淮南礦區高瓦斯煤層群深井開拓實踐

羅志中

(煤炭工業合肥設計研究院,安徽省合肥市,230041)

淮南礦區高瓦斯煤層群深井開拓實踐

羅志中

(煤炭工業合肥設計研究院,安徽省合肥市,230041)

淮南礦區近年來采取分區開拓、分區通風、分水平開拓、分水平通風開拓方式,使建井工期、達產工期大為縮短,安全生產狀況大為改觀,取得了經濟效益和安全效益雙豐收,為復雜地質條件高瓦斯煤層群深井開采提供了必要的技術儲備和借鑒經驗。

礦井開拓 礦山建設 高瓦斯煤層群開采 深部開采

淮南礦區具有表土層厚、煤層多、煤層埋藏深、瓦斯高、煤與瓦斯突出危險性大、煤層透氣性差、地溫高、地壓大和開采下組煤受太灰水威脅等突出特點,屬典型的復雜地質條件下高瓦斯煤層群開采礦區,因此,瓦斯、地溫和地壓將成為礦井建設及安全生產的制約因素。

淮南礦區以淮河為界分為淮南老區和潘謝礦區,老區為上世紀50年代初、60年末開發建設,淺部礦井已進入衰老期,自70年代開始,礦區開發建設逐步由老區向潘謝礦區轉移。潘謝礦區自第一對礦井潘一礦1973年開工建設,1984年建成投產后,又相繼建成投產了潘二礦、潘三礦、謝橋礦、張集礦、張北礦、顧橋礦、顧北礦、丁集礦、潘北礦等大型或特大型現代化礦井,設計生產能力一般為2.1～5.0Mt/a。礦區原煤產量已由2000年的1400萬t上升至2008年的6200萬t。目前,在建的朱集、潘一東2對礦井設計深度近千米,早期建成投產的潘三礦、謝橋礦、張集礦等即將轉入二水平深部開采。因此,潘謝礦區上世紀70年代后、尤其是2000年后開發建設的礦井幾乎全部為深厚表土層復雜地質條件下高瓦斯煤層群深部開采礦井。

1 礦區概況及開采條件

淮南老區位于華東腹地,安徽省中北部,橫跨淮南、阜陽兩市,礦區東西走向長約100 km,南北傾斜寬約30 km,面積約3000 km2。

淮南礦區由淮河南岸的老區和淮河北岸的潘謝礦區組成。老區斷層較多,地質構造復雜,開采條件相對較差,但煤質優良,淺部以1/3焦煤為主,深部以焦煤、肥煤為主,少量貧煤和瘦煤。潘謝礦區為70年代開發建設、80年代初陸續建成投產的新礦區,地質構造相對較簡單,開采條件相對較好。

淮南礦區的主要特點:一是第四系松散層厚,一般20～450 m,呈現由東向西、由南向北逐漸增厚的特點,老礦區表層較薄(一般為20～36 m),潘謝礦區表層較厚(一般在200 m以上);二是煤層多,一般含可采煤層8～18層,平均總厚度25～33 m,-1000 m以淺探明保有儲量約200億t,其中規劃期內可開發利用138億t,-1000～-1200 m之間約100億t,-1200～-1500 m之間約200億t,煤層松軟,煤層透氣性差;三是瓦斯含量高且具有煤與瓦斯突出危險,區內絕大多數煤層具有自然發火和煤塵爆炸危險,且礦區地溫高,一般東部溫度高于西部,西部潘三礦-618～-654 m深已進入二級熱害區;四是開采下組煤時受太灰水威脅;五是煤質優良,淺部多為氣煤,中部多為1/3焦煤,深部以肥煤、焦煤為主,局部為貧煤和瘦煤,具有特低硫、低磷、中高發熱量、結焦性好、粘結性強等特點。

2 礦區建設及生產情況

淮南礦區已有近百年的開采歷史,最多時有11對生產礦井,幾經破產重組和資源整合,目前淺部僅保留有謝一礦、新莊孜礦2對礦井和謝李、孔李2個煤業公司,2008年建成投產了謝李深部接續礦井望峰崗礦井,目前老區已步入衰老期,預計2010年后3對礦井和2個煤業公司總生產能力將維持在11.0 Mt/a左右,目前已完成從淮南老區向潘謝礦區的戰略轉移。

