漳村煤礦西部擴(kuò)區(qū)開拓設(shè)計(jì)方案探討

高 峰

(煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)有限公司，山西 太原 030001)

漳村煤礦1960年投產(chǎn)，截止2009年底，漳村煤礦井田范圍內(nèi)3號(hào)煤層剩余可圈固定工作面的可采儲(chǔ)量為1400萬t，按照300萬t/a計(jì)算，礦井穩(wěn)產(chǎn)年限僅有3a。從漳村礦長遠(yuǎn)發(fā)展來看，急需接替礦井或資源擴(kuò)充來延長礦井的服務(wù)年限。通過對(duì)漳村礦周邊資源情況調(diào)查，潞安集團(tuán)公司將礦井井田西部的常村礦第二水平中的北六采區(qū)的資源作為漳村煤礦西部擴(kuò)區(qū)進(jìn)行開采，擴(kuò)區(qū)的井田面積為12.2376km2，地質(zhì)儲(chǔ)量為8213.4萬t，設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量為3911.5萬t。如按照300萬t/a計(jì)算，擴(kuò)區(qū)服務(wù)年限13a，漳村全礦井總服務(wù)年限還有16a。本文以漳村煤礦西部擴(kuò)區(qū)為切入點(diǎn)，探討了其在礦井?dāng)U區(qū)條件下的開拓設(shè)計(jì)，通過三個(gè)方案的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比選，確定了漳村煤礦西部擴(kuò)區(qū)的井口及工業(yè)場地位置，以及擴(kuò)區(qū)的開拓設(shè)計(jì)方案，以期為此類礦井開拓設(shè)計(jì)提供參考[1-3]。

1 礦井概況

漳村井田位于太行山中段西側(cè)，長治盆地西部。井田內(nèi)廣為第四系黃土覆蓋。最高點(diǎn)位于井田南部，海拔約+1003m；最低點(diǎn)位于井田西部，海拔約+888m；東南高于西北，相對(duì)高差215m，一般地形標(biāo)高在+900～+950m，工業(yè)場地和西風(fēng)井場地地面標(biāo)高在+910～+970m之間。西部擴(kuò)區(qū)屬黃土高原丘陵地帶，最高點(diǎn)位于區(qū)域西南角，海撥約+1028m，最底點(diǎn)位于區(qū)域東南部，海拔約+911m。

漳村井田位于潞安礦區(qū)中部東緣，地層總體呈一向西傾斜的單斜構(gòu)造，地層產(chǎn)狀一般為3°～7°，井田北部局部受文王山南斷層影響可達(dá)15°左右。漳村煤礦西部擴(kuò)區(qū)位于常村井田的北部，該區(qū)域原為常村煤礦第二水平中的北六采區(qū)，東部緊鄰漳村井田，西部為屯留井田，北部為文王山南斷層，文王山南斷層北部為五陽煤礦擴(kuò)區(qū)。西部擴(kuò)區(qū)內(nèi)的斷裂構(gòu)造不發(fā)育，在擴(kuò)區(qū)的北部邊界有一條落差為350m、傾角80°的文王山南斷層，地質(zhì)構(gòu)造類型屬簡單類。

漳村煤礦西部擴(kuò)區(qū)內(nèi)主采煤層為下二疊統(tǒng)山西組下部的3號(hào)煤層，煤層賦存穩(wěn)定，煤層結(jié)構(gòu)較簡單。煤質(zhì)變化不大，煤質(zhì)為貧煤。3號(hào)煤埋深范圍為400～730m，煤層底板標(biāo)高在+260～+530m范圍，高差約為270m，煤層厚度5.36～6.32m，平均為5.85m，為穩(wěn)定煤層，東部煤層較西部比較平緩，煤層最大傾角為17°。3號(hào)煤層偽頂巖性為黑色炭質(zhì)泥巖、泥巖，厚度不穩(wěn)定，一般為0.25～0.44m，僅局部發(fā)育；3號(hào)煤層直接頂由灰黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖組成，有時(shí)呈砂泥互層狀，厚度一般為1.0～7.0m，局部地區(qū)達(dá)18.85m，平均厚度5.35m；3號(hào)煤層老頂巖性為中細(xì)粒灰白色石英長石砂巖，局部為粗砂巖，平均厚度為5.8m；3號(hào)煤層直接底為灰黑色泥巖或砂質(zhì)泥巖，—般厚度為1～4m，平均為3.40m；老底巖性為中細(xì)粒石英長石砂巖，膠結(jié)較致密，中等硬度，裂隙不發(fā)育，穩(wěn)定性好，一般厚度為1～7m，平均為3.36m。綜上，西部擴(kuò)區(qū)地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)較簡單；煤層賦存條件及開采技術(shù)條件好。主要可采的3號(hào)煤層為厚煤層，全區(qū)穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，傾角平緩，適宜綜合機(jī)械化開采。

