優化設計大幅降低礦井萬噸掘進率研究與實踐

李方文

摘 要：萬噸掘進率是衡量礦井采掘比例關系的主要指標之一，萬噸掘進率高會增加煤炭成本，過低則會引起采煤接續緊張，使采掘比例失調。在保障礦井未來三到五年采掘接替平穩的前提下，萬噸掘進率逐年下降，可見在合理規劃采掘接替、不斷優化設計方案、簡化系統等方面工作初見成效。

關鍵詞：萬噸掘進率；降低；設計；優化

一、概況

劉莊煤礦位于安徽省阜陽市潁上縣北部，南距潁上縣城20km，西至阜陽市40km。礦井始建于2003年2月，礦井由合肥煤炭工業設計研究院設計，設計生產能力為800萬噸/年，2006年10月16日建成投產，2007年6月23日通過國家驗收。2012年6月安徽省經信委聯合安徽煤礦安全監察局下發皖經信煤炭函〔2012〕608號文，劉莊煤礦核定生產能力為1140萬噸/年。

礦井開拓方式為立井多水平、集中大巷、分區開拓。井田內共13層可采煤層，平均總厚27.58m，其中13-1、11-2、8、5和1煤層為主要可采煤層，平均總厚18.51m，約占可采煤層總厚的67.1%；17-1、16-1、11-1、9、7-2、6-1、5-1和4煤層為次要可采煤層，平均總厚9.07m，約占可采煤層總厚的32.9%。

2014年劉莊煤礦礦井瓦斯等級鑒定結果為煤與瓦斯突出礦井，現揭露的煤層中13-1煤層為突出煤層，11-2、8、6、5煤層為非突出煤層，目前礦井13-1煤層的所有采掘活動均處在無突出危險區。礦井地質類型屬于極復雜型，礦井水文地質類型屬于復雜型。

二、萬噸掘進率與礦井投入產出的關系

礦井的投入與產出，它的一個最直接的技術指標就是萬噸掘進率，而且萬噸掘進率也是衡量礦井采掘比例關系的主要指標之一。用萬噸掘進率可以判斷礦井采掘接替是否緊張，也可以判斷礦井的開拓部署及采區布置是否經濟合理。

萬噸掘進率是采掘工作中反映掘進進尺與產量的比例關系的指標。在煤炭工業中，即一定時期內開掘巷道的總長度（m）與原煤產量（萬噸）的比率。其計算公式為礦井綜合掘進率（m/萬噸）=[礦井全部井巷掘進總進尺（m）/礦井產量（t）]×10000。掘進與回采必須保持一定的比例關系。

萬噸掘進率高，會浪費大量的財力、人力及物力等，或是因為設計方案不合理及準備工作做的不充分導致一些暫時不需要的巷道被掘出來，也會浪費財力、人力及物力。

萬噸掘進率過低，所準備的工程不能滿足生產的需要，引起采煤接續緊張，從而導致采掘比例嚴重失調。

三、2013～2015年劉莊煤礦萬噸掘進率與周邊礦井比較

近年來，國內綜合萬噸掘進率一般降低至100m/萬噸以下水平，不少先進礦井達到40m/萬噸水平，大幅度減少了準備回采巷道工程量，經濟效益顯著。下表是劉莊煤礦近三年來萬噸掘進率與公司主要礦井相比較數據表。（見表1）

從上表中可以看出，新集一礦、新集二礦的萬噸掘進率平均在60m/萬噸以上，而劉莊煤礦的萬噸掘進率平均在35m/萬噸以下，低了將近50%。截止2015年底，礦井開拓煤量4035.8萬噸，可采期4.3年；準備煤量1729.0萬噸，可采期22.1月；回采煤量932.2萬噸，可采期12.6月；抽采達標煤量1729.0萬噸?！八牧俊敝笜撕侠?，表明采掘關系正常，礦井萬噸掘進率低并沒有影響生產接替。

四、優化設計降低礦井萬噸掘進率

劉莊煤礦2006年投產時，生產能力為300萬噸/年，2009年底西區投產，礦井核定生產能力為800萬噸/年；2012年核定生產能力為1140萬噸/年。礦井產能提升較快，帶來最突出的問題就是接替緊張，為保接替需要大量的掘進進尺，而礦井的實際進尺能力難以滿足產能提升的需要。設計部門從技術入手，本著技術經濟一體化原則，減少巷道設計工程量，千方百計降低礦井萬噸掘進率，主要從設計上做了以下幾個方面的優化：

（一）優化采區大巷設計，減少準備巷道工程量

根據井田地質特征，劉莊煤礦共劃分六個開采塊段，每個塊段內按煤層（組）布置采區，其中東二、東三、西一塊段采用走向長壁布置工作面，東一、西一（東）、西三塊段采用傾斜長壁布置工作面。

