生輝礦井整合采區(qū)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計研究

王志勇

（山西臨汾能源有限責(zé)任公司， 山西 臨汾 041000）

煤炭支撐我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，有關(guān)資料顯示，十三五期間，我國能源結(jié)構(gòu)中的煤炭消費(fèi)量占比仍在60%以上。在煤炭行業(yè)進(jìn)入蕭條時期，許多“小煤窯”停產(chǎn)、停工，“大型煤礦”減產(chǎn)、降價，煤炭企業(yè)的兼并重組逐漸成為常見現(xiàn)象。礦井的重組可以實(shí)現(xiàn)減少煤炭資源丟失、優(yōu)化礦產(chǎn)布局、治理礦井污染等優(yōu)點(diǎn)，從而達(dá)到礦井集約化、簡單化的生產(chǎn)模式，具有科學(xué)發(fā)展觀的理念。煤炭企業(yè)重組兼并后，如何快速形成生產(chǎn)系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)盈利成為礦井首要任務(wù)[1，2]。

由于原小型礦井開采工藝落后、造成環(huán)境的污染嚴(yán)重，為解決礦井污染、礦產(chǎn)分布不合理現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)礦山的可持續(xù)發(fā)展，山西生勝宇祥煤業(yè)有限公司、鄭成家莊礦等重組合并成為山西臨汾生輝煤業(yè)有限公司。為了保證合理開采井田內(nèi)的煤炭資源，提高礦井的綜合機(jī)械化水平，保證礦井的安全生產(chǎn)，盡快實(shí)現(xiàn)礦井投產(chǎn)，提高工作面單產(chǎn)，將資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，礦井重組后開拓系統(tǒng)基本不變，采區(qū)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計研究亟需進(jìn)行開展[3]。本文以山西臨汾生輝煤業(yè)有限公司重組后采區(qū)優(yōu)化為工程對象，通過對采區(qū)布置方式、運(yùn)輸系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、排水系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化，以及首采面布置優(yōu)化設(shè)計，實(shí)現(xiàn)礦井年產(chǎn)90 萬t/a，對類似整合礦井采區(qū)布置、采區(qū)系統(tǒng)設(shè)計有一定指導(dǎo)意義。

1 礦井概況

山西臨汾生輝煤業(yè)有限公司位于位于臨汾市堯都區(qū)一平垣鄉(xiāng)蟒王村，所屬井田位于霍西煤田西南部，該礦為重組整合礦井，所采煤層埋藏淺、資源（儲量）較為可靠、賦存穩(wěn)定、水文條件中等、對開采影響較小，煤層瓦斯相對涌出量1.31 m3/t，屬低瓦斯礦井，開采技術(shù)條件較好，煤質(zhì)品質(zhì)優(yōu)良，具有較強(qiáng)的市場竟?fàn)幜ΓV井重組前，兩礦年生產(chǎn)能力合計41萬t，礦井整合后設(shè)計可采儲量2591.1 萬t，設(shè)計生產(chǎn)能力90 萬t/a，極大提高了礦井竟?fàn)幠芰Α?/p>

礦井采用斜井單水平開拓方式聯(lián)合開采太原組9、10 號煤層（見圖1），生產(chǎn)水平+1 287 m，9 號、10號煤層平均厚度分別為1.06 m、1.55 m，煤層傾角7°～13°，屬緩傾斜煤層。

2 采區(qū)的必要性分析

采區(qū)是指在一階段劃分內(nèi)，沿走向?qū)⑵鋭澐譃槿舾瑟?dú)立采煤的系統(tǒng)。生輝煤業(yè)所采煤層為太原組9、10 號煤層，傾角7～13°，兩煤層間距14.90～30.55 m，平均20.17 m，賦存結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，適用于采區(qū)準(zhǔn)備方式。

礦井采用單水平多采區(qū)準(zhǔn)備方式，聯(lián)合開采2煤層，減少了采區(qū)開拓工程量，降低了投入成本，減少了保護(hù)煤柱的留設(shè)，提高了煤炭資源回收率，實(shí)現(xiàn)“一井一面”，從而形成礦井集約化、簡單化的生產(chǎn)模式。

3 采區(qū)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

3.1 采區(qū)布置方式優(yōu)化

全井田劃分為4 個采區(qū)，9、10 號煤層分別劃分為兩個采區(qū)（見圖1），北部為一采區(qū)，南部為二采區(qū)，為緩解采區(qū)接續(xù)緊張，采用跳煤層采區(qū)接替方式回采，采區(qū)接替順序為：9 號煤層一采區(qū)→10 號煤層一采區(qū)→9 號煤層二采區(qū)→10 號煤層二采區(qū)，可形成“2 煤層-1 水平-2 階段-4 采區(qū)”的開拓準(zhǔn)備方式。

礦井重組后，進(jìn)行移交9 號煤一采區(qū)，考慮到9號煤一采區(qū)內(nèi)原生勝宇祥煤業(yè)已有南北方向布置的巷道，因此利用并延伸井田北部已有的三條9 號煤巷道（原皮帶大巷西部一條巷道、皮帶大巷和軌道大巷）開采9 號煤層一采區(qū)，三條巷道從西向東依次為一采區(qū)軌道上山、一采區(qū)膠帶上山和一采區(qū)回風(fēng)上山。

在井田中部沿東西方向并沿10 號煤層布置一組巷道開采10 號煤層一采區(qū)，在井田南部沿井田西南邊界保護(hù)煤柱布置一組巷道（四條，膠帶巷沿10號煤布置，回風(fēng)巷沿9 號煤層布置，軌道巷沿9、10煤層各布置一條）聯(lián)合開采井田南部9 號煤層二采區(qū)、10 號煤層二采區(qū)。

