資源整合型礦井水平延深設(shè)計(jì)

郭海波

(山西晉煤集團(tuán)晉圣三溝鑫都煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048200)

0 引言

近年來，隨著我國煤炭資源整合進(jìn)程的加快，大批小煤窯被集中整合形成新的生產(chǎn)單位[1-2]。在整合后的礦井生產(chǎn)中，由于原先小煤窯早已把上層埋深較淺的煤層全部釆空，礦井生產(chǎn)系統(tǒng)繼續(xù)向下部煤層延深，而且由于要達(dá)到整合后礦井的生產(chǎn)能力標(biāo)準(zhǔn)，礦井多水平延深是保證生產(chǎn)正常接續(xù)和均衡生產(chǎn)的重要措施[3-6]。針對(duì)這類問題，研究資源整合型礦井水平延深是具有很大現(xiàn)實(shí)意義的。

1 工程概況

山西晉煤集團(tuán)晉圣三溝鑫都煤業(yè)有限公司井田位于沁水縣龍港鎮(zhèn)境內(nèi)，在山西省煤礦資源整合過程中為單獨(dú)保留礦井。礦井批準(zhǔn)開采2#～15#煤層，目前開采2#煤層，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力60 Mt/a。目前礦井采用平硐開拓，設(shè)有井筒3個(gè)，即主平硐、副平硐和回風(fēng)立井，以“一井、一區(qū)、一面、兩掘”達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力要求。但是，礦井兼并重組整合后的地質(zhì)補(bǔ)勘表明，現(xiàn)有2#煤層資源儲(chǔ)量下降50%以上無法達(dá)到預(yù)期的生產(chǎn)能力要求，主要原因有以下兩點(diǎn)：①原地質(zhì)報(bào)告中2#煤層為全區(qū)可采煤層，而補(bǔ)充勘探報(bào)告中2#煤層為大部可采煤層，儲(chǔ)量估算面積比原地質(zhì)報(bào)告減少1.278 02 km2；②原地質(zhì)報(bào)告中2#煤層厚度為0.85～2.80 m，平均1.83 m，而補(bǔ)充地質(zhì)勘探報(bào)告中2#煤層平均厚度為0.90 m，厚度變化明顯。礦井2#煤層可采面積的減少直接造成2#煤層服務(wù)年限的縮短，其中位于井田西部的一、二采區(qū)服務(wù)年限為1.1 a，位于井田東北角的三采區(qū)服務(wù)年限僅為0.2 a。因此為了保證礦井的正常接替，礦井急需進(jìn)行15#煤層水平延深。2#、15#煤層等高線圖如圖1所示。

2 礦井水平延深方案的設(shè)計(jì)研究

根據(jù)礦井工業(yè)場地位置及井田開拓現(xiàn)狀，本著合理集中、方便生產(chǎn)、有序接替的原則，盡可能利用已有井筒、井下巷道及硐室工程，減少井巷工程量，并結(jié)合井田地質(zhì)條件和煤層賦存特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)針對(duì)15#煤層水平延深開采提出了2個(gè)開拓方案。

