山西方山金暉瑞隆煤業(yè)工業(yè)場地保護(hù)煤柱開采可行性論證

王秀鵬

山西方山金暉瑞隆煤業(yè)有限公司 山西呂梁 033100

1 礦區(qū)概述

1.1 工業(yè)場地建（構(gòu)）筑物概況

山西方山金暉瑞隆煤業(yè)有限公司工業(yè)場地位于礦井中央，保護(hù)范圍南北走向長度為520m，東西傾向長度為750m。工業(yè)場地地表為黃土高原，地貌類型以侵蝕的黃土梁、峁為主，其次為黃土沖溝，工業(yè)場地地面標(biāo)高+1180m，井下5#煤標(biāo)高+930m 至+990m，埋深160-220m，基巖約100m。

1.2 工業(yè)場地建（構(gòu)）筑物保護(hù)級別

工業(yè)場地廣場上的各類各型建（構(gòu)）筑物，抗變形能力及允許的沉降和變形各不相同，對礦井安全生產(chǎn)的重要性各不相同。中央變電所，據(jù)了解其允許的沉降量小于200mm，超過這個值，就有刀閘合不到位的可能，帶來全礦井的供電中斷，安全隱患較大；主、副井井筒內(nèi)有罐籠、箕斗和罐道梁，井架頂部天輪，變形超過允許值會造成提升設(shè)備不能安全運轉(zhuǎn)，既有安全隱患又造成礦井停產(chǎn)；洗煤廠有高速運轉(zhuǎn)的洗選設(shè)備，對變形的要求也比較嚴(yán)苛；相對地，儲煤筒倉、風(fēng)井及辦公樓、宿舍樓、機修廠等各種建筑物對沉降和變形的允許值相對地要大一些；因此，把工業(yè)場地西部的井筒、中央變電所、洗煤廠列為主要保護(hù)對象，沉降量控制在200mm、變形控制在《“三下”采煤規(guī)范》規(guī)定的I 級范圍內(nèi)；把洗煤廠以東的建(構(gòu))筑物（包括風(fēng)井）列為次要的保護(hù)對象，變形控制在《“三下”采煤規(guī)范》規(guī)定的II 級范圍內(nèi)。

2 工業(yè)場地下壓煤開采方案

2.1 前期方案計算

工業(yè)場地保護(hù)煤柱可能的開采方案有搬遷異地重建（東部全采）、條帶開采、充填開采。

（1）東部全采方案。東部全采方案中，工業(yè)場地保護(hù)煤柱西部主井、副井保護(hù)煤柱保留不采，只在東部煤柱布置長壁綜放工作面，全部垮落法管理頂板。根據(jù)保護(hù)煤柱范圍、斷層分布、臨近工作面及巷道布置情況，5#煤布置3 個工作面，8+10#煤布置2 個工作面。

該方案經(jīng)預(yù)計，地表最大下沉達(dá)到4300mm，水平變形67.6mm/m。5#煤開采引起的地表最大下沉4300mm，最大水平變形為67.6/-56.9mm/m，最大傾斜為56.8mm/m；8+10#煤開采引起的地表最大下沉5270mm，最大水平變形為34.6/-66.6mm/m，最大傾斜為65.0mm/m；回風(fēng)立井、主廠房、變電所等均發(fā)生較大的地表下沉、水平變形和傾斜，采動損壞等級達(dá)IV 級。不滿足要求。

（2）條帶開采方案。條帶開采方案中，將兩層煤的工業(yè)場地保護(hù)煤柱以洗煤廠為界分為東西兩部分，東部區(qū)域地表采動影響應(yīng)控制在采動損害II 級以內(nèi)，西部區(qū)域地表采動影響應(yīng)控制在采動損害I 級以內(nèi)。在工業(yè)場地保護(hù)煤柱范圍內(nèi)，在距離主井、副井、風(fēng)井一定距離之外布置條帶工作面，根據(jù)煤層覆巖結(jié)構(gòu)、保護(hù)煤柱范圍、斷層分布、回風(fēng)大巷布置情況，進(jìn)行了條帶工作面的布置。

（3）充填開采方案。充填開采方案中，在工業(yè)場地保護(hù)煤柱范圍內(nèi)，根據(jù)煤層覆巖結(jié)構(gòu)、保護(hù)煤柱范圍、斷層分布、回風(fēng)大巷布置情況，在距離主井、副井、風(fēng)井一定距離之外全部布置充填工作面。5#煤工廣煤柱中共布置5 個充填工作面，8+10#煤工廣煤柱中共布置7 個充填工作面。從充填可操作性、充填效果控制等方面考慮，5#煤單層一次充填，采高5.0m，8+10#煤分2 層充填，單層采高分別為4.75m。

