舊街煤業(yè)9號煤層開拓方案分析

鄭海青

(1.山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)陽泉有限公司，山西 陽泉 045000；2.山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究有限公司，山西 太原 030006)

引 言

陽泉區(qū)域的主要可采煤層為3號、8號、9號和15號煤層。其中，在大部分區(qū)域8號和9號煤層層間距較小，部分合并，多為近距離煤層。當(dāng)8號煤層回采時(shí)，基于近距離煤層特征，需對9號煤層的開拓方案進(jìn)行分析研究[1-4]。本文以舊街煤業(yè)9號煤層作為研究對象，對其開拓方案進(jìn)行了分析，該研究可以為舊街煤業(yè)9號煤層的開拓布置提供一定的技術(shù)支持。

1 煤層開采背景概況

井田構(gòu)造形態(tài)為一軸向北東的向斜構(gòu)造，向斜表現(xiàn)為寬緩褶曲，北西翼地層傾角6°～10°，南東翼地層傾角8°～11°。井田內(nèi)目前未發(fā)現(xiàn)斷層和陷落柱，沒有巖漿侵入現(xiàn)象，地質(zhì)構(gòu)造屬簡單類型。9號煤層位于太原組上部，上距8號煤層平均4.69 m，局部與8號煤層合并，為井田內(nèi)穩(wěn)定可采的中厚煤層，煤厚1.71 m～3.30 m，平均2.77 m，結(jié)構(gòu)簡單。頂板巖性為粉砂巖-泥巖，底板為泥巖-細(xì)砂巖，井田內(nèi)沒有進(jìn)行開采。

9號煤層頂板為粉砂巖及泥巖，巖石硬度較大，直接頂板裂隙發(fā)育，易于冒落，對采空區(qū)充填比較充分，無明顯的周期來壓。底板為泥巖-細(xì)砂巖，屬于中等硬度巖石，對支護(hù)有利。9號煤層火焰長度均為0 mm，加巖粉量為0，鑒定結(jié)論為無爆炸性，自燃等級為Ⅲ類不易自燃。9號煤層直接充水含水層為山西組k7砂巖含水層，一般情況下由于此兩含水層富水性均弱，補(bǔ)給條件差，因此對礦井生產(chǎn)影響不大。9號煤下部的奧陶系巖溶含水層為9號煤層的間接充水含水層，此含水層富水性強(qiáng)，水位標(biāo)高大約為424 m～435 m，井田內(nèi)向斜軸部的9號煤層局部帶壓。9號煤層最低處底板標(biāo)高380 m，底板隔水層承壓水頭最大50 m，9號煤層與奧陶系地層之間隔水層厚度約145 m，突水系數(shù)為0.003 4 Pa/m，小于0.06 Pa/m，井田內(nèi)9號煤層沒有奧灰突水危險(xiǎn)。導(dǎo)水裂隙帶高度會導(dǎo)通上部3號及8號煤層，對開采9號煤層有一定影響。井田內(nèi)3號煤層現(xiàn)存在大面積采空區(qū)，在井田中部存在大面積水區(qū)，隨著時(shí)間的推移，采空區(qū)內(nèi)會積聚更多的水，應(yīng)密切注視井下水文地質(zhì)條件變化和隱伏斷層等構(gòu)造現(xiàn)象的出現(xiàn)，對井下逐日排水量作好觀測、記錄，若發(fā)現(xiàn)異常，立即采取有效措施，防止水害發(fā)生。

2 儲量、設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力及服務(wù)年限

井田東西長約2 050 m，南北寬約900 m，井田面積1.504 6 km2，9號煤層標(biāo)高510 m～390 m。煤層保有資源/儲量575.2萬t，礦井工業(yè)資源儲量為575.2萬t，井田邊界等永久煤柱損失31.5萬t，井筒工業(yè)場地、主要巷道等開采保護(hù)煤柱損失141萬t，開采損失80.5萬t，設(shè)計(jì)可采儲量322.2萬t。礦井設(shè)計(jì)年工作日為330 d，每日凈提升時(shí)間16 h，服務(wù)年限3.8年。

