淮南礦區(qū)高瓦斯煤層群深井開拓實踐

羅志中

(煤炭工業(yè)合肥設計研究院,安徽省合肥市,230041)

淮南礦區(qū)高瓦斯煤層群深井開拓實踐

羅志中

(煤炭工業(yè)合肥設計研究院,安徽省合肥市,230041)

淮南礦區(qū)近年來采取分區(qū)開拓、分區(qū)通風、分水平開拓、分水平通風開拓方式,使建井工期、達產(chǎn)工期大為縮短,安全生產(chǎn)狀況大為改觀,取得了經(jīng)濟效益和安全效益雙豐收,為復雜地質條件高瓦斯煤層群深井開采提供了必要的技術儲備和借鑒經(jīng)驗。

礦井開拓 礦山建設 高瓦斯煤層群開采 深部開采

淮南礦區(qū)具有表土層厚、煤層多、煤層埋藏深、瓦斯高、煤與瓦斯突出危險性大、煤層透氣性差、地溫高、地壓大和開采下組煤受太灰水威脅等突出特點,屬典型的復雜地質條件下高瓦斯煤層群開采礦區(qū),因此,瓦斯、地溫和地壓將成為礦井建設及安全生產(chǎn)的制約因素。

淮南礦區(qū)以淮河為界分為淮南老區(qū)和潘謝礦區(qū),老區(qū)為上世紀50年代初、60年末開發(fā)建設,淺部礦井已進入衰老期,自70年代開始,礦區(qū)開發(fā)建設逐步由老區(qū)向潘謝礦區(qū)轉移。潘謝礦區(qū)自第一對礦井潘一礦1973年開工建設,1984年建成投產(chǎn)后,又相繼建成投產(chǎn)了潘二礦、潘三礦、謝橋礦、張集礦、張北礦、顧橋礦、顧北礦、丁集礦、潘北礦等大型或特大型現(xiàn)代化礦井,設計生產(chǎn)能力一般為2.1～5.0Mt/a。礦區(qū)原煤產(chǎn)量已由2000年的1400萬t上升至2008年的6200萬t。目前,在建的朱集、潘一東2對礦井設計深度近千米,早期建成投產(chǎn)的潘三礦、謝橋礦、張集礦等即將轉入二水平深部開采。因此,潘謝礦區(qū)上世紀70年代后、尤其是2000年后開發(fā)建設的礦井幾乎全部為深厚表土層復雜地質條件下高瓦斯煤層群深部開采礦井。

1 礦區(qū)概況及開采條件

淮南老區(qū)位于華東腹地,安徽省中北部,橫跨淮南、阜陽兩市,礦區(qū)東西走向長約100 km,南北傾斜寬約30 km,面積約3000 km2。

淮南礦區(qū)由淮河南岸的老區(qū)和淮河北岸的潘謝礦區(qū)組成。老區(qū)斷層較多,地質構造復雜,開采條件相對較差,但煤質優(yōu)良,淺部以1/3焦煤為主,深部以焦煤、肥煤為主,少量貧煤和瘦煤。潘謝礦區(qū)為70年代開發(fā)建設、80年代初陸續(xù)建成投產(chǎn)的新礦區(qū),地質構造相對較簡單,開采條件相對較好。

淮南礦區(qū)的主要特點:一是第四系松散層厚,一般20～450 m,呈現(xiàn)由東向西、由南向北逐漸增厚的特點,老礦區(qū)表層較薄(一般為20～36 m),潘謝礦區(qū)表層較厚(一般在200 m以上);二是煤層多,一般含可采煤層8～18層,平均總厚度25～33 m,-1000 m以淺探明保有儲量約200億t,其中規(guī)劃期內可開發(fā)利用138億t,-1000～-1200 m之間約100億t,-1200～-1500 m之間約200億t,煤層松軟,煤層透氣性差;三是瓦斯含量高且具有煤與瓦斯突出危險,區(qū)內絕大多數(shù)煤層具有自然發(fā)火和煤塵爆炸危險,且礦區(qū)地溫高,一般東部溫度高于西部,西部潘三礦-618～-654 m深已進入二級熱害區(qū);四是開采下組煤時受太灰水威脅;五是煤質優(yōu)良,淺部多為氣煤,中部多為1/3焦煤,深部以肥煤、焦煤為主,局部為貧煤和瘦煤,具有特低硫、低磷、中高發(fā)熱量、結焦性好、粘結性強等特點。

2 礦區(qū)建設及生產(chǎn)情況

淮南礦區(qū)已有近百年的開采歷史,最多時有11對生產(chǎn)礦井,幾經(jīng)破產(chǎn)重組和資源整合,目前淺部僅保留有謝一礦、新莊孜礦2對礦井和謝李、孔李2個煤業(yè)公司,2008年建成投產(chǎn)了謝李深部接續(xù)礦井望峰崗礦井,目前老區(qū)已步入衰老期,預計2010年后3對礦井和2個煤業(yè)公司總生產(chǎn)能力將維持在11.0 Mt/a左右,目前已完成從淮南老區(qū)向潘謝礦區(qū)的戰(zhàn)略轉移。

