米山煤業(yè)15號(hào)煤北翼大巷布置優(yōu)化方案

呂傳慶

(晉城宏圣建筑工程有限公司，山西 晉城 048006)

煤炭作為我國(guó)主要能源供應(yīng)方式，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著舉足輕重的作用。為了保障煤炭資源的安全供應(yīng)，各生產(chǎn)礦井必須處理好正常生產(chǎn)和延伸接替之間的關(guān)系。但對(duì)于煤礦而言，礦井正常生產(chǎn)與延伸接替發(fā)生沖突也時(shí)有發(fā)生，當(dāng)沖突發(fā)生時(shí)，如何通過(guò)方案比選尋求安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的方案是關(guān)鍵。

1 概 況

米山煤業(yè)采用斜井開拓方式，布置有主斜井、副斜井和回風(fēng)立井3個(gè)井筒。礦井采用單水平開采井田內(nèi)15號(hào)煤層，水平標(biāo)高+731.5 m，15號(hào)煤層共劃分為4個(gè)采區(qū)，現(xiàn)生產(chǎn)采區(qū)為井田東部的一采區(qū)，接替采區(qū)為二采區(qū)。

礦井現(xiàn)回采工作面為15103工作面，剩余推進(jìn)長(zhǎng)度約300 m，可采期約2個(gè)月。一采區(qū)內(nèi)剩余可采工作面為15104工作面，目前已經(jīng)形成，共布置有15104軌道巷、15104回風(fēng)巷和15104運(yùn)輸巷3條巷道，并規(guī)劃作為北部擴(kuò)區(qū)開拓大巷使用。15104工作面東側(cè)為一采區(qū)已采采空區(qū)，西側(cè)為15103工作面，南側(cè)為15號(hào)煤開拓大巷，北側(cè)為礦井北界。

預(yù)計(jì)15103工作面回采結(jié)束后，接替二采區(qū)尚不能形成，因此，為了滿足礦井正常采掘銜接需要，亟需回采一采區(qū)15104工作面。但是，根據(jù)礦井開拓規(guī)劃，為延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限，該礦正在申辦北部擴(kuò)區(qū)資源(位于15號(hào)煤一采區(qū)北部)。如果回采了15104工作面，將會(huì)破壞通向北部擴(kuò)區(qū)的開拓通道。如何更加合理地布置15號(hào)煤北翼大巷，使得15104工作面可以正常回采保證礦井采掘接替的情況下，實(shí)現(xiàn)北部擴(kuò)區(qū)開拓巷道系統(tǒng)簡(jiǎn)單、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理，需要對(duì)15號(hào)煤北翼大巷布置進(jìn)行優(yōu)化研究。

2 一采區(qū)大巷優(yōu)化方案

按照礦井銜接計(jì)劃，結(jié)合15號(hào)煤層采掘現(xiàn)狀、采煤方法及巷道施工條件，對(duì)15號(hào)煤北翼大巷布置提出如下3個(gè)方案進(jìn)行比選：

2.1 方案一

15104工作面利用15104軌道巷、回風(fēng)巷采用一進(jìn)一回、兩巷布置進(jìn)行回采，僅保留15104運(yùn)輸巷，改造后作為15號(hào)煤北翼運(yùn)輸巷使用(采用機(jī)軌合一運(yùn)輸方式)。在15104運(yùn)輸巷東部與已回采工作面停采線之間的煤柱區(qū)內(nèi)平行于15104運(yùn)輸巷新掘15號(hào)煤北翼回風(fēng)巷。15號(hào)煤北翼大巷布置(方案一)見圖1.