充填開采方案能實現(xiàn)建構(gòu)筑物保護(hù)要求。地表建構(gòu)筑物變形能控制在變形范圍內(nèi)。

2.2 充填開采方案優(yōu)化及風(fēng)井搬遷與否方案對比

（1）不搬遷風(fēng)井方案。結(jié)合現(xiàn)場施工實際情況，對不搬遷風(fēng)井充填方案進(jìn)行了優(yōu)化，確保主副井變形控制在1mm/m 以內(nèi)。

具體方案為：5#煤工作面調(diào)整為3 個，8+10#煤工作面調(diào)整為6 個，為了減輕變電所所受采動影響，對下方的8+10#煤煤柱3 工作面限厚5m。

由預(yù)計結(jié)果可知，調(diào)整后的充填開采方案對變電所的采動影響顯著減小，地表主立井、副立井、綜合樓、主廠房、回風(fēng)立井等所受采動影響也滿足控制要求[1]。

（2）風(fēng)井搬遷充填開采方案分析。在充填開采優(yōu)化方案基礎(chǔ)上，將風(fēng)井搬遷重建，從而解放部分風(fēng)井煤柱和回風(fēng)大巷煤柱資源，并重新劃定充填工作面。由預(yù)計結(jié)果可知，風(fēng)井搬遷充填開采方案主要對公路的影響范圍和量值有所變化，但整體公路所受采動影響達(dá)到采動損壞等級II 級，會形成明顯裂縫和塌陷，需要采取一定維護(hù)措施保證公路通行，地表主立井、副立井、綜合樓、主廠房等所受采動影響滿足控制要求。

（3）風(fēng)井搬遷與否對比。風(fēng)井搬遷方案比不搬遷方案多解放資源量108 萬t，預(yù)計多采出30 萬t，且減少了兩次工作面搬家次數(shù)。但多投入約960 萬元（其中新風(fēng)井設(shè)備及施工費約760 萬元，技術(shù)報告編制征地及協(xié)調(diào)費約200 萬元），經(jīng)濟效益多478 萬。

3 結(jié)語

通過對瑞隆煤礦地質(zhì)采礦條件、工業(yè)場地建（構(gòu)）筑物情況的深入分析，并通過破壞性開采方案和保護(hù)性開采方案的技術(shù)經(jīng)濟分析，確定了工業(yè)場地建（構(gòu)）筑物壓煤開采的最終方案，并結(jié)合最終的推薦方案進(jìn)行了初步設(shè)計。主要得出以下結(jié)論。

（1）根據(jù)對工業(yè)場地保護(hù)煤柱資源量及其開采技術(shù)途徑分析，為了提高礦井資源回收率和延長礦井服務(wù)年限，工業(yè)場地壓煤開采是必要和可行的。

（2）通過對工業(yè)場地保護(hù)煤柱東部全采方案、條帶開采方案、充填開采方案的技術(shù)對比，東部全采方案不能滿足工業(yè)場地地表沉陷控制要求；兩層煤開采選用條帶開采方案時，工作面寬度在35-45m 之間，巷道掘進(jìn)率低且難以放煤；充填開采方案能實現(xiàn)工業(yè)場地重要建構(gòu)筑物的保護(hù)和井下煤炭資源的回收。

（3）通過多個方案的計算，提出了滿足地面建構(gòu)筑物保護(hù)要求的搬遷風(fēng)井及不搬遷風(fēng)井兩個方案的工作面布置設(shè)計。不搬遷方案5#煤工作面為5 個，采高均為5m；8+10#煤工作面為11個，其中采高5m 的6 個，采高4m 的5 個，預(yù)計可采出259 萬t。搬遷風(fēng)井方案5#煤工作面為3 個，采高均為5m；8+10#煤工作面為11 個，其中采高5m 的6 個，采高4m 的5 個，預(yù)計可采出289 萬t。初步經(jīng)濟對比認(rèn)為搬遷風(fēng)井方案比不搬遷方案利潤多478 萬元，預(yù)計開采盈利約2591.38 萬元。

（4）主副井保護(hù)煤柱內(nèi)采用局部短壁充填開采，即8#煤采高5m，采寬5m，留寬8m，短壁工作面長度47-91m 不等，預(yù)計可采出5.2 萬t 煤炭資源。