3 井田開拓

3.1 開采現(xiàn)狀

采用斜-立混合開拓方式，布置有混合提升立井、一號進(jìn)風(fēng)斜井、二號進(jìn)風(fēng)斜井、回風(fēng)立井，四井筒均落底于8號煤，以+425 m水平開拓8、9號煤層。礦井現(xiàn)開采8號煤層，生產(chǎn)能力0.60 Mt/a，采用混合開拓。已有井筒參數(shù)主要為：混合提升立井，圓形斷面，凈直徑6.0 m，提升方位角52°，傾角90°，凈斷面28.26 m2，垂深403.2 m，混凝土砌碹，設(shè)梯子間，擔(dān)負(fù)礦井煤炭提升、人員升降、下放材料、設(shè)備和進(jìn)風(fēng)等任務(wù)，敷設(shè)管線，并兼作礦井的安全出口。一號進(jìn)風(fēng)斜井，半圓拱斷面，凈寬3.2 m，凈斷面8.8 m2，傾角25°，斜長770.0 m，錨噴、砌碹支護(hù)，設(shè)臺階和扶手，擔(dān)負(fù)礦井進(jìn)風(fēng)任務(wù)，并兼作礦井的安全出口。二號進(jìn)風(fēng)斜井，半圓拱斷面，凈寬3.2 m，凈斷面8.8 m2，傾角25°，斜長765.0 m，錨噴、砌碹支護(hù)，鋪設(shè)軌道、設(shè)臺階和扶手，擔(dān)負(fù)礦井進(jìn)風(fēng)任務(wù)，并兼作礦井的安全出口。進(jìn)風(fēng)暗斜井，一號、二號進(jìn)風(fēng)斜井自地面掘至3號煤層，3號至8煤層采用暗斜井聯(lián)系，兩暗斜井均為半圓拱斷面，凈寬3.2 m，凈斷面9.0 m2，傾角25°，斜長365.0 m，錨噴支護(hù)?；仫L(fēng)立井，為設(shè)計(jì)新建井筒，圓形斷面，凈直徑7.0 m，凈斷面38.47 m2，傾角90°，垂深425 m，混凝土砌碹，裝備梯子間，擔(dān)負(fù)礦井回風(fēng)任務(wù)，并兼作礦井的安全出口。

3.1.1 開拓方式

利用已有三條大巷為9號煤層的開拓巷道，另在井田南部開掘西翼運(yùn)輸大巷、軌道大巷及回風(fēng)大巷，以完成對井田西部的開拓部署。

3.1.2 井下開采

采煤方法采用綜采一次采全高采煤法，回采工作面長度為170 m，采煤工作面選用MG160/380-WDK型采煤機(jī)割煤，SGB630/264型可彎曲刮板輸送機(jī)運(yùn)煤，SBG630/110型轉(zhuǎn)載機(jī)，DSJ/80/2×40型可伸縮帶式輸送機(jī)，ZZ6000/18/38型液壓支架和ZZG6800/18/38型過渡支架，全部垮落法管理頂板。

3.1.3 提升系統(tǒng)

混合提升立井現(xiàn)裝備JKMD/J2.8×4(I)E型多繩摩擦式提升機(jī)一臺，技術(shù)參數(shù)如下：最大靜張力355 kN，最大靜張力差95 kN，減速比10.5；配套高壓變頻電動機(jī)，技術(shù)參數(shù)為10 kV，800 kW，580 r/min。配套高壓變頻電控系統(tǒng)。裝備一對1.5 t礦車二層四車四繩罐籠。煤炭采用1.5 t礦車提升，每次提升4輛礦車。罐籠自重15 t，每次提升乘人25人。提煤承載容器，1.5 t礦車，600 mm軌距，固定箱式礦車自重974 kg，裝載煤炭1 500 kg。提矸石承載容器，1.5 t礦車，600 mm軌距，固定箱式礦車自重974 kg，裝載煤炭2 700 kg。運(yùn)輸最重件承載容器，特制平板車，自重1 500 kg。

3.1.4 運(yùn)輸系統(tǒng)

井下主運(yùn)輸采用800 mm帶式輸送機(jī)運(yùn)輸，輔助運(yùn)輸采用調(diào)度絞車配合無極繩絞車牽引礦車運(yùn)輸。

3.1.5 排水系統(tǒng)

