軟巖礦井采區巷道優化設計

張勝軍 方旭華

（重慶中梁山煤電氣有限公司礦業分公司 重慶 400052）

軟巖礦井采區巷道優化設計

張勝軍 方旭華

（重慶中梁山煤電氣有限公司礦業分公司 重慶 400052）

礦井建設中的軟巖礦井采區巷道施工是一項非常復雜的工作，為了保證工程建設的安全以及施工作業任務的順利開展，需要對巷道進行優化設計，本文就對此結合實例進行了分析，首先分析了礦區地質情況，再對采區巷道的優化設計措施進行分析，主要從位置、層面以及具體布置等進行闡述，供相關人士參考。

軟巖礦井；巷道；優化設計

1 引言

礦井合理集中生產是煤炭生產的一個重要技術原則，而優化采區巷道設計又是其中的一個重要方面，其目的是加大采區的開采強度，提高采區的生產能力；同時減少采區個數，相應地減少采區準備工程量，可節省大量資金投入。以市場為導向，以經濟效益為中心，遵循少投入，多產出的原則，應用現代設計理念、方法和手段進行優化設計，以期達到生產集中化、煤炭運輸連續化、系統簡單化、布置合理化、管理現代化和技術經濟合理之目標。

2 工程概況

某煤礦設計生產能力2.4Mt/a，該礦井可采煤層由上往下分別為4、5、8、9、10共計5層煤，如圖1所示。4煤下距5煤間距0.78～51.45m，平均間距13.18m，5煤距離下面8煤間距15.35～80.34m，平均間距37.92m，8煤距離下面9煤間距4.9～33.32m，平均間距20.68m。9煤距離下面10煤間距1.24～22.10m，平均間距5.17m。煤層傾角在15～18°。井田構造復雜程度為簡單類型，礦井水文地質類型為復雜類型，各煤層瓦斯含量較低，各煤層有煤塵爆炸危險性且均屬于自燃煤層，基本為正常地溫梯度，巷道圍巖的應力如圖2所示。

圖1 巖性綜合柱樁圖

圖2 巷道圍巖應力示意圖

3 首采區位置的選擇

3.1 首采區數目和位置選擇

根據礦井已確定的開拓方式，礦井達產時布置一采區（+1500m輔助水平以上煤層），礦井投產一采區9號煤層工作面。設計推薦一采區為礦井首采區，一采區有如下優點：①一采區煤層煤質較好；②儲量較為豐富，煤層賦存穩定；③勘探程度高，工作面接續可靠；④建井工期最短，達產快，效益好。

3.2 首采區地質特征

3.2.1 采區尺寸

一采區位于+1500m輔助水平以上，1勘探線以西，采區服務年限約為3.0a，開采標高為+1500m以上的下組煤（9號～11號煤層），單翼布置，走向長度約為900～1000m。

3.2.2 構造

井田位于河西岸，總體呈一單斜構造，地層走向呈北西～南東向，傾向西南，傾角為12～32°之間，礦井北部地層傾角大于礦區南部地層傾角，在礦區的西北部，地層走向向西偏轉，傾向為20°左右。

3.2.3 煤層賦存

4Rs是指關聯（Relevancy）、反應（Respond）、關系（Relation）、回報（Return）策略。4Rs既從企業的角度出發，又兼顧了消費者的需求，還兼顧了競爭導向，是一個更符合新經濟背景下、有利于企業和消費者的營銷組合策略。

井田主要含煤段為中侏羅統八道灣組地層的下部（J1b1）共含煤12層，其煤層自上而下編號為1～12號。其中首采區可采的煤層為7、8、9、10、11號煤層均為大部可采煤層，煤層厚度2.76～9.02m，煤層平均總厚為5.89m。

3.2.4 水文地質

井田大部分煤層位于當地侵蝕基準面河床標高以下，地質構造簡單，為向西傾斜的單斜構造，未發現斷裂構造。

3.2.5 其他開采技術條件

一采區煤層直接頂板為粗砂巖、粉砂巖、細砂巖，泥質膠結，較軟；煤層底板為粗砂巖、粉砂巖、炭質泥巖；投產采區按高瓦斯煤層設計；煤塵有爆炸性；煤層易自燃。

3.3 首采區資源儲量

一、二采區地質資源儲量共28.42Mt，工業資源量為26.52Mt，設計可采儲量為11.42M。

4 巷道層位設計優化方案比較

圖3 設計斷面示意圖

方案1，集中運輸上山布置在煤層底板中。優點：①根據鉆孔資料分析，煤層底板有一層相對穩定砂巖，考慮到該巷道服務年限長，達到53.7a，巷道布置在該層中，有利于巷道維護；②考慮到服務年限較長，需要將皮帶以一個適宜的角度設置在巷道中，這樣才有利于設備運行與維護；③由于本礦為多煤層開采，有利于布置溜煤眼，各層煤統一搭接到溜煤眼上口，上山開口少。缺點：①初期巷道投資稍大，約多190萬元；②施工工期長，但是不影響整體工期。

方案2，集中運輸上山布置在煤層中。優點：①巷道的施工成本比較低，可以節省成本約190萬元；②施工工期短，但不影響礦井整體工期。缺點：①巷道布置煤層中，不利于巷道維護；②沿煤層布置巷道，巷道角度不易控制，不利于設備維護；③設計中為了給集中運輸上山來煤均衡，且盡量少在上山中開口，設置溜煤眼，若上山布置在5煤煤層中，不利于順槽搭接，不利于給煤機硐室施工。

