基于堡子礦9號(hào)煤層開(kāi)拓延深方案的優(yōu)化探討

蘇振亮

（華陽(yáng)新材料科技集團(tuán)有限公司，山西 陽(yáng)泉 045000）

1 礦井概況

陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)翼城堡子煤業(yè)有限公司位于翼城縣西閆鎮(zhèn)堡子村、侯家坡、曹公村、西崖底村、古十銀村一帶，行政區(qū)劃屬翼城縣西閆鎮(zhèn)管轄。該礦井為低瓦斯礦井，批準(zhǔn)開(kāi)采2～9號(hào)煤層，井田面積7.718 4 km2，生產(chǎn)規(guī)模為0.90 Mt/a。

井田位于沁水煤田南緣，地層傾角一般8°～13°，局部達(dá)25°～35°。井田內(nèi)可采煤層為山西組2號(hào)、3號(hào)和太原組9號(hào)煤層，2號(hào)、9號(hào)煤層全區(qū)可采，3號(hào)煤層為局部可采。2號(hào)煤層平均厚度為4.17 m，9號(hào)煤層平均厚度為3.31 m。

礦井兼并重組整合后，2016年初竣工投產(chǎn)，現(xiàn)為生產(chǎn)礦井，開(kāi)采2號(hào)煤層，隨著礦井開(kāi)拓開(kāi)采，2號(hào)煤層資源即將開(kāi)采結(jié)束。

2 礦井開(kāi)拓現(xiàn)狀

礦井現(xiàn)有一個(gè)工業(yè)廣場(chǎng)，工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)布置有主、副斜井和回風(fēng)斜井。礦井采用斜井開(kāi)拓方式，全井田現(xiàn)有3個(gè)井筒，分別為主斜井、副斜井、回風(fēng)斜井，均落底于2號(hào)煤層。礦井現(xiàn)開(kāi)采2號(hào)煤層，2號(hào)煤層開(kāi)拓大巷已形成。

主斜井：井筒凈寬3.6 m，凈斷面9.4 m2，傾角20°，斜長(zhǎng)293 m，裝備1.0 m帶寬的膠帶輸送機(jī)負(fù)擔(dān)礦井的煤炭提升任務(wù)，兼作進(jìn)風(fēng)斜井和安全出口。

副斜井井筒凈寬3.8 m，凈斷面11.7 m2，傾角25°，斜長(zhǎng)375 m，裝備提升絞車(chē)一臺(tái)、架空乘人器一部，負(fù)擔(dān)礦井人員、設(shè)備和材料的提升任務(wù)，兼作進(jìn)風(fēng)斜井和安全出口。

回風(fēng)斜井井筒凈寬3.8 m，凈斷面10.2 m2，傾角25°，長(zhǎng)度300 m，負(fù)擔(dān)礦井的回風(fēng)任務(wù)，兼作安全出口。

9號(hào)煤層開(kāi)拓延伸工程應(yīng)盡量采用維持礦井現(xiàn)有斜井開(kāi)拓方式不變的方案，充分利用現(xiàn)有的工業(yè)廣場(chǎng)、井筒?？紤]到開(kāi)采9號(hào)煤層時(shí)，液壓支架的運(yùn)輸，原副斜井井筒運(yùn)輸高度不能滿(mǎn)足安全運(yùn)輸要求，需對(duì)副斜井井筒起底，由于原副斜井距井口約180 m范圍內(nèi)的底板采用鋼筋混凝土加固，井筒起底施工困難，最終考慮對(duì)9號(hào)煤液壓支架進(jìn)行拆解下架，拆解后的液壓支架運(yùn)至井底車(chē)場(chǎng)附近的液壓支架組裝硐室進(jìn)行組裝，然后運(yùn)往回采工作面。

3 方案優(yōu)化分析

3.1 開(kāi)拓布置原則

（1）結(jié)合堡子礦礦井資源條件與外界情況，最大限度地利用已有場(chǎng)地設(shè)施，以提高經(jīng)濟(jì)效益為中心。

（2）9號(hào)煤開(kāi)拓大巷盡量與2號(hào)煤開(kāi)拓大巷重疊布置，同時(shí)考慮井田內(nèi)斷層的賦存情況進(jìn)行布置。

（3）應(yīng)用國(guó)內(nèi)先進(jìn)設(shè)備，提高生產(chǎn)集中化水平，提高工作面單產(chǎn)，簡(jiǎn)化生產(chǎn)環(huán)節(jié)[1]。

（4）井下開(kāi)拓巷道布置應(yīng)以煤巷為主、少布置巖巷，創(chuàng)造有利于生產(chǎn)、施工的條件，盡量減少井巷工程量，縮短建設(shè)工期，做到投資少、見(jiàn)效快、效益好。

