構(gòu)造復雜塊段一體化設計回收方案研究與應用

文/崔 鋒 武姣姣

為保證礦井接續(xù)穩(wěn)定，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)資源高效回收，促進井下采場標準化建設，山東能源新礦集團協(xié)莊煤礦立足當前接續(xù)塊段資源進尺儲量賦存進行分析，研究借助當前生產(chǎn)系統(tǒng)，對礦井大系統(tǒng)改造一期工程置換的-550m水平西大巷及西翼皮帶大巷壓覆11層煤柱資源進行規(guī)劃回收，制定了該區(qū)域優(yōu)化整合一體化設計方案。通過研究裝備配套，結(jié)合現(xiàn)有過斷層技術，為大落差斷層構(gòu)造塊段資源回收提供了技術支撐。一體化設計方案既兼顧系統(tǒng)高效，又保證了礦井近期的采場穩(wěn)定，具有技術可行性及經(jīng)濟合理性。

一、初步方案

根據(jù)大巷兩側(cè)31113W、31115W、31115E、41112E等工作面揭露斷層情況，區(qū)域內(nèi)賦存一條落差16～28m的斷層，一條落差9～12m的斷層。根據(jù)塊段分布，劃分為31119W、31120W及31121W共三個工作面，其中，31119W工作面借助-850m水平皮帶暗斜井及軌道暗斜井進行布置，出面后自東向西回收，該塊段東西平均推采走向長372m、南北平均傾斜寬185m，設計可采儲量15萬t，對應工程量1457m；31120W工作面借助-550水平11層3-3采區(qū)車場布置，出面后自西向東回收，該塊段東西平均推采走向長490m、南北平均傾斜寬185m，設計可采儲量20萬t，對應工程量1575m；31121W工作面借助-550m水平4-3下山系統(tǒng)自西向東回收，該塊段東西平均推采走向長610m、南北平均傾斜寬270m，設計可采儲量34萬t，對應工程量1633m。根據(jù)系統(tǒng)及構(gòu)造賦存情況，計劃首先回收31120W工作面，而后再回收31119W和31121W工作面。初期設計三個工作面的布置圖如圖1所示。

二、優(yōu)化整合方案

1.整合方案

隨著預裂爆破、液壓裂巖機預裂等過斷層工藝的成功實施，按照放大面、重裝備的思路，研究對31120W工作面以西的31119W工作面、以東的31121W工作面進行整合一體化回收，實現(xiàn)一次安裝一次撤除、一次全面推采。三個塊段整合后統(tǒng)稱為31120W工作面，塊段整體東西平均走向長1763m、南北平均傾斜寬220m，最大南北傾斜寬295m，有效可采儲量為79萬t。優(yōu)化整合后工作面布置圖如圖2所示。

2.整合方案實施

（1）原31119W工作面區(qū)域整合方案。借助于當前規(guī)劃的31120W工作面，運輸巷在前期掘進403m的基礎上，繼續(xù)穿過F11斷層向西掘進565m至切眼設計位置，然后施工切眼215m。

回風巷在31120W工作面回風巷設計長度639m的基礎上，繼續(xù)向西掘進350m至當前41112E工作面運輸巷留巷段（長度195m），而后繼續(xù)施工70m至切眼設計位置。

（2）原31121W工作面區(qū)域整合方案。運輸巷自-550m水平4-3采區(qū)軌道下山一中車場開門施工825m，再施工90m外切眼，貫通目前的31120W運輸巷最東端。

回風巷自3-3運輸聯(lián)巷沿11層煤向東施工724m，貫通-550m西大巷及-550m水平4-3采區(qū)回風下山。

（3）工程量統(tǒng)計。31120W工作面優(yōu)化整合后工程量合計為4112m，安排3個隊伍施工，2023年3月完成方面工程。

圖1 初期設計三個工作面布置圖

圖2 優(yōu)化整合后工作面布置圖

3.關鍵管控技術

（1）根據(jù)該塊段兩側(cè)31113W、31115W工作面斷層揭露情況，在揭露16～28m落差期間，掘進時采用超前挑頂技術，實現(xiàn)煤層過斷層后立即對接，從而為工作面自西向東推采時提高下扎方向。

