王洼煤礦無(wú)煤柱開(kāi)采的采區(qū)設(shè)計(jì)方案確定

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(寧夏王洼煤業(yè)有限公司王洼煤礦，寧夏 固原 756505)

0 引言

當(dāng)煤柱留設(shè)寬度較大，會(huì)造成資源損失量增加，無(wú)法保證資源回收率。若縮小煤柱留設(shè)寬度，將造成單翼順序開(kāi)采時(shí)風(fēng)巷受上工作面采動(dòng)影響增大，給組織接續(xù)工作面的回風(fēng)順槽的掘進(jìn)增加難度，因此合理選擇煤柱寬度極為重要[1-3]。隨著采煤技術(shù)和支護(hù)設(shè)備的發(fā)展，當(dāng)前部分煤礦采用無(wú)煤柱或者窄煤柱開(kāi)采，最大程度的回收資源，減小集中應(yīng)力造成的采掘頂板事故，同時(shí)，煤柱的合理寬度選擇需要根據(jù)不同開(kāi)采地質(zhì)條件而確定。

根據(jù)《王洼煤礦600萬(wàn)噸/年改擴(kuò)建項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)》，11采區(qū)北翼工作面開(kāi)采為順序式開(kāi)采，相鄰工作面之間的區(qū)段煤柱寬度為30～40 m。改擴(kuò)建后老礦井作為改擴(kuò)建礦井的中央采區(qū)，兩采區(qū)之間通過(guò)+1 250 m運(yùn)輸大巷聯(lián)通，實(shí)現(xiàn)了采區(qū)系統(tǒng)的合并，該大巷也為110504工作面回風(fēng)順槽，與礦井的+1 250 m運(yùn)輸大巷作為110504工作面的回風(fēng)順槽，該工作面回采時(shí)造成兩采區(qū)系統(tǒng)獨(dú)立。為了有效避免110504工作面回采至+1 250 m運(yùn)輸大巷段時(shí)兩采區(qū)系統(tǒng)獨(dú)立，煤柱留設(shè)寬度縮小后單翼順序開(kāi)采受相鄰工作面采動(dòng)的影響大[4-6]，無(wú)法組織接續(xù)工作面回風(fēng)順槽的掘進(jìn)，根據(jù)礦井生產(chǎn)規(guī)劃及兩采區(qū)生產(chǎn)現(xiàn)狀，結(jié)合《王洼煤礦合理區(qū)段煤柱參數(shù)科研報(bào)告》研究結(jié)論和開(kāi)采新技術(shù)，提出了不同北翼剩余工作面實(shí)施沿空掘巷的方案，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)方案比較，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)行選取。

1 方案概述

1.1 工程概況

王洼煤礦五號(hào)煤層厚度7.09～10.31 m，平均厚度8.7 m，煤層傾角6°～22°，屬于單一傾斜煤層。煤層結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單-簡(jiǎn)單，層位穩(wěn)定，煤層頂板巖性以粉砂巖、泥巖為主，厚度0.50～34.05 m，平均厚度4.11 m；偽頂以炭質(zhì)泥巖、粉砂巖為主，厚度小于0.3 m。底板巖性以粉砂巖為主，厚0.53～12.58 m，平均厚3.01 m。

1.2 原方案

五號(hào)煤層目前正在回采北翼11采區(qū)。由于11采區(qū)北翼工作面原計(jì)劃順序開(kāi)采，設(shè)計(jì)對(duì)110505、110507、110509這3個(gè)綜放工作面(以下簡(jiǎn)稱(chēng)剩余工作面)回風(fēng)順槽均采用上、下2條回風(fēng)巷、運(yùn)輸順槽機(jī)軌合一的布置方式，即在掘進(jìn)接續(xù)工作面時(shí)，先留設(shè)40 m的區(qū)段煤柱掘進(jìn)下回風(fēng)順槽，待上工作面回采與接續(xù)面掘進(jìn)重疊超過(guò)6個(gè)月后，調(diào)整回風(fēng)順槽掘進(jìn)方位，將區(qū)段煤柱縮短為5 m，繼續(xù)掘進(jìn)形成工作面。工作面完成安裝開(kāi)始正常回采后，與回風(fēng)順槽調(diào)整方位的聯(lián)絡(luò)巷口距離為300 m時(shí)，安排從里向外施工上回風(fēng)順槽，每300 m施工一聯(lián)絡(luò)巷，上回風(fēng)順槽的掘進(jìn)與工作面回采工作同步進(jìn)行。區(qū)段煤柱留設(shè)寬度調(diào)整為5 m，將剩余的工作面回采率按75%計(jì)算，總可采煤量為1 840萬(wàn)t。

