“煤巷化”設(shè)計(jì)理念探索與實(shí)踐

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隨著煤礦“機(jī)械化、自動(dòng)化、信息化、智能化”管理程度不斷提高，劉莊煤礦設(shè)計(jì)工作以“掘進(jìn)四化”即“采區(qū)上山煤巷化、煤巷掘錨一體化、巖巷掘進(jìn)機(jī)械化、矸石運(yùn)輸連續(xù)化”思路為引導(dǎo)，結(jié)合新技術(shù)、新工藝、新裝備應(yīng)用，設(shè)計(jì)思維和理念也在不斷推陳出新，從設(shè)計(jì)源頭強(qiáng)化工程功能集成，努力實(shí)現(xiàn)采區(qū)巷道“少掘、快掘、優(yōu)掘”，提高工程效益，有效防范采掘接續(xù)緊張局面，有利于井工煤礦實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)高度自動(dòng)化、技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理化和安全高效開(kāi)采。

1礦井概況

劉莊煤礦隸屬中煤新集能源股份有限公司，位于安徽省阜陽(yáng)市潁上縣境內(nèi)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力800萬(wàn)t/a，核定生產(chǎn)能力1100萬(wàn)t/a。井田東西走向長(zhǎng)16.0km，南北傾斜寬3.5~8.0km。井田內(nèi)共含煤30余層，13層可采煤層，其中5層主要可采煤層，分別為13-1煤、11-2煤、8煤、5煤和1煤。礦井為煤與瓦斯突出礦井?，F(xiàn)揭露的煤層中13-1煤層為突出煤層，11-2、8、6、5煤層為非突出煤層，現(xiàn)礦井13-1煤層的所有采掘活動(dòng)均處在無(wú)突出危險(xiǎn)區(qū)。礦井水文地質(zhì)類(lèi)型為復(fù)雜型。礦井采用立井、主要石門(mén)、集中大巷、分區(qū)開(kāi)拓的開(kāi)拓方式，分區(qū)通風(fēng)、集中出煤。以F25斷層為界劃分為東區(qū)和西區(qū)。東區(qū)工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)設(shè)有主井、副井、矸石井和中央風(fēng)井四個(gè)井筒，東風(fēng)井工業(yè)場(chǎng)地布置1個(gè)東回風(fēng)井，西區(qū)工業(yè)場(chǎng)地設(shè)有進(jìn)、回風(fēng)井兩個(gè)井筒。東區(qū)劃分為東一、東二、東三采區(qū)，西區(qū)劃分為西一、西三、西四采區(qū)。

2采區(qū)開(kāi)拓開(kāi)采系統(tǒng)

1311采區(qū)位于劉莊井田東部，采區(qū)范圍：采區(qū)西為F31斷層保護(hù)煤柱線(xiàn)，東為F5斷層保護(hù)煤柱線(xiàn)，北為11-2煤層露頭防水煤柱線(xiàn)和東風(fēng)井保護(hù)煤柱線(xiàn)，南至11-2煤-762m煤層等高線(xiàn)。采區(qū)內(nèi)總體構(gòu)造形態(tài)為一單斜構(gòu)造，煤層走向近東西，傾向南，平均傾角為16º，平均煤厚2.14m。11-2煤層直接頂板多為泥巖、砂質(zhì)泥巖，局部為砂巖，平均厚1.96m?；卷斠苑邸⒓?xì)砂巖為主，局部發(fā)育為中砂及石英砂巖，平均厚8.38m。1311采區(qū)設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量866.8萬(wàn)t，設(shè)計(jì)年產(chǎn)400萬(wàn)t，采區(qū)生產(chǎn)能力200萬(wàn)t/a，服務(wù)年限3.6a。東三采區(qū)布置一組大巷到采區(qū)中部，從東三大巷開(kāi)門(mén)布置軌道、膠帶、回風(fēng)石門(mén)進(jìn)入東三11-2煤，再利用東三石門(mén)生根布置采區(qū)下部車(chē)場(chǎng)和采區(qū)上山，采用兩翼走向長(zhǎng)壁布置工作面。另布置一條東三矸石膠帶機(jī)巷和矸石倉(cāng)作為東三采區(qū)出矸系統(tǒng)。采區(qū)上部布置一條回風(fēng)石門(mén)與東回風(fēng)井相連，作為采區(qū)回風(fēng)系統(tǒng)。

