改擴建礦井大傾角綜采工作面首采區(qū)布置技術(shù)探討

（新疆天富小溝礦業(yè)有限責(zé)任公司，石河子市，832026） 高 飛 呂存書

在自治區(qū)及石河子經(jīng)濟穩(wěn)步增長的情況下，該地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展對煤炭總量需求亦呈穩(wěn)步增長?，F(xiàn)新疆兵團所轄煤礦產(chǎn)量已不能滿足市場需求，煤炭供應(yīng)緊張的狀況嚴重制約了新疆兵團及石河子的經(jīng)濟發(fā)展。為了滿足經(jīng)濟發(fā)展對能源的需求，同時為保持本企業(yè)今后穩(wěn)定、持續(xù)健康的發(fā)展，該煤礦根據(jù)國家有關(guān)煤炭工業(yè)技術(shù)政策及自治區(qū)、新疆兵團煤炭工業(yè)未來發(fā)展規(guī)劃要求，決定對本礦區(qū)資源進行整合，擴大生產(chǎn)規(guī)模，提高礦井技術(shù)裝備水平和采區(qū)回采率。

1 首采區(qū)特征

1.1 首采區(qū)數(shù)目和位置選擇

1.1.1 投產(chǎn)水平選擇

根據(jù)該礦井實際情況，初期投產(chǎn)水平：即一水平（+1 365m）以下。

根據(jù)常規(guī)設(shè)計，初期投產(chǎn)水平應(yīng)選擇在一水平比較符合開采順序要求，具有工程量少、投資小、見效快等優(yōu)點。由于該礦井+1 280m以上大部分資源量均已經(jīng)開采，+1 365 水平以上資源量少，服務(wù)年限短。+1 365水平以上地質(zhì)資源量916.18萬t，設(shè)計可采儲量434.62 萬t，服務(wù)年限為5.2a，服務(wù)年限不符合設(shè)計規(guī)范要求。其中11 采區(qū)服務(wù)年限只有3a左右，服務(wù)年限短，接替采區(qū)開拓及準(zhǔn)備工程量較大，水平及采區(qū)接替相當(dāng)緊張。

1365 水平以下地質(zhì)資源量為2 166.49 萬t，可采儲量為1 537.7 萬t，服務(wù)年限為18.3a，水平服務(wù)年限符合設(shè)計規(guī)范要求，其中21采區(qū)服務(wù)年限14a，水平及采區(qū)服務(wù)年限長，接替相對比較容易。因此從水平及采區(qū)接替、高產(chǎn)高效以及集中化生產(chǎn)方面考慮，投產(chǎn)水平選擇在1 365水平以下比較合理。

根據(jù)礦井采空區(qū)分布情況，目前井田內(nèi)B8、B5、B4、B3煤層+1 280m～+1 550m標(biāo)高均為采空區(qū)，B7煤層Ⅰ勘探線以東700m至原榆樹溝井田邊界在+1 449m～+1 558m 標(biāo)高：B2 煤層+1 365m 以上大部分為不可采煤層，B1煤層未開采。從采空區(qū)分布情況來看，井田內(nèi)+1 365m 水平以上B8、B5、B4、B3 煤層和B7部分煤層已采至+1 550m，開采+1365n水平以下煤層對其上部無影響，故水平以下開采對上部煤層無影響，根據(jù)冒落帶和導(dǎo)水裂隙帶的計算分析，井田內(nèi)B1 煤層開采時不影響上部煤層，故B1 煤層開采+1 365m 水平以下時不會影響+1 365m 水平以上的各個煤層開采，綜上分析，開采+1 365m水平以下煤層時對開采+1 365m 水平以上的煤層均無影響，對后續(xù)煤層巷道的布置也無影響。

1.1.2 投產(chǎn)采區(qū)選擇

根據(jù)水平及采區(qū)劃分，二水平劃分為一采區(qū)及二采區(qū)，一采區(qū)靠近井口位置，初期工程量少，工期短，投產(chǎn)快，投產(chǎn)采區(qū)應(yīng)選擇一采區(qū)比較合理。目前+1 365m水平以下礦井開拓開采巷道已經(jīng)施工結(jié)束，工作面裝備已經(jīng)完成，礦井處于工作面試生產(chǎn)階段。

