小春灣煤礦二采區(qū)開拓方案設(shè)計(jì)優(yōu)化

姚喜淵，師秋來(lái)，韓國(guó)棟，陳 方，袁 華

（貴州楊柳煤業(yè)有限公司，貴州黔西 551500）

小春灣煤礦二采區(qū)開拓方案設(shè)計(jì)優(yōu)化

姚喜淵，師秋來(lái)，韓國(guó)棟，陳 方，袁 華

（貴州楊柳煤業(yè)有限公司，貴州黔西 551500）

在分析了礦井采掘接替現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，針對(duì)礦井生產(chǎn)、通風(fēng)系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題，結(jié)合采區(qū)地質(zhì)條件，以縮短開拓工程施工工期、節(jié)約投資、提高礦井系統(tǒng)安全為主要目的，提出了采區(qū)開拓設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，通過(guò)對(duì)方案進(jìn)行比較論證，確定二采區(qū)開拓設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，大大縮短建設(shè)工期，避免出現(xiàn)礦井采掘接替失調(diào)，提高經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)礦井開采具有重要意義。

采區(qū)開拓;方案設(shè)計(jì);優(yōu)化

隨著國(guó)家西部大開發(fā)和西電東送戰(zhàn)略的順利實(shí)施，貴州省的煤炭企業(yè)迎來(lái)了千載難逢的歷史機(jī)遇，同時(shí)，也對(duì)小型煤礦提出更高的要求和挑戰(zhàn)，技術(shù)安全成為制約小型煤礦發(fā)展的瓶頸。小煤礦多存在生產(chǎn)工藝落后、安全條件差、開采設(shè)計(jì)不盡合理、資源采出率低等問(wèn)題。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新形勢(shì)和地方煤礦發(fā)展的需求下，小煤礦開采技術(shù)必須提高水平，立足于企業(yè)安全生產(chǎn)必要的技術(shù)裝備，立足于解決自身的實(shí)際問(wèn)題，才能得到發(fā)展。因此，做好中小煤礦的開采設(shè)計(jì)，具有重要意義。

1 礦井概況

礦區(qū)位于遵義煤田與織納煤田之間，地層和煤層居于兩煤田的過(guò)渡帶，井田主要位于楊柳一箐口背斜之北西翼，向南到達(dá)背斜轉(zhuǎn)折端。北西翼地層傾向323～318°，傾角自北向南25～18°。井田內(nèi)可采煤層為2層，即M4，M9煤層。根據(jù)《資源儲(chǔ)量核實(shí)報(bào)告》顯示，M4煤層厚度平均2.2m，M9煤層平均厚3.1m;M4煤層與M9煤層間距為10～30m，平均20m，井田煤層均為高發(fā)熱量的三號(hào)無(wú)煙煤。

二采區(qū)位于井田北部，深部至楊柳煤礦邊界，采區(qū)面積為1.825km2，可采煤層有M4，M9煤層，傾角10～20°。M4號(hào)煤層頂板為粉砂巖及泥質(zhì)粉砂巖，底板為黏土質(zhì)粉砂巖;M9號(hào)煤層頂板為粉砂巖、細(xì)砂巖，底板為黏土巖、粉砂質(zhì)黏土巖。采區(qū)淺部 （1250m以上）為采空區(qū)，開拓設(shè)計(jì)主要開采1230m標(biāo)高以下，其地質(zhì)儲(chǔ)量為7.64Mt。采區(qū)內(nèi)無(wú)其他大型地質(zhì)構(gòu)造，采區(qū)地質(zhì)構(gòu)造屬較簡(jiǎn)單類型。

該礦原為個(gè)體企業(yè)礦井，工程技術(shù)人員缺乏，礦井開采設(shè)計(jì)及工程建設(shè)管理存在一定漏洞，后期的礦井系統(tǒng)發(fā)生了變化?，F(xiàn)一采區(qū)可采資源儲(chǔ)量約1.20Mt，按照正?；夭?，該采區(qū)維持不到3a時(shí)間;而二采區(qū)開拓現(xiàn)未施工，將面臨采掘失調(diào)及無(wú)法達(dá)產(chǎn)的局面。根據(jù)原開拓方案設(shè)計(jì)，該采區(qū)工程量較大，從施工至達(dá)產(chǎn)需要3a時(shí)間。礦井主回風(fēng)斜井壓力顯現(xiàn)較大，回風(fēng)斜井已不能滿足礦井后期服務(wù)需要，而對(duì)其進(jìn)行修護(hù)工程量過(guò)大。因此，合理做好二采區(qū)采掘接替的需求非常迫切，對(duì)二采區(qū)進(jìn)行開拓方案論證非常必要。

