劉建浩 苗彥平 王碧清 張建安 李正虎

(陜煤集團(tuán)神木張家峁礦業(yè)有限公司，陜西省神木市，719316)

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神南礦區(qū)安全高效礦井綜采面系統(tǒng)優(yōu)化分析

劉建浩 苗彥平 王碧清 張建安 李正虎

(陜煤集團(tuán)神木張家峁礦業(yè)有限公司，陜西省神木市，719316)

綜采面運(yùn)輸巷(輔運(yùn)巷和膠運(yùn)巷)、回風(fēng)巷與開拓大巷的連接方式對(duì)礦井的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益有重要影響，本文對(duì)近水平煤層綜采面運(yùn)輸巷及回風(fēng)巷與開拓大巷的3種連接方式從系統(tǒng)可靠性、資源回收率、工程量和經(jīng)濟(jì)技術(shù)等方面進(jìn)行了全面分析，揭示了每種連接方式的利弊及經(jīng)濟(jì)技術(shù)特征，最終得出經(jīng)濟(jì)可靠的連接方式。

高產(chǎn)高效 綜采面 輔運(yùn)巷和膠運(yùn)巷 連接方式 立交點(diǎn) 搭接點(diǎn)

神府煤田是世界七大煤田之一，煤田內(nèi)資源儲(chǔ)量豐富，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，煤層賦存穩(wěn)定，傾角為1°～3°，屬近水平煤層。本文以神南礦區(qū)張家峁煤礦綜采面運(yùn)輸巷與開拓大巷的3種連接方式為研究對(duì)象，旨在探索一種既安全可靠又經(jīng)濟(jì)的連接方式，為近水平煤層安全高效開采提供借鑒。

1 綜采面運(yùn)輸巷與開拓大巷連接方式

張家峁礦井主采煤層包括2-2煤層、3-1煤層、4-2煤層和5-2煤層，煤層平均厚度分別為9 m、3 m、4 m、6 m，沿各煤層在距井田北部邊界300 m處均布置3條大巷，自北向南依次為回風(fēng)大巷、膠運(yùn)大巷及輔運(yùn)大巷，大巷中心距為35 m。各煤層均利用煤層大巷直接布置回采工作面，工作面自煤層南部火燒區(qū)邊界或井田邊界向大巷方向推采。工作面采用3條巷道布置形式，分別為回風(fēng)巷、膠運(yùn)巷和輔運(yùn)巷，其中輔運(yùn)巷在工作面回采完后保留作為下一個(gè)回采工作面的回風(fēng)巷。綜采面膠運(yùn)巷、輔運(yùn)巷直接(或通過立交)與大巷相連接，歸納起來工作面巷道與大巷連接有3種方式。盡管各煤層厚度、地質(zhì)條件不同，工作面運(yùn)輸、通風(fēng)及設(shè)備等參數(shù)均不一致，但各煤層工作面運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷與開拓大巷連接方式均可類比，現(xiàn)以4-2煤層及大巷參數(shù)為基礎(chǔ)，假設(shè)3條大巷標(biāo)高一致且在輔運(yùn)大巷向南100 m煤層為同一水平煤層(工程量比較以輔運(yùn)大巷以南100 m為基礎(chǔ)比較)的前提下對(duì)3種方式予以比較。將工作面輔運(yùn)巷與輔運(yùn)大巷、回風(fēng)聯(lián)巷與膠、輔運(yùn)大巷、膠運(yùn)巷與膠、輔運(yùn)大巷的立交及搭接點(diǎn)個(gè)數(shù)定義綜采面運(yùn)輸巷和開拓大巷的連接方式。

1.1 “022”連接方式

“022”連接方式指輔運(yùn)巷通過聯(lián)巷與輔運(yùn)大巷連接，輔運(yùn)巷通過立交跨輔運(yùn)大巷和膠運(yùn)大巷與回風(fēng)大巷連接，膠運(yùn)巷通過立交跨輔運(yùn)大巷，至膠運(yùn)大巷處設(shè)計(jì)搭接點(diǎn)與膠運(yùn)大巷連接，如圖1所示。

