°～45°，向深部逐漸變緩傾角為5°～20°，較江倉區(qū)煤層傾角小，主采煤層主要為下1、下中、下2，其中，下1、下2煤層厚度在10m左右，開采技術條件相對江倉區(qū)要好，該區(qū)井工礦宜采用斜井開拓，片盤斜井、區(qū)段石門方式，工作面?zhèn)涡辈贾谩?/p>

工業(yè)場地內(nèi)布置三條斜井，即主斜井、副斜井、回風斜井，三條斜井垂深一般均小于400m，為減少斜井長度，減少井筒工程量，在保證正常使用和安全的前提下，井筒傾角采用20°～25°，井筒斜長均不超過1000m。

三條井筒落底后，在井底布置井底車場及硐室。根據(jù)煤層埋深情況，井下采用多水平片盤開拓，每個水平根據(jù)情況一般劃分為3～8個區(qū)段。一般情況下各區(qū)段均布置三條區(qū)段石門，即區(qū)段回風石門、區(qū)段帶式輸送機石門和區(qū)段輔助運輸石門。區(qū)段高度根據(jù)煤層傾角一般按30～100m考慮，區(qū)段回風石門布置在區(qū)段上部，區(qū)段帶式輸送機石門和區(qū)段輔助運輸石門布置在區(qū)段下部，區(qū)段石門穿過所有可采煤層，如圖1所示。

圖1 井工礦開拓方式示意圖

由于該地區(qū)生態(tài)環(huán)境非常特殊、極為脆弱，多年永凍層厚度可達30～150m，為控制煤炭地下開采對其上部凍土層及其地表損害，需要確定大傾角煤層群開采上限，各礦井開采上限值應根據(jù)各井田不同的地質(zhì)條件進行確定，一般情況下距離永凍層底板55m左右[4]。

3.2 開采工藝

木里煤田各煤層均屬于大傾角急傾斜煤層，煤層淺部傾角較大，往深部逐漸變緩。大傾角急傾斜煤層在我國國內(nèi)分布較廣，賦存條件均比較復雜，開采難度大，開采技術較為落后，主要采用的采煤工藝為炮采和綜采。炮采采煤工藝屬于國家要求淘汰工藝，鼓勵采用綜合機械化采煤工藝。

目前國內(nèi)部分礦井急傾斜煤層采用綜合機械化采煤法，如四川綠水洞礦、甘肅窯街礦、華亭礦等。經(jīng)過了解，理論上對于煤層傾角55°以下的中厚煤層采用綜合機械化采煤方法技術已較為成熟，配套設備也已成型。但是實際生產(chǎn)中，大多是采用綜合機械化采煤工藝的礦井，煤層傾角基本都在35°以下，超過35°的在產(chǎn)礦井相對較少。

木里煤田各礦區(qū)內(nèi)暫無投產(chǎn)的井工煤礦，僅江倉一號井和江倉四號井在建，兩座礦井煤層傾角均在45°以下，設計均采用綜合機械化采煤工藝，目前均未裝備。

對于木里煤田各礦區(qū)礦井而言，建議煤層傾角在45°以下時，推薦采用綜合機械化采煤工藝，工作面采用偽斜布置，偽斜角度控制在30°以下。工作面面長不宜過長，80～150m為宜。木里礦區(qū)各礦井規(guī)劃規(guī)模均在0.60～1.20Mt/a之間，由于急傾斜煤層為單向割煤，管理復雜，生產(chǎn)效率低，根據(jù)各井田煤層厚度等實際情況，井下布置1～2個綜采(綜放)工作面[5-9]。

3.3 技術難題

1)高原凍土。高海拔地區(qū)寒冷濕地建井目前還存在尚未徹底解決的困難和技術難題。如多年凍土層中進行井巷施工、支護，凍土層中的建筑物地基處理和基礎形式，采空區(qū)上部凍土層下沉和斷裂計算、隔熱緩沖墊層設置等問題有待進一步研究、攻關。

2)高原缺氧。高海拔缺氧地區(qū)井下機械設備、人工降效問題突出，缺氧使人的體力、耐力以及工作效率大幅度下降，而工程機械尤其是內(nèi)燃工程機械則以海拔每升高1000m，功率則以下降8%～10%的梯度遞減。

3)傾斜煤層。對于傾斜、急傾斜煤層綜采工藝在國內(nèi)還處于研究實驗階段，重慶綠水洞礦、甘肅靖遠王家山礦、甘肅華亭東峽礦等雖進行了實際生產(chǎn)應用，工作面單產(chǎn)能力偏低，煤層傾角30°以上的厚煤層綜采工作面生產(chǎn)能力一般在0.3～0.6Mt/a水平，進一步提升工作面能力難度較大。