2 采區(qū)開拓方案設(shè)計(jì)優(yōu)化

開采設(shè)計(jì)優(yōu)化的原則是:在保證生產(chǎn)安全和系統(tǒng)合理的前提下盡量利用礦井原有的井巷、設(shè)備及廠房，以減少投資和工期，盡量簡(jiǎn)化生產(chǎn)系統(tǒng)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，從科學(xué)、安全的角度考慮，使礦井的投入小、建設(shè)工期短、見效快、收益高。設(shè)計(jì)重點(diǎn)是:規(guī)范工藝、優(yōu)化系統(tǒng)、提高工效、強(qiáng)化安全、注重職業(yè)衛(wèi)生、注重環(huán)保、使用先進(jìn)的設(shè)備和儀器。

2.1 原開采設(shè)計(jì)開拓方案

原設(shè)計(jì)方案是利用礦井現(xiàn)有的開拓系統(tǒng)，從礦井井底車場(chǎng)1005m標(biāo)高，沿M9煤層底板開掘1條機(jī)軌合一水平大巷至二采區(qū)車場(chǎng)，大巷長(zhǎng)1386m，使兩個(gè)采區(qū)車場(chǎng)直接連通;同時(shí)，在二采區(qū)從地表開掘副井及回風(fēng)斜井，副斜井及回風(fēng)斜井布置至二采區(qū)井底，副斜井長(zhǎng)783m、回風(fēng)斜井長(zhǎng)793m;為滿足二采區(qū)的運(yùn)輸，再?gòu)亩蓞^(qū)井底布置1條運(yùn)輸上山，距地面斜長(zhǎng)余410m，運(yùn)輸上山總560m。該方案系統(tǒng)布置如圖1所示，該系統(tǒng)布置是利用1005m標(biāo)高的機(jī)軌大巷作為二采區(qū)的運(yùn)輸、排水、供電等生產(chǎn)系統(tǒng)。元，建設(shè)工期為22個(gè)月。

圖1 原方案系統(tǒng)布置

2.3 優(yōu)化方案二

在二采區(qū)布置獨(dú)立的主、副、回風(fēng)斜井，在底部布置井底水倉(cāng)、泵房、變電所等硐室，與一采區(qū)系統(tǒng)完全分開，形成二采區(qū)獨(dú)立生產(chǎn)系統(tǒng)，采區(qū)內(nèi)布置雙翼走向長(zhǎng)壁工作面回采。此方案是把二采區(qū)作為一個(gè)小型井田單獨(dú)開采，布置礦井完整的生產(chǎn)系統(tǒng)，主斜井長(zhǎng)804m，副斜井長(zhǎng)758m，回風(fēng)斜井長(zhǎng)746m。

該方案開拓系統(tǒng)主要井巷總工程量3665m，全部為新建巖巷，估算投資7317.7萬(wàn)元，建設(shè)工期為23個(gè)月，其方案系統(tǒng)布置如圖2所示。

圖2 方案二系統(tǒng)布置

3 方案設(shè)計(jì)優(yōu)化分析

3.1 方案分析

原開采設(shè)計(jì)方案主要考慮利用一采區(qū)現(xiàn)有的生產(chǎn)系統(tǒng)，以節(jié)約開拓工程，但在礦井實(shí)際建設(shè)中，井巷工程支護(hù)質(zhì)量與設(shè)計(jì)要求偏差較大，主要是回風(fēng)斜井，井筒的永久支護(hù)沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求，工程質(zhì)量較差，加上受到采動(dòng)的影響，致使井筒斷面變化很大，嚴(yán)重影響了礦井后期的通風(fēng)要求;其次，主斜井?dāng)嗝嫫?，巷道施工質(zhì)量差，很難滿足礦井產(chǎn)能提升的需求。因此，若采用一采區(qū)作為二采區(qū)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，那么現(xiàn)有的礦井系統(tǒng)井巷修護(hù)工程量很大，在人力、物力、財(cái)力上均投資不小。