受潘謝礦區復雜開采技術條件及當時煤礦建井技術和開采技術、瓦斯治理技術水平制約,潘謝礦區先期開發的潘一、潘二、潘三和謝橋等礦井建設工期長達10～12年,達產工期長達9～11年,而且投資高,由于瓦斯治理手段落后,2000年之前重特大瓦斯事故時有發生。

在總結前期新井建設經驗教訓的基礎上,自建設張集礦井開始,大膽進行設計創新,隨著瓦斯治理水平的提高,快速建井技術的日益成熟,張集礦井建設采取新的管理模式,僅用3年半時間就建成投產,且實現當年投產當年達產,不僅在快速建井方面有了較大突破,而且總結出了一套適合淮南礦區復雜地質條件下高瓦斯煤層群開采快速建井成熟經驗,為之后相繼開工建設的張北、顧橋、顧北、丁集和潘北等新井快速建設、快速達產提供了寶貴的經驗,取得了明顯的效益。

根據淮南礦區總體規劃及批復,礦區劃分17個井田和1個后備區,建設總規模61.15 Mt/a,其中,新建礦井8對,即張集二期(張北)、丁集、顧橋、顧北、潘四東、潘四西、望峰崗和朱集礦,設計生產能力2.40～5.00 Mt/a,目前除朱集礦在建、潘四西礦尚未開工外,繼2001年張集礦建成投產后,又有6對礦井建成投產,建井工期一般控制在3年左右,張集礦二期僅用24個月即建成出煤。隨著一批新井陸續建成投產,礦區原煤產量已由2000年的14.87Mt猛增至2008年的62.00 Mt以上。

3 深井開拓設計探討與實踐

回顧淮南礦區開發建設的歷史,大概分為兩個階段;第一階段為1973年第一對礦井潘一礦開工至1996年謝橋礦建成投產,該階段歷時23年,先后建成投產潘一、潘二、潘三及謝橋4對礦井,建成設計規模12.40 Mt/a,礦井多采取立井、邊界對角式通風,建井工期一般在10～12年,達產工期多在9～11年;第二階段為1996年張集礦井開工至2008年,該階段歷時12年,先后建成投產張集、張集二期(張北)、顧橋、望峰崗、潘北、丁集、顧北等7對礦井,建成設計規模25.40 Mt/a,其中張集、顧橋、望峰崗礦井采取立井、分區開拓、分區通風方式;建井工期一般控制在3年,張集二期僅用24個月即建成出煤,除望峰崗礦井外,其余礦井基本實現當年投產、當年達產。

與第一階段相比,第二階段僅用一半的時間建成近兩倍的礦井數、兩倍多的設計規模,而且建井工期、達產工期大大縮短,取得了明顯的效益。

總結淮南礦區近幾年新井建設經驗,一方面歸結于建設單位積極推廣應用先進的建設管理模式,不斷推進科技創新,在瓦斯綜合治理、采煤方法改革、地質勘探、井巷掘進與支護、深厚表土快速建井技術、“三下采煤”等技術方面取得了明顯成效,形成了一套適合淮南復雜地質條件的成套技術與經驗,更重要的在于對礦井設計進行大膽創新和改革,不斷對礦井設計進行優化,探索出一套適合淮南復雜地質條件下高瓦斯煤層群礦井開拓、開采設計的理念和方法,為快速建井奠定了堅實基礎。

首先,在井田范圍較大、表土層厚、煤層埋藏深、瓦斯高且有煤與瓦斯突出危險、地壓大、地溫高的礦井應優先采取立井、分區開拓、分區通風的開拓系統,采取簡化礦井通風系統,增大礦井進風量,降低礦井通風阻力,以解決礦井瓦斯、地溫問題。如望峰崗礦井形成中央區、北區和南區3個分區開拓;張集礦井形成中央區、北區、西區及東區4個分區開拓;顧橋礦井形成中央區、南區2個分區開拓等。實踐證明,采取分區開拓、分區通風開拓方式可以使通風線路減少2 km以上,通風阻力降低1000 Pa以上,通風系統大大簡化,尤其是后期投產的分區一般布置有1進、1回兩個井筒,增加了井筒進風量,礦井安全狀況得以較大改善。同時,采取分區開拓、分區建設,簡化了井下開拓系統,減少了投產井巷工程量,從而使礦井投產工期大為縮短。