2 井田開拓設(shè)計(jì)

漳村煤礦現(xiàn)有的井下及地面生產(chǎn)系統(tǒng)較為完善，煤炭運(yùn)輸全部為帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸方式，且運(yùn)轉(zhuǎn)狀況良好，經(jīng)綜合比較確定擴(kuò)區(qū)后礦井的煤炭運(yùn)輸方式仍保持不變，其開拓方式仍為 “斜井+立井”混合開拓。

2.1 井口及工業(yè)場地位置確定

鑒于漳村礦井現(xiàn)有的副井井筒相距西部擴(kuò)區(qū)中部的直線距離約為10km，在西部擴(kuò)區(qū)選擇井口及工業(yè)場地位置時(shí)必須考慮以下問題[4-6]：

1)通風(fēng)問題和井下排水問題。目前漳村礦現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)能力及排水能力已達(dá)到極限，僅能滿足漳村礦井田內(nèi)安全生產(chǎn)的通風(fēng)要求，加之西部擴(kuò)區(qū)屬于高瓦斯區(qū)域，需要風(fēng)量更大，現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)已無法滿足西部擴(kuò)區(qū)安全開采的需要。

2)井下輔助運(yùn)輸距離和運(yùn)輸時(shí)間過長的問題。西部擴(kuò)區(qū)煤層埋藏更深，礦壓更大，工作面需要更大工作阻力的液壓支架，現(xiàn)有巷道及單軌吊設(shè)備運(yùn)輸重型液壓支架困難，如果進(jìn)行改造，勢必影響生產(chǎn)，所以必須新打井筒。

綜上，結(jié)合地面情況及井下開拓巷道的部署方案，西部擴(kuò)區(qū)邑子村和白家莊村附近地域較為開闊平坦，且位于鄉(xiāng)間公路附近，也不會(huì)受到地面高壓輸電線路的影響。為此，漳村礦井西部擴(kuò)區(qū)的工業(yè)場地確定在邑子村和白家莊村附近，輔助工業(yè)場地內(nèi)布置一個(gè)副立井和一個(gè)回風(fēng)立井，共兩個(gè)井筒。

漳村礦井由原來的5個(gè)進(jìn)風(fēng)井(主斜井、副斜井、行人斜井、進(jìn)風(fēng)斜井、進(jìn)風(fēng)立井)和2個(gè)回風(fēng)立井(回風(fēng)立井、回風(fēng)斜井)，改變?yōu)?個(gè)進(jìn)風(fēng)井(主斜井、副斜井、行人斜井、進(jìn)風(fēng)立井、進(jìn)風(fēng)斜井、新增的副立井)和3個(gè)回風(fēng)立井(回風(fēng)立井、回風(fēng)斜井、新增的回風(fēng)立井)。

2.2 井田開拓方案確定

結(jié)合確定的西部擴(kuò)區(qū)輔助工業(yè)場地的位置，綜合漳村礦井西部擴(kuò)區(qū)井下3號(hào)煤層的產(chǎn)狀、賦存條件、開采技術(shù)條件、井田境界形狀、漳村礦井的采掘現(xiàn)狀、煤層開采技術(shù)及裝備水平等因素綜合考慮，經(jīng)優(yōu)化篩選，確定了三個(gè)具有代表性的井田開拓方案[7-9]。

2.3.1 方案一

方案一的開拓布局建立在漳村礦井現(xiàn)有的井下開拓巷道布局基礎(chǔ)上，并沿用了漳村礦井現(xiàn)有的傾斜長壁采煤法的采區(qū)巷道布置格局，以便更好地發(fā)揮漳村煤礦積累的仰采治水經(jīng)驗(yàn)。

根據(jù)漳村礦井現(xiàn)有的井下開拓巷道形式，開采西部擴(kuò)區(qū)3號(hào)煤層時(shí)，井下開拓巷道均采用了“三進(jìn)兩回”的五巷制布置方式，井下共布置主運(yùn)大巷、輔運(yùn)大巷、進(jìn)風(fēng)大巷和兩條回風(fēng)大巷共五條開拓巷道，五條大巷間距30m，其中，主運(yùn)大巷和進(jìn)風(fēng)大巷均沿3號(hào)煤層底板布置，輔運(yùn)大巷和回風(fēng)大巷分別沿3號(hào)煤層中下部及頂板布置。

