井巷設(shè)計(jì)優(yōu)化對(duì)頂板管理礦壓防治的作用研究

羅雙健

(山西汾西香源煤業(yè)有限責(zé)任公司 ,山西 呂梁 030500 )

頂板管理礦壓防治一直是煤礦生產(chǎn)中的一大難題，如何簡(jiǎn)單有效地控制巷道頂板，是實(shí)現(xiàn)煤礦高效發(fā)展的重要內(nèi)容。淺埋煤層的頂板管理已經(jīng)形成一套完善的技術(shù)，但隨著淺埋煤層的減少，煤礦開采逐步向深部延伸，深部煤層賦存條件復(fù)雜，導(dǎo)致出現(xiàn)許多頂板管理難題[1-3]。隨著同忻礦開采的深入，強(qiáng)礦壓導(dǎo)致巷道與工作面出現(xiàn)底鼓變形等問題，嚴(yán)重影響了礦井的正常生產(chǎn)。本文以此為研究背景，對(duì)原井巷設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化研究，研究結(jié)果對(duì)解決該礦頂板管理難題具有重要意義。

1 工程背景

同忻礦為同煤千萬(wàn)噸礦井，井田面積84.52 km2，設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量8.5億t，服務(wù)年限62.4 a，開采煤層賦存穩(wěn)定、儲(chǔ)量豐富、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、開采技術(shù)條件相當(dāng)好。煤質(zhì)為特低硫、特低磷、中高發(fā)熱量的優(yōu)質(zhì)級(jí)動(dòng)力煤，洗選后精煤發(fā)熱量可達(dá)23 027 kJ以上。礦井采用斜、立井混合的開拓方式，生產(chǎn)系統(tǒng)采用國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)的的壁式一次采全高地低位放頂煤工藝，形成了集中出煤與集中運(yùn)輸、分區(qū)通風(fēng)和分區(qū)開拓的生產(chǎn)布局，礦井的生產(chǎn)更加安全、高效[4-5]。

2 綜放工作面巷道掘進(jìn)期間煤流系統(tǒng)優(yōu)化

2.1 新舊掘進(jìn)期間煤流系統(tǒng)及優(yōu)化內(nèi)容

1) 傳統(tǒng)的工作面巷道掘進(jìn)期間煤流系統(tǒng)掘進(jìn)順序如圖1所示。8203工作面掘進(jìn)期間3條巷道(5203巷、2203巷、8203頂抽巷)，先開掘5203巷。在盤區(qū)輔運(yùn)巷，開口掘進(jìn)料斜巷，到達(dá)5203巷指定位置后先開掘回風(fēng)繞道形成回風(fēng)系統(tǒng)。形成回風(fēng)系統(tǒng)以后，再與盤區(qū)膠帶巷貫通，形成運(yùn)輸系統(tǒng)。回風(fēng)系統(tǒng)和運(yùn)輸系統(tǒng)形成后就可以向上開掘正巷。

圖1 8203工作面平面

在正巷運(yùn)煤系統(tǒng)形成前掘進(jìn)煤的運(yùn)輸是由進(jìn)料斜巷鋪設(shè)1部膠帶運(yùn)輸?shù)奖P區(qū)輔運(yùn)巷，再由盤區(qū)輔運(yùn)巷鋪設(shè)1部膠帶運(yùn)輸?shù)阶罱妮o膠聯(lián)巷，由輔膠聯(lián)巷再鋪設(shè)1部膠帶與盤區(qū)膠帶巷連接，形成臨時(shí)運(yùn)輸系統(tǒng)。在5203巷與盤區(qū)膠帶巷貫通后，形成永久運(yùn)煤系統(tǒng)直接上盤區(qū)膠帶時(shí)可以撤去之前的臨時(shí)運(yùn)煤系統(tǒng)。8203頂抽巷與5203巷同理。

2) 改造后的工作面巷道掘進(jìn)期間煤流系統(tǒng)掘進(jìn)順序如圖2所示。8202工作面掘進(jìn)期間3條巷道(5202巷、2202巷、8202頂抽巷)，先開掘5202巷。從盤區(qū)輔運(yùn)巷開口直接掘進(jìn)5202巷，從盤區(qū)膠帶巷下500 mm處穿過(穿過前提前在盤區(qū)膠帶巷與5202巷立體交叉區(qū)域采取加強(qiáng)支護(hù)措施，密鋪工字鋼)，然后再向上保持一定方位角掘進(jìn)到5202回風(fēng)繞道開口處，再掘進(jìn)5202巷回風(fēng)繞道與盤區(qū)回風(fēng)巷貫通，形成回風(fēng)系統(tǒng)后，隊(duì)組后撤到達(dá)盤區(qū)膠帶巷與5202回風(fēng)巷交叉區(qū)域，從另一指定位置處挑頂與盤區(qū)膠帶巷貫通，貫通口長(zhǎng)寬高必須滿足1部膠帶及設(shè)備的正常穩(wěn)裝與運(yùn)行，在挑頂處鋪設(shè)1部膠帶連接5202回風(fēng)巷與盤區(qū)膠帶巷，形成煤流系統(tǒng)。

