對禾草溝二號煤礦改擴建開拓與開采設(shè)計的研究

摘要：近年來，我國先后對一些儲量豐富、煤層賦存條件好的生產(chǎn)礦井進(jìn)行了改擴建，并取得了較好的經(jīng)濟效果。文章根據(jù)禾草溝二號煤礦地質(zhì)資料和礦井現(xiàn)狀，對其改擴建過程中的開拓與開采設(shè)計部分進(jìn)行了分析，以供同行參考。

關(guān)鍵詞：改擴建；開采設(shè)計；開拓

中圖分類號：TD822.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006—8937（2012）23—0167—02

禾草溝二號煤礦有限公司是在原延安市禾草溝煤礦二號井的基礎(chǔ)上經(jīng)擴大資源量后形成的，屬單井整合礦井。2010年7月，完成了《延安市禾草溝煤礦二號井（整合區(qū)）資源整合開采設(shè)計》，設(shè)計生產(chǎn)能力為0.21 Mt/a。項目實施后，井下資源賦存情況良好，煤層賦存穩(wěn)定。為提高礦井機械化程度，提升礦井生產(chǎn)能力，滿足市場對稀缺煤種的需求，擬對原開采設(shè)計進(jìn)行變更，礦井生產(chǎn)能力由原設(shè)計的0.21 Mt/a提升到0.30 Mt/a。

1 礦井概況

禾草溝二號煤礦有限公司礦井位于子長縣城以南11 km處。行政區(qū)劃隸屬子長縣余家坪鄉(xiāng)所轄，它是將原延安市禾草溝煤礦二號井經(jīng)單井?dāng)U大整合而成，劃定整合區(qū)面積28.4 998 km2，為延安市國有礦山企業(yè)，開采3號煤層，設(shè)計生產(chǎn)規(guī)模為0.03 Mt/a，實際生產(chǎn)能力0.003～0.02 Mt/a，煤礦面積0.9987 km2，開采標(biāo)高+1056～+1042 m。原礦井為低瓦斯礦井，生產(chǎn)技術(shù)條件簡單。煤礦采用豎—斜井聯(lián)合開拓、房柱式開采、小型割煤機刻槽、人工放煤、0.5 t軌道側(cè)翻自卸礦車運輸、中央并列通風(fēng)系統(tǒng)、軸流風(fēng)機送風(fēng)、多級水泵排水、礦燈照明。

2 井田開拓設(shè)計

2.1 原開采設(shè)計

禾草溝二號煤礦為單井整合礦井，整合后井田面積為28.4 998 km2（南北長約4.3 km，東西寬約6.5 km。約原井田面積0.9 987 km2的29倍），保有資源開采區(qū)及已采區(qū)形似酒瓶。

北部資源利用原有混合提升斜井和回風(fēng)斜井進(jìn)行開發(fā)，混合提升斜井擔(dān)負(fù)北部資源的提煤、下料、出矸、進(jìn)風(fēng)、敷設(shè)管線兼做安全出口，回風(fēng)斜井兼做安全出口。井下開拓巷道沿井底向井田東部開掘北區(qū)運輸石門及回風(fēng)石門，至3號煤層停采線向井田北部邊界開掘北區(qū)運輸大巷及回風(fēng)大巷，沿運輸大巷向井田西部邊界開掘工作面運輸巷及工作面回風(fēng)巷，在井田邊界布置開切眼，利用北區(qū)原有井底車場、變電所、排水泵房、水倉等硐室改造形成北區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)，完成北部資源0.15 Mt/a的生產(chǎn)能力。

礦井南部資源采用斜井單水平帶區(qū)式開拓。在禾草溝二號煤礦整合區(qū)中部新掘三條斜井，分別作礦井主、副斜井及回風(fēng)斜井。主斜井（采用帶式輸送機）擔(dān)負(fù)提煤、行人、進(jìn)風(fēng)、敷設(shè)電纜管線等兼安全出口。副斜井擔(dān)負(fù)全礦材料運輸、進(jìn)風(fēng)、排水、矸石外運兼安全出口。

井下開拓巷道在主井井底設(shè)井底煤倉，主井井筒與煤層底板相交處開掘行人進(jìn)風(fēng)巷，副井井底設(shè)井底車場。沿煤層走向（南北向）順煤層頂板臥底以3‰坡度開掘大巷即運輸大巷（膠帶輸送機大巷）和回風(fēng)大巷（鋪設(shè)軌道）。在井底設(shè)置中央變電所、中央水泵房及井底水倉、井底車場、消防材料庫、聯(lián)絡(luò)斜巷等硐室。形成礦井的提升、運輸、通風(fēng)、排水、供電等生產(chǎn)系統(tǒng)，開采帶區(qū)。在井田中部由大巷向西部邊界開掘1101條帶采煤工作面的運輸巷和回風(fēng)巷，開掘至西部邊界保安煤柱布置開切眼，形成帶區(qū)采煤系統(tǒng)。

