基于礦床地質構造優化采區設計

王占銀(神華寧夏煤業集團紅柳煤礦,寧夏 銀川 750000)

應用研究·煤礦·

基于礦床地質構造優化采區設計

王占銀(神華寧夏煤業集團紅柳煤礦,寧夏 銀川 750000)

含煤地層多與斷層、褶皺構造賦存，尤其是對于多煤層開采煤田尤為突出。在復雜的地質構造中，針對礦床構造合理布置采區，實現安全、經濟、高效的回采是生產企業面臨的技術難題。紅柳煤礦設計年產8.0Mt煤，礦區斷層多、涌水量大，地質條件復雜，造成采區接替準備期長、接續緊張。為保證礦井按期達產，根據斷層分布情況對Ⅰ02采區開采方案進行了優化設計。

斷層； 采區； 回采方向

1 前言

隨著我國能源工業的發展，煤炭資源被不斷開采，易采煤炭資源日益減少，煤炭開采正轉向復雜地質條件區域。同時，采礦技術迅速發展，礦井開采的集中化程度日益提高，生產和新建礦井的規模日益增大。如何在復雜的地質構造中合理布置采區，實現安全、經濟、高效的回采是生產企業面臨的主要技術難題。

紅柳煤礦設計年產8.0Mt煤, 礦井于2007年10月開工建設，2011年3月聯合試生產成功，礦井服務年限106年，原計劃2015年礦井生產能力達到8.0Mt/a。紅柳井田呈南北條帶布置，南北走向長約15km，東西傾向寬約5.5km，面積約85km2。井田主要褶曲構造由西向東有3條向斜、3條背斜相間布置，并伴生次一級的向背斜。井田內斷層主要有70條。井田主要可采煤層15層，其中厚煤層2層，中厚煤層8層，其余5層均為薄煤層。井田采用斜井、立井混合開拓，主運輸采用皮帶運輸；礦井采用分區式通風系統，抽出式通風方式。

2 礦井02采區原設計及現狀

紅柳煤礦2煤輔助運輸大巷(北)和2煤帶式輸送機大巷(北)300m時分別遇到DF6- 1斷層，該斷層屬正斷層，導水性強，涌水量130m3/h，采用帷幕注漿的方法，經過一年半時間，兩條巷道分別通過了DF6- 1斷層。根據紅柳煤礦西翼補勘時發現距DF6- 1斷層前方240m還有DF24、DF25斷層，該斷層與DF6- 1斷層一直對掘進施工影響較大，進而影響礦井正常接續安排。推遲Ⅰ06采區開拓近一年半的時間，影響了紅柳煤礦2016年達到設計產量8.0Mt/a的計劃。根據產量需要，重新調整接續準備開拓Ⅰ02采區。

為了加快采區準備進度，紅柳煤礦曾試圖從南向北施工Ⅰ020202工作面運輸巷(原勘探資料中DF6- 1與DF6- 2未連通，該順槽前進方案無斷層)，過DF5、DF6- 1后施工措施巷推進兩條大巷；Ⅰ020202工作面運輸巷掘進900m時揭露了DF6- 2斷層，且其圍巖破碎、掘進面涌水量大(約100m3/h)，推斷DF6- 1與DF6- 2屬同一斷層，造成該巷道停掘。

3 基于地質構造優化采區方案

由于掘進巷道通過斷層比較困難，施工工期長，投資費用高，嚴重制約礦井穩產、高產的現狀，礦山報請集團公司把DF7、DF6斷層以南至Ⅰ01采區北邊界的區域從設計的雙翼采區中劃出，作為獨立采區進行采區準備，實際又將Ⅰ02雙翼采區調回到兩個采區，只是將原Ⅰ02采區的DF6斷層以北東到馬家灘背斜(接近DF7斷層)部分劃分為Ⅰ02采區(東翼)。

3.1 Ⅰ02采區現狀

結合礦井的巷道布局分析，Ⅰ02采區2#煤層布置走向長度800m左右的工作面3個、走向長度1 400m的工作面2個。根據礦井采煤接續計劃，礦綜采隊與2016年9月轉入Ⅰ02采區(東翼)首采面生產。

為了保證礦井2016年后Ⅰ02采區(東翼)能夠順利投產，并且保證礦井能夠較長時間穩產，因此對Ⅰ02采區(東翼)巷道布置系統的可靠性進行了詳細分析與優化。同時在DF1- 1斷層以東布置3條大巷，由南向北施工，DF1- 1斷層以東的回采工作面采用傾向長壁采煤方法，見圖1。

圖1 原Ⅰ02采區設計平面圖

由于DF1- 1斷層以西的Ⅰ02采區上山目前已經施工，因此本次設計優化的范圍為：Ⅰ02采區范圍內北到DF7斷層，東到馬柳斷層，南到DF4斷層，西到DF1- 1斷層。走向長度約2 000m，傾向寬約1 800m，面積約3.6km2。