方案一：利用現(xiàn)有的主平硐和副平硐仍作為礦井的主平硐和副平硐，利用現(xiàn)有的回風(fēng)立井仍作為礦井的回風(fēng)立井。開拓方案布置示意如圖2(a)所示。主平硐為半圓拱斷面，凈寬4.5 m，直墻高1.6 m，長度502 m，裝備帶式輸送機(jī)，擔(dān)負(fù)礦井的煤炭運(yùn)輸、人員上下井和進(jìn)風(fēng)任務(wù)；副平硐為半圓拱斷面，凈寬4.5 m，直墻高1.5 m，長度526 m，裝備蓄電池式電機(jī)車，擔(dān)負(fù)礦井的輔助提升和進(jìn)風(fēng)任務(wù)；回風(fēng)立井為圓形斷面，凈直徑4.0 m，垂深82.4 m，井筒內(nèi)裝備梯子間，擔(dān)負(fù)礦井的回風(fēng)任務(wù)，兼作為礦井的一個(gè)安全出口。利用現(xiàn)布置在主平硐與副平硐之間的主變電所作為礦井15#煤層的主變電所。利用現(xiàn)布置在主變電所正對(duì)面，副平硐的西側(cè)的主水泵房及主、副水倉作為礦井15#煤層的主水泵房及主、副水倉。采用+1 120 m單水平開發(fā)井田15#煤層，15#煤層劃分為4個(gè)采區(qū)，即1501、1502、1503和1504采區(qū)。采區(qū)開采順序?yàn)椋?501采區(qū)→1502采區(qū)→1503采區(qū)→1504采區(qū)。在現(xiàn)主副平硐聯(lián)絡(luò)巷處平行于2#煤層主要大巷在井田中部布置15#煤層軌道大巷、膠帶大巷和回風(fēng)大巷。膠帶大巷為膠帶進(jìn)風(fēng)巷，軌道大巷為軌道進(jìn)風(fēng)巷，回風(fēng)大巷為專用回風(fēng)巷，均沿15#煤層頂板布置。膠帶大巷采用帶式輸送機(jī)運(yùn)輸，軌道大巷采用無極繩連續(xù)牽引車運(yùn)輸。沿F3斷層向南平行布置15#煤層1501采區(qū)軌道巷、采區(qū)膠帶巷和采區(qū)回風(fēng)巷(1501采區(qū)開采結(jié)束后待1504采區(qū)開采時(shí)，作為1504采區(qū)軌道巷、采區(qū)膠帶巷和采區(qū)回風(fēng)巷)。礦井投產(chǎn)采區(qū)為1501采區(qū)，屬上山開采且距離井底車場較近，因此設(shè)計(jì)1501采區(qū)開采可利用主變電所和主水泵房兼做采區(qū)變電所和水泵房。為了開采2#煤層203采區(qū)和15#煤層1503采區(qū)，15#煤層軌道大巷、膠帶大巷和回風(fēng)大巷掘進(jìn)F7斷層附近，分別開鑿軌道暗斜井、膠帶暗斜井和回風(fēng)暗斜井，落底于+880 m后沿F9斷層平行布置15#煤層1503采區(qū)軌道巷、采區(qū)膠帶巷和采區(qū)回風(fēng)巷。利用1503采區(qū)回采工作面順槽反掘運(yùn)輸斜巷和回風(fēng)斜巷至2#煤層203采區(qū)，沿井田東部邊界平行布置203采區(qū)運(yùn)輸巷和采區(qū)回風(fēng)巷。203采區(qū)運(yùn)輸巷為機(jī)軌合一巷，采區(qū)回風(fēng)巷為專用回風(fēng)巷，均沿2#煤層頂板布置。

方案二：利用現(xiàn)有的主平硐和副平硐仍作為礦井的主平硐和副平硐，將現(xiàn)落底于2#煤層的回風(fēng)立井仍作為礦井的回風(fēng)立井。開拓方案布置示意如圖2(b)所示。在現(xiàn)主副平硐聯(lián)絡(luò)巷處平行于2#煤層主要大巷分別開掘15#煤層軌道大巷、膠帶大巷和回風(fēng)大巷。3條巷道向東穿過F3斷層后，沿F3斷層向南掘進(jìn)至井田南部邊界，兼作為15#煤層1501采區(qū)、1504采區(qū)準(zhǔn)備巷道。沿F3斷層向北平行布置15#煤層1502采區(qū)軌道巷、采區(qū)膠帶巷和采區(qū)回風(fēng)巷。沿F5斷層向東平行布置15#煤層?xùn)|膠帶大巷、東軌道大巷和東回風(fēng)大巷至F7斷層附近，分別開鑿軌道暗斜井、膠帶暗斜井和回風(fēng)暗斜井，落底于+880 m水平后在沿井田南部邊界平行布置1503采區(qū)軌道巷、采區(qū)膠帶巷和采區(qū)回風(fēng)巷。井底車場及硐室、采區(qū)劃分、大巷運(yùn)輸方式基本同方案一。