圖1 15號(hào)煤北翼大巷布置方案一平面圖

其中,15號(hào)煤北翼回風(fēng)巷與東部已回采工作面停采線之間凈煤柱按8 m左右留設(shè)[1-3]，與15號(hào)煤北翼運(yùn)輸巷(原15104運(yùn)輸巷)間凈煤柱按20 m左右留設(shè)。同時(shí)，為了便于巷道施工和維護(hù)，新掘北翼回風(fēng)巷應(yīng)在15104工作面回采結(jié)束1年以上，待回采引起的圍巖壓力穩(wěn)定后實(shí)施。

15104工作面回采后，將導(dǎo)致15號(hào)煤北翼運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷所在的煤柱區(qū)處于孤島狀態(tài)，導(dǎo)致應(yīng)力集中，不利于巷道使用維護(hù)。為了減少對(duì)巷道煤柱的壓力，切斷應(yīng)力傳遞，對(duì)15104工作面回風(fēng)順槽實(shí)施切頂卸壓措施是十分必要的[4-5].

15號(hào)煤北翼運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷斷面按照滿足運(yùn)輸、通風(fēng)要求進(jìn)行確定，15號(hào)煤北翼大巷技術(shù)特征見表1，其中：

表1 15號(hào)煤北翼大巷技術(shù)特征表

1)北翼運(yùn)輸巷為改造利用既有巷道(原15104運(yùn)輸巷)，總長(zhǎng)度2 050 m，巷道內(nèi)布置帶寬1.0 m帶式輸送機(jī)，同時(shí)運(yùn)行無(wú)軌膠輪車，采用機(jī)軌合一運(yùn)行方式，擔(dān)負(fù)15號(hào)煤北翼主輔運(yùn)輸和進(jìn)風(fēng)任務(wù)。改造后的15號(hào)煤北翼運(yùn)輸巷沿煤層頂板掘進(jìn)，采用矩形斷面，凈寬6.0 m，凈高3.0 m，凈斷面18.0 m2，采用錨網(wǎng)噴+錨索聯(lián)合支護(hù)方式。

2)北翼回風(fēng)巷為部分新掘、部分利用既有巷道，總長(zhǎng)度2 020 m，擔(dān)負(fù)15號(hào)煤北翼回風(fēng)任務(wù)，沿15號(hào)煤頂板掘進(jìn)，采用矩形斷面，凈寬4.5 m，凈高3.0 m，凈斷面13.5 m2，采用錨網(wǎng)噴+錨索聯(lián)合支護(hù)方式。

2.2 方案二

15104工作面利用15104軌道巷、回風(fēng)巷和運(yùn)輸巷進(jìn)行回采，采用“110工法”對(duì)回風(fēng)巷實(shí)施切頂卸壓沿空留巷[6-7]，形成Y型通風(fēng)系統(tǒng)。其中,15104膠帶順槽利用原15104軌道巷，15104回風(fēng)順槽利用原15104回風(fēng)巷，15104尾部進(jìn)風(fēng)巷利用原15104運(yùn)輸巷。

將沿空留巷后的15104回風(fēng)巷作為15號(hào)煤北翼回風(fēng)巷，與15號(hào)煤北翼運(yùn)輸巷(原15104運(yùn)輸巷)形成一進(jìn)一回系統(tǒng)，擔(dān)負(fù)15號(hào)煤北翼運(yùn)輸和進(jìn)、回風(fēng)任務(wù)。15號(hào)煤北翼大巷布置(方案二)見圖2.

圖2 15號(hào)煤北翼大巷布置方案二平面圖

15104工作面回采后，將導(dǎo)致15號(hào)煤北翼運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷所在的煤柱區(qū)處于孤島狀態(tài)，導(dǎo)致應(yīng)力集中，15104回風(fēng)巷沿空留巷存在一定難度。因此，針對(duì)15104回風(fēng)巷切頂卸壓后留巷情況分析如下：

1)如果后期15104回風(fēng)巷沿空留巷效果較好，對(duì)留巷采空區(qū)側(cè)采取隔離噴漿或者補(bǔ)砌墻體等方法，亦可滿足15號(hào)煤北翼回風(fēng)需要，此時(shí)與15號(hào)煤北翼運(yùn)輸巷(刷大15104運(yùn)輸巷)形成一進(jìn)一回系統(tǒng)，共同擔(dān)負(fù)北翼運(yùn)輸和進(jìn)、回風(fēng)任務(wù)。