2.2 新開采設(shè)計

禾草溝二號煤礦整合區(qū)邊界調(diào)整主要對井田東部邊界進(jìn)行了擴大，對賦存在井田西部的資源開拓開采無影響，故本次礦井資源整合（變更）方案北部資源維持原開采設(shè)計不變，主要對井田南部資源生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，并提高礦井生產(chǎn)機械化水平及礦井生產(chǎn)能力。

新開采設(shè)計方案：礦井開拓方式維持原開采設(shè)計不變，采用斜井單水平帶區(qū)式開拓。利用已形成的三條斜井，分別作礦井主、副斜井及回風(fēng)斜井。主斜井（采用帶式輸送機）擔(dān)負(fù)提煤、行人、進(jìn)風(fēng)、敷設(shè)電纜管線等兼安全出口。副斜井擔(dān)負(fù)全礦材料運輸、進(jìn)風(fēng)、排水、矸石外運兼安全出口。回風(fēng)斜井承擔(dān)回風(fēng)任務(wù)兼作安全出口。

井下主要開拓巷道沿煤層布置，在主井井底設(shè)井底煤倉，主井井筒與煤層底板相交處開掘行人進(jìn)風(fēng)巷，副井井底設(shè)井底車場。沿煤層走向（南北向）順煤層挑頂以3‰坡度開掘大巷即運輸大巷（機軌合一大巷）和回風(fēng)大巷。在井底設(shè)置中央變電所、主排水泵房及井底水倉、井底車場、消防材料庫、清理斜巷、永久避難硐室等。根據(jù)巷道布置形成礦井的提升、運輸、通風(fēng)、排水、供電等生產(chǎn)系統(tǒng)開采帶區(qū)。在井田中部由大巷向兩翼開掘1101、1102條帶采煤工作面的運輸巷和回風(fēng)巷，分別在保安煤柱布置開切眼，形成帶區(qū)采煤系統(tǒng)。

2.3 水平劃分及主要大巷層位

根據(jù)井田范圍、地質(zhì)條件、煤層賦存特點和礦井資源條件等因素，全礦井設(shè)一個開采水平，水平標(biāo)高按設(shè)計井底車場及大巷確定為+1045 m。

運輸大巷沿煤層（半煤巖巷）布置，通過煤倉及行人進(jìn)風(fēng)巷與主斜井連通，并通過井底車場與副斜井連通?；仫L(fēng)大巷亦沿煤層（半煤巖巷）布置，直接與風(fēng)井連通。根據(jù)礦井施工建設(shè)巷道揭露的煤層出現(xiàn)落差2 m左右的小斷層，井底附近大巷均沿煤層底板挑頂以3‰坡度布置，過斷層后沿煤層頂板臥底以3‰坡度掘進(jìn)。

3 帶區(qū)劃分與布置

3.1 帶區(qū)劃分

①原開采設(shè)計帶區(qū)劃分。原禾草溝煤礦二號井及周邊小煤窯開采集中在井田中北部，井下3號煤層采空區(qū)集中，造成采空區(qū)將井田資源分成兩部分。保有資源開采區(qū)主要分布在井田的南部，保有資源量為4.16 Mt，占井田資源量的82.70%，且南部井田邊界規(guī)整。北部保有資源量0.87 Mt，僅占17.30%，邊界多為不規(guī)則形且油井壓覆多。按照井田地質(zhì)特征及煤層賦存條件，結(jié)合原禾草溝二號井開采情況，將3號煤層劃分為2個帶區(qū)即南部帶區(qū)及北部帶區(qū)。

②新開采設(shè)計帶區(qū)劃分。帶區(qū)劃分維持原開采設(shè)計，本次礦井資源整合（變更）方案主要針對南部帶區(qū)的生產(chǎn)系統(tǒng)及生產(chǎn)工藝進(jìn)行變更。

3.2 開采順序

①原開采設(shè)計。井田劃分為南、北兩個帶區(qū)。井田北部帶區(qū)儲量鑒于其資源儲量?。刹蓛α?.44 Mt），勘查程度低（全部為333），帶區(qū)服務(wù)年限短（2.1 a）。為避免北部帶區(qū)巷道長期擱置，以減少巷道維護(hù)費用和運營費用，設(shè)計提出在礦井整合建設(shè)期間，采用原系統(tǒng)經(jīng)改造后對北部資源儲量進(jìn)行回收。

②新開采設(shè)計。本次資源整合開采設(shè)計（變更）帶區(qū)開采順序維持原開采設(shè)計方案不變。

帶區(qū)內(nèi)條帶采用兩翼同時接替回采，工作面接替順序為1101→1103→1105→1107→1109→1111→……→1135；1102→1104→1106→1108→1110→……→1136，條帶間兩翼交替前進(jìn)、條帶內(nèi)后退的開采順序。