4)可燃冰賦存。青海煤炭地質(zhì)105勘探隊和中國地質(zhì)科學院資源所、勘探所在青海省祁連山南緣永久凍土帶成功鉆獲天然氣水合物實物樣品[10]，俗稱可燃冰。初步確定可燃冰賦存聚乎更區(qū)一、二號井田地表以下100～400m之間，其他井田是否分布還有待下一步勘探落實。

3.4 環(huán)境影響

木里煤田位于祁連山針葉林—高寒草甸生態(tài)區(qū)—東祁連山針葉林—高寒草甸生態(tài)亞區(qū)—大通河上游水資源涵養(yǎng)生態(tài)功能區(qū)，是黃河的重要涵養(yǎng)水源地之一，為主要產(chǎn)流區(qū)，分布有大面積的高寒沼澤和高寒草甸、濕地，生態(tài)環(huán)境極其敏感、脆弱。生態(tài)環(huán)境、水環(huán)境、大氣環(huán)境、聲環(huán)境基本處于未受影響的自然本底狀態(tài)。項目建設勢必要破壞當?shù)卦嫉淖匀画h(huán)境、水環(huán)境、多年永凍土層等。

近幾年國家對青海省出臺多項環(huán)保政策，木里煤田開發(fā)建設取得環(huán)保許可更加困難。項目實施存在較大環(huán)保政策方面風險。

4 經(jīng)濟分析

4.1 投資測算

以聚乎更區(qū)八號井為例，投資范圍按設計生產(chǎn)能力0.90Mt/a所包涵礦建工程、土建工程、設備及工器具購置、安裝工程及工程建設其他費用、工程預備費、建設期貸款利息和礦業(yè)權價款。估算總資金為120000萬元(含30%礦業(yè)權價款10000萬元)，噸煤投資1330元。項目資本金按照項目總資金30%考慮。其余資金按商業(yè)銀行貸款考慮，貸款利率4.90%。項目所需流動資金的70%為商業(yè)銀行貸款，貸款年利率4.35%。

4.2 財務評價

根據(jù)謹慎、保守、客觀的原則，結合礦井調(diào)研情況，本次評價修正綜合原煤坑口售價555元/t(不含稅)。項目達產(chǎn)年總成本325元/t，貸款還完年總成本288元/t，其中經(jīng)營成本175元/t。依據(jù)《建設項目經(jīng)濟評價方法與參數(shù)(第三版)》及2009版《煤炭建設項目經(jīng)濟評價方法與參數(shù)》中有關規(guī)定，稅后全部投資財務內(nèi)部收益率14.12%，稅后財務凈現(xiàn)值65997.37萬元，稅后投資回收期(靜態(tài))9.28a，項目資本金財務內(nèi)部收益率 18.46%。項目評價資財務內(nèi)部收益率14.12%，有一定盈利能力，但測算中對露天回填處理等不確定性工程考慮不全面，對地基處理等費用也會產(chǎn)生偏差。井工礦5a左右的建設周期，未來礦井出煤必將與入青的疆煤產(chǎn)生競爭，井工礦盈利情況存在較大風險。

4.3 財務風險

1)政策環(huán)境。產(chǎn)業(yè)政策、環(huán)保風險因素，受國家去產(chǎn)能政策等產(chǎn)業(yè)政策和環(huán)保政策影響，項目核準備案對該項目實施帶來一定的風險。由于高海拔因素影響，施工設備降效嚴重， 基建工期存在較大不確定性，勢必增加投資和成本風險。

2)疆煤入青。格爾木是連通西藏、新疆、甘肅等省區(qū)的重要節(jié)點城市，也是擬建項目的目標市場。目前敦格鐵路、庫格鐵路項目正加緊實施。庫格鐵路線路等級為國鐵Ⅰ級、單線電氣化，2014年底開工建設，預計2019年底建成通車。敦格鐵路設計為I級單線電氣化鐵路并預留復線條件，正線長度509km，2012年10月開工建設，建設工期6a，預計2018年底建成通車。庫格鐵路、敦格鐵路建成后，將進一步溝通新疆、青海、甘肅、西藏等省區(qū)，加快沿線地區(qū)資源開發(fā)利用，加強疆煤外運的保障能力。經(jīng)鐵路運輸新疆哈密、庫車、拜城、阜康等地區(qū)焦煤、動力煤入青，將對青海本地煤炭市場帶來較大沖擊，項目未來盈利能力將進一步面臨考驗。周邊主要產(chǎn)煤區(qū)運費估算見表1。

表1 周邊主要產(chǎn)煤區(qū)運費估算表

5 結 語

受2014年8月木里煤田環(huán)保事件影響，木里礦區(qū)基本停止露天開采，井工礦建設雖然在技術上和經(jīng)濟上可行的，但技術難度大、噸煤投資高、外部市場不確定等問題突出，目前該礦區(qū)啟動大型井工煤礦建設還應進一步科學論證、慎重決策。