新元礦9號煤層開拓方式設(shè)計探討

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（華陽新材料科技集團(tuán)有限公司戰(zhàn)略發(fā)展部 山西 045000）

1.概述

新元礦位于山西省晉中市壽陽縣境內(nèi)，隸屬于華陽新材料科技集團(tuán)有限公司，礦井工業(yè)場地位于壽陽縣城西北約5km處。新元礦為生產(chǎn)礦井，2007年建成投產(chǎn)，井田東西走向長15.6km，南北傾斜寬9.6km，面積136.7699km2，批準(zhǔn)開采深度標(biāo)高為1200m～50m。新元礦為煤與瓦斯突出礦井。山西煤礦安全監(jiān)察局2020年9月頒發(fā)編號為（晉）MK安許證字[2020]GA098Y3B2安全生產(chǎn)許可證，核定能力為270萬噸/年。該礦地層總體上呈近東西走向、向南傾斜的單斜構(gòu)造，煤層傾角一般為3°～6°。該礦3、6、8、9、15、15下號煤層為可采煤層，其中3號煤層平均厚度為2.58m，9號煤層平均厚度為2.03m。3、9號煤層均為突出煤層，現(xiàn)開采冀家垴分區(qū)3號煤層。該礦9號煤大部可采，賦存較穩(wěn)定，為了從根本上治理瓦斯，將9號煤層作為保護(hù)層開采，同時可解放3號和15號煤層瓦斯，故礦方擬開發(fā)9號煤層。

2.礦井開拓現(xiàn)狀

(1)工業(yè)場地

礦井現(xiàn)有4個工業(yè)場地，即草溝主工業(yè)場地、冀家垴風(fēng)井工業(yè)場地、韓莊風(fēng)井工業(yè)場地、陳家溝風(fēng)井工業(yè)場地。

(2)礦井開拓方式

礦井采用斜井開拓方式，全井田現(xiàn)有8個井筒，分別為主斜井、副斜井、中央進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)立井（冀家垴）、韓莊進(jìn)、回風(fēng)立井、陳家溝進(jìn)、回風(fēng)立井。

①主斜井：落底于3號煤層，凈寬4.8m，裝備1400mm寬鋼繩芯膠帶輸送機(jī)和檢修軌，擔(dān)負(fù)全礦井煤炭提升任務(wù)，兼作進(jìn)風(fēng)井和安全出口。

②副斜井：已落底于+630m水平，凈寬5.0m，采用無軌膠輪車運輸，擔(dān)負(fù)礦井人員、設(shè)備、材料等輔助運輸任務(wù)，兼作進(jìn)風(fēng)井和安全出口。

③中央進(jìn)風(fēng)立井：已落底于+630m水平，直徑7.0m，裝備一對1.5t礦車單層單車寬、窄罐籠各一個和梯子間，主要擔(dān)負(fù)礦井冀家垴分區(qū)（初期）進(jìn)風(fēng)任務(wù)，兼作排矸井和安全出口。

④中央回風(fēng)立井：已落底于+630m水平，直徑7.0m，裝備兩趟瓦斯抽采管路，擔(dān)負(fù)礦井冀家垴分區(qū)（初期）回風(fēng)及初期瓦斯抽采任務(wù)。

3.9號煤層開拓方式

9號煤層開拓方式維持礦井現(xiàn)有斜井開拓方式不變，利用現(xiàn)有的工業(yè)場地、井筒，礦井條帶、分區(qū)劃分不變。

(1)輔助水平開拓方式

①主運輸系統(tǒng)。由于新元礦主斜井落底于3號煤層后向西布置集中膠帶大巷，集中膠帶大巷落底于9號煤下方7m的巖層中，其方向為東西方向布置，與輔助水平大巷平行。主斜井與9號煤的連接方式有如下兩個方案：

方案一：利用上倉巷形成的9號煤煤倉（煤倉垂深34m），將現(xiàn)有主斜井井底平段與9號煤主運輸大巷連接，形成9號煤主運輸系統(tǒng)。

方案二：將主斜井延伸，利用主斜井煤倉將9號煤層運輸大巷連接，形成9號煤層主運輸系統(tǒng)。

設(shè)計選擇方案一，主要理由如下：方案二較方案一工程量大，方案二延伸主斜井工程，影響礦井3號煤層的正常生產(chǎn)。

②輔助運輸系統(tǒng)。在中央進(jìn)風(fēng)立井井底北車場，按6°下坡向西至9號煤層頂板7m后，與9號煤層運輸大巷連接，形成9號煤層輔助運輸系統(tǒng)。水平標(biāo)高為+590m。

