超大層間距聯合開采設計在寧武煤田的應用

岳俊杰

(霍州煤電集團有限責任公司,山西 霍州 031400)

1 礦井及采區概況

山西省靜樂縣某礦由六個小窯兼并重組整合而成,整合后批準開采2#至5#煤層,井田面積12.698 6 km2,生產規模1.2 Mt/a。礦井井田屬寧武煤田,位于寧武向斜的東翼,呈由東向西展布的不規則多邊形,基本構造形態為單斜構造,地層近南北走向,傾向以西和北西西為主,傾角30°,井田地質構造簡單,水文地質類型中等。礦井采用“兩進一回”機械抽出式分區通風方式,主運輸采用帶式輸送機運輸,輔助運輸采用柴油齒軌車和柴油單軌吊車運輸。礦井二采區位于井田的中部,采區通過在+1 100 m水平大巷東側布置三條上山準備巷道進行開采,采區內2#煤層平均厚度為4.95 m,5#煤層平均厚度為12.94 m,煤層傾角24°～30°,平均26°,2#與5#煤層垂直層間距為85 m,采區地質儲量4 319.2萬t,設計可采儲量2 632.42萬t,采區服務年限15.7 a。

2 采區巷道布置方案

2.1 分層開采與聯合開采設計的分析

井工礦井在開采煤層群時,一般視煤層間的層間距大小,采區巷道按分層布置和聯合布置兩種方式進行設計。分層布置即將每個煤層單獨開采,在各自煤層內布置一個完整的生產系統,聯合布置即在開采近距離煤層群時,為減少巷道工程量和實行集中生產,采用聯合布置或分組聯合布置方式,將幾個煤層劃為一組,在最下面的煤層或底板巖石中布置共用的上山和平巷,各煤層和底板巷道用石門、斜巷和溜煤眼相聯系,建立一個統一的生產系統[1-3]。通過對二采區煤層賦存條件的分析,由于受主、輔運輸設備運行參數的限制,采區主、輔運輸巷道上山坡度不宜超過21°,即使準備巷道采用偽傾斜的布置方式，也不能將分層采區巷道布置在相應的煤層中或煤層底板附近,因此否決分層開采布置方案。

2.2 采區聯合開采布置方案

通過對礦井整體開采規劃的分析,本著為礦井“一優三減”創造條件,充分結合礦井煤層傾角較大,2#煤層局部可采,5#煤層全區可采的實際情況,確定按照三個采區劃分開采全井田可采煤層和二采區全部開采2#煤可采區的要求,改造利用采區中部原整合礦井預留的一副斜井作為采區回風斜井使用的整體思路進行聯合開采設計方案的構思。為此設計方案確定初期提出了以下四條設計原則:①三條上山沿煤層偽傾斜布置,偽斜角控制在53°～56°,采區上山各巷道間距為40 m。②采區皮帶巷、采區軌道巷布置在2#煤與5#煤的中間層位(采區下端位于5#煤頂板往上35 m～45 m,受煤層傾角與上山巷道坡度間關系的影響,采區上端要求全部進入5#煤層位),坡度為+21°。③將回風上山布置在5#煤層中,坡度為+21°～+26°,以便降低巖巷工程量并進一步探清采區煤層及地質構造。④采區上山保護煤柱盡量與二采區回風斜井保安煤柱重疊,且為方便防滅火管理兩翼工作面順槽長度宜均等。

1)回風上山位置的選擇:回風上山位置根據經驗有兩種布置方式,一種為回風上山位于采區三條上山的一側,皮帶上山位于三條上山的中間,另一種為采區回風上山位于采區上山的中間,兩側分別為皮帶上山及軌道上山。其中第一種方式較為常見,便于工作面出渣及回風系統巷道的施工,在近水平及緩傾斜煤層中應用廣泛;第二種方式適合于三條上山不在同一層位的情形,此種布置方式:①巷道立交關系較簡單。②采區膠帶輸送機與工作面膠帶輸送機容易搭接,對采區皮帶巷安設的架空乘人裝置影響較小。③工作面不需專門施工順槽巷的進風、行人聯巷。通過分析認為采區聯合開采時采區回風上山應選擇第二種布置方式。

2)采區上山位置及方位的選擇:根據采區地質和回風斜井可利用情況,本著合理布置采區準備系統,實現快速投產,又兼顧下部接續采區;即便于回采巷道的靈活布置,又能均衡兩翼工作面長度;實現一個區段集中聯巷服務四條順槽和部分區段集中聯巷實現上下煤層的重復使用等要求[4-5],優選確定了二采區準備巷道采用與水平大巷斜逆聯的設計方案。即采區三條準備巷道基本位于采區中部,以55°5′26″方位角與+1 100 m水平大巷斜逆聯,準備巷道按聯合布置方式進行設計施工,巷道保護煤柱與二采區回風斜井保護煤柱重疊,由北向南分別布置皮帶上山、回風上山、軌道上山、采區皮帶上山及軌道上山分別通過采區行人斜巷和采區軌道繞巷與相應的+1 100 m水平皮帶巷及軌道巷溝通形成運輸、進風系統,采區回風上山與原老榆背副斜井(已有)溝通形成通風系統。采區聯合開采巷道布置方案如圖1所示。