優(yōu)化方案一是以現(xiàn)有的系統(tǒng)為基礎(chǔ)，對(duì)礦井目前的井巷系統(tǒng)進(jìn)行全面整修，以達(dá)到為二采區(qū)生產(chǎn)服務(wù)的要求。該方案在通風(fēng)技術(shù)上存在較大難度，困難時(shí)期的回風(fēng)路線長(zhǎng)達(dá)4438m，對(duì)于本井型及通風(fēng)設(shè)備來(lái)說(shuō)，難度很大，最困難時(shí)期為二采區(qū)北翼首采工作面。經(jīng)計(jì)算，礦井需風(fēng)量為55m3/s，困難時(shí)期通風(fēng)摩擦阻力為2925.8Pa，則礦井通風(fēng)困難時(shí)期等積孔為:

該方案開拓系統(tǒng)井巷工程量為4176m，全部為新建巖巷，工程建設(shè)估算投資8696.5萬(wàn)元，建設(shè)工期為28個(gè)月。

2.2 優(yōu)化方案一

該方案是完全利用礦井現(xiàn)有的主、副、回風(fēng)斜井，從一采區(qū)井底車場(chǎng)1005m標(biāo)高，沿M9煤層底板平行布置1條采區(qū)機(jī)軌合一水平大巷及1條采區(qū)回風(fēng)大巷，在二采區(qū)布置車場(chǎng)、水倉(cāng)、變電所等硐室，機(jī)軌大巷長(zhǎng)2014m，采區(qū)回風(fēng)大巷長(zhǎng)2005m，形成二采區(qū)的生產(chǎn)系統(tǒng)。該方案與原始方案的主要區(qū)別是去掉二采區(qū)的3條斜井，從一采區(qū)布置機(jī)軌大巷及回風(fēng)大巷至二采區(qū)，兩條水平大巷貫通整個(gè)二采區(qū)。此方案是把兩個(gè)采區(qū)完整連接在一起，二采區(qū)所有系統(tǒng)以一采區(qū)為基礎(chǔ)。

該方案開拓系統(tǒng)主要井巷總工程量為3984.6m，全部為新建巖巷，估算投資7456.9萬(wàn)

從計(jì)算結(jié)果可知，使用該方案將導(dǎo)致礦井在二采區(qū)首采面的通風(fēng)非常困難，且礦井為突出礦井，通風(fēng)直接關(guān)系到礦井的安全生產(chǎn)，需要對(duì)井巷工程及通風(fēng)設(shè)施進(jìn)行更大地投入和改進(jìn)。

由于礦井煤層埋深較淺，二采區(qū)開采采深為110～265m，布置3條斜井的開拓方式難度不大，因此，方案二把二采區(qū)作為一個(gè)小型井田單獨(dú)開采，采區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)形成后，與一采區(qū)聯(lián)合生產(chǎn)，形成一礦兩井的生產(chǎn)格局。從礦井通風(fēng)核算考慮，新系統(tǒng)最困難時(shí)期的回風(fēng)路線僅為1601m，采區(qū)正常生產(chǎn)所需風(fēng)量按55m3/s計(jì)，通風(fēng)摩擦阻力為1488.6Pa，其通風(fēng)困難時(shí)期等積孔為:

在井巷維護(hù)上，新開掘巷道工程質(zhì)量有保證，系統(tǒng)風(fēng)阻小;在瓦斯治理上，兩個(gè)采區(qū)調(diào)配生產(chǎn)，為礦井瓦斯防治工程的開展提供更多的時(shí)間和空間，為礦井的達(dá)產(chǎn)提供合理布局。從技術(shù)層面分析，該方案在礦井布局上是合理、可行的。

3.2 方案比較

開拓系統(tǒng)方案的比較，主要是從系統(tǒng)布置、施工條件、建設(shè)工程量、經(jīng)濟(jì)投入等方面進(jìn)行比較。本礦井原接替采區(qū)開拓方案主要優(yōu)點(diǎn)有:礦井回風(fēng)阻力小，輔助運(yùn)輸便利;利用原主斜井出煤，地面煤炭運(yùn)輸方便，減少地面運(yùn)煤系統(tǒng)建設(shè)。但是，該方案存在最大的弊病是:接替采區(qū)系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜，且準(zhǔn)備工程量大，由此將導(dǎo)致采區(qū)投產(chǎn)工程量大，建設(shè)費(fèi)用最高，準(zhǔn)備工期最長(zhǎng)，出煤晚;礦井通風(fēng)路線長(zhǎng)，總風(fēng)阻大;采區(qū)運(yùn)輸距離遠(yuǎn)，礦井供電系統(tǒng)復(fù)雜，生產(chǎn)費(fèi)用高;老井筒維護(hù)費(fèi)用高。在施工條件方面，施工水平大巷時(shí)，出矸由原副斜井出，運(yùn)輸速度慢，影響施工工期。