③進(jìn)回風(fēng)系統(tǒng)。中央進(jìn)風(fēng)立井落底于3號煤層下方22m的巖層中，在3號煤層布置有南北兩個馬頭門，為減小3號煤北車場及9號煤輔運暗斜井風(fēng)速，在冀家垴井底的9號煤輔運大巷布置9號煤進(jìn)風(fēng)大巷與中央進(jìn)風(fēng)立井井底貫通，形成9號煤的主進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)。

中央回風(fēng)立井落底于3號煤馬頭門下方12m巖層中，9號煤南北回風(fēng)大巷通過暗斜井與中央回風(fēng)立井井底相連，形成9號煤層回風(fēng)系統(tǒng)。

④瓦斯抽采系統(tǒng)。9號煤南回風(fēng)大巷通過布置瓦斯管斜巷與3號煤南總回風(fēng)巷連接，形成瓦斯抽采管路系統(tǒng)。

(2)大巷布置方案

①9號煤輔助水平開拓布置的原則。為減少大巷煤柱的留設(shè)寬度，9號煤輔助水平開拓大巷總體上與+630m水平大巷重疊布置。

②9號煤大巷層位。9號煤為突出煤層，大巷應(yīng)布置在巖層中，直接底泥巖比較破碎，大巷布置在煤的下方巖層中支護(hù)難度大，故將9號煤大巷布置在9號煤頂板上方約7m處。

③大巷布置方案。根據(jù)井田9號煤開采起保護(hù)層作用及可采區(qū)域、不搬遷村莊保護(hù)煤柱、高灰區(qū)范圍、3號煤層開采情況等因素，維持礦井條帶劃分不變。9號煤可采范圍主要集中在井田北部和中部，根據(jù)礦井總的開拓部署，9號煤開拓大巷總體上與+630m水平開拓大巷重疊布置，將井田9號煤沿傾斜方向由北向南劃分為北、中兩個條帶，即將緯線X=4194600以北部區(qū)域劃分為北條帶，緯線X=4194600以南區(qū)域劃分為中條帶。

在條帶劃分的基礎(chǔ)上，按照風(fēng)井服務(wù)范圍劃分為3個分區(qū)，分別為冀家垴分區(qū)、陳家溝分區(qū)、韓莊分區(qū)。冀家垴分區(qū)負(fù)擔(dān)北條帶東部及中條帶東北部范圍，劃分為一、三采區(qū)，一采區(qū)南北方向雙翼開采，回采工作面推進(jìn)長度為1200-2100m；三采區(qū)為由東向西單翼開采，回采工作面推進(jìn)長度為900-2900m。陳家溝分區(qū)負(fù)擔(dān)北條帶西部范圍，回采工作面推進(jìn)方向方案比較確定，劃分為二采區(qū)。韓莊分區(qū)負(fù)擔(dān)中條帶東南部、南部、西部范圍，劃分為四采區(qū)、五采區(qū)。四采區(qū)北部、西部以3號煤采空區(qū)邊界為界，東南部以0.8m線為界。四采區(qū)東西方向雙翼開采，回采工作面推進(jìn)長度為1200-2900m。五采區(qū)西部以3號煤于家莊分區(qū)大巷保護(hù)煤柱線為界，北部以太舊高速公路保護(hù)煤柱線為界，東部以3號煤采空區(qū)邊界為界，南部以0.8m線為界。五采區(qū)南北方向雙翼開采，回采工作面推進(jìn)長度為1200-1900m。

根據(jù)礦井現(xiàn)有的開拓方式，確定9號煤采用暗斜井的開拓方式，在3煤底板下方巖層中布置9號煤膠帶暗斜井，傾角15°，斜長136m，裝備鋼繩芯膠帶輸送機(jī)擔(dān)負(fù)9號煤煤炭提升任務(wù)，落底至9號煤頂板上方7m后布置膠帶運輸大巷，擔(dān)任9號煤北條帶主運輸任務(wù)；自集中膠帶大巷從2號井底煤倉機(jī)尾向西延伸后布置9號煤煤倉，通過聯(lián)絡(luò)巷與清撒巷道勾通。

在+630m水平中央進(jìn)風(fēng)立井北進(jìn)風(fēng)石門、集中輔助運輸大巷和西總回風(fēng)大巷之間施工材料暗斜井，傾角6°，斜長368m，落底于9號煤層頂板上方7m后向西布置9號煤輔助運輸大巷，運輸方式仍采用無軌膠輪車運輸，擔(dān)負(fù)9號煤輔助運輸任務(wù)，兼作進(jìn)風(fēng)。