混合提升立井井底主變電所聯(lián)合布置主排水泵房，設(shè)有主、副水倉總?cè)萘?60 m3，排水鋼管為Dg100 mm排水鋼管2趟，長度均為445 m。中央泵房內(nèi)安裝3臺型號為MD46-50×10的多級離心泵，配套電機(jī)EB2-315S-2型110 kW，660 V，2 975 r/min，在運(yùn)輸大巷最低點(diǎn)為采區(qū)水泵房和采區(qū)水倉，水倉容積為464 m3。

3.1.6 通風(fēng)系統(tǒng)

礦井通風(fēng)方式采用中央并列式布置，風(fēng)機(jī)工作方法為負(fù)壓抽出式，回風(fēng)斜井擔(dān)負(fù)礦井總回風(fēng)任務(wù)；現(xiàn)安裝兩臺FBCDZ-8-№25型防爆對旋軸流式通風(fēng)機(jī)，N=2×315 kW。

3.1.7 供電系統(tǒng)

礦井現(xiàn)采用雙回路供電，其中一回架空線路來自辛興110 kV變電站10 kV線路，供電距離1 km；另一回架空線路來自辛興35 kV變電站10 kV線路，供電距離3 km，兩回架空導(dǎo)線均為LGJ-120鋼芯鋁絞線。礦井場地內(nèi)建有一座10 kV變電所，10 kV母線均采用單母線分段接線方式，所內(nèi)設(shè)有S11-1600/10/0.4 1 600 kVA型變壓器兩臺。井下采用10 kV高壓下井，下井兩回路，一回運(yùn)行，一回?zé)醾溆?，選用MYJV42-8.7/10 3×95型煤礦用銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣粗鋼絲鎧裝聚氯乙烯護(hù)套電力電纜?；旌咸嵘⒕自O(shè)有主變電所。

3.2 開拓部署

利用現(xiàn)有+425 m水平開采井田9號煤層資源。8號與9號煤層間距0.19 m～10.6 m，平均間距4.69 m，開采9號煤層時(shí)利用8號煤層已有三條大巷作為礦井9號煤層的開拓巷道，開采9號層一、二采區(qū)時(shí)向東延伸西翼軌道大巷至井田東部329 m附近，在軌道大巷的北部布置回風(fēng)大巷至井田東部282 m附近，在回風(fēng)大巷的北部利用原舊街煤業(yè)300 kt/a時(shí)的巷道擴(kuò)刷到設(shè)計(jì)斷面后作運(yùn)輸大巷至井田東部244 m附近。垂直于大巷南北方向布置北翼運(yùn)輸大巷、北翼軌道大巷和北翼回風(fēng)大巷至井田北部邊界保護(hù)煤柱附近，形成9號煤層一、二采區(qū)的開拓系統(tǒng)。巷道之間的距離為20 m，另一側(cè)為30 m。開采9號煤層三采區(qū)時(shí)，利用原8號煤層西翼運(yùn)輸、軌道及回風(fēng)大巷進(jìn)行回采。9號煤層劃分為91、92和93三個采區(qū)，在91采區(qū)北部布置一個回采工作面即9101工作面，9101工作面正西布置9201工作面，移交投產(chǎn)時(shí)期共布置1個綜采工作面和2個綜掘工作面，即9101工作面，9102回風(fēng)順槽掘進(jìn)工作面，9102專用排瓦斯巷掘進(jìn)工作面。

利用礦井現(xiàn)有井筒，井筒用途、布置及裝備均維持原狀不變。利用原8號煤層井底車場及硐室。主提升立井見8號煤層布設(shè)馬頭門和環(huán)形井底車場，馬頭門最大凈高為6.7 m，車場內(nèi)存車線長為70 m，凈寬4.8 m，滿足礦車的通過能力。井底車場和運(yùn)輸大巷連接處設(shè)井底煤倉，同時(shí)與軌道大巷相連，井筒與井底車場連接處的馬頭門采用鋼筋混凝土支護(hù)，車場巷道采用混凝土砌碹支護(hù)。