1.3 新方案設(shè)計(jì)

1.3.1 設(shè)計(jì)思路

為了有效避開(kāi)剩余工作面開(kāi)采過(guò)程中，上工作面回采對(duì)接續(xù)工作面重疊順序開(kāi)采采掘重疊段區(qū)域的壓力顯現(xiàn)，順利實(shí)施沿空掘巷布置，計(jì)劃對(duì)剩余工作面斜長(zhǎng)進(jìn)行縮短，將其劃分為4個(gè)綜放工作面(110505、110507、110509、110511)，以跳采的方式實(shí)施沿空掘巷方案。根據(jù)區(qū)段煤柱留設(shè)寬度和巷道布置方式的不同，形成3種新方案。

1.3.2 新方案

新方案一：區(qū)段煤柱留設(shè)寬度調(diào)整為5 m，將剩余的3個(gè)綜放面劃分為4個(gè)綜放面，工作面回采率按75%計(jì)算，總可采煤量1 826萬(wàn)t。工作面生產(chǎn)能力按300萬(wàn)t/a計(jì)算，回采總工期為6 a。

新方案二：區(qū)段煤柱留設(shè)寬度調(diào)整為2 m，將剩余的3個(gè)綜放面劃分為4個(gè)綜放面，工作面回采率按75%計(jì)算，總可采煤量為1 884萬(wàn)t。工作面的生產(chǎn)能力按300萬(wàn)t/a計(jì)算，回采總工期為6.28 a。

新方案三：實(shí)施無(wú)煤柱開(kāi)采，相鄰工作面的順槽呈外錯(cuò)式，其中上工作面運(yùn)輸順槽沿煤層頂板掘進(jìn)，接續(xù)工作面回風(fēng)順槽沿巷道底板掘進(jìn)。調(diào)整后剩余的3個(gè)綜放面被劃分為4個(gè)綜放面，工作面回采率按75%計(jì)算，總可采煤量為1 963萬(wàn)t。工作面的生產(chǎn)能力按300萬(wàn)t/a計(jì)算，回采總工期為6.54 a。

2 技術(shù)評(píng)價(jià)分析

2.1 技術(shù)對(duì)比

上述3個(gè)新方案中，新方案一、新方案二順槽巷道是沿煤層標(biāo)志層或煤層中部布置；新方案三中110507、110511工作面的運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽均沿煤層頂板標(biāo)志層掘進(jìn)；110505工作面回風(fēng)順槽沿留頂煤1 m掘進(jìn)，運(yùn)輸順槽沿煤層底板(即110507工作面上口三角煤區(qū)網(wǎng)下)掘進(jìn)；110509工作面回風(fēng)順槽沿煤層底板(即110507工作面下口三角煤區(qū)網(wǎng)下)掘進(jìn)，運(yùn)輸順槽沿煤層底板(即110511工作面上口三角煤區(qū)網(wǎng)下)掘進(jìn)。根據(jù)順槽巷道布置方式的不同，對(duì)其支護(hù)方式進(jìn)行調(diào)整，其中沿煤層頂板支護(hù)方式為“錨網(wǎng)索+鋼筋梯”聯(lián)合支護(hù)[7-9]，巷道沿相鄰工作面三角煤區(qū)底分層內(nèi)(外錯(cuò)式)布置時(shí)，支護(hù)方式采用“錨網(wǎng)+29U型鋼棚”聯(lián)合支護(hù)。

2.2 技術(shù)評(píng)價(jià)

2.2.1 施工要點(diǎn)