“022”連接方式中帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及減速機(jī)布置在輔運(yùn)大巷和膠運(yùn)大巷立交上方段，明顯縮短了回撤通道至輔運(yùn)大巷之間的距離。末采工作面和初采工作面同時(shí)生產(chǎn)時(shí)，兩個(gè)綜采面通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為“兩進(jìn)兩回”，系統(tǒng)見圖2。另外，在接續(xù)工作面安裝前首先施工準(zhǔn)備工作面回撤通道，至膠運(yùn)巷后施工準(zhǔn)備工作面的回風(fēng)聯(lián)巷，在施工準(zhǔn)備工作面回撤通道與回風(fēng)聯(lián)巷期間利用接續(xù)工作面的回風(fēng)聯(lián)巷形成通風(fēng)系統(tǒng)。準(zhǔn)備工作面回風(fēng)聯(lián)巷與回風(fēng)大巷貫通形成獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)，準(zhǔn)備工作面膠運(yùn)巷和輔運(yùn)巷可正常施工，這種施工順序可有效解決掘進(jìn)期間污風(fēng)流進(jìn)入大巷造成串聯(lián)通風(fēng)現(xiàn)象。

圖1 “022”連接方式平面圖

圖2 “022”連接方式末采、初采、準(zhǔn)備工作面通風(fēng)系統(tǒng)

1.2 “002”連接方式

“002”連接方式指輔運(yùn)巷與輔運(yùn)大巷直接連接，膠運(yùn)巷通過立交跨輔運(yùn)大巷，至膠運(yùn)大巷時(shí)設(shè)計(jì)搭接點(diǎn)與膠運(yùn)大巷連接，同時(shí)在膠運(yùn)巷機(jī)頭硐室向北設(shè)計(jì)回風(fēng)聯(lián)巷與回風(fēng)大巷連接，如圖3所示。

“002”連接方式中，末采工作面和初采工作面同時(shí)生產(chǎn)時(shí)，兩個(gè)綜采面通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為“兩進(jìn)兩回”，系統(tǒng)見圖4。另外，在接續(xù)工作面安裝前施工準(zhǔn)備工作面回撤通道，至膠運(yùn)巷后施工準(zhǔn)備工作面回風(fēng)聯(lián)巷，在施工準(zhǔn)備工作面輔回撤通道與回風(fēng)聯(lián)巷期間利用接續(xù)工作面的回風(fēng)聯(lián)巷形成通風(fēng)系統(tǒng)。準(zhǔn)備工作面回風(fēng)聯(lián)巷與回風(fēng)大巷貫通形成獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)后，準(zhǔn)備工作面膠運(yùn)巷、輔運(yùn)巷可正常施工，這種施工順序可有效解決掘進(jìn)期間污風(fēng)流進(jìn)入大巷造成串聯(lián)通風(fēng)現(xiàn)象。

圖3 “002”連接方式平面圖

1.3 “020”連接方式

“020”連接方式指綜采面輔運(yùn)巷通過聯(lián)巷與輔運(yùn)大巷連接，輔運(yùn)巷通過立交跨輔運(yùn)大巷和膠運(yùn)大巷與回風(fēng)大巷連接，形成工作面回風(fēng)聯(lián)巷。膠運(yùn)巷與輔運(yùn)大巷、膠運(yùn)大巷采用平交連接，膠運(yùn)巷帶式輸送機(jī)通過溜煤槽直接與膠運(yùn)大巷帶式輸送機(jī)搭接，如圖5所示。

“020”連接方式中綜采面主回撤通道距輔運(yùn)大巷距離不得小于170 m，與“022”和“002”連接方式相比距離加長的主要原因是帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及減速機(jī)均布置在輔運(yùn)大巷南側(cè)，而“022”和“002”連接方式中帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及減速機(jī)布置在膠、輔運(yùn)大巷立交上方段。

