趙樓煤礦7302工作面開采安全與經(jīng)濟評價

孔 丹

（兗礦集團鄒城華建設(shè)計研究院，山東 鄒城 273500）

1 工作面概況及地質(zhì)特征

趙樓煤礦礦井核定生產(chǎn)能力為3.90Mt/a。礦井采用立井單水平開拓，水平標高為-860m，主采煤層為3煤，趙樓煤礦為沖擊地壓礦井。7302工作面為七采區(qū)西翼首采工作面，該工作面煤層存在分岔與合并現(xiàn)象，面積約277747.8m2，工作面推進方向切眼及停采線處為3煤合并區(qū)，中間部分分岔為3上、3下煤，3煤合并區(qū)面積約68840.3m2，煤層分岔區(qū)面積約208907.5m2，分岔區(qū)約占整個工作面面積約75%。

煤層厚度（合并區(qū)3煤或分岔區(qū)3上、3下煤厚度之和）為5.3～7.5m，平均6.0m；分岔區(qū)內(nèi)3上煤層厚度1.8～3.5m，平均2.4m；3下煤層厚度2.5～3.6m，平均3.0m。分岔區(qū)煤層間距0.7～12.4m，平均5.1m。夾矸為泥巖、碳質(zhì)泥巖。煤層結(jié)構(gòu)簡單，煤層傾角0～10.6°，平均5.4°。

圖1 工作面概況

工作面總基礎(chǔ)儲量225萬t，其中合并區(qū)內(nèi)基礎(chǔ)儲量69萬t，3煤層分岔區(qū)基礎(chǔ)儲量156萬t（3上煤基礎(chǔ)儲量69萬t，3下煤基礎(chǔ)儲量87萬t）。

2 工作面開采方案

七采區(qū)為下山采區(qū)，準備巷道位于采區(qū)走向中央，東、西兩翼布置工作面開采。7302工作面為七采區(qū)西翼首采工作面，根據(jù)7302工作面煤層賦存情況，綜合考慮技術(shù)、經(jīng)濟、生產(chǎn)接續(xù)等多種因素影響，設(shè)計提出了4個工作面開采方案。

方案一，即不采分岔區(qū)3上煤，只采分岔區(qū)以外的3煤與3下煤層。

煤層合并區(qū)順槽沿3煤層底板布置，煤層分岔區(qū)順槽沿3下煤層頂板布置，煤層合并區(qū)采用綜放工藝，煤層分岔區(qū)采用綜采工藝。

方案二，即先分岔區(qū)采3上煤，再采其余區(qū)域的3、3下煤。

該方案先采工作面中間煤層分岔區(qū)3上煤，待3上煤采空區(qū)垮落穩(wěn)定后再依次采工作面西部煤層合并區(qū)3煤、工作面中間煤層分岔區(qū)3下煤和工作面東部煤層合并區(qū)3煤。開采3上煤時，3上煤工作面停采線以外，沿3煤層底板或3下煤層頂板布置順槽，3上煤工作面停采線以里，沿3上煤層頂板布置順槽；開采3、3下煤時，3上煤工作面停采線以外利用已有順槽，3上煤工作面停采線以里，沿3煤層底板或3下煤層頂板布置順槽。煤層合并區(qū)采用綜放工藝，煤層分岔區(qū)采用綜采工藝。

方案三，即先采西部合并區(qū)3及分岔區(qū)3上煤，再采分岔區(qū)采3下及東部全并區(qū)3煤。

該方案先采工作面西部煤層合并區(qū)3煤和工作面中間煤層分岔區(qū)3上煤，待采空區(qū)垮落穩(wěn)定后再采工作面中間煤層分岔區(qū)3下煤和工作面東部煤層合并區(qū)3煤。開采西部3、3上煤時，3上煤工作面停采線以外，沿3煤層底板或3下煤層頂板布置順槽，3上煤工作面停采線以里，沿3煤層底板或3上煤層頂板布置順槽；開采3下、東部3煤時，3上煤工作面停采線以外利用已有順槽，3上煤工作面停采線以里，沿3下煤層頂板布置順槽。

3 工作面開采安全評價

3.1 方案一安全評價

該方案只開采單層煤，采掘進期間主要受地質(zhì)構(gòu)造和相鄰采空區(qū)影響，不受近距離煤層群上層煤開采引發(fā)的煤柱型沖擊地壓、頂板災害（片幫、冒頂、漏頂?shù)龋⒉煽諈^(qū)自然發(fā)火及受老空水威脅問題，與方案二～方案四相比，工作面采掘期間沖擊危險性相對較小，且不具有煤柱整體失穩(wěn)型沖擊條件。

3.2 方案二、三安全評價

3.2.1 防沖評價

7302工作面整體地質(zhì)條件復雜，工作面北側(cè)為五采區(qū)采空區(qū)和采區(qū)邊界大斷層，工作面內(nèi)部及南側(cè)大范圍受煤層分叉和煤種相變帶影響。

1）73上02工作面開采防沖分析。

煤層分叉帶內(nèi)掘進沖擊：73上02工作面完全在煤層分叉帶內(nèi)掘進，煤層夾矸帶附近原始應(yīng)力場存在應(yīng)力集中區(qū)，當掘進面向夾矸帶靠近時，超前應(yīng)力與夾矸應(yīng)力集中區(qū)疊加，造成迎頭應(yīng)力高度集中。此時，煤體若具有沖擊傾向性，則極易在擾動作用下發(fā)生沖擊地壓。

煤層分叉帶內(nèi)回采沖擊：73上02工作面開采3上煤層，由于3上煤層與3下煤層夾矸厚度變化較大。當工作面在上分層回采時，下分層煤體在超前支承壓力影響下易發(fā)生塑性滑移，由于工作面煤壁與回采液壓支架間底板無約束，當回采工作面夾矸厚度小于4m時，底煤容易從底板沖出，造成工作面發(fā)生沖擊地壓。