通過比較，雖然方案2的建設成本比較低，施工進度比較快，和方案1相比，工期短1.2個月（不處于關鍵路線，對礦井建設工期沒有影響），但是因為集中運輸上山服務年限長，從巷道維護、設備維護及同順槽銜接等方面考慮，方案1具有一定優勢。因此設計暫推薦方案1，即將集中運輸上山布置在5煤底板穩定巖層中。

5 采區巷道布置的確定

5.1 現有礦井情況

該礦井為改擴建礦井，設計利用原混合提升立井作改擴建后的副立井，+1500m水平的井底車場的巷道及硐室可以作為改擴建礦井的車場（+1500m水平）。在+1500m水平車場向北的+1500m水平的軌道石門，可以直接和新掘的主斜井的+1500m水平運輸巷相連；礦井開采三、四采區時，布置的+1500m水平軌道大巷可以通過新掘一段+1500m水平軌道石門和副立井車場相通。

5.2 采區巷道布置情況

井田內對采區巷道布置影響最大的是火燒區和采空區的分布，由于7號、8號煤層采空區底線標高為+1520m的水平，因此，礦井投產工作面可以布置在+1500m水平的9號煤層中。根據礦井煤層賦存情況和淺部小井開采現狀分析，礦井的巷道布置系統可以分為一采區的+1500m輔助水平以上和二采區的1350m水平至+1500m水平之間兩個部分。優化后的巷道具體情況如圖4～6所示。

圖4 重新設計的巷道斷面＜一＞

圖5 重新設計的巷道斷面＜二＞

圖6 改進后的反底拱形式圖

5.2.1 一采區+1500m輔助水平以上巷道系統布置

根據該礦井當前的開采情況來看，+1500m輔助水平以上7、8號煤層都已經回采完畢，剩余的其它煤層（9號～11號煤層）淺部都有火燒區，底部標高在+1580m水平左右，留設30m的安全隔離煤柱后，僅能布置一個工作面。因此，工作面回風水平為+1540m水平。回采9～11號煤層時，+1500m水平軌道石門沿伸到9～11號煤層，在+1500m水平布置軌道上山。主運輸通過工作面運輸順槽經集中運輸斜巷到主斜井下部的+1500m水平煤倉。最后通過主斜井帶式輸送機到達地面；新鮮風流通過副立井、+1500m水平軌道石門到達工作面的運輸順槽、工作面；回風通過工作面回風順槽到集中回風上山，最后從立風井到達地面。

5.2.2 二采區1350m水平至+1500m輔助水平之間巷道系統布置

該區域上部標高+1500m，下部標高+1350m，垂高150m，該區域瓦斯評估為煤與瓦斯突出區域。在礦井南部的6號和7號煤層之間布置主、副暗斜井，至+1350m水平后布置車場和軌道、運輸石門，然后沿8號煤層底板布置二采區軌道、運輸上山，上部標高+1530m，下部標高+1350m，斜長590m。二采區回風上山布置在7號煤層底板中，在+1500m水平布置一條回風石門連接到集中回風上山。設計礦井達產時在二采區+1500～+1460m水平間的7號煤層01分層布置一個綜合機械化采煤工作面。該工作面走向長度為1500m，工作面傾斜長度為150m，沿煤層底板布置工作面運輸、回風順槽至井田邊界或是煤層火燒區保護煤柱線，沿煤層傾斜方向布置工作面開切眼。

270101分層工作面運輸順槽到集中運輸石門，通過溜煤眼到二采區運輸上山、+1350m水平運輸石門、+1350m水平上倉斜巷、+1350m水平煤倉、主暗斜井，再經過+1500m水平運輸石門、+1500m水平上倉斜巷、+1500m水平煤倉與主斜井連接。270101分層工作面回風順槽經過集中回風石門與二采區軌道上山、+1350m水平軌道石門、+1350m水平車場、副暗斜井，再經過+1500m水平軌道石門與副立井聯系。270101分層工作面回風順槽經過集中回風石門與二采區回風上山聯系、到+1500m水平回風石門和集中回風石門與立風井連接。

根據相關規定要求，軟巖礦井的強度較小，對于后續支護要求較為嚴格。因此，為了防止意外發生，礦井須建設井下緊急避險系統。因此，設計在+1500m輔助水平和+1350m水平車場各設一座永久避難硐室，采煤工作面回風順槽和運輸順槽中部各設一座臨時避難硐室，內設壓風自救系統、供水施救系統以及通訊聯絡系統。在+1500m水平和+1350m水平車場設置避難硐室，避難硐室要求：設置向外開啟的隔離門，室內凈寬2.6m，凈斷面積為7.11m2，長度為40m，設有與礦（井）調度室直通的電話；壓風自救系統的每人供風量按0.3m3/min配備；避難硐室內配備110臺隔離式自救器。

6 結束語

綜上所述，軟巖礦井采取巷道布置更為復雜，需要對其進行優化設計，保證其合理性，維護工程整體的整體性和安全性。目前，該礦的首采區已經按照本布置方案進行了實施，實現縮短首采區準備工期和連續化集中安全生產的目的。因此，作為一名采礦設計人員，研究改擴建礦井采區巷道的布置方式，對礦井設計和生產具有重要的意義。

[1]宋德軍，王書有，楊然景.西一采區準備巷道優化設計[J].科技資訊，2012，8（8）：68.

[2]王術有.極軟巖礦井集約化采煤巷道工程優化設計[J].鐵法科技，2009（12）：207～211.

[3]王玉紅，李曉光，孫建中.“軟巖”礦井超長工作面優化設計[J].山東煤炭科技，2013，03：58～60.

TD822.2

A

1004-7344（2016）07-0186-02

2016-2-10