受潘謝礦區(qū)復雜開采技術條件及當時煤礦建井技術和開采技術、瓦斯治理技術水平制約,潘謝礦區(qū)先期開發(fā)的潘一、潘二、潘三和謝橋等礦井建設工期長達10～12年,達產(chǎn)工期長達9～11年,而且投資高,由于瓦斯治理手段落后,2000年之前重特大瓦斯事故時有發(fā)生。

在總結前期新井建設經(jīng)驗教訓的基礎上,自建設張集礦井開始,大膽進行設計創(chuàng)新,隨著瓦斯治理水平的提高,快速建井技術的日益成熟,張集礦井建設采取新的管理模式,僅用3年半時間就建成投產(chǎn),且實現(xiàn)當年投產(chǎn)當年達產(chǎn),不僅在快速建井方面有了較大突破,而且總結出了一套適合淮南礦區(qū)復雜地質條件下高瓦斯煤層群開采快速建井成熟經(jīng)驗,為之后相繼開工建設的張北、顧橋、顧北、丁集和潘北等新井快速建設、快速達產(chǎn)提供了寶貴的經(jīng)驗,取得了明顯的效益。

根據(jù)淮南礦區(qū)總體規(guī)劃及批復,礦區(qū)劃分17個井田和1個后備區(qū),建設總規(guī)模61.15 Mt/a,其中,新建礦井8對,即張集二期(張北)、丁集、顧橋、顧北、潘四東、潘四西、望峰崗和朱集礦,設計生產(chǎn)能力2.40～5.00 Mt/a,目前除朱集礦在建、潘四西礦尚未開工外,繼2001年張集礦建成投產(chǎn)后,又有6對礦井建成投產(chǎn),建井工期一般控制在3年左右,張集礦二期僅用24個月即建成出煤。隨著一批新井陸續(xù)建成投產(chǎn),礦區(qū)原煤產(chǎn)量已由2000年的14.87Mt猛增至2008年的62.00 Mt以上。

3 深井開拓設計探討與實踐

回顧淮南礦區(qū)開發(fā)建設的歷史,大概分為兩個階段;第一階段為1973年第一對礦井潘一礦開工至1996年謝橋礦建成投產(chǎn),該階段歷時23年,先后建成投產(chǎn)潘一、潘二、潘三及謝橋4對礦井,建成設計規(guī)模12.40 Mt/a,礦井多采取立井、邊界對角式通風,建井工期一般在10～12年,達產(chǎn)工期多在9～11年;第二階段為1996年張集礦井開工至2008年,該階段歷時12年,先后建成投產(chǎn)張集、張集二期(張北)、顧橋、望峰崗、潘北、丁集、顧北等7對礦井,建成設計規(guī)模25.40 Mt/a,其中張集、顧橋、望峰崗礦井采取立井、分區(qū)開拓、分區(qū)通風方式;建井工期一般控制在3年,張集二期僅用24個月即建成出煤,除望峰崗礦井外,其余礦井基本實現(xiàn)當年投產(chǎn)、當年達產(chǎn)。

與第一階段相比,第二階段僅用一半的時間建成近兩倍的礦井數(shù)、兩倍多的設計規(guī)模,而且建井工期、達產(chǎn)工期大大縮短,取得了明顯的效益。

總結淮南礦區(qū)近幾年新井建設經(jīng)驗,一方面歸結于建設單位積極推廣應用先進的建設管理模式,不斷推進科技創(chuàng)新,在瓦斯綜合治理、采煤方法改革、地質勘探、井巷掘進與支護、深厚表土快速建井技術、“三下采煤”等技術方面取得了明顯成效,形成了一套適合淮南復雜地質條件的成套技術與經(jīng)驗,更重要的在于對礦井設計進行大膽創(chuàng)新和改革,不斷對礦井設計進行優(yōu)化,探索出一套適合淮南復雜地質條件下高瓦斯煤層群礦井開拓、開采設計的理念和方法,為快速建井奠定了堅實基礎。

首先,在井田范圍較大、表土層厚、煤層埋藏深、瓦斯高且有煤與瓦斯突出危險、地壓大、地溫高的礦井應優(yōu)先采取立井、分區(qū)開拓、分區(qū)通風的開拓系統(tǒng),采取簡化礦井通風系統(tǒng),增大礦井進風量,降低礦井通風阻力,以解決礦井瓦斯、地溫問題。如望峰崗礦井形成中央?yún)^(qū)、北區(qū)和南區(qū)3個分區(qū)開拓;張集礦井形成中央?yún)^(qū)、北區(qū)、西區(qū)及東區(qū)4個分區(qū)開拓;顧橋礦井形成中央?yún)^(qū)、南區(qū)2個分區(qū)開拓等。實踐證明,采取分區(qū)開拓、分區(qū)通風開拓方式可以使通風線路減少2 km以上,通風阻力降低1000 Pa以上,通風系統(tǒng)大大簡化,尤其是后期投產(chǎn)的分區(qū)一般布置有1進、1回兩個井筒,增加了井筒進風量,礦井安全狀況得以較大改善。同時,采取分區(qū)開拓、分區(qū)建設,簡化了井下開拓系統(tǒng),減少了投產(chǎn)井巷工程量,從而使礦井投產(chǎn)工期大為縮短。