“020”連接方式中，末采工作面和初采工作面同時(shí)生產(chǎn)時(shí)，需要在末采工作面1#、2#、3#聯(lián)巷施工通風(fēng)設(shè)施，使兩個(gè)工作面均能形成獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)，如圖6所示。

圖5 “020”連接方式平面圖

圖6 “020”連接方式末采、初采、準(zhǔn)備工作面通風(fēng)系統(tǒng)

2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

(1)“020”連接方式設(shè)計(jì)2個(gè)立交，回風(fēng)聯(lián)巷跨輔運(yùn)大巷和膠運(yùn)大巷立交長均為6.4 m，2個(gè)立交掘進(jìn)及砌碹均為75 m3，鋼材耗量5500 kg。該方式自輔運(yùn)大巷向南100 m至回風(fēng)大巷總工程量為362 m，其中輔運(yùn)巷112 m，回風(fēng)聯(lián)巷(巖、半煤巖)120 m，膠運(yùn)巷(半煤巖)及機(jī)頭硐室(巖巷)130 m。

(2)“022”連接方式設(shè)計(jì)3個(gè)立交和1個(gè)搭接點(diǎn)，回風(fēng)聯(lián)巷跨輔運(yùn)大巷和膠運(yùn)大巷立交、工程量及材料消耗同“020”連接方式。膠運(yùn)巷跨輔運(yùn)大巷立交長10.8 m，擴(kuò)掘及砌碹工程量均為65 m3，鋼材耗量4950 kg。膠運(yùn)巷機(jī)頭與膠運(yùn)大巷搭接點(diǎn)長9.8 m，掘進(jìn)及砌碹工程量均為53 m3，鋼材耗量4100 kg。立交及搭接點(diǎn)共掘進(jìn)及砌碹為118 m3，鋼材耗量9050 kg。該方式自輔運(yùn)大巷向南100 m至回風(fēng)大巷總工程量為382 m，其中輔運(yùn)巷112 m，回風(fēng)聯(lián)巷(巖、半煤巖)130 m，膠運(yùn)巷(半煤巖)86 m，機(jī)頭硐室(巖巷)54 m。

(3)“002”連接方式設(shè)計(jì)1個(gè)立交和1個(gè)搭接點(diǎn)，膠運(yùn)巷跨輔運(yùn)大巷立交長10.8 m，擴(kuò)掘及砌碹工程量均為65 m3，鋼材耗量4950 kg。膠運(yùn)巷與膠運(yùn)大巷搭接點(diǎn)長9.8 m，掘進(jìn)及砌碹工程量分別為53 m3，鋼材耗量4100 kg，立交和搭接點(diǎn)共掘進(jìn)及砌碹量為118 m3，鋼材耗量9050 kg。該方式自輔運(yùn)大巷向南100 m 至回風(fēng)大巷總工程量270 m，其中，輔運(yùn)巷100 m，回風(fēng)聯(lián)巷(巖、半煤巖)30 m，膠運(yùn)巷(半煤巖)86 m，機(jī)頭硐室(巖、半煤巖)54 m。

表1 3種方式工程量及材料消耗統(tǒng)計(jì)表

3 方式對(duì)比

(1)“020”連接方式優(yōu)點(diǎn)為：施工2個(gè)立交，立交點(diǎn)擴(kuò)掘、砌碹工程量及鋼材消耗量較??；工作面機(jī)頭硐室不存在通風(fēng)不暢問題；膠運(yùn)巷機(jī)頭硐室以煤巷為主，施工方便。其缺點(diǎn)包括：工作面回撤通道與輔運(yùn)大巷之間的保護(hù)煤柱較“022”和“002”連接方式增加了50 m；工作面發(fā)生火災(zāi)等災(zāi)變時(shí)，短時(shí)間內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)反風(fēng)；工作面回風(fēng)聯(lián)巷工程量較“002”連接方式大。