其次,優化井筒布置,有條件時在形成分區開拓、分區通風的同時,盡可能形成分水平開拓、分水平通風,從而使生產水平與開拓準備水平之間相對獨立,形成生產區、瓦斯治理區和生產接替區相對獨立,有利于高瓦斯、高地溫礦井安全高效開采。如望峰崗礦井中央區工業場地布置5個井筒,一號副井、二號風井施工至一水平(-820 m),二號副井、主井及一號風井施工至二水平(-960 m),在形成3個分區通風系統的同時,中央區又形成了分水平通風系統,生產水平、開拓準備水平相對獨立,通風及安全可靠性大大增加。在建的朱集、潘一東礦井布置4個井筒,其中一號副井、主井及中央回風井施工至一水平,為生產水平服務,二號副井或矸石井施工至二水平(-970 m左右),同時將中央風井延深至二水平,從而形成分水平相對獨立的通風系統。正在實施的謝橋、張集、潘一、潘三深部延深工程實施后,亦可形成相對獨立的分水平通風系統。

三是優化井下開拓巷道布局,不僅體現工程量少、功能全、系統簡單,更重要的是要體現有利于通風及瓦斯、地溫綜合治理。近期投產的新建礦井多采取分組集中大巷布置,每組大巷一般布置4～5條巷道,即1～2條軌道巷、1條帶式輸送機巷和2條回風大巷,在保證井筒具有足夠通風量的同時,使井下亦有同等能力的通風斷面,形成“二進二回”的良好通風格局。

四是淮南礦區為煤層群開采,主要可采煤層中一般厚煤層均為突出或強突出煤層,僅靠單一的瓦斯預抽措施很難實現瓦斯減突或徹底消突,在開采順序上必須優先開采保護層,實施瓦斯綜合防治,實現高瓦斯厚煤層安全高效開采。近期建成投產的大型或特大型現代化礦井之所以能夠在較短的時間內迅速達產主要歸功于開采保護層,實施了瓦斯區域防治策略。

4 結論

(1)淮南礦區為復雜地質條件下高瓦斯煤層群深部開采礦區,目前已完成由老區向潘謝礦區戰略轉移。

(2)總結淮南礦區多年建井和生產實踐經驗,礦井開拓布局的合理與否對高瓦斯煤層群深井建設和安全生產起著至關重要的作用。

(3)井田范圍較大的高瓦斯煤層群深井開采礦井宜采取分區開拓、分區通風方式,工業場地內井筒數目一般宜布置4～5個,分別施工至一、二水平,在形成礦井分區開拓、分區通風系統的同時,有條件時應形成分水平開拓和通風系統,井下開拓大巷每組以4～5條為宜,以配套形成井下“2進2回”的良好通風格局,不僅使礦井通風系統更加合理,同時有利于礦井縮短建設工期和達產工期,有利于深部瓦斯、地溫問題的有效解決,實現礦井安全高效開采,也為今后淮南礦區-1000 m以下資源合理開發提供了必要的技術儲備和借鑒經驗。

On deep mine development in highly gassy multiple coal seams in Huainan coal mine area

Luo Zhizhong

(Hefei Design Research Institute For Coal Industry,Hefei,Anhui Province 230041,China)

Area development,parallel ventilation,separate-level development and separate-level ventilation/development are in common use in Huainan coal mine area in recent years,which reduces mine construction period and the period for new mine to reach production capacity.This also improves coal mine work safety status,which produces better economic returns and improves mine safety in mines.This practice provides abundant technical references and experiences for coal mining in deep mines with multiple coal seams with high methane content under complicated geological conditions.

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TD823

B

羅志中,男(1958-),河南周口人畢業于焦作礦業學院(現河南理工大學),現為煤炭工業合肥設計研究院副總工程師。

(責任編輯 張毅玲)