莊旺礦配采工藝優化方案的研究

黨利亞

（山西寧武大運華盛能源集團有限公司，山西 忻州036700）

山西煤炭資源經過多次的兼并重組后，給煤礦的采掘條件帶來了巨大的改變。受此影響，整合后的煤礦在資源開采方面難免存在連續性差、采掘成本高、采空區面積大、巷道頂底板管理復雜等情況[1-2]。同時，下游市場對煤炭品質的要求越來越高，部分資源不佳的煤礦會在有限的井田范圍內，優先對煤質較好的煤炭資源進行開采，從而造成了低灰、低硫、高熱量煤炭的過度開采，也對煤礦的長遠發展帶來不良影響。

因此，為了實現煤炭資源的高效利用并為煤礦長期的經濟效益做考慮，需要有針對性的對煤礦制定不同煤層間的配采方案，從而達到煤炭資源的高效、經濟開采[3]。

1 項目概況

莊旺煤礦位于山西忻州寧武縣，為了確保企業生產安全，有效減少采掘活動所產生的多重擾動作用，需要對原先采掘順序進行優化，將具有安全隱患的50206工作面暫緩開采。

50206工作面北面為50205工作面，50205工作面北部的50204工作面已回采完畢，南部為50206工作面回風順槽掘進面（暫時封閉），50205工作面上部采空區的集中應力及50205工作面北部采空區的集中應力的集中顯現，再加之采掘活動的多重影響，給巷道維護和頂板管理造成很大困難，不僅技術上和管理上難度大，而且安全上受到威脅。根據現采掘現狀，3號煤層301采區僅剩1個工作面，即30103工作面，該工作面上部2號煤層已回采完畢，且與上部2號煤層間距較小，平均為7.5 m。上部2號煤層采空區集中應力顯現，使巷道支護造成困難，安全上有一定的威脅。再由于下部5號煤層工作面暫時不采，因此為了確保礦井安全生產，30103工作面與下部50205、50206工作面均暫時不采。待周邊集中應力釋放后，根據采掘接替的需要再適時開采。

2 井田開拓與井下開采方案

2.1 井田開拓

莊旺煤礦利用現有的井筒采用斜井開拓方式，其中，主斜井與副斜井為半圓拱形斷面，均落底在5號煤層底板中部位置。主斜井凈寬3.4 m，凈斷面積9.3 m2，落于5號煤層底板中部，裝備帶式輸送機，主要負責生產煤炭的提升工作；副斜井凈寬3.8 m，凈斷面積11 m2，傾角15°，斜長482.0 m，裝備單鉤串車，擔負礦井的材料、設備和人員的運輸工作。具體煤層的開拓布置如下：

1）2號與3號煤層聯合布置分層開采，其中沿2號煤層布置采區運料巷、采區運輸巷和采區回風巷。三條巷道間距25 m，向井田南部延伸至距井田南部邊界390 m處。井田北部延伸至201采區北部邊界處，201采區軌道巷通過軌道暗斜井與502采區軌道巷連接，201采區運輸巷通過2號煤層采區煤倉與502采區運輸巷連接；形成開采2號、3號煤層的生產系統。

2）5號煤層現有4條下山開拓，均布置于5號煤層中。集中軌道下山、運輸下山在井田中部平行于井田邊界南北向布置4條采區巷，分別為5號煤層502采區運料巷、運輸巷、回風巷、進風行人巷。4條采區巷道間距25 m，分別通過集中軌道下山、集中運輸下山、聯絡巷、井底煤倉、井底車場、5號煤層進/回風大巷與4個井筒相連，形成開采5號煤層的生產系統。

配采開拓方面，筆者利用現有開拓系統，對2號煤層201采區的運輸巷沿煤層底板布置，采區運料巷和回風巷沿煤層頂板布置；5號煤層進風行人巷、回風巷沿煤層頂板布置，502采區運輸巷沿煤層底板布置，采區運料巷沿煤層中部布置。

