郝建卿 劉永芳

(同煤浙能麻家梁煤業(yè)有限責(zé)任公司)

礦井開拓布置方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

郝建卿 劉永芳

(同煤浙能麻家梁煤業(yè)有限責(zé)任公司)

通過分析礦井局部區(qū)域斷層、鐵路對巷道布置的影響，本著安全生產(chǎn)，縮短工期的原則，提出了巷道布置優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，優(yōu)化了礦井開拓方式，形成了新的生產(chǎn)系統(tǒng)，使礦井生產(chǎn)更加安全可靠、高效。

斷層 巷道布置 方案優(yōu)化

同煤浙能麻家梁煤業(yè)有限責(zé)任公司是一座千萬噸大型礦井，井田采用立井雙水平開拓。初期布置主立井、副立井、回風(fēng)立井3個(gè)井筒，主要開采4#、9#煤層。先期開采的4#煤層平均厚度6.5 m，布置兩個(gè)采區(qū)，分別為一采區(qū)和二采區(qū)，采區(qū)系統(tǒng)大巷及工作面輔助巷道正在開拓中。根據(jù)礦井西部以往地質(zhì)探察，地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，麻家梁煤礦鐵路專線位于二采區(qū)西部地表，基本貫穿二采區(qū)北部地區(qū)。從安全、高效、經(jīng)濟(jì)多方面考慮，原設(shè)計(jì)巷道布置方案無法滿足礦井正常開拓生產(chǎn)的需求，需對二采區(qū)西部巷道設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，最大限度地減少不安全因素對生產(chǎn)的影響及資源浪費(fèi)，縮減開拓周期，降低成本。

1 基本情況

根據(jù)地面鉆孔勘探、三維地震資料及井下鉆探分析，二采區(qū)西部地區(qū)存在3條斷層：DF15正斷層，走向近N2°E，傾向S88°E，傾角約70°，控制最大落差30 m；F34正斷層，走向N5°E，傾向N85°W，傾角75°，控制最大落差為70 m，本斷層為導(dǎo)水?dāng)鄬?；DF16正斷層，走向N15°E，傾向N75°W，傾角75°，控制最大落差為15 m。本區(qū)奧灰水位標(biāo)高1 060 m，該處4#煤層底板標(biāo)高582～624 m，為帶壓開采煤層(見圖1)。

1.1 斷層隔水煤(巖)柱的留設(shè)

本次優(yōu)化區(qū)域?yàn)閹洪_采區(qū)域，由于導(dǎo)水?dāng)鄬涌赡軐?dǎo)通奧灰含水層及其他含水層，在4#煤層開采時(shí)具有突水的可能性，必須按規(guī)定留設(shè)防隔水煤柱。

為確保安全，含水或?qū)當(dāng)鄬臃栏羲?巖)柱按《煤礦防治水規(guī)定》的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

圖1 區(qū)域地質(zhì)示意

(1)

式中,L為留設(shè)煤柱寬度，m；K為安全系數(shù)，取2～5；M為煤層厚度或采高，m；P為水頭壓力，MPa；KP為煤的抗拉強(qiáng)度，MPa。

留設(shè)煤柱見圖2。

圖2 防隔水煤(巖)柱留設(shè)

經(jīng)計(jì)算，防隔水煤柱留設(shè)寬度的安全距離不得低于62 m，本次設(shè)計(jì)留設(shè)寬度為70 m，滿足了防隔水煤柱留設(shè)寬度要求。

1.2 鐵路專線煤(巖)柱的留設(shè)

煤礦鐵路專線是煤炭外運(yùn)的主要途徑。根據(jù)礦井沉陷區(qū)觀測，4#煤層開采區(qū)地面出現(xiàn)不均衡沉陷，地表裂隙較多，影響較大。為保證列車安全運(yùn)行，必須留設(shè)鐵路保護(hù)煤柱。

根據(jù)國家原煤炭工業(yè)局頒布的《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》(以下簡稱《規(guī)程》)應(yīng)留設(shè)煤柱加以保護(hù)，煤柱設(shè)計(jì)采用垂線法。

