莊旺礦配采工藝優(yōu)化方案的研究

黨利亞

（山西寧武大運華盛能源集團有限公司，山西 忻州036700）

山西煤炭資源經過多次的兼并重組后，給煤礦的采掘條件帶來了巨大的改變。受此影響，整合后的煤礦在資源開采方面難免存在連續(xù)性差、采掘成本高、采空區(qū)面積大、巷道頂底板管理復雜等情況[1-2]。同時，下游市場對煤炭品質的要求越來越高，部分資源不佳的煤礦會在有限的井田范圍內，優(yōu)先對煤質較好的煤炭資源進行開采，從而造成了低灰、低硫、高熱量煤炭的過度開采，也對煤礦的長遠發(fā)展帶來不良影響。

因此，為了實現煤炭資源的高效利用并為煤礦長期的經濟效益做考慮，需要有針對性的對煤礦制定不同煤層間的配采方案，從而達到煤炭資源的高效、經濟開采[3]。

1 項目概況

莊旺煤礦位于山西忻州寧武縣，為了確保企業(yè)生產安全，有效減少采掘活動所產生的多重擾動作用，需要對原先采掘順序進行優(yōu)化，將具有安全隱患的50206工作面暫緩開采。

50206工作面北面為50205工作面，50205工作面北部的50204工作面已回采完畢，南部為50206工作面回風順槽掘進面（暫時封閉），50205工作面上部采空區(qū)的集中應力及50205工作面北部采空區(qū)的集中應力的集中顯現，再加之采掘活動的多重影響，給巷道維護和頂板管理造成很大困難，不僅技術上和管理上難度大，而且安全上受到威脅。根據現采掘現狀，3號煤層301采區(qū)僅剩1個工作面，即30103工作面，該工作面上部2號煤層已回采完畢，且與上部2號煤層間距較小，平均為7.5 m。上部2號煤層采空區(qū)集中應力顯現，使巷道支護造成困難，安全上有一定的威脅。再由于下部5號煤層工作面暫時不采，因此為了確保礦井安全生產，30103工作面與下部50205、50206工作面均暫時不采。待周邊集中應力釋放后，根據采掘接替的需要再適時開采。

2 井田開拓與井下開采方案

2.1 井田開拓

莊旺煤礦利用現有的井筒采用斜井開拓方式，其中，主斜井與副斜井為半圓拱形斷面，均落底在5號煤層底板中部位置。主斜井凈寬3.4 m，凈斷面積9.3 m2，落于5號煤層底板中部，裝備帶式輸送機，主要負責生產煤炭的提升工作；副斜井凈寬3.8 m，凈斷面積11 m2，傾角15°，斜長482.0 m，裝備單鉤串車，擔負礦井的材料、設備和人員的運輸工作。具體煤層的開拓布置如下：

1）2號與3號煤層聯合布置分層開采，其中沿2號煤層布置采區(qū)運料巷、采區(qū)運輸巷和采區(qū)回風巷。三條巷道間距25 m，向井田南部延伸至距井田南部邊界390 m處。井田北部延伸至201采區(qū)北部邊界處，201采區(qū)軌道巷通過軌道暗斜井與502采區(qū)軌道巷連接，201采區(qū)運輸巷通過2號煤層采區(qū)煤倉與502采區(qū)運輸巷連接；形成開采2號、3號煤層的生產系統(tǒng)。

2）5號煤層現有4條下山開拓，均布置于5號煤層中。集中軌道下山、運輸下山在井田中部平行于井田邊界南北向布置4條采區(qū)巷，分別為5號煤層502采區(qū)運料巷、運輸巷、回風巷、進風行人巷。4條采區(qū)巷道間距25 m，分別通過集中軌道下山、集中運輸下山、聯絡巷、井底煤倉、井底車場、5號煤層進/回風大巷與4個井筒相連，形成開采5號煤層的生產系統(tǒng)。

配采開拓方面，筆者利用現有開拓系統(tǒng)，對2號煤層201采區(qū)的運輸巷沿煤層底板布置，采區(qū)運料巷和回風巷沿煤層頂板布置；5號煤層進風行人巷、回風巷沿煤層頂板布置，502采區(qū)運輸巷沿煤層底板布置，采區(qū)運料巷沿煤層中部布置。