（5）堅(jiān)持安全第一原則，要提高礦井抗災(zāi)、避災(zāi)能力[2]。

3.2 開(kāi)拓延深方案

9號(hào)煤層可采范圍主要集中在井田中部和北部，根據(jù)礦井總體開(kāi)拓部署，同時(shí)考慮井田內(nèi)斷層的賦存情況，9號(hào)煤層共劃分為三個(gè)采區(qū)，其中一采區(qū)位于井田中部，二采區(qū)位于井田北部，三采區(qū)位于井田南部。經(jīng)多次技術(shù)論證，最后擬定兩個(gè)不同方案進(jìn)行比選。

（1）方案一

9號(hào)煤層一采區(qū)采用走向長(zhǎng)壁布置方式，二采區(qū)利用2號(hào)煤西軌道輔運(yùn)大巷、2號(hào)煤西膠帶主運(yùn)大巷和2號(hào)煤西回風(fēng)大巷進(jìn)行開(kāi)采。

①9號(hào)煤層一、三采區(qū)大巷布置。根據(jù)礦井現(xiàn)有的開(kāi)拓方式，9號(hào)煤層一、三采區(qū)資源利用2號(hào)煤大巷采用暗斜井延深的開(kāi)拓方式，布置方式如下。

在2號(hào)煤膠帶西大巷和2號(hào)煤輔運(yùn)西大巷中間位置，平行布置9號(hào)煤膠帶暗斜井，傾角為16°，斜長(zhǎng)341 m，落底至9號(hào)煤層后布置9號(hào)煤膠帶主運(yùn)大巷，裝備鋼絲繩芯膠帶輸送機(jī)擔(dān)負(fù)9號(hào)煤煤炭提升任務(wù)。

從井底水倉(cāng)通道口往西約55 m處開(kāi)口，在2號(hào)煤輔運(yùn)西大巷南部平行布置9號(hào)煤軌道暗斜井，傾角為18°，斜長(zhǎng)245 m，落底9號(hào)煤層后布置9號(hào)煤軌道輔運(yùn)大巷，水平標(biāo)高為+871 m，運(yùn)輸方式仍采用軌道運(yùn)輸，擔(dān)負(fù)9號(hào)煤層材料及設(shè)備的運(yùn)輸任務(wù)。裝備一部架空乘人器裝置，擔(dān)負(fù)9號(hào)煤層人員運(yùn)輸任務(wù)。

在2號(hào)煤西回風(fēng)大巷與2號(hào)煤西膠帶大巷中間位置，平行布置9號(hào)煤回風(fēng)暗斜井，傾角為25°，斜長(zhǎng)為175 m，落底9號(hào)煤層后布置9號(hào)煤回風(fēng)大巷，負(fù)擔(dān)9號(hào)煤回風(fēng)任務(wù)。

井田內(nèi)受一條縣級(jí)公路和堡子村影響，開(kāi)采斷層F41以南、F13以北的9號(hào)煤層時(shí)，沿南北方向布置三條9號(hào)煤大巷，分別為9號(hào)煤一采區(qū)膠帶主運(yùn)巷、9號(hào)煤一采區(qū)軌道輔運(yùn)巷和9號(hào)煤一采區(qū)回風(fēng)巷。大巷開(kāi)拓至堡子村附近時(shí)，沿堡子村保護(hù)煤柱由東向西布置，9號(hào)煤大巷均沿9號(hào)煤層頂板布置。開(kāi)采斷層F13以南的9號(hào)煤層時(shí)，大巷開(kāi)拓至F13斷層附近，由北向南布置三條大巷，分別為9號(hào)煤南膠帶主運(yùn)大巷、9號(hào)煤南軌道輔運(yùn)大巷、9號(hào)煤南回風(fēng)大巷。大巷均沿9號(hào)煤層頂板布置，待大巷靠進(jìn)F1斷層時(shí)，三條大巷均沿+1 045水平布置直至靠近井田邊界，然后由西向東沿+1 045水平分別布置9號(hào)煤三采區(qū)膠帶主運(yùn)巷、9號(hào)煤三采區(qū)軌道輔運(yùn)巷、9號(hào)煤三采區(qū)回風(fēng)巷。三采區(qū)大巷水平布置見(jiàn)9號(hào)煤后均沿9號(hào)煤層頂板布置，直至井田邊界。大巷間距均為30 m。

9號(hào)煤一采區(qū)膠帶主運(yùn)巷、9號(hào)煤一采區(qū)軌道輔運(yùn)巷和9號(hào)煤一采區(qū)回風(fēng)巷即為采區(qū)準(zhǔn)備巷道，走向長(zhǎng)壁布置回采工作面。

