極近距離煤層群采區巷道布置優化及開采順序研究

陳 晨

（晉能控股煤業集團挖金灣虎龍溝煤業有限公司，山西 朔州 034800）

1 煤層群采區巷道的現狀

1.1 礦井概況

礦山采用傾斜軸展開模式，在礦山內配置了主傾斜軸，輔助傾斜軸和回氣傾斜軸。主傾斜軸為5 m，傾斜角為20°，傾斜長度為58 m，掉落在煤層9-2的底部，鋼制繩芯強力傳送帶和單軌鐵路接入路以b＝1 400 mm 鋪設，配備有進行礦山主輸運工作的臺階扶手。作為空氣入口軸和緊急出口也起作用。輔助傾斜軸的上底部為4.5 m，基盤部5.5 m，傾斜角6°的輔助傾斜軸為傾斜長度369 m，落在煤層9-2的底部。它配備了橡膠輪胎車輛，主要的空氣入口和緊急出口，以及礦山承擔所有的輔助運輸任務，沒有爆炸證明。返回空氣的傾斜長度為5.0 m，傾斜角為11°，傾斜長度為167 m，落在煤層9-1 的屋頂上，成為本土回流和緊急出口的原因。根據煤層的產生特性，煤田的煤層4-1，4-2，8，9-1，9-2，11 以一個主要水平和一個輔助水平被采集，輔助水平標高+1 135m，煤層4-1，4-2 被開采，主要標高+1 125m，煤層8，9-1，9-2，11 被開采。按煤層向下開采。設計挖掘輔助水平是礦山地區I 的南翼。

1.2 礦井內主要系統布置

礦井的通風系統采用中央平行通風，換氣方法是機械提取。開采面采用“U”型完全負壓獨立換氣模式，即采用換氣模式的本地風機。獨立換氣室有礦區變電所和礦區水泵室，其他房間采用新鮮空氣平行或擴散換氣。32 臺局扇安裝用于回氣傾斜軸和準備使用，630 kW×2，10 kV。礦井的排水系統的主排水泵室設置在主傾斜軸的底部，3 套MD85-45 型7水泵，YBK2 電機，電壓660 V，功率132 kW 支持安裝正常進水期間，1 個工作，1 個待命1 是為了維護。最大的水的沖入期間，2 個工作著，1 個是待機。管渠用無縫鋼管，其中管渠直徑要與無縫鋼管的尺寸進行配套選定，最終排水管沿著主傾斜軸在表面凈水廠鋪設兩次。壓縮空氣的方式主要依靠壓縮機，即中心壓縮空氣站，主要設置在主軸的產業現場，通過壓縮空氣管線將壓縮空氣輸送，主要放置在傾斜的軸和地下通道的軸上，確定壓縮空氣管道系統的尺寸，必須考慮應用所需的工作壓力、最大CFM（ft3/min）以及從壓縮機到使用點（離壓縮機最遠）的距離。空氣壓縮機是擁有250 kW 馬達功率的2 個HLG250-8螺桿空氣壓縮機。當壓縮空氣通過空氣分配系統時，預計會出現壓降，盡管這種下降是很小的。一般情況下，20～30 ft/s 的空氣流速可幫助將壓降降至最低。

2 開采順序研究

2.1 采區布置方式

依據采掘工程平面圖，井田內4-1、4-2 號煤層采空區分布在一采區南翼北部，采空區為原兼并重組前及老窯開采4-1、4-2 號煤層時的采空區，兩層煤采空區基本重疊，經礦方實際探測發現，4-1 號煤層采空區為房柱式采煤方法形成的采空區，無積水。礦方在掘進一采區運輸大巷時向南對4-2 號煤層采空區進行鉆探，鉆孔深度至采空區70～80 m 為實體煤。受此影響，南翼輔運巷存在過采空區或下穿采空區的情況（南翼輔運巷暫按沿4-2 號煤層底板掘進，掘進過程中嚴格執行煤礦防治水的原則，根據鉆探情況及時調整巷道層位，若4-2 號煤層為采空區時，南翼輔運巷沿4-2 號煤層底板下巖層掘進），因此本次設計提出以下兩個方案：