a-方案一；b-方案二圖2 水平延深設(shè)計(jì)方案

方案一與方案二相比較：巖巷工程量少掘進(jìn)300 m，井筒穿斷層次數(shù)少，施工及支護(hù)難度?。环桨敢恍枇頊?zhǔn)備一、四采區(qū)的準(zhǔn)備巷道而方案二只需另準(zhǔn)備二采區(qū)準(zhǔn)備巷道；方案一所需膠帶輸送機(jī)及牽引車均較少，運(yùn)輸簡單、中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)少，設(shè)備占用量小，維護(hù)費(fèi)用低；方案二的工作面推進(jìn)長度較長，但須先開采2#煤層，兩煤層無法同時(shí)開采，容易造成礦井生產(chǎn)能力不足。因此，根據(jù)上述分析并結(jié)合礦井生產(chǎn)特點(diǎn)，選用方案一進(jìn)行水平延深開拓。

3 礦井延深技術(shù)指標(biāo)與問題建議

3.1 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

15#煤層的保有資源儲(chǔ)量1.51 Mt，設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量為0.63 Mt，礦井設(shè)計(jì)服務(wù)年限為7.5 a，礦井15#煤層水平延深新增井巷工程總長度6 216 m，掘進(jìn)總體積為77 641 m3，其中硐室體積為903 m3，井巷萬噸掘進(jìn)率103.6 m。水平延深總概算為13 615.81萬元，其中：井巷工程投資5 039.96萬元；土建工程投資677.37萬元；設(shè)備及工器具購置投資4 313.01萬元；安裝工程投資1 037.22萬元；工程建設(shè)其它費(fèi)用投資1 657.49萬元；基本預(yù)備費(fèi)投資890.76萬元。

3.2 存在問題及建議

井田范圍內(nèi)2#煤層開采年代已久，井下廢棄巷道、采空區(qū)及小窯破壞區(qū)較多，井田內(nèi)原有采空區(qū)積水是一大隱患，在生產(chǎn)過程中必須堅(jiān)持“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、探掘分離、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原則，進(jìn)行探放水工作。嚴(yán)禁在水文地質(zhì)條件不清的情況下進(jìn)行采掘活動(dòng)，嚴(yán)禁頂水作業(yè)；加強(qiáng)與相鄰礦井的溝通工作，了解其開采范圍，制定相應(yīng)的防治水措施。

在煤層淺埋區(qū)，大氣降水通過巖土層孔隙、裂隙及煤層開采產(chǎn)生的導(dǎo)水裂隙帶下滲，是礦井充水的主要來源。礦井應(yīng)做好“雨季”三防各項(xiàng)工作，在地面同其它部門配合及時(shí)清挖水溝，保證流水暢通，定期對(duì)采空區(qū)對(duì)應(yīng)地表進(jìn)行檢查，檢查是否有裂縫和塌陷坑。發(fā)現(xiàn)以后要及時(shí)充填，防止地表水及大氣降水通過裂縫滲入井下。

井田雖屬低瓦斯礦井，但隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，或在構(gòu)造發(fā)育部位，有可能造成瓦斯富集或煤塵增加，故在生產(chǎn)過程中應(yīng)加強(qiáng)通風(fēng)工作，加強(qiáng)瓦斯監(jiān)測(cè)工作，加強(qiáng)井下灑水滅塵工作，防止各類事故發(fā)生。

4 結(jié)語

結(jié)合晉煤晉圣三溝鑫都煤業(yè)資源整合型礦井水平延深進(jìn)行了探究與闡述，并針對(duì)不同的水平延深方案進(jìn)行了比較分析選擇，同時(shí)針對(duì)資源整合型礦井水平延深存在的問題進(jìn)行了必要的分析，確保了礦井生產(chǎn)的科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性、合理性。