（2）區(qū)域內(nèi)斷層擺布方向大多為東北—西南方向，過大斷層構(gòu)造期間工作面上下巷保證至少一側(cè)為半煤巖巷道，從而為工作面過斷層采煤機及運輸機調(diào)整奠定基礎，形成異構(gòu)同頻管控技術。

（3）通風系統(tǒng)分段調(diào)整，從而滿足工作面及回收階段通風系統(tǒng)穩(wěn)定合理。

三、裝備配套方案

堅持“矮型化、重型化、智能化、大功率、高可靠性”設備選型原則，對現(xiàn)有11層煤工作面三機配套設備進行升級。

1.采煤機

采煤機采用MG600/1410型，電壓3300V，截深800mm。配套滾筒直徑最小為1600mm，最小采高為1.7m。整機與運輸機配套高度為1262mm。中部臥底量為320mm。

2.運輸機

運輸機采用SGZ800/2×700型。根據(jù)工作面長度及采高情況，經(jīng)驗算滿足要求。溜槽厚度為310mm，過煤高度為332mm。為減少工序提高效率，端頭尾伸出煤壁不低于1.5m。動力部采用水平布置。

3.轉(zhuǎn)載機

轉(zhuǎn)載機型號為SZZ800/400型，配套PLM2000型破碎機。皮帶巷需要滿足巷道高不低于3.0m，巷道寬度不低于5.0m。

四、方案優(yōu)化效果

1.大面布置，扭轉(zhuǎn)了接續(xù)被動局面

31120W工作面整合后實現(xiàn)一次安裝一次撤除、一次全面推采，總體工程量由4665m減少為4112m；不再施工31120W及31121W工作面2個切眼，對應減少施工巷道428m，節(jié)省施工時間6個月；減少2次安裝及末采撤除工作，節(jié)省施工時間8個月，可有效緩解接續(xù)緊張局面，為系統(tǒng)優(yōu)化及掘進隊伍擺布提供了有利的窗口調(diào)整期。

2.變多斷層為過斷層，增加了可采儲量

3112 0W工作面整合后，一是不再留設區(qū)域內(nèi)16～28m斜交斷層兩側(cè)保護煤柱，可增加工作面可采儲量5萬t；二是原規(guī)劃的31121W工作面切眼與31120W工作面之間不再留設煤柱，將31121W切眼向西移動140m，有效解放31121W、31120W與31115W和31115E工作面之間的殘留煤柱，可增加采儲量5萬t。合計增加可采儲量10萬t。

3.裝備升級，實現(xiàn)了減人高效

工作面整合后，為“大功率、重型化、智能化”設備選型配套創(chuàng)造了條件，通過增加綜采工作面電氣設備容量，將電壓由1140V提高到3300V，配備截深0.8m、功率1200kW以上采煤機以及ZY7200/10/20D型液壓支架，為礦井兩面達產(chǎn)、高標準建設奠定了基礎。工作面整合后可采儲量為79萬t，按照月產(chǎn)4～5萬t組織生產(chǎn)，工作面服務時間接近18個月，最多通過4個轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)即進入-550水平4-3采區(qū)系統(tǒng)，可以徹底甩掉-550西大巷、-550西翼皮帶大巷等生產(chǎn)系統(tǒng)，每天減少系統(tǒng)維護人員8人，為礦井按照“兩優(yōu)三減”打造高標準示范采煤工作面提供了現(xiàn)場支撐。

4.精益生產(chǎn)，提升了經(jīng)濟效益

一是工作面總體工程量由4665m減少為4112m，按照延米費用4800元計算，節(jié)省掘進費用支出265.4萬元；二是減少兩次工作面安裝和撤除，按照面長平均185m、安裝費用140萬元/面、撤除費用125萬元/面計算，節(jié)省安撤費用530萬元；三是多回收煤炭資源10萬t，按照精煤回收率68%、精煤售價1800元/t、原煤綜合成本680元/t計算，可實現(xiàn)效益5440萬元。