圖2 5202巷剖面

2.2 新系統(tǒng)的創(chuàng)新性與掘進(jìn)工作頂板管理的積極作用

1) 技術(shù)方面，新系統(tǒng)首創(chuàng)不完全貫通，回風(fēng)巷密鋪工字鋼過盤區(qū)膠帶巷，回風(fēng)巷膠帶挑頂上盤區(qū)膠帶巷，構(gòu)建立體交叉點(diǎn)，采用提前在上面巷道的交叉區(qū)域密鋪12號(hào)工字鋼，長(zhǎng)9 m，間排距100 mm，支護(hù)效果好，且在巷道掘進(jìn)準(zhǔn)備期間可先完成密鋪工字鋼工作，節(jié)約施工時(shí)間。

2) 經(jīng)濟(jì)方面，節(jié)省了幾部膠帶的鋪設(shè)及其相關(guān)設(shè)備的維護(hù)、檢修、日常電費(fèi)等費(fèi)用，節(jié)省了1條巷道的施工費(fèi)用及維護(hù)費(fèi)用，目前新的系統(tǒng)已經(jīng)在同忻礦北一盤區(qū)西8101工作面，北二盤區(qū)8202工作面使用，并取得重大成果。

3) 頂板管理方面，正巷與盤區(qū)膠帶巷立體交叉點(diǎn)的改進(jìn)，只需施工1條回風(fēng)繞道即可滿足回風(fēng)巷掘進(jìn)期間的各種需求，大大減少了工程量，同時(shí)減輕了礦方日常頂板管理、巷道維護(hù)工作。

3 綜放工作面進(jìn)風(fēng)巷升壓系統(tǒng)創(chuàng)新

3.1 升壓系統(tǒng)及優(yōu)化內(nèi)容

根據(jù)同忻礦工作面的具體條件，一般在工作面膠帶巷的進(jìn)料斜巷施工1條升壓措施巷來(lái)進(jìn)行礦井均壓通風(fēng)，而創(chuàng)新點(diǎn)就在于，新設(shè)計(jì)的升壓措施巷既是目前的工作面的升壓措施巷又是旁邊工作面的系統(tǒng)巷。現(xiàn)工作面采完密閉后，就可以作為旁邊工作面的進(jìn)料斜巷，一條巷道兩次使用，減少了巷道的掘進(jìn)量，有益于頂板管理。

3.2 新系統(tǒng)的創(chuàng)新性與掘進(jìn)工作頂板管理的積極作用

本礦于2015年初優(yōu)化了西8207工作面2207巷升壓措施巷的設(shè)計(jì)，使其不僅作用于當(dāng)前的工作面，還可用于相鄰西8205工作面系統(tǒng)巷的一部分，減少了工作面系統(tǒng)巷的工程量以及回采結(jié)束巷道的密閉量，該技術(shù)通過提高工作面系統(tǒng)巷的使用率，不減支護(hù)不縮斷面而節(jié)約了大量生產(chǎn)成本，對(duì)礦井頂板管理以及礦壓防治起到積極的作用，以西8207與8105工作面舉例說明，如圖3所示。

圖3 升壓系統(tǒng)

北一盤區(qū)8105工作面由盤區(qū)輔運(yùn)巷開掘兩條巷道與2105巷系統(tǒng)巷貫通，一條用作進(jìn)料斜巷，一條用作升壓措施巷。可是一旦回采結(jié)束，這兩條巷道就沒有任何作用了，并且都需要密閉處理。而使用優(yōu)化后的西8207工作面，雖然同樣是開掘兩條巷道從盤區(qū)輔運(yùn)巷到2207巷，可是，當(dāng)回采工作結(jié)束后，2207巷升壓措施巷還可以作為相鄰西8205工作面的系統(tǒng)巷道二次使用。

優(yōu)化后的升壓系統(tǒng)減少了工作面系統(tǒng)巷的工程量，減少了回采結(jié)束時(shí)巷道的密閉量，提高了巷道的使用率；不通過減少支護(hù)來(lái)節(jié)支降耗，工作面開口區(qū)域本來(lái)就需要施工進(jìn)料斜巷、回風(fēng)繞道、正巷，再加上升壓措施巷，整個(gè)區(qū)域頂板管理任務(wù)艱巨，如果每?jī)蓚€(gè)工作面都只需要1條升壓措施巷的話，對(duì)礦井頂板管理以及礦壓防治都會(huì)起到很好的作用，產(chǎn)生積極的效果，為礦井生產(chǎn)創(chuàng)造巨大效益。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文針對(duì)同忻礦強(qiáng)礦壓導(dǎo)致巷道與工作面出現(xiàn)底鼓變形等問題，以嚴(yán)重影響礦井的正常生產(chǎn)為研究背景、改進(jìn)井巷設(shè)計(jì)為目標(biāo)，對(duì)原井巷設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化研究，主要結(jié)論如下：

1) 對(duì)綜放工作面巷道掘進(jìn)期間煤流系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，首創(chuàng)不完全貫通，回風(fēng)巷密鋪工字鋼過盤區(qū)膠帶巷，回風(fēng)巷膠帶挑頂上盤區(qū)膠帶巷，構(gòu)建立體交叉點(diǎn)。系統(tǒng)優(yōu)化后，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及頂板管理各方面分析了其積極性。

2) 對(duì)綜放工作面進(jìn)風(fēng)巷升壓系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，新設(shè)計(jì)的升壓措施巷既可服務(wù)于當(dāng)前工作面及相鄰工作面的系統(tǒng)巷，又可在工作面采完后，作為相鄰工作面的進(jìn)料斜巷，極大地減少了巷道的掘進(jìn)量，有益于礦方進(jìn)行頂板管理。