Ⅰ02采區(DF1- 1斷層以東)范圍內上組煤可采煤層為3層，分別是2#煤、3- 2#煤和4- 3#煤，其中2#煤厚度5m以上，3- 2#煤和4- 3#煤厚度在2m以上。2#煤與3- 2#煤的間距約為20m，3- 2#煤與4- 3#煤的間距約為50m。煤層平均傾角在15°以下，但在東部馬柳斷層附近加大到22°～25°。采區范圍內對開采有影響的地質構造為DF6斷層。根據紅柳煤礦工作面接續計劃，Ⅰ02采區(DF1- 1斷層以東)2#煤可采出煤量約為13.80Mt，共計38個月。

3.2 Ⅰ02采區巷道布置方案比選

根據井下實際情況，Ⅰ02采區設計了兩種布置方案，具體如下。

方案一：DF4斷層傾向布置上山組，工作面走向推進。3條上山組沿DF4斷層布置，采區劃分4個區段，工作面沿煤層走向由北向南推進，推進長度約2 100m，采區西側兩個區段工作面回采過程中需跨DF6- 3斷層。

方案二：沿DF1- 1東側走向布置采區大巷組，工作面傾向推進。3條采區巷沿采區西邊界的DF1- 1斷層沿煤層走向布置，采區劃分6個區段，工作面沿煤層傾向由東向西推進，推進長度約1 500m，見圖2。

圖2 優化后Ⅰ04采區準備方式平面圖

兩種方案的技術經濟比較如表1。

表1 方案技術經濟比較

由表1可以看出方案一和方案二的優缺點如下。

方案一的優點：①Ⅰ02采區東翼布置上山，利于開采Ⅰ01采區第六區段；②對Ⅰ04采區東翼準備影響小，有利于加快Ⅰ04采區接續。方案一的缺點：①走向推進方式，各區段工作面長短不一，受DF6斷層影響，大巷和順槽5次穿過斷層，工作面更換2次，第三區段工作面可能局部穿過斷層，不利于穩定產量；②Ⅰ02采區東翼工作面開采沒有充分利用必須施工大巷組，總工程量及投資偏大；③根據排定的接續計劃，采用走向推進方式，Ⅰ02采區工作面長度不均衡；④Ⅰ01采區和Ⅰ02采區東翼靠近馬柳斷層的工作面煤層傾角變化大，回采巷道布置困難，開采難度大，回采煤量可靠程度低。

方案二的優點：①工作面避開DF6斷層布置，提高工作面推進長度(1 400m以上)，有利于工作面穩定接續(工作面無需3次穿過斷層，且少2次工作面更換)；②工作面傾向布置，用工作面順槽向東探清煤層賦存條件，在適合位置布置切眼，有利于最大限度回收煤炭資源；③Ⅰ02采區東翼工作面開采充分利用必須施工大巷組，總工程量及投資小；④根據排定的接續計劃，采用傾向推進方式，Ⅰ02采區可靠的生產期較走向推進更長，可為Ⅰ04采區創造更長的接續時間。方案二的缺點：①Ⅰ04采區受到Ⅰ02采區東翼工作面的采掘影響，Ⅰ04采區東翼推遲接續2個月時間；②因回采Ⅰ01采區深部三角煤影響，Ⅰ02采區東翼第一個工作面回采巷道施工完成后需等Ⅰ010206工作面回采后才可回采；③Ⅰ02采區東翼傾向推進后，每個工作面開切眼附近煤層傾角較大，推進慢。

綜合以上技術經濟比較與方案優缺點比較，方案二優于方案一，設計推薦方案二，即Ⅰ02采區東翼工作面傾向推進。Ⅰ02采區工作面優化后，為3個綜采工作面增加原煤回收量至445萬t，直接創造利潤4 450萬元。

4 結語

國家經濟結構調整、節能減排、降本增效等各項政策頒布，煤炭開采企業發展受到眾多制約；同時，隨著當前實體經濟低迷，工業對煤炭資源的需求下降，制約著煤炭市場價格。依據礦區的實際情況，開展復雜的地質構造中優化采區布置，實現安全、經濟、高效的回采對于生產企業具有重要意義。

Optimizing mining panel layout based on deposit geological structure

Coal-bearing strata mostly exists with faults and fold structures, especially in multi-seam coal mine. In complicated geological structure, it is a technical problem for the production enterprise to arrange mining area rationally according to deposit structure and realize safe, economical and efficient mining. The design capacity of Hongliu Coal Mine is 8.0 Mt/a. In the mining area there are many faults and abundant seepage water, which leads to stopping unsmooth and long preparation period. To ensure production on schedule, the mining scheme of Ⅰ02 panel was optimized according to the faults distribution.

fault; mining area; stopping direction

TD822

A

王占銀(1971-)，男，寧夏中衛人，高級工程師，從事采礦技術研究及管理工作。