②9號(hào)煤層二采區(qū)大巷布置。9號(hào)煤層二采區(qū)資源受F35、F36兩處斷層影響，斷層F35以南的資源利用2號(hào)煤大巷進(jìn)行開(kāi)采；開(kāi)采斷層F35以北的資源分別利用2號(hào)煤西軌道輔運(yùn)大巷、2號(hào)煤西膠帶主運(yùn)大巷和2號(hào)煤西回風(fēng)大巷沿+805水平、+779水平和+787水平布置9號(hào)煤西軌道輔運(yùn)大巷、9號(hào)煤北膠帶主運(yùn)大巷和9號(hào)煤北回風(fēng)大巷進(jìn)行開(kāi)拓開(kāi)采；待三條大巷水平布置見(jiàn)9號(hào)煤后，分別沿F35斷層保護(hù)煤柱布置9號(hào)煤二采區(qū)軌道輔運(yùn)巷、9號(hào)煤二采區(qū)膠帶輔運(yùn)巷和9號(hào)煤二采區(qū)回風(fēng)巷，均沿9號(hào)煤煤層頂板布置，間距30 m。

（2）方案二

9號(hào)煤一采區(qū)采用傾斜長(zhǎng)壁布置方式，二采區(qū)利用2號(hào)煤西膠帶主運(yùn)大巷和2號(hào)煤西回風(fēng)大巷進(jìn)行開(kāi)采。

①9號(hào)煤層一、三采區(qū)大巷布置。根據(jù)礦井現(xiàn)有的開(kāi)拓方式，9號(hào)煤層一、三采區(qū)資源利用2號(hào)煤大巷采用暗斜井延深的開(kāi)拓方式，暗斜井延深方式與方案一相同。

井田內(nèi)受一條縣級(jí)公路和堡子村影響，開(kāi)采斷層F41以南、F13以北的9號(hào)煤層時(shí)，沿南北方向布置9號(hào)煤膠帶主運(yùn)大巷、9號(hào)煤軌道輔運(yùn)大巷和9號(hào)煤回風(fēng)大巷。大巷向北開(kāi)拓至井田北部邊界附近時(shí)，由東向西繼續(xù)布置三條大巷，即9號(hào)煤一采區(qū)膠帶主運(yùn)巷、9號(hào)煤一采區(qū)軌道輔運(yùn)巷、9號(hào)煤一采區(qū)回風(fēng)巷。大巷向南開(kāi)拓至堡子村附近時(shí)，沿堡子村保護(hù)煤柱由東向西布置，9號(hào)煤大巷均沿9號(hào)煤層頂板布置。開(kāi)采斷層F13以南的9號(hào)煤層時(shí)，大巷開(kāi)拓至F13斷層附近，由北向南布置三條大巷，分別為9號(hào)煤南膠帶主運(yùn)大巷、9號(hào)煤南軌道輔運(yùn)大巷、9號(hào)煤南回風(fēng)大巷，大巷均沿9號(hào)煤層頂板布置；待大巷靠近F1斷層時(shí)，三條大巷均沿+1 045水平布置直至靠近井田邊界，然后由西向東沿+1045水平分別布置9號(hào)煤三采區(qū)膠帶主運(yùn)巷、9號(hào)煤三采區(qū)軌道輔運(yùn)巷、9號(hào)煤三采區(qū)回風(fēng)巷。三采區(qū)大巷水平布置見(jiàn)9號(hào)煤后均沿9號(hào)煤層頂板布置，直至井田邊界。大巷間距均為30 m。

9號(hào)煤一采區(qū)膠帶主運(yùn)巷、9號(hào)煤一采區(qū)軌道輔運(yùn)巷、9號(hào)煤一采區(qū)回風(fēng)巷即采區(qū)準(zhǔn)備巷道，傾斜長(zhǎng)壁布置回采工作面。

②9號(hào)煤層二采區(qū)大巷布置。9號(hào)煤層二采區(qū)資源受F35、F36兩處斷層影響，斷層F35以南的資源利用2號(hào)煤大巷進(jìn)行開(kāi)采；開(kāi)采斷層F35以北的資源分別利用2號(hào)煤西膠帶主運(yùn)大巷和2號(hào)煤西回風(fēng)大巷沿+779水平和+787水平布置9號(hào)煤北軌道輔運(yùn)大巷、9號(hào)煤北膠帶主運(yùn)大巷和9號(hào)煤北回風(fēng)大巷進(jìn)行開(kāi)拓開(kāi)采；待三條大巷水平布置見(jiàn)9號(hào)煤后，分別沿F35斷層保護(hù)煤柱布置9號(hào)煤二采區(qū)軌道輔運(yùn)巷、9號(hào)煤二采區(qū)膠帶輔運(yùn)巷和9號(hào)煤二采區(qū)回風(fēng)巷，均沿9號(hào)煤煤層頂板布置，間距30 m。由于原2號(hào)煤西膠帶主運(yùn)大巷和2號(hào)煤西膠帶主運(yùn)斜巷斷面不能滿(mǎn)足運(yùn)輸要求，需對(duì)2號(hào)煤西膠帶主運(yùn)大巷和2號(hào)煤西膠帶主運(yùn)斜巷進(jìn)行刷大，長(zhǎng)度分別為63 m和278 m。