新疆、東北等地礦井已在上分層回采工作面發(fā)生多次底煤沖擊地壓事故，造成了嚴重的人員傷亡和經(jīng)濟損失。根據(jù)多起沖擊地壓事故經(jīng)驗，73上02工作面開采期間存在工作面和兩側(cè)順槽底板同時發(fā)生沖擊地壓的危險。

2）73下02工作面開采防沖分析。

掘進防沖分析：73下02工作面掘進期間主要沖擊地壓影響因素為向3上煤層采空區(qū)掘進，需要穿過兩個高應(yīng)力區(qū)域，容易誘發(fā)沖擊地壓災害。

回采防沖分析：73下02工作面初采期間向73上02采空區(qū)推進，工作面與采空區(qū)之間形成孤島煤柱，具有嚴重沖擊地壓(煤柱整體沖擊失穩(wěn))和采場大面積異常來壓危險。

綜上所述，方案二和方案三3上煤掘進期間需考慮底煤或薄巖柱沖擊問題，回采期間工作面煤壁和兩側(cè)順槽在留底煤或薄巖柱段均存在防沖問題，且需對工作面煤壁/底煤進行卸壓，防沖工作量大；方案二和方案三3下煤采掘期間均需穿過采空區(qū)，存在煤柱整體沖擊失穩(wěn)危險，開采期間防沖難度較大。

3.2.2 礦壓評價

對于極近距離煤層，受上部煤層開采的影響，下層煤層頂板將受到不同程度的破壞，使頂板結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。工作面礦山壓力顯現(xiàn)特征、支架與頂板控制關(guān)系，回采巷道支護方式、回采工藝和安全技術(shù)措施均具有特殊性，特別是對下層煤采用長壁式采煤法的條件下，下層煤受上層煤開采影響，工作面和巷道頂板產(chǎn)生破壞，極易冒頂、漏頂。

3.2.3 自燃發(fā)火評價

對于極近距離煤層，下層采動易造成上下層采空區(qū)連通，下層采動時工作面漏風極易引起上層采空區(qū)遺煤自燃。

3.2.4 輔助運輸系統(tǒng)評價

目前礦井進入采區(qū)及工作面后的輔助運輸均采用單軌吊運輸方式，對于極近距離的上部煤層開采后，由于受采動壓力影響，下部煤層頂板破壞嚴重，已無法采用單軌吊運輸方式，即使采用架棚支護后再采用單軌吊運輸，其安全穩(wěn)定也較差，所以輔助運輸又必然改為傳統(tǒng)地軌運輸，需新施工換裝站等硐室，造成井巷工程量大，運輸系統(tǒng)復雜。

3.3 安全評價結(jié)論

通過對3個方案安全評價分析，方案一開采時相對較為安全，其它方案均不同程度的受到?jīng)_擊地壓 (底煤或薄巖柱沖擊和煤柱整體失穩(wěn)型沖擊)、頂板災害（片幫、冒頂、漏頂?shù)龋⒉煽諈^(qū)自然發(fā)火等安全威脅，所以推薦方案一作為主導開采方案。

4 工作面開采經(jīng)濟評價

4.1 方案一經(jīng)濟評價

方案一與礦井目前開采正常綜放工作面類似，按礦井當前的噸煤成本及售價，將具有較好的經(jīng)濟效益。

4.2 方案二、三經(jīng)濟評價

方案二、三分岔區(qū)3上煤層（厚度1.8～3.5m，平均2.4m）開采時，存在采煤機割煤層頂?shù)装鍘r石的情況，致使煤質(zhì)較差，礦井運輸提升負荷及洗選加工成本增加。

1）分岔區(qū)3上煤較薄，會導致回采巷道施工成本增加，主要體現(xiàn)在材料費、人工費、動力費上，初步估算增加成本約38元/t。

2）利用綜采放頂煤設(shè)備開采較薄3上煤時，主要設(shè)備產(chǎn)能利用率低、電耗高、設(shè)備磨損大，主要體現(xiàn)在動力費、折舊費、綜機折舊修理費上，初步估算增加成本約65元/t。

3）由于原煤中含有較多矸石，會導致主運輸及提升系統(tǒng)電力消耗高，同時也選煤系統(tǒng)成本增加，初步估算增加成本約30元/t。

各方案原煤采出量詳見表1。

表1 各方案原煤采出量

通過各開采方案經(jīng)濟效益分析，各方案總體經(jīng)濟效益相差不大，開采3（3下）煤效益較好，開采3上煤雖能盈利，但效益較差。方案三采出煤量雖比方案一多，但采出的3上煤量較大，3（3下）煤量較小，故總體效益最差；方案二與方案一3（3下）煤量相差不大,但多采出了3上煤，故總體效益好于方案一，但差別不大。故經(jīng)濟效益方案二＞方案一＞方案三。

5 工作面開采安全、經(jīng)濟評價結(jié)論

通過對7302工作面開采進行安全、經(jīng)濟評價分析，方案一開采時相對較為安全，其它方案均不同程度的受到?jīng)_擊地壓 (底煤或薄巖柱沖擊和煤柱整體失穩(wěn)型沖擊)、頂板災害（片幫、冒頂、漏頂?shù)龋⒉煽諈^(qū)自然發(fā)火等安全威脅，所以推薦方案一作為主導開采方案。雖然方案二總體效益好于方案一，但差別不大。采用方案一可降低沖擊地壓災害的影響，實現(xiàn)礦井高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，所以綜合各方面因素推薦方案一為主導方案，即不采分岔區(qū)3上煤，只采分岔區(qū)以外的3煤與3下煤層。