1.1.3 投產(chǎn)煤層選擇

煤層開采順序一般按煤層賦存先后順序自上而下開采，井田范圍內(nèi)可采及局部可采煤層自上而下編號分別為B9、B8、B7、B5、B4、B3、B2和B1（B9 煤層之上的無編號1、2、3 號煤層為334 資源量，設(shè)計暫不考慮開采）。上部B9煤層較薄，平均厚度1.14m，煤層生產(chǎn)能力低。B8 煤層平均厚度3.46m，煤層生產(chǎn)能力較大。

礦井在建設(shè)過程中，通過區(qū)段石門探明B9上部煤層的賦存情況，根據(jù)實際巷道的揭煤情況，井田東翼B9煤層為不可采煤層，實際厚度僅為0.35m。為了確保礦井初期投產(chǎn)效益，保證礦井穩(wěn)產(chǎn)達產(chǎn)，設(shè)計投產(chǎn)煤層為B8煤層。

1.1.4 投產(chǎn)工作面選擇

為確保初期投產(chǎn)工作面的可靠性，投產(chǎn)工作面選擇在二水平的+1 280m標(biāo)高（礦井現(xiàn)生產(chǎn)水平）以下的B8煤層，即一采區(qū)第二區(qū)段。

根據(jù)實際巷道揭煤情況，B9 煤層為不可采煤層，根據(jù)工作面接續(xù)安排，煤層開采順序為同水平先采上區(qū)段，后采下區(qū)段。同區(qū)段原則上先采上層煤，后采下層煤。開采B7煤層時先開采第一區(qū)段。

1.2 首采區(qū)地質(zhì)特征

1.2.1 采區(qū)尺寸

投產(chǎn)采區(qū)一采區(qū)開采下限為+1 100m，開采上限為+1 365m。采區(qū)走向長2.3km，傾斜寬約0.47km，采區(qū)面積約1.08km2。

采區(qū)劃分為三個區(qū)段回采，第一區(qū)段+1 366～+1 270m，區(qū)段垂高96m；第二區(qū)段+1 270～+1 190m，區(qū)段垂高80m；第三區(qū)段+1 190～+1 100m，區(qū)段垂高90m。

區(qū)段間留隔離煤柱5m～10m。采區(qū)煤柱按20m留設(shè)。

1.2.2 地質(zhì)構(gòu)造

采區(qū)位于位于水溝背斜的北翼，總體構(gòu)造形態(tài)為一北東傾的單斜，地層傾角35°～46°，井田內(nèi)地表及生產(chǎn)井巷道和鉆孔中均未見斷層錯斷煤巖層現(xiàn)象。構(gòu)造復(fù)雜程度屬簡單類。

1.2.3 煤層賦存

采區(qū)內(nèi)設(shè)計可采煤層共計8 層，分別為B1、B2、B3、B4、B5、B7、B8和B9號煤層，煤層平均可采厚度分別 為1.48m、0.9m、1.49m、1.82m、1.47m、1.26m、3.46m、1.14m。煤層平均間距在3.89～28.96m，各煤層考慮聯(lián)合布置開采。煤層傾角15°～46°。根據(jù)巷道實際揭煤情況，首采區(qū)B9號煤層不可采，實際厚度為0.35m。

1.2.4 水文地質(zhì)

采區(qū)內(nèi)無火燒區(qū)；采空區(qū)情況清楚，采空區(qū)下限為+1 280m，目前采空區(qū)內(nèi)無積水；井田地形屬低中山，基巖裸露，第四系覆蓋不規(guī)則，地勢總體南高北低，地層產(chǎn)狀北傾，地形有利于自然排水。井田內(nèi)無常年流動的地表水流，氣候干燥，蒸發(fā)量強于降水量。受大氣降水、雪融水對礦床充水的影響，采區(qū)內(nèi)直接充水因素主要為煤層頂板裂隙滲水及采空區(qū)積水。水文地質(zhì)條件相對較簡單。

