超大層間距聯(lián)合開采設計在寧武煤田的應用

岳俊杰

(霍州煤電集團有限責任公司,山西 霍州 031400)

1 礦井及采區(qū)概況

山西省靜樂縣某礦由六個小窯兼并重組整合而成,整合后批準開采2#至5#煤層,井田面積12.698 6 km2,生產(chǎn)規(guī)模1.2 Mt/a。礦井井田屬寧武煤田,位于寧武向斜的東翼,呈由東向西展布的不規(guī)則多邊形,基本構造形態(tài)為單斜構造,地層近南北走向,傾向以西和北西西為主,傾角30°,井田地質(zhì)構造簡單,水文地質(zhì)類型中等。礦井采用“兩進一回”機械抽出式分區(qū)通風方式,主運輸采用帶式輸送機運輸,輔助運輸采用柴油齒軌車和柴油單軌吊車運輸。礦井二采區(qū)位于井田的中部,采區(qū)通過在+1 100 m水平大巷東側(cè)布置三條上山準備巷道進行開采,采區(qū)內(nèi)2#煤層平均厚度為4.95 m,5#煤層平均厚度為12.94 m,煤層傾角24°～30°,平均26°,2#與5#煤層垂直層間距為85 m,采區(qū)地質(zhì)儲量4 319.2萬t,設計可采儲量2 632.42萬t,采區(qū)服務年限15.7 a。

2 采區(qū)巷道布置方案

2.1 分層開采與聯(lián)合開采設計的分析

井工礦井在開采煤層群時,一般視煤層間的層間距大小,采區(qū)巷道按分層布置和聯(lián)合布置兩種方式進行設計。分層布置即將每個煤層單獨開采,在各自煤層內(nèi)布置一個完整的生產(chǎn)系統(tǒng),聯(lián)合布置即在開采近距離煤層群時,為減少巷道工程量和實行集中生產(chǎn),采用聯(lián)合布置或分組聯(lián)合布置方式,將幾個煤層劃為一組,在最下面的煤層或底板巖石中布置共用的上山和平巷,各煤層和底板巷道用石門、斜巷和溜煤眼相聯(lián)系,建立一個統(tǒng)一的生產(chǎn)系統(tǒng)[1-3]。通過對二采區(qū)煤層賦存條件的分析,由于受主、輔運輸設備運行參數(shù)的限制,采區(qū)主、輔運輸巷道上山坡度不宜超過21°,即使準備巷道采用偽傾斜的布置方式，也不能將分層采區(qū)巷道布置在相應的煤層中或煤層底板附近,因此否決分層開采布置方案。

2.2 采區(qū)聯(lián)合開采布置方案

通過對礦井整體開采規(guī)劃的分析,本著為礦井“一優(yōu)三減”創(chuàng)造條件,充分結(jié)合礦井煤層傾角較大,2#煤層局部可采,5#煤層全區(qū)可采的實際情況,確定按照三個采區(qū)劃分開采全井田可采煤層和二采區(qū)全部開采2#煤可采區(qū)的要求,改造利用采區(qū)中部原整合礦井預留的一副斜井作為采區(qū)回風斜井使用的整體思路進行聯(lián)合開采設計方案的構思。為此設計方案確定初期提出了以下四條設計原則:①三條上山沿煤層偽傾斜布置,偽斜角控制在53°～56°,采區(qū)上山各巷道間距為40 m。②采區(qū)皮帶巷、采區(qū)軌道巷布置在2#煤與5#煤的中間層位(采區(qū)下端位于5#煤頂板往上35 m～45 m,受煤層傾角與上山巷道坡度間關系的影響,采區(qū)上端要求全部進入5#煤層位),坡度為+21°。③將回風上山布置在5#煤層中,坡度為+21°～+26°,以便降低巖巷工程量并進一步探清采區(qū)煤層及地質(zhì)構造。④采區(qū)上山保護煤柱盡量與二采區(qū)回風斜井保安煤柱重疊,且為方便防滅火管理兩翼工作面順槽長度宜均等。