2.2 井下開采

根據礦井優(yōu)化后采掘接替順序，礦井3號煤層開采時其上覆2號煤層必須回采完畢。同時為避免應力集中的影響，3號煤層與2號煤層在內錯布置時必須保持一定間隔。另外礦井3號煤層與5號煤層配采期必須保證5號煤層開采時其上覆3號煤層工作面始終超前5號煤層工作面150 m以上。參考礦井資源儲量、井下大巷布置的特點及井田邊界的特點，分別將全井田2號煤層劃分為201、202采區(qū)，3號煤層劃分為301、302采區(qū)，5號煤層劃分為501、502、503采區(qū)。

開采過程中，將201采區(qū)、301采區(qū)、502采區(qū)分成南、北兩段，以5號煤層502采區(qū)中部和50204工作面采空區(qū)及2號、3號蹬空區(qū)域保護煤柱為界。煤層配采共分為三個階段進行。

1）階段一。由于201采區(qū)（北段）西面2號煤層較穩(wěn)定，先將201采區(qū)（北段）20109工作面與502采區(qū)50207工作面進行配采，具體順序：20109工作面→20106工作面→20108工作面→30103工作面→20107工作面→20105工作面；同時配采50207工作面→50205工作面。

2）階段二。優(yōu)先配采完畢2號煤層后，接著對301采區(qū)（北段）3號煤層工作面與502采區(qū)（南段）50205工作面（剩余部分）、50206工作面進行配采，具體順序：30109工作面→30106工作面→30108工作面→30107工作面→30105工作面；同時配采50205回采工作面（剩余部分）→50206回采工作面。

3）階段三。301采區(qū)（北段）3號煤層配采完畢后，單采50206工作面（配采剩余部分）→502采區(qū)（北段）5號煤層，順序：單采50206工作面（配采剩余部分）→502采區(qū)（北段）5號煤層。

在對礦井配采進行優(yōu)化設計后，將對2號煤層201采區(qū)與5號煤層502采區(qū)進行配采，全井田共布置1個2號煤層回采工作面（20109回采工作面），1個5號煤層回采工作面。

20109工作面中部有大運路保護煤柱，嚴格按照批準的保護煤柱留設。嚴禁進入20109工作面中部大運路保護煤柱內回采。回采至大運路東部保護煤柱邊界時必須停止回采，需在大運路西部保護煤柱邊界外重新開切眼，重新布置工作面。在20109工作面西部重新開切眼前，必須保證前方回采過的區(qū)域內頂板垮落穩(wěn)定后，才可重新開切眼。防止大面積空頂，及時采取專項頂板安全技術措施，確保頂板及時垮落，確保安全生產。

2.3 井下硐室設置

201采區(qū)運料巷最底部設有泄水硐室，201采區(qū)涌水經泄水硐室流入502采區(qū)主副水倉，502采區(qū)運料巷底部建有502采區(qū)水泵房和主、副水倉，此兩采區(qū)均采用錨索錨網噴支護。

201采區(qū)運輸巷鋪設帶式輸送機，擔負采區(qū)煤炭運輸任務；201采區(qū)、502采區(qū)運料巷采用雙速提升絞車牽引礦車、材料車、平板車提升運輸，擔負采區(qū)輔助提升運輸任務；201采區(qū)、502采區(qū)回風巷擔負采區(qū)回風任務。

由于莊旺礦2號、3號煤層屬近距離煤層，5號煤層屬特厚煤層，筆者建議對準備巷道、回采巷道進行專項支護設計，制定專項安全技術措施以確保安全生產。

2.4 采煤方法與設備

根據莊旺礦煤層特點的不同，需要針對各煤層采用不同的采煤方法與工藝進行配采：2號與3號煤層均采用綜采一次采全高采煤法，而5號煤層采用綜采放頂煤采煤法，所有煤層的開采均使用全部垮落法對頂板進行管理。

表1 煤層工作面主要設備表

在配采過程中，回采工藝及設備使用方面存在一定的差異，2號與3號煤層的回采工藝流程基本相同，均為：試機→雙滾筒采煤機進刀割煤→伸伸縮梁→移架→推刮板輸送機。5號煤層回采工作面采用追機放頂煤的作業(yè)方式，回采工藝略有不同，放頂煤步距0.80 m，推刮板輸送機作業(yè)完成后進行放頂煤工作。不同煤層設備使用的差別參見表1。

3 結語

莊旺煤礦由于原設計采掘工作面上部采空區(qū)的應力較為集中的現象明顯，加之巷道采掘活動頻繁，對頂底板的維護和管理帶來諸多安全隱患。該礦根據礦井資源和開采條件，在現有開拓布置的基礎上，充分利用現有井上下設施提出新的配采方案。在煤層開采順序優(yōu)化調整后，對提高煤礦經濟效益、維持企業(yè)長治久安，帶動煤礦經濟全面發(fā)展起到了良好的效果。