井底車場主要硐室，井底煤倉，采用上抬式立煤倉，下口標(biāo)高+430 m，上口標(biāo)高+460 m，上口與皮帶上倉相連，皮帶上倉斜坡角度為14°，下口與井底車場相連，清理撒煤利用車場繞道將撒煤裝入礦車，有效容積300 m3，采用砼砌碹。中央變電所，布置在井底車場中，半圓拱形斷面，凈寬為4.5 m，凈斷面16.06 m2，長30 m，采用料石砌碹支護(hù)。中央水泵房，布置在井底車場中，半圓拱形斷面，凈寬為4.2 m，凈斷面14.68 m2，長25 m，采用料石砌碹支護(hù)。消防材料庫，布置在8號煤層中，矩形斷面，凈斷面9 m2，長50 m，采用錨網(wǎng)支護(hù)。侯車硐室，井底車場和馬頭門連接處布置有侯車硐室、急救室。控制硐室，井底車場內(nèi)布置有控制硐室、信號室，符合規(guī)程要求。管子道和水倉，井底主、副水倉采用組合式布置，位于井底車場繞道下部沿巖層布置，采用砼砌碹，為半圓拱形斷面，凈寬為4.2 m，凈斷面12.8 m2，有效容積560 m3，中部采用隔墻分為主、副水倉，容量可容納礦井8 h正常涌水量，符合安全規(guī)程要求。水倉清理采用調(diào)度絞車牽引1 t礦車，人工清理。永久避難硐室和臨時(shí)避難硐室，礦井在距副井井底約230 m處的西翼運(yùn)輸大巷南側(cè)，布置有一個可容納72人的永久避難硐室。9號煤投產(chǎn)時(shí)期，在9號煤一采區(qū)北部，北翼運(yùn)輸大巷和北翼軌道大巷之間布置一個臨時(shí)避難硐室。

3.3 采煤方法及工藝

9101工作面布置運(yùn)輸和回風(fēng)兩條順槽，運(yùn)輸順槽擔(dān)負(fù)進(jìn)風(fēng)和煤炭運(yùn)輸任務(wù)；回風(fēng)順槽擔(dān)負(fù)回風(fēng)和輔助運(yùn)輸任務(wù)。兩條順槽垂直于北翼三條大巷布置，順槽由北翼大巷開口后沿8°坡向下掘至9號煤層，沿9號煤層頂板順層布置。運(yùn)輸順槽與北翼運(yùn)輸大巷、北翼軌道大巷相連，以負(fù)擔(dān)進(jìn)料和進(jìn)風(fēng)任務(wù)；回風(fēng)順槽與北翼回風(fēng)大巷及北翼軌道大巷相連，以擔(dān)負(fù)進(jìn)料及設(shè)備運(yùn)輸任務(wù)；從而構(gòu)成完整的運(yùn)輸、通風(fēng)、排水及行人等系統(tǒng)。工作面開切眼長度為170 m。

采區(qū)工作面各系統(tǒng)。1) 煤炭運(yùn)輸系統(tǒng)，回采工作面(可彎曲刮板輸送機(jī))→運(yùn)輸順槽(轉(zhuǎn)載機(jī)、帶式輸送機(jī))→北翼運(yùn)輸大巷(帶式輸送機(jī))→運(yùn)輸大巷(帶式輸送機(jī))→東翼運(yùn)輸大巷(帶式輸送機(jī))→井底煤倉→混合提升井(1.5 t礦車)→地面生產(chǎn)系統(tǒng)。掘進(jìn)工作面通過轉(zhuǎn)載進(jìn)入礦井運(yùn)煤系統(tǒng)。2) 井下輔助運(yùn)輸。運(yùn)矸系統(tǒng)，掘進(jìn)工作面(調(diào)度絞車牽引礦車)→北翼軌道大巷(調(diào)度絞車牽引礦車)→軌道大巷(調(diào)度絞車)→井底車場→混合提升井→地面→地面集中排棄。材料運(yùn)輸系統(tǒng)，混合提升井→井底車場→軌道大巷(調(diào)度絞車牽引礦車)→北翼軌道大巷→回風(fēng)順槽(調(diào)度絞車)→回采工作面。采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)，新鮮風(fēng)流→混合提升井(一、二號進(jìn)風(fēng)斜井)→運(yùn)輸大巷(軌道大巷)→北翼運(yùn)輸大巷(北翼軌道大巷)→運(yùn)輸順槽→回采工作面(乏風(fēng))→回風(fēng)順槽→北翼回風(fēng)大巷→回風(fēng)大巷→集中回風(fēng)大巷→回風(fēng)立井→地面(主通風(fēng)機(jī))。采區(qū)排水系統(tǒng)，回采工作面→運(yùn)輸順槽(回風(fēng)順槽)→北翼軌道大巷→軌道大巷→混合提升井底水倉(主排水泵房)→混合提升井→地面(地面水處理站)。

