一、引言：煤矿水平延伸开采的技术挑战与战略意义
随着浅部煤炭资源的日益枯竭，向深部要资源已成为煤矿可持续发展的必然选择。神木市瓷窑塔煤矿5-2煤水平延伸开采项目，代表了当前煤矿深部开发的技术前沿，不仅关系到矿井的生产接续，更对推动深部资源安全高效开采具有重要的工程示范价值。
中国矿业大学与中矿天智信息科技（徐州）有限公司联合江苏省第一工业设计院，组建了高水平技术团队，承担了该矿5-2煤水平延伸开采的全面设计工作。项目设计周期为90天，投入了相当规模的技术资源，涵盖了从初步设计到安全设施专篇，再到施工图设计的全流程技术服务，体现了产学研用深度融合解决矿山重大技术问题的创新模式。
二、工程背景与地质条件分析
瓷窑塔煤矿5-2煤层埋藏较深，地质条件相对复杂。通过详细的地质勘探和资料分析，我们发现该水平延伸区域存在几个显著特征：煤层赋存稳定性较好，但局部存在小断层构造；地应力环境较为复杂，存在潜在冲击地压风险；水文地质条件中等，需要特别注意巷道涌水问题。
关键技术挑战主要体现在：深部高地应力环境下巷道围岩控制；延伸水平通风系统优化；深部开采条件下的灾害预警与防控；大型设备在延伸水平的运输与安装。这些问题相互关联，需要多学科协同的系统化解决路径。
本项目严格遵循《煤矿安全规程》《煤炭工业矿井设计规范》等强制性标准与地方监管要求，确保从源头达到本质安全水平。
三、初步设计：系统规划与技术决策
储量计算与资源评价：基于三维地质建模构建精细煤层模型，准确计算可采储量与分布特征，确定最优开采范围与顺序。
开采系统规划：统筹开拓、准备、回采等主生产系统与通风、运输、排水、供电等辅助系统，形成协调高效的一体化生产体系。
巷道布置优化：结合数值模拟与理论分析，在高地应力条件下采用弧形断面、让压支护等控制变形与稳定性；减少工程量并改善应力环境。
设备选型配套：匹配深部工况的采掘、运输与支护设备，关注设备间接口与协同，保证系统稳定高效运转。
四、安全设施专篇：本质安全的技术保障
通风系统：针对延伸水平线路长、阻力大，采用多级机站联合通风与优化网络；完善局部通风，防止瓦斯积聚。
瓦斯防治：基于瓦斯地质预测进行风险分区，配置瓦斯抽采、监测监控与应急系统，构建多层次综合治理体系。
防灭火：完善消防洒水、注浆防灭火与预警系统，针对自燃倾向制定针对性措施。
防治水：开展水文地质分析，预测涌水工况，配置泵房、水仓与排水管路，确保排水能力满足极限工况需求。
冲击地压防治：基于地应力测试与危险性评价，实施卸压钻孔/爆破卸压等主动措施，配置应力与微震监测预警。
五、施工图设计：精细化与可实施性
严格执行施工图深度要求，细化尺寸、材料与构造；编制材料明细与设计交底，组织交底会议明确技术要点与注意事项；制定现场服务计划，涵盖定期检查、问题处理与设计变更管理，保障“设计-施工”的高一致性。
六、技术创新与特色
- 三维协同设计：BIM驱动多专业协同，减少冲突，提高设计效率与质量。
- 数值模拟优化：应力场、通风网络与流体动力学模拟，支撑方案优选与可靠性验证。
- 智能化融入：引入智能通风、智能排水与在线监测，面向未来智能矿山持续升级。
- 绿色开采理念：兼顾资源节约、环境保护与生态修复，实现开发与环保协调统一。
七、项目实施与成效
初步设计通过专家评审，安全设施设计获批复，施工图满足实施要求，设计质量优良；多项技术创新解决深部开采关键难题，形成行业可推广经验；通过工程量优化与流程再造，显著提升资源回收率并降低成本；完善的安全专篇与监测预警体系，明显提升抗灾能力与本质安全水平。
八、经验总结与推广价值
形成“评价-设计-专篇-施工图-服务”的成套技术与管理体系，产学研用协同机制完善，适用于陕北等类似地质条件下的水平延伸开采工程，具有显著的可复制与推广价值。
九、结论与展望
项目系统性解决了深部水平延伸开采的多项关键技术问题。未来建议：构建基于大数据与AI的智能设计系统；研发绿色高效开采工艺与装备；完善全生命周期工程管理体系，推动智能化与绿色化升级。
中国矿业大学 矿业工程学院
中矿天智信息科技（徐州）有限公司