3采區(qū)方案

根據(jù)礦井生產(chǎn)技術(shù)裝備現(xiàn)狀以及1311采區(qū)煤層賦存情況，確定該采區(qū)采用雙翼走向長(zhǎng)壁布置方式，對(duì)采區(qū)巷道布置提出兩個(gè)方案進(jìn)行技術(shù)論證，選擇更加合理的方案。方案一（傳統(tǒng)布置方式）:布置一巖兩煤上山（1）巷道布置利用東三軌道石門(mén)、東三膠帶石門(mén)、東三回風(fēng)石門(mén)、東三矸石膠帶機(jī)巷及-522m東三一號(hào)回風(fēng)石門(mén)作為1311采區(qū)開(kāi)拓系統(tǒng)主干巷道進(jìn)入采區(qū)，施工東三軌道回風(fēng)石門(mén)聯(lián)巷作為采區(qū)下部車(chē)場(chǎng)，再?gòu)南虏寇?chē)場(chǎng)內(nèi)撥門(mén)施工采區(qū)上山，上山上部施工回風(fēng)聯(lián)巷與-522m東三一號(hào)回風(fēng)石門(mén)相連，采用走向長(zhǎng)壁采煤法，布置雙翼采區(qū)。從采區(qū)下部車(chē)場(chǎng)開(kāi)門(mén)施工3條采區(qū)上山（軌道上山、膠帶上山和回風(fēng)上山），軌道上山與膠帶上山間距40m，膠帶上山與回風(fēng)上山間距35m。軌道上山布置在11-2煤層底板巖石中，膠帶上山、回風(fēng)上山均布置在11-2煤層中。采區(qū)可采煤量872.2萬(wàn)t。如圖1、圖2所示。（2）采掘安排及準(zhǔn)備工期雙翼布置三個(gè)區(qū)段，區(qū)段斜長(zhǎng)均為320m。第一區(qū)段兩翼及131103工作面均為“刀把式”布置，西翼131101作為首采工作面，面長(zhǎng)250~320m，東翼131102工作面，面長(zhǎng)210~320m，作為接替工作面。投產(chǎn)工程量總計(jì)7230m，其中巖巷2150m，煤巷5080m，投產(chǎn)工期27個(gè)月。方案二（創(chuàng)新布置方式）：布置三條煤層上山，取消采區(qū)東翼中部車(chē)場(chǎng)（1）巷道布置從采區(qū)下部車(chē)場(chǎng)開(kāi)門(mén)施工3條采區(qū)上山（軌道上山、膠帶上山和回風(fēng)上山），軌道上山與膠帶上山間距40m，膠帶上山與回風(fēng)上山間距35m。3條采區(qū)上山均布置在11-2煤層中，采區(qū)西翼采用中部車(chē)場(chǎng)沿煤加順槽外段全巖布置方式，采區(qū)東翼取消中部車(chē)場(chǎng)，順槽外段沿11-2煤布置，與軌道上山、膠帶上山貫通，從回風(fēng)上山上方穿過(guò)。采區(qū)可采煤量866.8萬(wàn)t。如圖3、圖4所示。（2）采掘安排及準(zhǔn)備工期雙翼布置三個(gè)區(qū)段，第一區(qū)段以東風(fēng)井工業(yè)廣場(chǎng)保護(hù)煤柱線(xiàn)為上限，三個(gè)區(qū)段長(zhǎng)度自上而下分別為290m、280m、260m。131102及131103工作面均為“刀把式”布置。西翼131101作為首采工作面，面長(zhǎng)290m，東翼131102工作面，面長(zhǎng)290m，作為接替工作面。投產(chǎn)工程量總計(jì)7000m，其中巖巷885m，煤巷6115m，投產(chǎn)工期19.5個(gè)月。

4技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

4.1工程量及投產(chǎn)工期比較。采區(qū)方案工程量及投產(chǎn)工期見(jiàn)表1、圖5。4.2綜合比較。方案二相對(duì)于方案一，巷道總工程量減少560m，巖巷工程量減少1625m，少施工兩個(gè)溜煤眼；投產(chǎn)工程量減少230m，巖巷工程量減少1265m；投產(chǎn)工期縮短7.5個(gè)月。通過(guò)綜合技術(shù)可行性論證，確定采用方案二，即布置三條煤層上山，取消東翼中部車(chē)場(chǎng)。4.3經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益測(cè)算。通過(guò)采區(qū)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化，采區(qū)巷道總工程量減少560m，巖巷工程量減少1625m，減少直接成本投入近1150萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益顯著；采區(qū)投產(chǎn)工期縮短7.5個(gè)月，有效緩解目前采區(qū)接替緊張的局面，保證礦井采掘接續(xù)，具有較好的社會(huì)效益。

5創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用情況

5.1創(chuàng)新點(diǎn)分析。（1）通過(guò)優(yōu)化采區(qū)設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮單軌吊運(yùn)輸靈活性及優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)新巷道布置，將軌道上山布置在煤層中，實(shí)現(xiàn)非突出煤層采區(qū)集中上山“全煤”布置。（2）通過(guò)優(yōu)化工作面與集中上山連接方式，從設(shè)計(jì)源頭簡(jiǎn)化輔助運(yùn)輸環(huán)節(jié)，取消采區(qū)東翼中部車(chē)場(chǎng)設(shè)計(jì)，減少巷道工程量，減少運(yùn)輸環(huán)節(jié)，單軌吊輔助運(yùn)輸更加順暢。（3）通過(guò)采區(qū)設(shè)計(jì)優(yōu)化，創(chuàng)新布置巷道方式，大幅縮短采區(qū)投產(chǎn)工期，有效緩解接替緊張局面。（4）簡(jiǎn)化輔助運(yùn)輸環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)采區(qū)單軌吊運(yùn)輸“網(wǎng)絡(luò)化”。根據(jù)煤層厚度及支架選型情況，采區(qū)下部車(chē)場(chǎng)布置一處吊裝間可服務(wù)于整個(gè)采區(qū)6個(gè)工作面的安拆作業(yè)。5.2成果應(yīng)用情況。目前該采區(qū)準(zhǔn)備上山已施工完成，正在施工采區(qū)中部車(chē)場(chǎng)。1311采區(qū)巷道實(shí)施過(guò)程中及時(shí)收集設(shè)計(jì)中可能存在的問(wèn)題及解決辦法，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，下一步將該項(xiàng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念在1508采區(qū)、1308采區(qū)等采區(qū)設(shè)計(jì)中逐步推廣應(yīng)用。

【參考書(shū)目】

［1］張榮立，何國(guó)緯，李鐸.采礦工程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].煤炭工業(yè)出版社，2003.

［2］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范：GB50215-2015[S].中國(guó)計(jì)劃出版社，2016.

［3］孫森，韓波，劉立志.采區(qū)上山的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].煤礦開(kāi)采，2001（Z1）：30-31+41.

［4］劉成明.采區(qū)主體上山施工層位及支護(hù)方式的優(yōu)化[J].煤，2011（06）：81+92.

作者:李雪 單位:中煤新集能源股份有限公司劉莊煤礦