1.2.5 其它開采技術(shù)條件

（1）煤層頂?shù)装?/p>

總體來說，采區(qū)內(nèi)各煤層頂?shù)装逯饕阅鄮r、粉砂質(zhì)泥巖，粉砂巖為主，完整性較差，穩(wěn)定性較差。

（2）瓦斯

表1 首采區(qū)特征表

采區(qū)內(nèi)各煤層瓦斯含量較低，為瓦斯礦井。

（3）煤塵爆炸

采區(qū)內(nèi)各煤層煤塵均有爆炸危險性。

（4）煤的自燃

井田內(nèi)各煤層屬自燃煤層。

（5）地溫

采區(qū)內(nèi)無地溫異常區(qū)。

1.3 首采區(qū)的基本特征

首采區(qū)特征詳見表1。

2 采區(qū)巷道布置

2.1 煤層分組、分層關(guān)系和開采順序

2.1.1 煤層分組及煤層分層

井田內(nèi)各層煤層間距較小，傾角較大，為了減少開拓開采工程量及設(shè)備投資，設(shè)計考慮聯(lián)合布置巷道進行開采，各煤層均一次采全高。

2.1.2 開采順序

采區(qū)內(nèi)開采順序：先采上區(qū)段，后采下區(qū)段。同區(qū)段內(nèi)先采上層煤，后采下層煤。

為了便于掘進與回采的管理，采區(qū)內(nèi)工作面采用雙翼布置方式。工作面均采用走向長壁后退式回采。

2.2 采區(qū)巷道布置

根據(jù)開拓中開采順序安排，投產(chǎn)采區(qū)為一采區(qū)。設(shè)計采用走向長壁雙翼開采，即由采區(qū)上山向東西兩翼布置工作面。

2.2.1 采區(qū)上、下山布置

根據(jù)開拓開采需要，采區(qū)布置三條下山，即運輸下山、軌道下山及回風(fēng)下山。軌道下山傾角25°，斜長640m，穿煤層布置，采用單鉤串車提升，擔(dān)負采區(qū)的輔助提升任務(wù)兼進風(fēng)巷?；仫L(fēng)下山+1 270m標(biāo)高以上設(shè)計沿B1煤層底板布置，通過+1 443m石門與西風(fēng)井聯(lián)通；+1 270m 標(biāo)高以下沿B4 煤層布置，通過+1 270m石門與B1回風(fēng)上山溝通，為采區(qū)專用回風(fēng)上、下山。運輸下山傾角22°，斜長789m，穿煤層布置，通過采區(qū)煤倉與+1 365m運輸大巷聯(lián)系，采用大傾角鋼絲繩芯膠帶輸送機運輸，擔(dān)負采區(qū)的煤炭提升任務(wù)。兩井筒直接作為采區(qū)上山使用，回風(fēng)斜井亦作為采區(qū)專用回風(fēng)上山。本井田煤層為傾斜近距離煤層，在采區(qū)各區(qū)段運輸、回風(fēng)水平布置甩車場及石門揭露各煤層，各可采煤層采用聯(lián)合布置方式。

2.2.2 區(qū)段石門布置

區(qū)段石門從采區(qū)軌道下山開始分別沿+1 270m、+1 190m 標(biāo)高布置，前后穿過各煤層，以滿足區(qū)段工作面回風(fēng)和運輸?shù)男枰?。區(qū)段運輸石門采用機軌合一布置形式。

2.2.3 工作面區(qū)段運輸巷、回風(fēng)巷布置

工作面設(shè)計采用雙翼開采方式，從采區(qū)上山向采區(qū)兩翼布置工作面巷道。確定采用布置工作面區(qū)段巷道并留10～15m 的隔離煤柱，在實際生產(chǎn)中，根據(jù)采煤工作面對下區(qū)段掘進順槽的礦壓影響，可適當(dāng)增加煤柱寬度，以防相鄰巷道間漏風(fēng)。為了便于工作面回采管理，工作面區(qū)段運輸巷與回風(fēng)巷平行布置。為了充分發(fā)揮工作面的生產(chǎn)能力，工作面區(qū)段運輸巷考慮皮帶運輸。

2.3 采煤工作面布置

2.3.1 工作面布置形式

工作面布置成走向長壁工作面，上部布置一回風(fēng)順槽，下部布置一條運輸順槽，均沿煤層底板布置；在邊界布置開切眼連接上、下順槽。

2.3.2 工作面數(shù)目及位置

設(shè)計礦井初期投產(chǎn)1個綜采工作面保證0.6Mt/a的設(shè)計生產(chǎn)能力。為確保初期投產(chǎn)工作面的可靠性，投產(chǎn)工作面選擇在二水平的+1 280m標(biāo)高（礦井現(xiàn)生產(chǎn)水平）以下的B8煤層，即21 采區(qū)第二區(qū)段。設(shè)計投產(chǎn)工作面生產(chǎn)能力詳見表2。