(2)“022” 連接方式優(yōu)點(diǎn)為：工作面回撤通道與輔運(yùn)大巷之間的保護(hù)煤柱較“020”連接方式??；工作面發(fā)生火災(zāi)等災(zāi)變時(shí)，容易實(shí)現(xiàn)工作面反風(fēng)。其缺點(diǎn)包括：立交擴(kuò)掘、砌碹工程量及鋼材消耗量最大；為方便電機(jī)檢修，機(jī)頭硐室寬度較大，最大寬度為7.4 m；機(jī)頭硐室通風(fēng)不暢。

(3)“002” 連接方式優(yōu)點(diǎn)：工作面回撤通道與輔運(yùn)大巷之間的保護(hù)煤柱較“020”連接方式??；工作面發(fā)生火災(zāi)等災(zāi)變時(shí)，容易實(shí)現(xiàn)工作面反風(fēng)；立交掘進(jìn)、砌碹工程量及鋼材消耗量較“022”連接方式小；工作面回風(fēng)聯(lián)巷工程量最?。豢朔藱C(jī)頭硐室通風(fēng)不暢問題。其缺點(diǎn)是：為方便電機(jī)檢修，機(jī)頭硐室寬度較“020”連接方式大，最大寬度為7.4 m。

4 結(jié)論

通過上述方式比較可知，3種連接方式在生產(chǎn)系統(tǒng)及施工工藝方面均可行，但每種方式均存在優(yōu)缺點(diǎn)。

(1)在安全方面，“022”和“002”連接方式較“020”連接方式可靠，當(dāng)綜采面發(fā)生火災(zāi)、爆炸等災(zāi)變事故時(shí)，根據(jù)需要可快速實(shí)現(xiàn)反風(fēng)。

(2)資源回收方面，“022”和“002”連接方式使每個(gè)綜采面較“020”連接方式多回收50 m煤柱。

(3)在工程量及經(jīng)濟(jì)方面，“002”連接方式回風(fēng)聯(lián)巷的工程量較“020”和“022”連接方式小90 m。根據(jù)綜采面各類巷道造價(jià)可知“002”連接方式比“020”連接方式節(jié)支45萬元，較“022”連接方式節(jié)支75萬元。

由此可知，綜采面運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷和開拓大巷連接方式采用工“002”連接方式從系統(tǒng)可靠性、資源回收率、工程量和經(jīng)濟(jì)方面均為最優(yōu)方案。

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(責(zé)任編輯 郭東芝)

Analysis of fully mechanized mining face system optimization in safe and high-efficient mine of Shennan mining area

Liu Jianhao, Miao Yanping, Wang Biqing, Zhang Jian'an, Li Zhenghu

(Shenmu Zhangjiamao Mining Co., Ltd., Shaanxi Coal and Chemical Industry Group Co., Ltd., Shenmu, Shaanxi 719316, China )

The connecting method of transportation roadway, return airway and development main entry of fully mechanized mining face had important influence on safety production and economic effectiveness of mines. The authors proposed and analyzed three connecting methods in fully mechanized mining face of flat seam from several aspects, like system reliability, resource recovery rate, work amount and economic technology, and revealed the advantages and disadvantages of each method and features of economic technology, finally, the authors achieved the better connecting method.

high yield and high efficiency, fully mechanized mining face, auxiliary haulage way and belt transportation roadway, connecting method, intersection, overlap joint

劉建浩，苗彥平，王碧清等. 神南礦區(qū)安全高效礦井綜采面系統(tǒng)優(yōu)化分析[J].中國煤炭，2017,43(3)：53-57，88. Liu Jianhao，Miao Yanping, Wang Biqing，et al. Analysis of fully mechanized mining face system optimization in safe and high-efficient mine of Shennan mining area[J]. China Coal,2017,43(3):53-57，88.

TD821.2

A

劉建浩(1986-)，男，陜西清澗人，助理工程師，碩士研究生，畢業(yè)于西安科技大學(xué)能源學(xué)院采礦工程專業(yè)，主要從事礦井開采設(shè)計(jì)工。