利用中央進(jìn)風(fēng)立井井底水窩，井壁東側(cè)布置一個9號煤進(jìn)風(fēng)暗斜井，暗斜井傾角25°，斜長約62m，落底于9號煤層頂板上方7m后沿煤層布置9號煤進(jìn)風(fēng)大巷、9號煤主變電所、主排水泵房、主水倉。

利用中央回風(fēng)立井井底水窩，井壁布置一對9號煤馬頭門和9號煤南、北回風(fēng)暗斜井，北回風(fēng)暗斜井傾角15°，斜長約51.7m，落底于9號煤層上方7m后沿9號煤層布置9號煤北回風(fēng)大巷；南回風(fēng)暗斜井傾角18°，斜長約93.8m，落底于9號煤層上方7m后沿9號煤層布置9號煤南回風(fēng)大巷；擔(dān)負(fù)9號煤北條帶回風(fēng)任務(wù)。

9號煤沿走向在每個條帶共布置一組大巷，兩組大巷之間采用9號煤集中膠帶下山、集中輔運下山、集中西回風(fēng)下山連接。大巷均布置在9號煤層上方約7m處。

中條帶大巷通過9號煤集中輔運大巷與9號煤材料暗斜井連接，形成輔助運輸系統(tǒng)。

中條帶大巷通過進(jìn)風(fēng)斜巷和回風(fēng)、瓦斯管斜巷與3號煤中條帶輔助運輸大巷和回風(fēng)大巷相連，形成進(jìn)、回風(fēng)系統(tǒng)。

按照擬定的大巷開拓布置對9號煤井田北部的北條帶陳家溝分區(qū)提出走向長壁與傾斜長壁兩種布置方案。

方案一：對9號煤陳家溝分區(qū)采用傾斜長壁布置方式

9號煤北條帶大巷布置與上方+630m水平3號煤大巷重疊、間距30m平行布置至井田邊界（風(fēng)井東側(cè)布置四條大巷，風(fēng)井西側(cè)布置三條大巷），風(fēng)井東側(cè)布置9號煤北條帶輔助運輸大巷、9號煤北條帶膠帶大巷及9號煤北條帶南、北回風(fēng)大巷，風(fēng)井西側(cè)布置9號煤北條帶輔助運輸大巷、9號煤北條帶膠帶大巷及9號煤北條帶北回風(fēng)大巷。開拓大巷即采區(qū)巷道，傾斜長壁布置回采工作面，9號煤陳家溝分區(qū)二采區(qū)回采工作面為傾斜方向單翼開采。

方案二：對9號煤陳家溝分區(qū)采用走向長壁布置方式

陳家溝分區(qū)北部可采范圍走向約4.12km，以陳家溝風(fēng)井為界，布置一組采區(qū)上山巷道，東西方向雙翼開采，回采工作面推進(jìn)長度為1900m，走向長壁布置回采工作面。

方案比較：

①方案一優(yōu)缺點

優(yōu)點：A.本方案9號煤北條帶直接利用大巷南北傾斜方向布置回采工作面，該布置方式生產(chǎn)系統(tǒng)簡單、生產(chǎn)環(huán)節(jié)少，與方案二相比可減少一部主運輸設(shè)備，相應(yīng)地設(shè)備投資低、運營費用低。B.巷道工程量少。

缺點：A.9號煤北條帶北部采區(qū)回采工作面為俯采，北高南低，傾角4～6°，工作面容易積水。B.工作面均為單翼布置，不利用工作面的接替。

②方案二優(yōu)缺點

優(yōu)點：A.由于西部井田9號煤層基本屬于東西走向、南北傾向，本方案對井田西北回采工作面沿9號煤層走向布置，對綜采工作面的開采有利。B.9號煤陳家溝分區(qū)二采區(qū)、三采區(qū)為雙翼布置，雙翼跳采，有利于工作面接替。

缺點：A.本方案生產(chǎn)環(huán)節(jié)多、生產(chǎn)系統(tǒng)相對復(fù)雜，與方案一相比多一部主運輸設(shè)備，相應(yīng)生產(chǎn)設(shè)備投資高、運營費用高，管理難度大。B.巷道工程量大。通過綜合分析比較，推薦采用方案一，即對9號煤陳家溝分區(qū)采用傾斜長壁布置方式。