2)如果后期留巷效果不好，廢棄15104回風(fēng)巷后，再在15104運(yùn)輸巷東部與已回采工作面停采線之間的煤柱區(qū)內(nèi)新掘北翼回風(fēng)巷，即改用方案一。

15號(hào)煤北翼運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷斷面布置及技術(shù)特征同方案一。

2.3 方案三

在15104回風(fēng)巷西側(cè)平行于回風(fēng)巷距離30 m分段新掘15104工作面回風(fēng)順槽，與15104軌道巷形成一進(jìn)一回U型布置回采后，保留東側(cè)15104回風(fēng)巷和運(yùn)輸巷兩條巷道滿足北部擴(kuò)區(qū)生產(chǎn)需要。即為了滿足15104工作面正常銜接需要，利用15104運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷形成一進(jìn)一回生產(chǎn)系統(tǒng)，從開切眼向外分段掘進(jìn)工作面回風(fēng)順槽，擔(dān)負(fù)工作面回風(fēng)和輔助運(yùn)輸任務(wù)。15104軌道巷作為工作面運(yùn)輸順槽，鋪設(shè)帶寬1.0 m帶式輸送機(jī)，擔(dān)負(fù)工作面進(jìn)風(fēng)和主運(yùn)輸任務(wù)。

新掘15104回風(fēng)順槽沿15號(hào)煤頂板掘進(jìn)，總長(zhǎng)度1 740 m，采用矩形斷面，凈寬4.5 m，凈高3.0 m，凈斷面13.5 m2，采用錨網(wǎng)+錨索聯(lián)合支護(hù)方式。

15號(hào)煤北翼大巷布置(方案三)見圖3.

圖3 15號(hào)煤北翼大巷布置方案三平面圖

該方案15104回采面切眼長(zhǎng)度將由150 m縮短到120 m，損失煤量7.3萬(wàn)t.

2.4 方案比選

上述3個(gè)方案主要從資源回收率、巷道工程量、留巷施工成本、實(shí)施難易程度等方面進(jìn)行比較。

方案一：需要新掘巷道2 020 m，15號(hào)煤北翼回風(fēng)巷掘進(jìn)成本按4 500元/m計(jì)，施工費(fèi)用需909萬(wàn)元；留巷過(guò)程需要預(yù)裂爆破工序，以施工切縫孔+爆破費(fèi)用904.1元/m計(jì)，留巷1 760 m，施工費(fèi)用需159.12萬(wàn)元。

方案二：不需要新掘巷道；留巷過(guò)程需要預(yù)裂爆破、支護(hù)、高水充填等工序，以施工切縫孔+爆破費(fèi)用904.1元/m，施工恒阻錨索、W鋼帶、單體柱補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)費(fèi)用2 894.5元/m，高水充填體費(fèi)用為3 000元/m計(jì)算，留巷1 760 m，需要費(fèi)用1 196.55萬(wàn)元。

方案三：需要新掘巷道1 760 m，15號(hào)煤回風(fēng)順槽掘進(jìn)成本按3 500元/m計(jì)，施工費(fèi)用需要616萬(wàn)元；留巷1 760 m，施工切縫孔+爆破費(fèi)用為904.1元/m，留巷費(fèi)用159.12萬(wàn)元，合計(jì)施工費(fèi)用775.12萬(wàn)元。該方案損失煤炭資源7.3萬(wàn)t，以噸煤利潤(rùn)300元計(jì)算，則損失利潤(rùn)2 190萬(wàn)元。

方案比較見表2.

表2 方案比較表

綜上所述，從實(shí)施總費(fèi)用最少、實(shí)施難度最小考慮，推薦采用方案一。

3 結(jié)束語(yǔ)

為了保證礦井正常生產(chǎn)銜接，同時(shí)為北部擴(kuò)區(qū)開采留出開拓通道，在分析15號(hào)煤采掘現(xiàn)狀、煤層開采及巷道施工條件的基礎(chǔ)上，本著系統(tǒng)簡(jiǎn)單、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的原則，提出了3個(gè)技術(shù)可行的實(shí)施方案，經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，最終確定采用方案一。