新方案一與新方案二的主要區(qū)別在于區(qū)段煤柱留設(shè)寬度不一致，但按照《王洼煤礦合理區(qū)段煤柱參數(shù)研究報(bào)告》論證結(jié)果，區(qū)段煤柱在0～5 m范圍內(nèi)壓力最小，大于5 m時(shí)，壓力逐漸增大。因此預(yù)留2 m的區(qū)段煤柱，巷道掘進(jìn)時(shí)壓力更小，可提高資源回收率，但110509工作面兩巷及110505工作面機(jī)巷錨網(wǎng)支護(hù)困難。新方案三外錯(cuò)式布置方式實(shí)施，110505工作面運(yùn)輸順槽、110509工作面回風(fēng)順槽和運(yùn)輸順槽均布置在相鄰工作面上下口三角煤區(qū)域，但該區(qū)域煤層頂板已垮落，壓力已釋放，礦壓較小[10-12]。在對(duì)順槽巷道掘進(jìn)時(shí)，需及時(shí)對(duì)頂板進(jìn)行噴漿，封閉裂隙，減少漏風(fēng)量，減小煤體氧化，回采過(guò)程中須加強(qiáng)工作面兩巷防滅火管理。

2.2.2 成本及工期

根據(jù)技術(shù)比較，按照原方案在工作面回采過(guò)程中需承擔(dān)2條回風(fēng)順槽的超前支護(hù)，相應(yīng)的增加人工和材料消耗，成本增加。工作面超前支護(hù)采用液壓支架進(jìn)行支護(hù)，可實(shí)現(xiàn)減少工作面?zhèn)€數(shù)和搬家次數(shù)，可實(shí)施該方案。按照跳采的實(shí)施方案，110507、110511工作面采掘過(guò)程中探放水壓力較大；110505及110509工作面在采掘過(guò)程中探放水壓力相對(duì)會(huì)減輕，且2個(gè)工作面時(shí)間距離相鄰采煤工作面回采結(jié)束工期已超過(guò)一年半，只要正常對(duì)工作面進(jìn)行注漿、注氮，不會(huì)造成著火現(xiàn)象。

3 經(jīng)濟(jì)成本核算

3.1 成本核算內(nèi)容

根據(jù)王洼煤礦綜放工作面實(shí)際采掘情況，將剩余工作面原設(shè)計(jì)方案與新提出的3種方案進(jìn)行比較，主要的經(jīng)濟(jì)成本核算內(nèi)容見(jiàn)表1。

表1 北翼剩余工作面布置方案經(jīng)濟(jì)成本核算Table 1 The economic cost of the layout plan of the remaining working face in the north wing

主要數(shù)據(jù)計(jì)算與回采工藝斷面的規(guī)格一致，平均掘進(jìn)費(fèi)用按照9 500元/m計(jì)算，綜放開(kāi)采電費(fèi)為8.2度/t，每度電費(fèi)0.6元，噸煤電費(fèi)為4.92元；設(shè)備折舊的綜放設(shè)備按12 000萬(wàn)計(jì)算，設(shè)備折舊費(fèi)按10年計(jì)算得出4.0元/t；搬家1次(包括安裝和回收)費(fèi)用約600萬(wàn)元(包括人工和材料費(fèi))；巷道維護(hù)費(fèi)用中，自控材料1 120元/m，單項(xiàng)工程1 370元/m，共2 490元/m。

3.2 成本核算結(jié)果

由表分析可得，原方案掘進(jìn)工程量(25 220 m)大于新方案(方案一和方案二是24 725 m，方案三是24 740 m)掘進(jìn)工程量，新方案的掘進(jìn)工程量基本相同，生產(chǎn)總成本也基本相同。但是相比較方案三巷道掘進(jìn)量最少，巷道支護(hù)成本最低，噸煤成本最低。按照原煤回采總量相比較，新方案三(相鄰工作面順槽外錯(cuò)布置，實(shí)施無(wú)煤柱回采)回采煤量最多，其次是新方案二(內(nèi)錯(cuò)布置，預(yù)留2 m的區(qū)段煤柱)，對(duì)應(yīng)的銷(xiāo)售額和利潤(rùn)也是如此。

4 結(jié)論

(1)結(jié)合王洼煤礦的生產(chǎn)實(shí)際情況，確定采用無(wú)煤柱開(kāi)采進(jìn)行11采區(qū)北翼工作面的設(shè)計(jì)，可新增利潤(rùn)約1.78億元。同時(shí)，減少了搬家倒面的頻率，提高了生產(chǎn)效率。

(2)通過(guò)對(duì)新舊四套方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)分析得出，在方案設(shè)計(jì)和選擇時(shí)，需要考慮方案的科學(xué)性、可行性、經(jīng)濟(jì)性。需要對(duì)開(kāi)采、生產(chǎn)、洗選、經(jīng)營(yíng)等活動(dòng)全盤(pán)考慮，統(tǒng)籌規(guī)劃，得出最佳方案。