2.2 井下開采

根據礦井優化后采掘接替順序，礦井3號煤層開采時其上覆2號煤層必須回采完畢。同時為避免應力集中的影響，3號煤層與2號煤層在內錯布置時必須保持一定間隔。另外礦井3號煤層與5號煤層配采期必須保證5號煤層開采時其上覆3號煤層工作面始終超前5號煤層工作面150 m以上。參考礦井資源儲量、井下大巷布置的特點及井田邊界的特點，分別將全井田2號煤層劃分為201、202采區，3號煤層劃分為301、302采區，5號煤層劃分為501、502、503采區。

開采過程中，將201采區、301采區、502采區分成南、北兩段，以5號煤層502采區中部和50204工作面采空區及2號、3號蹬空區域保護煤柱為界。煤層配采共分為三個階段進行。

1）階段一。由于201采區（北段）西面2號煤層較穩定，先將201采區（北段）20109工作面與502采區50207工作面進行配采，具體順序：20109工作面→20106工作面→20108工作面→30103工作面→20107工作面→20105工作面；同時配采50207工作面→50205工作面。

2）階段二。優先配采完畢2號煤層后，接著對301采區（北段）3號煤層工作面與502采區（南段）50205工作面（剩余部分）、50206工作面進行配采，具體順序：30109工作面→30106工作面→30108工作面→30107工作面→30105工作面；同時配采50205回采工作面（剩余部分）→50206回采工作面。

3）階段三。301采區（北段）3號煤層配采完畢后，單采50206工作面（配采剩余部分）→502采區（北段）5號煤層，順序：單采50206工作面（配采剩余部分）→502采區（北段）5號煤層。

在對礦井配采進行優化設計后，將對2號煤層201采區與5號煤層502采區進行配采，全井田共布置1個2號煤層回采工作面（20109回采工作面），1個5號煤層回采工作面。

20109工作面中部有大運路保護煤柱，嚴格按照批準的保護煤柱留設。嚴禁進入20109工作面中部大運路保護煤柱內回采。回采至大運路東部保護煤柱邊界時必須停止回采，需在大運路西部保護煤柱邊界外重新開切眼，重新布置工作面。在20109工作面西部重新開切眼前，必須保證前方回采過的區域內頂板垮落穩定后，才可重新開切眼。防止大面積空頂，及時采取專項頂板安全技術措施，確保頂板及時垮落，確保安全生產。

2.3 井下硐室設置

201采區運料巷最底部設有泄水硐室，201采區涌水經泄水硐室流入502采區主副水倉，502采區運料巷底部建有502采區水泵房和主、副水倉，此兩采區均采用錨索錨網噴支護。

201采區運輸巷鋪設帶式輸送機，擔負采區煤炭運輸任務；201采區、502采區運料巷采用雙速提升絞車牽引礦車、材料車、平板車提升運輸，擔負采區輔助提升運輸任務；201采區、502采區回風巷擔負采區回風任務。

由于莊旺礦2號、3號煤層屬近距離煤層，5號煤層屬特厚煤層，筆者建議對準備巷道、回采巷道進行專項支護設計，制定專項安全技術措施以確保安全生產。

2.4 采煤方法與設備

根據莊旺礦煤層特點的不同，需要針對各煤層采用不同的采煤方法與工藝進行配采：2號與3號煤層均采用綜采一次采全高采煤法，而5號煤層采用綜采放頂煤采煤法，所有煤層的開采均使用全部垮落法對頂板進行管理。

表1 煤層工作面主要設備表

在配采過程中，回采工藝及設備使用方面存在一定的差異，2號與3號煤層的回采工藝流程基本相同，均為：試機→雙滾筒采煤機進刀割煤→伸伸縮梁→移架→推刮板輸送機。5號煤層回采工作面采用追機放頂煤的作業方式，回采工藝略有不同，放頂煤步距0.80 m，推刮板輸送機作業完成后進行放頂煤工作。不同煤層設備使用的差別參見表1。

3 結語

莊旺煤礦由于原設計采掘工作面上部采空區的應力較為集中的現象明顯，加之巷道采掘活動頻繁，對頂底板的維護和管理帶來諸多安全隱患。該礦根據礦井資源和開采條件，在現有開拓布置的基礎上，充分利用現有井上下設施提出新的配采方案。在煤層開采順序優化調整后，對提高煤礦經濟效益、維持企業長治久安，帶動煤礦經濟全面發展起到了良好的效果。