構(gòu)造復(fù)雜塊段一體化設(shè)計(jì)回收方案研究與應(yīng)用

文/崔 鋒 武姣姣

為保證礦井接續(xù)穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)資源高效回收，促進(jìn)井下采場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，山東能源新礦集團(tuán)協(xié)莊煤礦立足當(dāng)前接續(xù)塊段資源進(jìn)尺儲(chǔ)量賦存進(jìn)行分析，研究借助當(dāng)前生產(chǎn)系統(tǒng)，對(duì)礦井大系統(tǒng)改造一期工程置換的-550m水平西大巷及西翼皮帶大巷壓覆11層煤柱資源進(jìn)行規(guī)劃回收，制定了該區(qū)域優(yōu)化整合一體化設(shè)計(jì)方案。通過(guò)研究裝備配套，結(jié)合現(xiàn)有過(guò)斷層技術(shù)，為大落差斷層構(gòu)造塊段資源回收提供了技術(shù)支撐。一體化設(shè)計(jì)方案既兼顧系統(tǒng)高效，又保證了礦井近期的采場(chǎng)穩(wěn)定，具有技術(shù)可行性及經(jīng)濟(jì)合理性。

一、初步方案

根據(jù)大巷兩側(cè)31113W、31115W、31115E、41112E等工作面揭露斷層情況，區(qū)域內(nèi)賦存一條落差16～28m的斷層，一條落差9～12m的斷層。根據(jù)塊段分布，劃分為31119W、31120W及31121W共三個(gè)工作面，其中，31119W工作面借助-850m水平皮帶暗斜井及軌道暗斜井進(jìn)行布置，出面后自東向西回收，該塊段東西平均推采走向長(zhǎng)372m、南北平均傾斜寬185m，設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量15萬(wàn)t，對(duì)應(yīng)工程量1457m；31120W工作面借助-550水平11層3-3采區(qū)車(chē)場(chǎng)布置，出面后自西向東回收，該塊段東西平均推采走向長(zhǎng)490m、南北平均傾斜寬185m，設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量20萬(wàn)t，對(duì)應(yīng)工程量1575m；31121W工作面借助-550m水平4-3下山系統(tǒng)自西向東回收，該塊段東西平均推采走向長(zhǎng)610m、南北平均傾斜寬270m，設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量34萬(wàn)t，對(duì)應(yīng)工程量1633m。根據(jù)系統(tǒng)及構(gòu)造賦存情況，計(jì)劃首先回收31120W工作面，而后再回收31119W和31121W工作面。初期設(shè)計(jì)三個(gè)工作面的布置圖如圖1所示。

二、優(yōu)化整合方案

1.整合方案

隨著預(yù)裂爆破、液壓裂巖機(jī)預(yù)裂等過(guò)斷層工藝的成功實(shí)施，按照放大面、重裝備的思路，研究對(duì)31120W工作面以西的31119W工作面、以東的31121W工作面進(jìn)行整合一體化回收，實(shí)現(xiàn)一次安裝一次撤除、一次全面推采。三個(gè)塊段整合后統(tǒng)稱為31120W工作面，塊段整體東西平均走向長(zhǎng)1763m、南北平均傾斜寬220m，最大南北傾斜寬295m，有效可采儲(chǔ)量為79萬(wàn)t。優(yōu)化整合后工作面布置圖如圖2所示。

2.整合方案實(shí)施

（1）原31119W工作面區(qū)域整合方案。借助于當(dāng)前規(guī)劃的31120W工作面，運(yùn)輸巷在前期掘進(jìn)403m的基礎(chǔ)上，繼續(xù)穿過(guò)F11斷層向西掘進(jìn)565m至切眼設(shè)計(jì)位置，然后施工切眼215m。

回風(fēng)巷在31120W工作面回風(fēng)巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度639m的基礎(chǔ)上，繼續(xù)向西掘進(jìn)350m至當(dāng)前41112E工作面運(yùn)輸巷留巷段（長(zhǎng)度195m），而后繼續(xù)施工70m至切眼設(shè)計(jì)位置。

（2）原31121W工作面區(qū)域整合方案。運(yùn)輸巷自-550m水平4-3采區(qū)軌道下山一中車(chē)場(chǎng)開(kāi)門(mén)施工825m，再施工90m外切眼，貫通目前的31120W運(yùn)輸巷最東端。

回風(fēng)巷自3-3運(yùn)輸聯(lián)巷沿11層煤向東施工724m，貫通-550m西大巷及-550m水平4-3采區(qū)回風(fēng)下山。

（3）工程量統(tǒng)計(jì)。31120W工作面優(yōu)化整合后工程量合計(jì)為4112m，安排3個(gè)隊(duì)伍施工，2023年3月完成方面工程。

圖1 初期設(shè)計(jì)三個(gè)工作面布置圖

圖2 優(yōu)化整合后工作面布置圖

3.關(guān)鍵管控技術(shù)

（1）根據(jù)該塊段兩側(cè)31113W、31115W工作面斷層揭露情況，在揭露16～28m落差期間，掘進(jìn)時(shí)采用超前挑頂技術(shù)，實(shí)現(xiàn)煤層過(guò)斷層后立即對(duì)接，從而為工作面自西向東推采時(shí)提高下扎方向。