1）方案一。采用三條道路系統，即南翼交通、輔助運輸和返回空氣路并行配置。礦區南翼開發的道路一般是南北方向配置的，從南翼回來的航空路、交通路、輔助運輸路、直接的航空路、交通路和礦山地區I 的輔助運輸路直接相連。從西往東的序列是南翼交通線。南翼回歸航線和南翼輔助運輸道路運輸路沿著煤層4-1 的地面配置，回程通道沿著煤層4-1 的屋頂配置，輔助輸送路沿著煤層4-2 的地板配置30 m 的保護炭柱由礦區1 號工作面41101 的橡膠來確保。兩條主要道路的間隔是25 m，礦區的三條主要道路位于礦區的南部邊界。在煤礦地區I的南翼，對于煤層4-1 和4-2，配置了三個作為三個煤礦開采地區共同布局的開采面。

2）方案二。礦區I 的南翼開發的道路一般是南北方向配置的，采用了三種道路系統，即南翼交通、輔助運輸和返回空氣路三條道路并列配置。從南翼回來的航空路、運輸路、輔助運輸路，直接與機場、交通路和礦山地區I 的輔助運輸路相連。從西往東的序列是南翼返回航線。南翼交通路和南翼輔助輸送路返回航空路沿著煤層4-1 的屋頂配置，輸送路和輔助輸送路沿著煤層4-2 的地板配置，30 m 的保護煤柱在礦山地區I 的工作面41101 的GOAF 確保。回去的路和交通路的距離是5 m，交通路和輔助交通路的距離是20 m。礦區的三條主要道路位于礦山的南部邊界。在煤礦地區I 的南翼，對于煤層4-1 和4-2，配置了三個作為三個煤礦開采地區共同布局的開采面。南翼運輸路為完成煤炭運輸而配備了傳送帶。無卡車的橡膠輪胎車輛被用來完成在南翼的輔助運輸路的地下輔助運輸。

方案一和方案二均為南北向布置三條采區大巷，北部與一采區回風巷、運輸巷、輔運巷相連，南部布置到井田南部邊界，通過聯絡巷連接，三條大巷工程量均為2 400 m，采區巷道投資接近，均為3 840萬元。因此從工程量及投資上來看，方案一和方案二基本一致。

2.2 掘進工作面組數及機械設備配備

本次一采區南翼設計，布置一個綜采工作面和兩個順槽綜掘工作面。礦井采掘比為1∶2。一采區南翼巷道開口施工為巖巷及半煤巖巷，掘進工藝采用炮掘。掘進工作面設備。綜掘工作面機械設備有：EBZ-200 型綜掘機、FBD№7.1 型局扇、SSJ80/2×40輸送機、WCY 型小水泵、ZLJ-850 型探水鉆等設備。

2.3 采煤方法及采煤工藝

采煤方法。本礦井為生產礦井，目前開采4-1 號煤層，由于4-1 號煤層采煤工藝及機械配備在《圣厚源煤業兼并重組整合項目初步設計》已有詳細描述，且各系統均已驗收投產。根據煤層賦存及開采技術條件，結合礦井4-1 號煤開采經驗，本次設計4-1 號煤層采用綜采放頂煤采煤法，全部冒落法管理頂板。采煤機采用端頭斜切進刀方式，雙向割煤，液壓支架及時支護。采煤工藝流程如下圖1 所示。

圖1 采煤工藝流程圖

即在試機后，采取雙滾筒采煤機端頭斜切進刀，繼而采煤機割煤，同時進行移架，并推前部刮板輸送機，在停止割煤后，進行放頂煤，最后拉后部刮板輸送機。

2.4 采區供水及防塵系統

在采區供水系統上，所采用的水源為地下消防和灑水水源，來自地上火災灑水池。凈化地下排水后，滿足地下水灑水水質標準，可作為地下滅火、灑水、地下水設施的供水源使用。為了確保地下的靜水和水壓，800 m3的消防水箱和400 m3的清潔水箱將放置在地面上。在供水設備的選用和排定上，是將地下消防、灑水系統、生產水管網布置成分支形狀。管道從主傾斜軸引入地下，送往各消防、灑水車和地下水設施的水位。在地下運輸、回氣干線道路、礦區運輸、返回空中投籃、發射面運輸、歸路等地鋪設了地下火災噴火管，每100 m（交通路50 m）設置了分流閥。閥門的后面設置了快速管路接頭，一個是用于控制火災，另一個是用于沖刷道路的功能。

3 結語

在這項研究中，基于地礦山的地層、地質結構、煤層、煤層屋頂、地板特性等地質數據，對極近距離煤層群的采礦地區的道路配置和采礦順序進行了優化，綜合考察了道路坑道壓力的規律，通過采掘方法、采掘技術、現場生產的需要，生產系統的便利性和可靠性、建設因素、現場收集、理論研究、比較分析、數值模擬得到實現。