表2 投產(chǎn)工作面生產(chǎn)能力計算表

3 采區(qū)車場和硐室布置

3.1 采區(qū)車場

采區(qū)設(shè)有+1 365m 上車場、+1 270m 中車場、+1 190m 中車場以及+1 100m 下車場。中部車場均采用單道起坡雙車道布置形式。

3.2 主要硐室

上部車場設(shè)有采區(qū)煤倉、采區(qū)裝車站、信號硐室、裝載硐室、等候室、永久避難硐室及爆炸材料發(fā)放硐室等。

中部車場設(shè)有區(qū)段溜煤眼、信號硐室、裝載硐室及采區(qū)避難硐室等。

下部車場設(shè)有變電所、水泵房、水倉、信號硐室、等候室、救急站、及消防材料庫等。

4 采區(qū)運輸方式

4.1 煤炭運輸

采區(qū)內(nèi)的煤使用膠帶輸送機運輸，工作面運輸巷、回風(fēng)巷的掘進出煤通過區(qū)段石門運到溜煤上山，通過運輸下山上運至采區(qū)煤倉。采區(qū)內(nèi)運煤系統(tǒng)為：

回采工作面煤炭經(jīng)可彎曲刮板輸送機→運輸巷膠帶輸送機→區(qū)段運輸石門→采區(qū)運輸下山→采區(qū)煤倉→運輸大巷裝車→地面。

掘進工作面煤炭→區(qū)段石門→采區(qū)運輸下山→采區(qū)煤倉→運輸大巷裝車→地面。

4.2 輔助運輸

采區(qū)輔助運輸采用電機車運輸。工作面所需材料和設(shè)備通過軌道下山及中部車場運到工作面回風(fēng)巷。

地面→運輸大巷→軌道下山→中部車場→區(qū)段石門→工作面回風(fēng)巷→工作面。

掘進排矸系統(tǒng)：掘進工作面→區(qū)段石門→軌道下山→運輸大巷→地面。

5 采區(qū)通風(fēng)和排水

5.1 采區(qū)通風(fēng)

采區(qū)的新鮮風(fēng)流由主平硐、大巷、軌道下山經(jīng)區(qū)段石門進入工作面運輸巷到工作面；乏風(fēng)沿工作面回風(fēng)巷、區(qū)段石門，經(jīng)回風(fēng)上、下山由回風(fēng)井排出地面。

礦井初期通風(fēng)路線為：主平硐→+1 365m 大巷→軌道下山→+1 190m車場及石門→工作面運輸順槽→工作面→工作面回風(fēng)順槽→+1 270m車場及石門→回風(fēng)上下山→西風(fēng)井→地面。

5.2 采區(qū)排水

在工作面上、下順槽低凹點處設(shè)若干小水窩，將巷道積水截流到水窩集中排放?；夭晒ぷ髅鎱^(qū)段巷道和煤巷掘進頭均設(shè)置了小水泵，將工作面水排到+1 100m 水倉，由排水泵及排水管路經(jīng)軌道下山、主井排到地面。

礦井初期采煤工作面排水路線為：采煤工作面→工作面區(qū)段巷道→中部車場→軌道下山→+1 100m排水泵房→地面。

掘進工作面排水路線為：掘進工作面→中部車場→軌道下山→+1 100m排水泵房→地面。

6 結(jié)論

本礦井現(xiàn)已經(jīng)建成，處于試生產(chǎn)階段，礦井煤層賦存較穩(wěn)定，屬傾斜薄及中厚煤層，設(shè)計工作面采用國內(nèi)成熟綜采工藝，可配備機械化采煤工作面，一個采區(qū)、兩個工作面（中厚與薄煤層配采及礦井穩(wěn)產(chǎn)達產(chǎn)的需要）可以滿足礦井0.6Mt/a煤炭生產(chǎn)能力的需要。對于局部厚煤層，一個綜合機械化采煤工作面也可以滿足礦井生產(chǎn)能力的需要。建議在有條件時，主平硐運輸煤炭改為皮帶運輸，提高礦井的煤炭運輸?shù)哪芰Α?/p>