年產千萬噸級礦井折返式采區上山布置方案分析

王 飛

(山西西山晉興能源有限責任公司 斜溝煤礦， 山西 呂梁 033600)

1 礦井概況

斜溝煤礦年設計產能1 500萬t，正在開采一水平11、15采區和二水平21采區。為了保證礦井持續穩產，為二水平平穩有續生產創造條件，需盡快開展25采區的建設工作。25采區位于井田東北部，上覆15采區(正在采掘)。25采區東側、北側為礦界，南側為嵐漪河、岢瓦鐵路、218省道及21采區北翼(正在采掘)，西側為二水平北翼3條開拓巷及26采區(規劃區)。13號煤層蓋山厚度最薄47 m，亦位于采區東南角；13號蓋山厚度最厚為543 m，位于采區西側保德縣與興縣縣界附近,地面標高為+950～+1 217 m. 采區內地勢總體呈現為東高西低，中部高南北低，井田內及其相鄰關停礦井8個。

目前，該礦使用無軌膠輪車進行輔助運輸，對巷道坡度及運輸距離有一定的要求，同時采區輔助運輸上山巷道的布置直接影響到保護煤柱留設的范圍及工作面的布置，從技術經濟指標上也希望采區輔助運輸上山巷道布置最優。因此，對25采區輔助運輸上山巷道的布置設計技術研究對該礦后續采掘銜接具有重大的戰略意義。

2 采區輔運上山折返式設計分析

根據25采區13號煤層的賦存條件，并對煤層傾角進行分析，結合該礦正在使用的采掘和運輸設備(主運輸采用帶式輸送機，輔助運輸采用無軌膠輪車)，制約25采區巷道布置方案的主要因素是輔助運輸，坡度不能大于6°，現提出4種解決方案。

1) 方案Ⅰ。在25采區0702鉆孔南側560 m處，沿13號煤層向北偏東33°布置25采區上山巷道。由北向南依次分別為25采區回風上山、25采區帶式輸送機上山和25采區輔助運輸上山。采區上山布置在采區中部，將采區劃分為兩翼，使兩翼儲量均衡，利于工作面正常接替；25采區輔助運輸上山沿煤層底板布置；25采區回風上山沿煤層頂板布置；25采區帶式輸送機上山沿煤層中部布置；3條上山均為煤巷。輔助運輸上山角度設計為6°，帶式輸送機上山角度為4.2°～6.5°，回風上山角度為4.2°～6.5°. 采區上山布置方案Ⅰ見圖1.

圖1 方案Ⅰ圖

2) 方案Ⅱ。在25采區1503鉆孔北側150 m處，沿13號煤層南偏東51°布置25采區上山巷道。由北向南依次分別為25采區回風上山、25采區帶式輸送機上山和25采區輔助運輸上山。采區上山布置在采區中部，將采區劃分為兩翼，使兩翼儲量均衡，利于工作面正常接替；25采區輔助運輸上山沿煤層底板布置；25采區回風上山沿煤層頂板布置；25采區帶式輸送機上山沿煤層中部布置；3條上山均為煤巷。輔助運輸上山角度設計為6°，帶式輸送機上山角度為4.2°～6.5°，回風上山角度為4.2°～6.5°. 采區上山布置方案Ⅱ見圖2.

圖2 方案Ⅱ圖

3) 方案Ⅲ。在1503鉆孔南側約455 m處垂直二水平北翼大巷布置25采區帶式輸送機上山和25采區回風上山，在25采區帶式輸送機上山和25采區回風上山兩側約150 m范圍內折返式布置25采區輔助運輸上山，折返5次，延伸至25采區東部邊界；25采區輔助運輸上山沿煤層底板布置；25采區回風上山沿煤層頂板布置；25采區帶式輸送機上山沿煤層中部布置；3條上山均為煤巷。輔助運輸上山角度設計為6°，帶式輸送機上山角度為9°，回風上山角度為9°. 采區上山布置方案Ⅲ見圖3.

圖3 方案Ⅲ圖

4) 方案Ⅳ。在鉆孔1503鉆孔南側約447 m處布置25采區帶式輸送機上山和25采區回風上山，采區巷道布置由北向南依次為25采區回風上山和25采區輔助運輸上山；在鉆孔0702南側約90 m處布置25采區輔助運輸上山開口，向北偏東方向29°偽斜布置25采區輔助運輸上山；25采區輔助運輸上山在25采區帶式輸送機上山和25采區回風上山兩側390 m范圍內折返，折返2次，延伸至25采區東部邊界。

主運輸上山和回風上山垂直北翼大巷布置，輔助運輸上山沿13號煤層底在主運輸上山和回風上山兩側折返式布置。采區上山布置方案Ⅳ見圖4.

圖4 方案Ⅳ圖

3 經濟技術指標研究分析

對4種不同方案的前期投資費用、消耗工期等進行對比，方案Ⅰ和方案Ⅱ技術經濟比較見表1,方案Ⅲ和方案Ⅳ技術經濟比較見表2.

表1 方案Ⅰ和方案Ⅱ技術經濟比較表

表2 方案Ⅲ和方案Ⅳ技術經濟比較表

由表1可知，方案Ⅱ比方案Ⅰ在工期上多2個月，井巷工程投資方案Ⅱ比方案Ⅰ要多5 857.04萬元，煤柱損失在正常回采時方案Ⅱ比方案Ⅰ要損失234 960萬元，帶式輸送長度相比價格差異不大，方案Ⅱ比方案Ⅰ要多投資481萬元，合計方案Ⅱ比方案Ⅰ要節省228 622萬元，方案Ⅱ優勢明顯。

由表2可知，方案Ⅳ比方案Ⅲ在工期上能少0.9個月，井巷工程投資少1 354.4萬元，煤柱損失在正?；夭蓵r要少損失113 520萬元，合計方案Ⅳ比方案Ⅲ要少114 904.4萬元，從經濟角度比較，方案Ⅳ優勢明顯。

從技術角度分析，無軌膠輪車在回采工作面搬家時屬重載運行，連續爬坡并連續拐彎折返，對運輸司機駕駛技術要求較高，對行車安全造成一定影響。結合技術和經濟分析推薦方案Ⅳ作為優選方案。

對以上兩種擇優選出的方案Ⅱ和方案Ⅳ進行比較，見表3.

表3 方案Ⅱ和方案Ⅳ技術經濟比較表

通過比較，方案Ⅳ相對于方案Ⅱ投資節省92 826萬元，工期少0.7個月，確定出方案Ⅳ作為本次設計理想方案。

為了使方案對比更科學，基于統計理論聚類分析法，建立判別函數Y=a1x1+a2x2+…+anxn，其中:Y為判別分數(經濟成本值);x1,x2…xn為反映研究對象特征(即采區巷道工程造價成本)的分變量;a1,a2…an為權重系數。利用判別函數判別巷道工程量、每延米造價、膠輪車成本等經濟指標對總經濟成本的影響，遴選權重占比較顯著的指標，進而驗證確定出方案Ⅳ為最終合理方案。4種方案的聚類分析見圖5.

圖5 4種方案聚類分析圖

4 結 論

1) 在煤柱損失正常前提下，基于工期、投入成本比較返式上山布置方案最為理想。

2) 采用折返式布置有效降低了上山巷道坡度，保證了行車安全，尤其是保證了重載車輛的安全運行。

3) 折返式上山在斜溝煤礦成功布置對其他采用無軌膠輪車作為輔助運輸的礦井有一定的借鑒意義。