3.4 通風(fēng)及安全

9號煤層瓦斯壓力0.31 MPa，瓦斯含量6.46 m3/t，殘存瓦斯量1.71 m3/t，綜采面絕對瓦斯涌出量為12.90 m3/min，相對瓦斯涌出量為11.91 m3/t；掘進(jìn)面最大瓦斯涌出量為1.85 m3/min，老空區(qū)絕對瓦斯涌出量為18.10 m3/min。礦井達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力600 kt/a時(shí)，礦井絕對瓦斯涌出量為32.85 m3/min，相對瓦斯涌出量為26.02 m3/t。其中，一期礦井最大瓦斯絕對涌出量22.68 m3/min，相對涌出量17.65 m3/t；二期礦井絕對涌出量26.62 m3/min，相對涌出量20.77 m3/t；三期礦井最大瓦斯絕對涌出量32.85 m3/min，相對涌出量26.02 m3/t。

開采9號煤層時(shí)采用地面固定抽放泵站高低負(fù)壓抽采系統(tǒng)。抽采方法為本煤層平行預(yù)抽及邊采邊抽，鄰近層穿層鉆孔抽采和采空區(qū)密閉插管抽采。9號煤層絕對瓦斯涌出量為32.85 m3/min，回采工作面最大瓦斯涌出量為12.90 m3/min，抽采總量為13.23 m3/min，其中，高負(fù)壓系統(tǒng)2.97 m3/min，低負(fù)壓系統(tǒng)10.26 m3/min，回采面抽采量為5.00 m3/min，采空區(qū)抽放量為7.24 m3/min，年抽采純瓦斯量為6.95 Mm3/min。

礦井通風(fēng)方式為中央并列式。礦井采用混合提升立井、一號進(jìn)風(fēng)斜井、二號進(jìn)風(fēng)斜井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)立井回風(fēng)，風(fēng)機(jī)工作方法為機(jī)械抽出式。礦井通風(fēng)容易時(shí)期通風(fēng)總阻力為1 882 Pa，礦井通風(fēng)困難時(shí)期的通風(fēng)總阻力為2 207 Pa。礦井通風(fēng)容易時(shí)期等積孔為3.24 m2，通風(fēng)難易程度屬容易；通風(fēng)困難時(shí)期等積孔為2.99 m2，通風(fēng)難易程度屬容易?，F(xiàn)安裝有兩臺FBCDZ-8-№25型礦用防爆對旋軸流式風(fēng)機(jī)，風(fēng)量80 m3/s～180 m3/s，負(fù)壓980 Pa～3 690 Pa。配套YBF560M2-8型風(fēng)機(jī)專用防爆電動機(jī)，其技術(shù)參數(shù)為10 kV，315 kW×2 740 r/min。兩臺通風(fēng)機(jī)一臺工作，一臺備用。

4 結(jié)論

1) 該開拓方案以一個綜采工作面、兩個綜合機(jī)械化掘進(jìn)工作面保證礦井正常生產(chǎn)接替，采掘比為1∶2。

2) 運(yùn)輸系統(tǒng)連續(xù)化，大巷主運(yùn)輸采用帶式輸送機(jī)，實(shí)現(xiàn)自回采工作面至地面帶式輸送機(jī)連續(xù)運(yùn)輸，用人少、效率高、故障率低、安全性好，利于實(shí)現(xiàn)集中自動化控制與管理。

3) 輔助運(yùn)輸，采用調(diào)度絞車配合無極繩連續(xù)牽引車牽引1.0 t系列礦車運(yùn)輸，既滿足了礦井井下巷道沿煤層布置對輔助運(yùn)輸?shù)囊?，又滿足了生產(chǎn)需要。

4) 開采8號煤時(shí)涌水量為80 m3/d～240 m3/d，開采9號煤時(shí)涌水量會增大，并且井田內(nèi)采空區(qū)積水是一大安全隱患，礦井生產(chǎn)中要加強(qiáng)探放水工作，防止造成水害，加強(qiáng)礦井水文地質(zhì)工作。