其次,優(yōu)化井筒布置,有條件時在形成分區(qū)開拓、分區(qū)通風的同時,盡可能形成分水平開拓、分水平通風,從而使生產(chǎn)水平與開拓準備水平之間相對獨立,形成生產(chǎn)區(qū)、瓦斯治理區(qū)和生產(chǎn)接替區(qū)相對獨立,有利于高瓦斯、高地溫礦井安全高效開采。如望峰崗礦井中央?yún)^(qū)工業(yè)場地布置5個井筒,一號副井、二號風井施工至一水平(-820 m),二號副井、主井及一號風井施工至二水平(-960 m),在形成3個分區(qū)通風系統(tǒng)的同時,中央?yún)^(qū)又形成了分水平通風系統(tǒng),生產(chǎn)水平、開拓準備水平相對獨立,通風及安全可靠性大大增加。在建的朱集、潘一東礦井布置4個井筒,其中一號副井、主井及中央回風井施工至一水平,為生產(chǎn)水平服務,二號副井或矸石井施工至二水平(-970 m左右),同時將中央風井延深至二水平,從而形成分水平相對獨立的通風系統(tǒng)。正在實施的謝橋、張集、潘一、潘三深部延深工程實施后,亦可形成相對獨立的分水平通風系統(tǒng)。

三是優(yōu)化井下開拓巷道布局,不僅體現(xiàn)工程量少、功能全、系統(tǒng)簡單,更重要的是要體現(xiàn)有利于通風及瓦斯、地溫綜合治理。近期投產(chǎn)的新建礦井多采取分組集中大巷布置,每組大巷一般布置4～5條巷道,即1～2條軌道巷、1條帶式輸送機巷和2條回風大巷,在保證井筒具有足夠通風量的同時,使井下亦有同等能力的通風斷面,形成“二進二回”的良好通風格局。

四是淮南礦區(qū)為煤層群開采,主要可采煤層中一般厚煤層均為突出或強突出煤層,僅靠單一的瓦斯預抽措施很難實現(xiàn)瓦斯減突或徹底消突,在開采順序上必須優(yōu)先開采保護層,實施瓦斯綜合防治,實現(xiàn)高瓦斯厚煤層安全高效開采。近期建成投產(chǎn)的大型或特大型現(xiàn)代化礦井之所以能夠在較短的時間內迅速達產(chǎn)主要歸功于開采保護層,實施了瓦斯區(qū)域防治策略。

4 結論

(1)淮南礦區(qū)為復雜地質條件下高瓦斯煤層群深部開采礦區(qū),目前已完成由老區(qū)向潘謝礦區(qū)戰(zhàn)略轉移。

(2)總結淮南礦區(qū)多年建井和生產(chǎn)實踐經(jīng)驗,礦井開拓布局的合理與否對高瓦斯煤層群深井建設和安全生產(chǎn)起著至關重要的作用。

(3)井田范圍較大的高瓦斯煤層群深井開采礦井宜采取分區(qū)開拓、分區(qū)通風方式,工業(yè)場地內井筒數(shù)目一般宜布置4～5個,分別施工至一、二水平,在形成礦井分區(qū)開拓、分區(qū)通風系統(tǒng)的同時,有條件時應形成分水平開拓和通風系統(tǒng),井下開拓大巷每組以4～5條為宜,以配套形成井下“2進2回”的良好通風格局,不僅使礦井通風系統(tǒng)更加合理,同時有利于礦井縮短建設工期和達產(chǎn)工期,有利于深部瓦斯、地溫問題的有效解決,實現(xiàn)礦井安全高效開采,也為今后淮南礦區(qū)-1000 m以下資源合理開發(fā)提供了必要的技術儲備和借鑒經(jīng)驗。

On deep mine development in highly gassy multiple coal seams in Huainan coal mine area

Luo Zhizhong

(Hefei Design Research Institute For Coal Industry,Hefei,Anhui Province 230041,China)

Area development,parallel ventilation,separate-level development and separate-level ventilation/development are in common use in Huainan coal mine area in recent years,which reduces mine construction period and the period for new mine to reach production capacity.This also improves coal mine work safety status,which produces better economic returns and improves mine safety in mines.This practice provides abundant technical references and experiences for coal mining in deep mines with multiple coal seams with high methane content under complicated geological conditions.

mine development,mine construction,mining in highly gassy coal seams,deep mining,complicated geological conditions

TD823

B

羅志中,男(1958-),河南周口人畢業(yè)于焦作礦業(yè)學院(現(xiàn)河南理工大學),現(xiàn)為煤炭工業(yè)合肥設計研究院副總工程師。

(責任編輯 張毅玲)