根據(jù)《規(guī)程》，工礦企業(yè)專用鐵路保護(hù)等級為Ⅳ，圍護(hù)帶寬度為5 m。本次鐵路專線煤(巖)柱留設(shè)直接采用礦井設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)，故這里不再贅述。

本次設(shè)計(jì)留設(shè)安全距離320 m，完全滿足鐵路專線煤柱留設(shè)要求。

2 巷道優(yōu)化

2.1 巷道優(yōu)化前布置

二采區(qū)系統(tǒng)巷道向西部直接延伸，穿過斷層區(qū)域，斷層間為巖巷掘進(jìn)，過DF15斷層后再全煤掘進(jìn)。跳過斷層中間區(qū)域布置6個(gè)工作面，設(shè)計(jì)回采線至鐵路專線煤柱線(見圖3)。

圖3 優(yōu)化前巷道布置示意

2.2 巷道方案優(yōu)化[1]

二采區(qū)系統(tǒng)巷道于斷層防隔水煤礦前向南部延伸，避開斷層區(qū)域及鐵路專線后，再向東部延伸布置。全煤巷掘進(jìn)，共布置8個(gè)工作面，工作面均可回采，設(shè)計(jì)回采線至系統(tǒng)巷保護(hù)煤柱[2-3](見圖4)。

圖4 優(yōu)化后巷道布置示意

2.3 優(yōu)化效果[4]

巷道優(yōu)化前、后對比見表1。

從表1可知，巷道及工作面布置優(yōu)化后，可回采煤量增加了990.7萬t，無需巖巷掘進(jìn)，巷道工程量明顯減少，同時(shí)繞過斷層，增加了安全性，減少了輔助過斷工程量，縮短工期，節(jié)約建設(shè)成本，滿足了礦井有序開拓生產(chǎn)的需要。

表1 優(yōu)化前、后對比評價(jià)

3 巷道布置優(yōu)化方案特點(diǎn)[5]

①避開了不安全地質(zhì)因素，巷道安全條件較好;②巷道工程量降低，無巖巷掘進(jìn)，有利于縮短工期，保證生產(chǎn)接替;③改進(jìn)了工作面布局，減少了煤柱損失;④改善了生產(chǎn)條件，避開斷層、鐵路影響;⑤減少了額外工程量(注漿、架棚等);⑥增加了可采儲(chǔ)量，降低了生產(chǎn)成本,經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4 存在的問題及注意事項(xiàng)

(1)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域的勘探工作存在一定盲區(qū)，需對其進(jìn)一步鉆探驗(yàn)證，明確斷層發(fā)育延伸程度。

(2)由于該礦尚未取得巖移觀測參數(shù)，需待巖移觀測實(shí)施后，根據(jù)觀測數(shù)據(jù)對鐵路專線保護(hù)煤柱作進(jìn)一步確定，對巷道布置方案再次優(yōu)化。

(3)由于巷道布置優(yōu)化前后變化較大，需統(tǒng)籌考慮通風(fēng)系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)、排水系統(tǒng)，確保優(yōu)化的可行性。

[1] 嚴(yán)求應(yīng).青東礦井82采區(qū)巷道布置方案優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].煤炭工程，2011(9):11-12.

[2] 孫國峰.淺析礦井開拓及巷道布置改進(jìn)方式[J].科技與企業(yè)，2012(16):186.

[3] 王福剛.優(yōu)化采區(qū)設(shè)計(jì)提高礦井經(jīng)濟(jì)效益[J].煤炭技術(shù),2004(6):65-66.

[4] 于新勝,王育才.淺談礦井設(shè)計(jì)優(yōu)化[J].煤炭工程,2002(5):10-12.

[5] 陳圣軍.礦井開拓延伸與技術(shù)改造[J].科技傳播，2012(17):196-199.

2015-01-26)

郝建卿(1984—)，男，工程師，036000 山西省朔州市朔城區(qū)。