（2）區(qū)域內(nèi)斷層擺布方向大多為東北—西南方向，過(guò)大斷層構(gòu)造期間工作面上下巷保證至少一側(cè)為半煤巖巷道，從而為工作面過(guò)斷層采煤機(jī)及運(yùn)輸機(jī)調(diào)整奠定基礎(chǔ)，形成異構(gòu)同頻管控技術(shù)。

（3）通風(fēng)系統(tǒng)分段調(diào)整，從而滿足工作面及回收階段通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定合理。

三、裝備配套方案

堅(jiān)持“矮型化、重型化、智能化、大功率、高可靠性”設(shè)備選型原則，對(duì)現(xiàn)有11層煤工作面三機(jī)配套設(shè)備進(jìn)行升級(jí)。

1.采煤機(jī)

采煤機(jī)采用MG600/1410型，電壓3300V，截深800mm。配套滾筒直徑最小為1600mm，最小采高為1.7m。整機(jī)與運(yùn)輸機(jī)配套高度為1262mm。中部臥底量為320mm。

2.運(yùn)輸機(jī)

運(yùn)輸機(jī)采用SGZ800/2×700型。根據(jù)工作面長(zhǎng)度及采高情況，經(jīng)驗(yàn)算滿足要求。溜槽厚度為310mm，過(guò)煤高度為332mm。為減少工序提高效率，端頭尾伸出煤壁不低于1.5m。動(dòng)力部采用水平布置。

3.轉(zhuǎn)載機(jī)

轉(zhuǎn)載機(jī)型號(hào)為SZZ800/400型，配套PLM2000型破碎機(jī)。皮帶巷需要滿足巷道高不低于3.0m，巷道寬度不低于5.0m。

四、方案優(yōu)化效果

1.大面布置，扭轉(zhuǎn)了接續(xù)被動(dòng)局面

31120W工作面整合后實(shí)現(xiàn)一次安裝一次撤除、一次全面推采，總體工程量由4665m減少為4112m；不再施工31120W及31121W工作面2個(gè)切眼，對(duì)應(yīng)減少施工巷道428m，節(jié)省施工時(shí)間6個(gè)月；減少2次安裝及末采撤除工作，節(jié)省施工時(shí)間8個(gè)月，可有效緩解接續(xù)緊張局面，為系統(tǒng)優(yōu)化及掘進(jìn)隊(duì)伍擺布提供了有利的窗口調(diào)整期。

2.變多斷層為過(guò)斷層，增加了可采儲(chǔ)量

3112 0W工作面整合后，一是不再留設(shè)區(qū)域內(nèi)16～28m斜交斷層兩側(cè)保護(hù)煤柱，可增加工作面可采儲(chǔ)量5萬(wàn)t；二是原規(guī)劃的31121W工作面切眼與31120W工作面之間不再留設(shè)煤柱，將31121W切眼向西移動(dòng)140m，有效解放31121W、31120W與31115W和31115E工作面之間的殘留煤柱，可增加采儲(chǔ)量5萬(wàn)t。合計(jì)增加可采儲(chǔ)量10萬(wàn)t。

3.裝備升級(jí)，實(shí)現(xiàn)了減人高效

工作面整合后，為“大功率、重型化、智能化”設(shè)備選型配套創(chuàng)造了條件，通過(guò)增加綜采工作面電氣設(shè)備容量，將電壓由1140V提高到3300V，配備截深0.8m、功率1200kW以上采煤機(jī)以及ZY7200/10/20D型液壓支架，為礦井兩面達(dá)產(chǎn)、高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。工作面整合后可采儲(chǔ)量為79萬(wàn)t，按照月產(chǎn)4～5萬(wàn)t組織生產(chǎn)，工作面服務(wù)時(shí)間接近18個(gè)月，最多通過(guò)4個(gè)轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)即進(jìn)入-550水平4-3采區(qū)系統(tǒng)，可以徹底甩掉-550西大巷、-550西翼皮帶大巷等生產(chǎn)系統(tǒng)，每天減少系統(tǒng)維護(hù)人員8人，為礦井按照“兩優(yōu)三減”打造高標(biāo)準(zhǔn)示范采煤工作面提供了現(xiàn)場(chǎng)支撐。

4.精益生產(chǎn)，提升了經(jīng)濟(jì)效益

一是工作面總體工程量由4665m減少為4112m，按照延米費(fèi)用4800元計(jì)算，節(jié)省掘進(jìn)費(fèi)用支出265.4萬(wàn)元；二是減少兩次工作面安裝和撤除，按照面長(zhǎng)平均185m、安裝費(fèi)用140萬(wàn)元/面、撤除費(fèi)用125萬(wàn)元/面計(jì)算，節(jié)省安撤費(fèi)用530萬(wàn)元；三是多回收煤炭資源10萬(wàn)t，按照精煤回收率68%、精煤售價(jià)1800元/t、原煤綜合成本680元/t計(jì)算，可實(shí)現(xiàn)效益5440萬(wàn)元。