1)回風上山位置的選擇:回風上山位置根據(jù)經(jīng)驗有兩種布置方式,一種為回風上山位于采區(qū)三條上山的一側(cè),皮帶上山位于三條上山的中間,另一種為采區(qū)回風上山位于采區(qū)上山的中間,兩側(cè)分別為皮帶上山及軌道上山。其中第一種方式較為常見,便于工作面出渣及回風系統(tǒng)巷道的施工,在近水平及緩傾斜煤層中應用廣泛;第二種方式適合于三條上山不在同一層位的情形,此種布置方式:①巷道立交關系較簡單。②采區(qū)膠帶輸送機與工作面膠帶輸送機容易搭接,對采區(qū)皮帶巷安設的架空乘人裝置影響較小。③工作面不需專門施工順槽巷的進風、行人聯(lián)巷。通過分析認為采區(qū)聯(lián)合開采時采區(qū)回風上山應選擇第二種布置方式。

2)采區(qū)上山位置及方位的選擇:根據(jù)采區(qū)地質(zhì)和回風斜井可利用情況,本著合理布置采區(qū)準備系統(tǒng),實現(xiàn)快速投產(chǎn),又兼顧下部接續(xù)采區(qū);即便于回采巷道的靈活布置,又能均衡兩翼工作面長度;實現(xiàn)一個區(qū)段集中聯(lián)巷服務四條順槽和部分區(qū)段集中聯(lián)巷實現(xiàn)上下煤層的重復使用等要求[4-5],優(yōu)選確定了二采區(qū)準備巷道采用與水平大巷斜逆聯(lián)的設計方案。即采區(qū)三條準備巷道基本位于采區(qū)中部,以55°5′26″方位角與+1 100 m水平大巷斜逆聯(lián),準備巷道按聯(lián)合布置方式進行設計施工,巷道保護煤柱與二采區(qū)回風斜井保護煤柱重疊,由北向南分別布置皮帶上山、回風上山、軌道上山、采區(qū)皮帶上山及軌道上山分別通過采區(qū)行人斜巷和采區(qū)軌道繞巷與相應的+1 100 m水平皮帶巷及軌道巷溝通形成運輸、進風系統(tǒng),采區(qū)回風上山與原老榆背副斜井(已有)溝通形成通風系統(tǒng)。采區(qū)聯(lián)合開采巷道布置方案如圖1所示。

圖1 采區(qū)聯(lián)合開采巷道布置方案Fig.1 Layout of roadways in combined mining areas

3)水平大巷與采區(qū)巷道的溝通方式：為使采區(qū)軌道巷、皮帶巷下端布置于2#、5#煤層之間的巖巷中,就需通過施工相應的采區(qū)繞巷、斜巷與+1 100 m 水平大巷溝通,具體溝通方式如下:采區(qū)皮帶巷通過施工43 m高的采區(qū)煤倉與皮帶大巷溝通實現(xiàn)出煤,同時在水平皮帶大巷與采區(qū)皮帶巷間施工長度168 m,坡度16°的采區(qū)行人斜巷實現(xiàn)進風及行人,在采區(qū)皮帶巷下端與采區(qū)軌道巷之間施工采區(qū)皮帶檢修道方便膠帶機的日常檢修工作。采區(qū)軌道巷溝通方式:在+1 100 m水平軌道巷大巷車場處以220°53′23″方位角開口施工采區(qū)軌道繞巷,軌道繞巷除車場段及巷道拐彎前后20 m范圍為平掘外,其它區(qū)段施工坡度為20°,巷道施工總長度240 m,通過施工繞巷實現(xiàn)巷道爬升43 m,采區(qū)軌道繞巷上端進入5#煤頂板往上36 m層位與采區(qū)軌道上山實現(xiàn)溝通。