設(shè)計(jì)將漳村礦西下山運(yùn)輸巷沿底板向西延伸5.0km至井田西部邊界，作為西部擴(kuò)區(qū)主運(yùn)大巷；將漳村礦西下山材料巷沿底板向西延伸5.0km至井田西部邊界，作為西部擴(kuò)區(qū)輔運(yùn)大巷，在輔運(yùn)大巷北側(cè)30m處平行布置一條進(jìn)風(fēng)巷，在進(jìn)風(fēng)大巷北側(cè)30m處平行布置兩條回風(fēng)大巷。

采區(qū)巷道的布置沿用了漳村礦井已有的三條巷道和仰采工作面下部布置的排水進(jìn)風(fēng)巷和排水回風(fēng)巷。采區(qū)的回采工作面巷道采用雙巷制，即兩條進(jìn)風(fēng)，兩條回風(fēng)。工作面運(yùn)輸巷采用機(jī)軌合一的布置方式，工作面運(yùn)輸巷用來放置裝有移動(dòng)變電站、噴霧泵站、乳化液泵站、開關(guān)柜、電纜的設(shè)備列車。采區(qū)內(nèi)工作面上下兩巷均通過斜巷分別與輔運(yùn)大巷、主運(yùn)大巷和回風(fēng)大巷相連接。

井田內(nèi)3號(hào)煤層賦存總趨勢是東高西低，東部煤層較為平緩，在走向和傾斜方向起伏不大。基于此，西部擴(kuò)區(qū)共設(shè)一個(gè)水平，以副立井井筒落至3號(hào)煤層的見煤點(diǎn)標(biāo)高確定為開采水平的標(biāo)高，水平標(biāo)高為+480m。

西部擴(kuò)區(qū)共劃分為三個(gè)采區(qū)進(jìn)行開拓。25采區(qū)位于擴(kuò)區(qū)東北部；26采區(qū)位于擴(kuò)區(qū)中西部，兩翼開采；27采區(qū)位于擴(kuò)區(qū)中南部，兩翼開采。采區(qū)接替順序?yàn)椋?5采區(qū)→26采區(qū)→27采區(qū)。

該方案采用了目前已習(xí)慣使用的傾斜長壁低位放頂煤綜合機(jī)械化采煤方法，仰采推進(jìn)，全部垮落法管理頂板。

2.3.2 方案二

方案二的開拓布局基本同方案一，主要區(qū)別在于井下采煤方法的選擇，考慮到擴(kuò)區(qū)西部3#煤層傾角變化較大，煤層傾角在17°左右，方案二將采煤方法變?yōu)樽呦蜷L壁采煤法，采用這種采煤方法后，井下開拓巷道即為采區(qū)準(zhǔn)備巷道，形成了井下“采準(zhǔn)合一”的巷道布置形式，可在開拓巷道兩側(cè)直接布置回采工作面，從而減少了采區(qū)準(zhǔn)備巷道的井巷工程量。

方案二水平劃分同方案一。西部擴(kuò)區(qū)共劃分為三個(gè)采區(qū)進(jìn)行開拓。25采區(qū)位于擴(kuò)區(qū)東部，26采區(qū)位于擴(kuò)區(qū)中部，27三采區(qū)位于擴(kuò)區(qū)西部，均布置走向長壁工作面。采區(qū)接替順序?yàn)椋?5采區(qū)→26采區(qū)→27采區(qū)。

方案二采用了走向長壁低位放頂煤一次采全高綜合機(jī)械化采煤方法，全部垮落法管理頂板。

2.3.3 方案三

方案三的開拓布局是在方案一和方案二的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，主要區(qū)別在于井下開拓大巷的位置不同，結(jié)合地面建筑物的位置，在不搬遷村莊、不影響地面7個(gè)村莊居民生活的前提下，井下開拓大巷均布置在地面建筑物保護(hù)煤柱范圍內(nèi)，這樣可增加西部擴(kuò)區(qū)的可采儲(chǔ)量約250萬t，并加大了回采工作面的推進(jìn)長度。該開拓方案的主要特點(diǎn)表現(xiàn)在西部擴(kuò)區(qū)以走向長壁采煤法為主，這樣既可為全礦井的安全持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)提供保證，初期投產(chǎn)的25采區(qū)可為漳村煤礦生產(chǎn)安全穩(wěn)定過渡創(chuàng)造一個(gè)有利的條件，同時(shí)還可為生產(chǎn)后期擴(kuò)大生產(chǎn)能力創(chuàng)造一定的有利條件。