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》要求并結(jié)合井田開拓部署及9 號煤一采區(qū)煤層賦存情況，本次優(yōu)化設(shè)計在一采區(qū)軌道上山與一采區(qū)回風(fēng)上山中部增設(shè)了采區(qū)變電所，在一采區(qū)上山低洼處增設(shè)了采區(qū)水倉、水泵房。

3.2 采區(qū)運(yùn)輸系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

3.2.1 運(yùn)煤系統(tǒng)

1）工作面落煤由刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)至運(yùn)輸順槽刮板轉(zhuǎn)載機(jī)，轉(zhuǎn)載至運(yùn)輸順槽一部SSJ1000/2×160 型可伸縮膠帶輸送機(jī)，經(jīng)一采區(qū)膠帶上山帶式輸送機(jī)運(yùn)至井底煤倉，經(jīng)井底煤倉轉(zhuǎn)載至主斜井帶式輸送機(jī)，再經(jīng)主斜井帶式輸送機(jī)運(yùn)送至地面[4]。

2）順槽掘進(jìn)工作面出煤、矸經(jīng)掘進(jìn)工作面帶式輸送機(jī)運(yùn)至一采區(qū)膠帶上山帶式輸送機(jī)上，匯入回煤流系統(tǒng)。

3.2.2 輔助運(yùn)輸系統(tǒng)

優(yōu)化輔助運(yùn)輸系統(tǒng)：工作面的采掘設(shè)備及材料，通過副斜井串車至副斜井井底車場，經(jīng)集中軌道巷、北翼軌道巷無極繩絞車牽引至一采區(qū)軌道上山，再經(jīng)一采區(qū)軌道上山無極繩普軌卡軌車運(yùn)送至順槽口。

3.3 采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

1）進(jìn)風(fēng)（新鮮風(fēng)流）。地面→主、副斜井→清理撒煤斜巷、北翼軌道巷→一采區(qū)軌道上山、一采區(qū)膠帶上山→運(yùn)輸順槽（掘進(jìn)巷道）→采煤工作面（掘進(jìn)工作面）。

2）回風(fēng)（乏風(fēng)風(fēng)流）。采煤工作面（掘進(jìn)工作面）→回風(fēng)順槽（掘進(jìn)巷道）→一采區(qū)回風(fēng)上山→北翼回風(fēng)巷→回風(fēng)大巷西段→回風(fēng)斜井→地面。

3.4 采區(qū)排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

工作面和順槽的積水經(jīng)順槽內(nèi)安設(shè)的水泵及排水管路排至一采區(qū)水倉，再由采區(qū)水泵房水泵房內(nèi)安裝的水泵及一采區(qū)軌道上山敷設(shè)的排水管路排至主、副水倉，最后經(jīng)主排水泵房安裝的水泵及主斜井敷設(shè)的排水管路排至地面井下水處理站。

3.5 采區(qū)首采面優(yōu)化設(shè)計

重組前，礦井采用高檔普采回采工作面，優(yōu)化后，采用走向長壁采煤法，綜采一次采全高回采工藝，全部跨落法管理頂板，提高工作面單產(chǎn)。

利用并延伸原生勝宇祥礦井下西部已有巷道作為9 號煤一采區(qū)首采工作面的回風(fēng)順槽和運(yùn)輸順槽，這兩條巷道并與一采區(qū)膠帶、軌道、回風(fēng)上山連通，構(gòu)成9 號煤一采區(qū)首采工作面的運(yùn)輸、排水、通風(fēng)系統(tǒng)[5]。9 號煤首采工作面垂直于一采區(qū)上山布置，采用一進(jìn)一回，U 型布置，運(yùn)輸順槽進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)順槽回風(fēng)。運(yùn)輸順槽及回風(fēng)順槽均沿9 號煤層底板布置，運(yùn)輸順槽與一采區(qū)膠帶上山連通并通過聯(lián)巷與一采區(qū)軌道上山連通形成工作面的煤炭運(yùn)輸及進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)；回風(fēng)順槽通過聯(lián)巷與一采區(qū)回風(fēng)上山連通形成工作面的回風(fēng)系統(tǒng)，并通過聯(lián)巷及風(fēng)門與一采區(qū)軌道上山連通形成工作面的輔助運(yùn)輸系統(tǒng)。

工作面在采區(qū)內(nèi)采用前進(jìn)式接替，工作面采用回退式開采。礦井重組時，在9 號煤一采區(qū)布置一個綜采工作面、兩個順槽綜掘工作面來保證礦井90 萬t/a 設(shè)計生產(chǎn)能力及正常的采掘接替，礦井采掘比為1∶2[6]。

4 結(jié)論

1）分析了試驗礦井采區(qū)開采的必要性，進(jìn)行了礦井重組后采區(qū)布置方式的設(shè)計優(yōu)化，形成了“2 煤層-1 水平-2 階段-4 采區(qū)”的開拓準(zhǔn)備方式，在此基礎(chǔ)上，同時優(yōu)化設(shè)計了采區(qū)運(yùn)輸系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、排水系統(tǒng)等主要系統(tǒng)。

2）進(jìn)行了礦井重組后首采工作面優(yōu)化布置和采煤工藝，實(shí)現(xiàn)了工作面快速投產(chǎn)，采用優(yōu)化設(shè)計后的采區(qū)系統(tǒng)，年產(chǎn)量可達(dá)1.20 Mt，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀，對類似整合礦井采區(qū)布置、采區(qū)系統(tǒng)設(shè)計有一定指導(dǎo)意義。