4)工作面聯(lián)絡方式：采區(qū)巷道為上下煤層聯(lián)合布置方式,為解決多煤層回采工作面運輸、出煤及回風系統(tǒng)巷道布置上的缺陷,優(yōu)化工作面系統(tǒng)巷道,實現(xiàn)一條系統(tǒng)巷道能夠服務多個工作面的生產(chǎn),不僅簡單合理,而且延長了系統(tǒng)巷道服務周期。設計通過施工采區(qū)軌道巷至采區(qū)皮帶巷及回風巷之間的系統(tǒng)巷道作為區(qū)段集中聯(lián)巷,工作面各順槽通過區(qū)段集中聯(lián)巷與采區(qū)三條上山連通形成完整的生產(chǎn)系統(tǒng),為實現(xiàn)區(qū)段集中聯(lián)巷的重復使用,各煤層需通過相應的石門、斜巷和立眼三種方式與區(qū)段集中聯(lián)巷聯(lián)系起來,具體聯(lián)系方式分不同工作面情況,按掘進量的大小及使用方便等原則進行選擇,在實際工作中,用于運煤的聯(lián)絡巷多采用斜巷和立眼,而用于回風、行人、運料的聯(lián)絡巷,則多采用石門和斜巷[6]。

工作面聯(lián)絡方式:2#煤工作面在區(qū)段集中聯(lián)巷中部往采區(qū)下山方向上山掘進集中膠帶斜巷進入2#煤層,四條順槽共用一套主、輔運輸及回風系統(tǒng);5#煤工作面利用2#煤區(qū)段集中聯(lián)巷的一部分往上山方向平掘進入5#煤層后分別施工相應的回風聯(lián)巷及集中膠帶斜巷,四條順槽共用一套主、輔運輸系統(tǒng),回風系統(tǒng)可分翼布置。回采工作面布置方位與開拓巷道平行,與煤層走向基本一致,切眼長度平距88 m(斜距100.5 m)。此種聯(lián)絡方式可大量減少巷道的開掘與維護,有利于綜采機械化扒皮式開采各煤層和提高礦井經(jīng)濟效益。

3 采區(qū)車場及緩沖水倉的布置

3.1 車場的布置

為了方便大巷無級繩連續(xù)牽引絞車與采區(qū)齒軌車之間的材料換裝,需在+1 100 m水平軌道大巷與采區(qū)軌道繞巷連接處設置一80 m的大巷車場,在采區(qū)軌道繞巷處布置一35 m的采區(qū)轉(zhuǎn)換車場。同時為保障齒軌車的安全運輸,方便采區(qū)內(nèi)齒軌車與單軌吊車之間的材料換裝,需在采區(qū)軌道巷下端布置一50 m的采區(qū)下部車場,在采區(qū)軌道巷上端布置一30 m的采區(qū)上部車場,通過以上四個車場實現(xiàn)采區(qū)材料的順暢運輸。

3.2 緩沖水倉的布置

由于采區(qū)為上山采區(qū),工作面涌水通過排水管路排至采區(qū)軌道巷或采區(qū)皮帶巷水溝后自流至軌道大巷水溝內(nèi),最后通過+1 100 m水平水泵房將水直接排出地面。為降低下流水流的沖擊力,需在采區(qū)軌道繞巷轉(zhuǎn)換車場處單獨布置一緩沖水倉,緩沖水倉施工總長度為90 m,采用底板下挖布置方式,有效容積360 m3,由緩沖一倉及二倉組成并安設清倉機進行日常的水倉清淤工作。

4 結(jié)束語

鑒于2#與5#煤煤質(zhì)相近,可考慮部分時段進行2#與5#煤交替回采,但需處理好壓茬關系,以減少或避免相鄰工作面共用巷道存在串聯(lián)通風的情況,實現(xiàn)高低硫分煤的合理配采。

對于超大層間距煤層來說，一般采用分層布置方式,但對于寧武煤田的傾斜煤層而言,可以充分利用煤層傾角大的特點,進行超大層間距煤層間的采區(qū)巷道聯(lián)合布置,采用區(qū)段集中聯(lián)巷的方式將超大間距煤層聯(lián)系起來,實現(xiàn)了一條區(qū)段集中聯(lián)巷服務四條順槽。這種聯(lián)合布置的采區(qū),不僅可以擴大采區(qū)儲量,延長采區(qū)服務年限,還可以減少掘進量及維護量,緩解采掘接續(xù),實現(xiàn)井下集中生產(chǎn),達到降本提效的目的,為礦井“一優(yōu)三減”創(chuàng)造了條件。