方案三水平劃分也同方案一。西部擴(kuò)區(qū)共分為五個(gè)采區(qū)進(jìn)行開拓。采區(qū)邊界為地面建筑物保護(hù)煤柱的自然分界線。25采區(qū)位于擴(kuò)區(qū)東北部，布置傾斜長壁工作面，便于基建期間較為平穩(wěn)地安全生產(chǎn)過渡；26采區(qū)位于擴(kuò)區(qū)中北部，27采區(qū)位于擴(kuò)區(qū)西北部，均布置為走向長壁工作面；28采區(qū)位于擴(kuò)區(qū)東南部，29采區(qū)位于擴(kuò)區(qū)西南部，布置傾斜長壁工作面。采區(qū)接替順序?yàn)椋?5采區(qū)→26采區(qū)→27采區(qū)→28采區(qū)→29采區(qū)。

方案三采用了走向長壁低位放頂煤一次采全高綜合機(jī)械化采煤方法，全部垮落法管理頂板。

井田開拓方案三如圖1所示。

2.3.4 方案技術(shù)比選

1)方案一優(yōu)缺點(diǎn)分析。方案一的優(yōu)點(diǎn)在于能夠更好地發(fā)揮漳村礦井已成功積累的仰采治水優(yōu)勢；缺點(diǎn)在于井下開拓巷道占用的煤炭資源量較多，同時(shí)井下采區(qū)巷道的工程量相對(duì)較大。

2)方案二優(yōu)缺點(diǎn)分析。方案二的優(yōu)點(diǎn)在于井下形成了 “采準(zhǔn)合一”的巷道布置形式，可在開拓巷道兩側(cè)直接布置回采工作面，從而減少了采區(qū)準(zhǔn)備巷道的井巷工程量，搬遷村莊解放壓煤；缺點(diǎn)在于搬遷村莊影響當(dāng)?shù)鼐用裆?，社?huì)影響和工程難度較大。

3)方案三優(yōu)缺點(diǎn)分析。方案三的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在井下開拓巷道均布置在地面建構(gòu)筑物保護(hù)煤柱之內(nèi)，可增加西部擴(kuò)區(qū)的可采儲(chǔ)量約250萬t，經(jīng)濟(jì)效益突出，加大了回采工作面的推進(jìn)長度，同時(shí)設(shè)置的井下緩沖煤倉，可減少西部擴(kuò)區(qū)煤炭主運(yùn)輸環(huán)節(jié)事故對(duì)擴(kuò)區(qū)生產(chǎn)的影響，初期投產(chǎn)的25采區(qū)可為漳村煤礦生產(chǎn)安全穩(wěn)定過渡創(chuàng)造一個(gè)有利的條件，其缺點(diǎn)表現(xiàn)在井下增加了一個(gè)煤炭轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)，生產(chǎn)管理相對(duì)復(fù)雜。

綜合以上三個(gè)開拓方案，經(jīng)技術(shù)比較后，方案二和方案三較方案一具有較強(qiáng)的優(yōu)越性；經(jīng)工程復(fù)雜程度比較后，方案三優(yōu)于方案一和方案二?？紤]到方案三工程量較小，大巷煤柱與村莊煤柱重疊布置，節(jié)約資源，并且社會(huì)影響小，工程難度較小，為此，設(shè)計(jì)推薦方案三為漳村礦井西部擴(kuò)區(qū)的開拓方案。

圖1 井田開拓方案三

3 結(jié) 語

根據(jù)漳村煤礦3號(hào)煤層賦存條件和開采技術(shù)條件、采煤方法、井下主輔運(yùn)輸方式、村莊煤柱及斷層的分布情況等因素，本著合理開發(fā)、簡化開拓系統(tǒng)，減少井巷工程量，有利于礦井通風(fēng)和安全開采，保證礦井生產(chǎn)采區(qū)正常接替等原則，將西部擴(kuò)區(qū)新增的輔助工業(yè)場地布置在西部擴(kuò)區(qū)的邑子村東北方向，場地內(nèi)新增副立井和西回風(fēng)立井兩個(gè)井筒，井田開拓采用“斜井+立井”混合開拓方式；布置一個(gè)水平開拓西部擴(kuò)區(qū)的3號(hào)煤層，其水平標(biāo)高為+480m；將西部擴(kuò)區(qū)共分為五個(gè)采區(qū)，采區(qū)接替盡量保持礦井東、西兩翼采區(qū)開采的平衡，并根據(jù)與井筒的位置關(guān)系由近及遠(yuǎn)接替。