新設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案二避免了原設(shè)計(jì)方案的弊病，新布置采區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)井巷工程量比原方案少811m，系統(tǒng)布置簡(jiǎn)單，新開拓系統(tǒng)工程質(zhì)量有保證，通風(fēng)阻力小，建設(shè)工期少5個(gè)月，加快了采區(qū)的投產(chǎn)時(shí)間;建設(shè)工程量減少，直接節(jié)約建設(shè)費(fèi)用一千余萬(wàn)元，產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益;其次，在后期的生產(chǎn)管理上，由于系統(tǒng)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)服務(wù)費(fèi)用將大大減少;第三，3條斜井可以同時(shí)施工，加快建設(shè)速度，減少建設(shè)工期。

從上述分析結(jié)果看，優(yōu)化方案二具有較明顯的優(yōu)勢(shì)，其主要原因是:方案二設(shè)計(jì)總開拓工程量較原設(shè)計(jì)方案少811.389m;方案二新開掘3條斜井下山，可以3個(gè)工作面平行作業(yè)，縮短施工工期;原設(shè)計(jì)方案機(jī)軌合一大巷要穿過(guò)一段距離的老窯，地質(zhì)情況掌握不明確;機(jī)軌大巷運(yùn)輸距離遠(yuǎn)，且一采區(qū)井筒維護(hù)工作量大。優(yōu)化方案一因?yàn)樵诠こ掏顿Y、建設(shè)工期等方面優(yōu)勢(shì)不明顯而不采納。

3個(gè)方案技術(shù)方面都是可行的，但從經(jīng)濟(jì)合理性、施工條件、建設(shè)工期的長(zhǎng)短以及今后生產(chǎn)期間的巷道維護(hù)、生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用及防突管理等多方面進(jìn)行考慮，優(yōu)化方案二優(yōu)勢(shì)明顯，其建設(shè)投資最少、準(zhǔn)備工期最短，采區(qū)投產(chǎn)最快，最有利于礦井采掘接替，且采區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)最優(yōu)，因此選擇優(yōu)化方案二作為采區(qū)接替開拓方案。

4 結(jié)束語(yǔ)

礦井工程建設(shè)條件發(fā)生了變化，為了確保礦井接替及工程建設(shè)安全，在遵守相關(guān)的規(guī)定和規(guī)范的條件下，礦井設(shè)計(jì)進(jìn)行了合理地調(diào)整，大膽提出了方案設(shè)計(jì)優(yōu)化，采用2個(gè)采區(qū)建立獨(dú)立生產(chǎn)系統(tǒng)，從而在后期二采區(qū)生產(chǎn)時(shí)，避開原系統(tǒng)遺留的諸多隱患。通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化使開拓工程量減少八百余米，工程建設(shè)工期減少5個(gè)月，節(jié)約投資1248萬(wàn)元。實(shí)踐證明，優(yōu)化的設(shè)計(jì)是合理可行的，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。從此工程案例可看出，礦井的設(shè)計(jì)合理與否，對(duì)礦井的建設(shè)有重大影響，良好的工程質(zhì)量是礦井長(zhǎng)治久安的基礎(chǔ)。

［1］郭俊生.龍固礦井設(shè)計(jì)綜述 ［J］.煤炭工程，2011（7）.

［2］高曉林.紅柳林礦井建設(shè)方案優(yōu)化 ［J］.煤炭工程，2007（8）:34－35.

［3］GB50215—2005.煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

Developing Projection Design and Optimization of 2nd mining area in Xiaochunwan Colliery

YAO Xi-yuan，SHI Qiu-lai，HAN Guo-dong，CHEN Fang，YUAN Hua
（Guizhou Yangliu Coal Co.，Ltd，Qianxi 551500，China）

In order to shorten construction time of mining area development，reduce investment and improve mine safe，several design projections of mining area development was put forward by analyzing mining scheduling status.Optimized projection of 2nd mining area was obtained by comparison which could largely shorten construction time，avoid mining imbalance and improve economic profit.

mining area development;projection design;optimization

TD822

A

1006-6225（2012）02-0029-03

2011－10－08

姚喜淵 （1984－），男，布依族，貴州荔波人，助理工程師，從事煤礦井下生產(chǎn)技術(shù)工作。

［責(zé)任編輯:鄒正立］