13-1煤與11-2煤之間層間距約為70m，由于層間距較大，一般要分煤層布置分組大巷，利用分組大巷分別布置13-1煤、11-2煤工作面。通過對采區進行優化設計，在東一、西一（東）、西三塊段采用集中大巷設計方案，利用已有的13-1煤大巷布置11-2煤工作面。工作面布置方式如圖1和圖2所示。

此方案的主要優點，一是減少了11-2煤一組采區大巷，三個采區共減少大巷工程量15000米；二是加快了打開11-2煤采區進度，保證了礦井正常接替。每組大巷施工工期至少2年以上，如分組布置大巷，東一11-2煤采區和西一11-2煤采區肯定脫節。

（二）優化采區上山設計，實現一條上山多功能使用

劉莊煤礦采區生產能力較大，在以往采區設計中，一個采區布置4條上山（軌道上山、膠帶上山、專用回風上山、行人上山），例如東二13-1煤采區、東二8煤采區、東三13-1煤采區均采用四條上山采區布置，以滿足打運、出煤、通風和行人需要。比常規多增加了一條上山，加大了生產成本。

（三）優化工作面設計，加大工作面長度，減少巷道工程量

劉莊煤礦投產時首采工作面121301工作面傾斜長度240m，工作面采用高工阻大功率設備，生產能力大。在后續工作面設計中，設計部門根據設備能力和采區地質條件，不斷嘗試加大工作面長度。已回采完的30個工作面中，有12個工作面長度超過了300m，121106、151301、111302等工作面切眼長度加大到350m，在華東地區屬最長工作面，比首采工作面切眼長度增加了近50%，順槽和瓦斯治理巷道掘進工程量減少了50%，加大了工作面生產能力，為實現工作面高效回采提供了條件。工作面可采儲量增加了50%，延長了工作面可采期，減少了工作面搬家次數，有效緩解了工作面接續緊張的問題，促進了礦井采掘接續平衡，提高了采區回采率。

（四）打破傳統，優化工作面布置方式

傳統的工作面布置方式有工作面沿走向布置和沿傾向布置二種方式，沿走向布置工作面需要采區上山作為生根巷道與工作面順槽連接，沿傾向布置工作面需要采區大巷作為生根巷道與工作面順槽連接。對于西三13-1煤（西）采區，根據地質條件，摒棄傳統思維模式，采用走向長壁和傾斜長壁即“轉采”方式布置171305工作面和171306工作面，二個工作面獲得的可采儲量分別為712萬噸和422萬噸。工作面布置方式如圖3所示。

五、合理利用報廢巷道，做到一巷多用

隨著礦井的不斷開拓延伸，需要報廢的巷道越來越多，部分巷道使用完后的狀況較好，可以合理利用，延長巷道使用期限，做到一巷多用。根據國家安全監管總局、國家煤礦安監局制定的《煤礦井下緊急避險系統建設管理暫行規定》的要求，需要分水平、分采區建立永久避難硐室。通過現場調查，對于巷道狀況相對完好等待報廢的西三第三中部車場、121106工作面下部車場、東一軌回聯巷作為永久避難硐室，把東二11-2煤采區單軌吊換裝硐室作為材料超市，僅以上就節約4條巷道約400m。

對于高瓦斯礦井而言，一般都需要施工高抽巷來治理瓦斯。劉莊煤礦11-2煤瓦斯含量相對較小，為此在東二11-2煤采區121101、121102、121103、121106工作面和西三11-2煤采區171101工作面用高位鉆場來代替高抽巷治理瓦斯，取得了良好的效果。在部分回采上限靠近風化帶瓦斯含量較小的工作面上部，高抽巷不再施工至切眼處，節省了巷道工程量，如171305、111302、111102等工作面。

由于劉莊煤礦礦井地質類型屬于極復雜型、礦井水文地質類型屬于復雜型，為了避免出現無效進尺，需要施工探巷來摸清斷層構造，為工作面設計提供資料。如在設計111302工作面時，首先施工111302工作面斷層探巷，掌握了FS27、FS19-1 斷層產狀，優化111302工作面設計，減小了斷層構造對工作面回采的影響，杜絕了無效進尺。

六、效益分析

通過不斷優化設計，減少了巷道設計工程量，礦井萬噸掘進率大幅降低。同等類型條件的礦井，萬噸掘進率均在50m/萬噸以上。劉莊煤礦2013-2015年共出原煤2800萬噸，三年合計進尺92090m，萬噸掘進率32.89m/萬噸，如按萬噸掘進率50m/萬噸測算，相當于節約巷道工程量47900m。

七、結語

采取優化礦井開拓布局、優化采區設計，加大采煤工作面尺寸、增加可采儲量，少掘部分瓦斯治理巷道，利用報廢巷道改造為各種硐室，杜絕無效進尺等手段，節省了大量工程投入，降低了礦井萬噸掘進率。應用有效的開采技術，不但可以大幅度減少準備回采巷道工程量，降低礦井萬噸掘進率，而且可以多采出煤炭資源，直接、間接經濟效益都很顯著。因此，降低礦井萬噸掘進率是降低礦井原煤成本，提高經濟效益的一個主要途徑。

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