3.3 帶區(qū)巷道布置

根據(jù)井田開拓方式及主要大巷的位置，將井田南部帶區(qū)資源沿大巷兩側(cè)劃分為28個條帶，在條帶內(nèi)布置回采巷道即工作面運輸巷和回風(fēng)巷，至兩翼保護(hù)煤柱布置開切眼，形成條帶巷道系統(tǒng)。

3.4 采掘關(guān)系

該礦井生產(chǎn)能力為0.30 Mt/a，擬定全礦井采用兩個普采工作面、兩個綜掘工作面和一個炮掘工作面共同完成年生產(chǎn)原煤任務(wù)的生產(chǎn)模式，即安排兩個長度為80 m的采煤工作面和三個半煤巖回采巷道掘進(jìn)工作面，形成的采掘比為1∶1.5。

4 采煤方法

4.1 采煤方法

采煤方法維持原開采設(shè)計不變，原開采設(shè)計確定采用單一煤層傾斜長壁采煤法，普通機械化采煤工藝。采煤工作面采用MG100—KD型采煤機割煤和裝煤，循環(huán)進(jìn)度0.8 m，人工開缺口；采用SGB—620/2×22型可彎曲到板輸送機送煤，液壓推溜器移溜。選用DZ10—25/80型單體液壓支柱配HDJB—800型金屬鉸接頂梁支護(hù)頂板，三.四排支柱管理頂板。全部垮落法管理頂板。

4.2 工作面參數(shù)的確定

達(dá)產(chǎn)時布置兩個工作面，分別位于1101條帶和1102條帶。采煤工作面沿3號煤層走向布置、沿3號煤層傾斜推進(jìn)，采煤工作面運輸巷與回風(fēng)巷沿3號煤層傾斜布置。

①工作面長度及條帶寬度。結(jié)合該礦井生產(chǎn)規(guī)模（0.30 Mt/a），開采技術(shù)條件及合理的年推進(jìn)度等因素，設(shè)計考慮兩個工作面分別布置在井田1101條帶和1102條帶，采煤工作面長度確定為80 m。條帶寬度100 m，扣除工作面運輸巷及回風(fēng)巷寬度，條帶間煤柱12 m。

②采高。該礦可采煤層為3號煤層，煤層分布全區(qū)比較穩(wěn)定，為唯一可采煤層。首采帶區(qū)煤層厚度0.73～

0.90 m，平均厚0.80 m，煤層傾角1°～3°。1101工作面采高為0.85 m（根據(jù)鉆孔ZK303），1102工作面采高為

0.80 m（根據(jù)煤層平均厚度）。

③采煤工作面循環(huán)。設(shè)計采用“四·六”工作制度、“三班采煤，一班準(zhǔn)備”作業(yè)形式，工作面最大控頂距為

3.4 m，最小控頂距為2.6 m。每天一個工作面完成9個循環(huán)，循環(huán)進(jìn)尺為0.8 m，正規(guī)循環(huán)率取75%。

④采煤工作面年推進(jìn)度。3號煤層賦存穩(wěn)定、傾角較小、地質(zhì)構(gòu)造簡單，巷道布置為長壁式體系，兩個采煤工作面年推進(jìn)度共3 564 m。

4.3 采煤機械設(shè)備配備

煤電鉆：MZS—12B型，功率1.2 kW；采煤機：采用MG100—KD型采煤機，功率100 kw，采高0.7～1.3 m，生產(chǎn)能力100～200 t/h，滾筒轉(zhuǎn)速82 r/min；可彎曲刮板輸送機：SGB620/2×22型，功率2×22 kW；要求鋪設(shè)長度

80 m；支護(hù)設(shè)備：工作面選DZ10—25/80型單體液壓支柱配合HDJB—800型鉸接頂梁；DZ10—25/80型單體液壓支柱最大支撐高度1 000 mm，最小支撐高度655 mm，額定工作阻力250 kN，經(jīng)計算可滿足工作面支護(hù)要求。超前及端頭支護(hù)選DZ22—30/100型單體液壓支柱配合HDJB—1000型鉸接頂梁及長梁進(jìn)行支護(hù)。

5 結(jié) 語

通過禾草溝二號煤礦改擴建得出，礦井改擴建設(shè)計一定要結(jié)合生產(chǎn)礦井的實際，不僅要分析透地質(zhì)資料，更重要的還要掌握礦井生產(chǎn)現(xiàn)狀及長遠(yuǎn)規(guī)劃，充分利用現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施，簡化開拓布置。只有這樣，才能實現(xiàn)合理生產(chǎn)，集中管理，提高勞動生產(chǎn)率，從而達(dá)到投資少、工期短、高產(chǎn)高效、安全可靠的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1] 曹自由.改擴建礦井開拓方式的選擇[J].煤礦設(shè)計，1990，（3）.