圖1 采區聯合開采巷道布置方案Fig.1 Layout of roadways in combined mining areas

3)水平大巷與采區巷道的溝通方式：為使采區軌道巷、皮帶巷下端布置于2#、5#煤層之間的巖巷中,就需通過施工相應的采區繞巷、斜巷與+1 100 m 水平大巷溝通,具體溝通方式如下:采區皮帶巷通過施工43 m高的采區煤倉與皮帶大巷溝通實現出煤,同時在水平皮帶大巷與采區皮帶巷間施工長度168 m,坡度16°的采區行人斜巷實現進風及行人,在采區皮帶巷下端與采區軌道巷之間施工采區皮帶檢修道方便膠帶機的日常檢修工作。采區軌道巷溝通方式:在+1 100 m水平軌道巷大巷車場處以220°53′23″方位角開口施工采區軌道繞巷,軌道繞巷除車場段及巷道拐彎前后20 m范圍為平掘外,其它區段施工坡度為20°,巷道施工總長度240 m,通過施工繞巷實現巷道爬升43 m,采區軌道繞巷上端進入5#煤頂板往上36 m層位與采區軌道上山實現溝通。

4)工作面聯絡方式：采區巷道為上下煤層聯合布置方式,為解決多煤層回采工作面運輸、出煤及回風系統巷道布置上的缺陷,優化工作面系統巷道,實現一條系統巷道能夠服務多個工作面的生產,不僅簡單合理,而且延長了系統巷道服務周期。設計通過施工采區軌道巷至采區皮帶巷及回風巷之間的系統巷道作為區段集中聯巷,工作面各順槽通過區段集中聯巷與采區三條上山連通形成完整的生產系統,為實現區段集中聯巷的重復使用,各煤層需通過相應的石門、斜巷和立眼三種方式與區段集中聯巷聯系起來,具體聯系方式分不同工作面情況,按掘進量的大小及使用方便等原則進行選擇,在實際工作中,用于運煤的聯絡巷多采用斜巷和立眼,而用于回風、行人、運料的聯絡巷,則多采用石門和斜巷[6]。

工作面聯絡方式:2#煤工作面在區段集中聯巷中部往采區下山方向上山掘進集中膠帶斜巷進入2#煤層,四條順槽共用一套主、輔運輸及回風系統;5#煤工作面利用2#煤區段集中聯巷的一部分往上山方向平掘進入5#煤層后分別施工相應的回風聯巷及集中膠帶斜巷,四條順槽共用一套主、輔運輸系統,回風系統可分翼布置。回采工作面布置方位與開拓巷道平行,與煤層走向基本一致,切眼長度平距88 m(斜距100.5 m)。此種聯絡方式可大量減少巷道的開掘與維護,有利于綜采機械化扒皮式開采各煤層和提高礦井經濟效益。

3 采區車場及緩沖水倉的布置

3.1 車場的布置

為了方便大巷無級繩連續牽引絞車與采區齒軌車之間的材料換裝,需在+1 100 m水平軌道大巷與采區軌道繞巷連接處設置一80 m的大巷車場,在采區軌道繞巷處布置一35 m的采區轉換車場。同時為保障齒軌車的安全運輸,方便采區內齒軌車與單軌吊車之間的材料換裝,需在采區軌道巷下端布置一50 m的采區下部車場,在采區軌道巷上端布置一30 m的采區上部車場,通過以上四個車場實現采區材料的順暢運輸。

3.2 緩沖水倉的布置

由于采區為上山采區,工作面涌水通過排水管路排至采區軌道巷或采區皮帶巷水溝后自流至軌道大巷水溝內,最后通過+1 100 m水平水泵房將水直接排出地面。為降低下流水流的沖擊力,需在采區軌道繞巷轉換車場處單獨布置一緩沖水倉,緩沖水倉施工總長度為90 m,采用底板下挖布置方式,有效容積360 m3,由緩沖一倉及二倉組成并安設清倉機進行日常的水倉清淤工作。

4 結束語

鑒于2#與5#煤煤質相近,可考慮部分時段進行2#與5#煤交替回采,但需處理好壓茬關系,以減少或避免相鄰工作面共用巷道存在串聯通風的情況,實現高低硫分煤的合理配采。

對于超大層間距煤層來說，一般采用分層布置方式,但對于寧武煤田的傾斜煤層而言,可以充分利用煤層傾角大的特點,進行超大層間距煤層間的采區巷道聯合布置,采用區段集中聯巷的方式將超大間距煤層聯系起來,實現了一條區段集中聯巷服務四條順槽。這種聯合布置的采區,不僅可以擴大采區儲量,延長采區服務年限,還可以減少掘進量及維護量,緩解采掘接續,實現井下集中生產,達到降本提效的目的,為礦井“一優三減”創造了條件。