3.3 方案比選

（1）方案一優(yōu)點(diǎn)：①本方案直接利用大巷東西走向方向布置回采工作面，該布置方式生產(chǎn)系統(tǒng)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)環(huán)節(jié)少，與方案二相比可減少一部主運(yùn)輸設(shè)備[3]，相應(yīng)地設(shè)備投資節(jié)省約400萬(wàn)元，且運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低。②與方案二相比巷道工程量小，少掘進(jìn)巷道約1 800 m，少刷大巷道約215 m，投資節(jié)省約1 660萬(wàn)元。③由于井田中部9號(hào)煤層基本屬于東西走向、南北傾向，本方案對(duì)井田內(nèi)一采區(qū)回采工作面沿9號(hào)煤層走向布置，對(duì)綜采工作面的開(kāi)采有利。④由于9號(hào)煤層底板奧灰水全區(qū)帶壓，帶壓值由南部向北部逐漸增大，二采區(qū)位于井田北部，突水危險(xiǎn)性相對(duì)較大，與方案二相比9號(hào)煤軌道輔運(yùn)大巷處于高處，可以降低水患對(duì)人員的危害。

（2）方案一缺點(diǎn)：①與方案二相比，本方案布置回采工作面后，遺留的邊角煤較多，采區(qū)回采率相對(duì)較低[4]。②對(duì)地質(zhì)條件適應(yīng)性較弱，采煤工作面傾斜和斜交斷層較多時(shí)，布置走向長(zhǎng)壁回采工作面增加斷層對(duì)開(kāi)采的影響。

（3）方案二優(yōu)點(diǎn)：①與方案一相比，本方案布置回采工作面后，遺留的邊角煤較少，采區(qū)回采率相對(duì)較高。②對(duì)地質(zhì)條件適應(yīng)性較強(qiáng)，采煤工作面傾斜和斜交斷層較多時(shí)，布置傾斜長(zhǎng)壁回采工作面可減少斷層對(duì)開(kāi)采的影響。

（4）方案二缺點(diǎn)：①9號(hào)煤一采區(qū)回采工作面為俯采，南高北低，工作面容易積水。②本方案生產(chǎn)環(huán)節(jié)多、生產(chǎn)系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，與方案一相比多一部主運(yùn)輸設(shè)備，相應(yīng)生產(chǎn)設(shè)備投資大，且運(yùn)營(yíng)費(fèi)用高，管理難度大[5]。③與方案一相比巷道工程量大，投資多1 660萬(wàn)元。④與方案一相比，9號(hào)煤北軌道輔運(yùn)大巷處于低處，水患對(duì)人員的危害大[6]。

通過(guò)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較（如表1所示），最終確定采用方案一，即9號(hào)煤一采區(qū)采用走向長(zhǎng)壁布置方式，二采區(qū)利用2號(hào)煤西軌道輔運(yùn)大巷、2號(hào)煤西運(yùn)輸大巷和2號(hào)煤西回風(fēng)大巷進(jìn)行開(kāi)采的方案（9號(hào)煤層一、三采區(qū)大巷布置如圖1所示，9號(hào)煤層二采區(qū)大巷布置如圖2所示）。

表1 開(kāi)拓方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

圖1 9號(hào)煤層一、三采區(qū)大巷布置

圖2 9號(hào)煤層二采區(qū)大巷布置

4 結(jié)語(yǔ)

堡子礦最終選定方案一作為9號(hào)煤層開(kāi)拓延深方案，即一采區(qū)采用走向長(zhǎng)壁布置方式，二采區(qū)利用2號(hào)煤西軌道輔運(yùn)大巷、2號(hào)煤西運(yùn)輸大巷和2號(hào)煤西回風(fēng)大巷開(kāi)拓布置方式。該方案不僅縮短了礦井建設(shè)工期，降低了工程投資，提高了礦井經(jīng)濟(jì)效益，更重要的是提高了礦井抗災(zāi)、避災(zāi)能力，確保礦井安全生產(chǎn)。