王占銀(神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)紅柳煤礦,寧夏 銀川 750000)

應(yīng)用研究·煤礦·

基于礦床地質(zhì)構(gòu)造優(yōu)化采區(qū)設(shè)計(jì)

王占銀(神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)紅柳煤礦,寧夏 銀川 750000)

含煤地層多與斷層、褶皺構(gòu)造賦存，尤其是對(duì)于多煤層開采煤田尤為突出。在復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造中，針對(duì)礦床構(gòu)造合理布置采區(qū)，實(shí)現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)、高效的回采是生產(chǎn)企業(yè)面臨的技術(shù)難題。紅柳煤礦設(shè)計(jì)年產(chǎn)8.0Mt煤，礦區(qū)斷層多、涌水量大，地質(zhì)條件復(fù)雜，造成采區(qū)接替準(zhǔn)備期長(zhǎng)、接續(xù)緊張。為保證礦井按期達(dá)產(chǎn)，根據(jù)斷層分布情況對(duì)Ⅰ02采區(qū)開采方案進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

斷層； 采區(qū)； 回采方向

1 前言

隨著我國(guó)能源工業(yè)的發(fā)展，煤炭資源被不斷開采，易采煤炭資源日益減少，煤炭開采正轉(zhuǎn)向復(fù)雜地質(zhì)條件區(qū)域。同時(shí)，采礦技術(shù)迅速發(fā)展，礦井開采的集中化程度日益提高，生產(chǎn)和新建礦井的規(guī)模日益增大。如何在復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造中合理布置采區(qū)，實(shí)現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)、高效的回采是生產(chǎn)企業(yè)面臨的主要技術(shù)難題。

紅柳煤礦設(shè)計(jì)年產(chǎn)8.0Mt煤, 礦井于2007年10月開工建設(shè)，2011年3月聯(lián)合試生產(chǎn)成功，礦井服務(wù)年限106年，原計(jì)劃2015年礦井生產(chǎn)能力達(dá)到8.0Mt/a。紅柳井田呈南北條帶布置，南北走向長(zhǎng)約15km，東西傾向?qū)捈s5.5km，面積約85km2。井田主要褶曲構(gòu)造由西向東有3條向斜、3條背斜相間布置，并伴生次一級(jí)的向背斜。井田內(nèi)斷層主要有70條。井田主要可采煤層15層，其中厚煤層2層，中厚煤層8層，其余5層均為薄煤層。井田采用斜井、立井混合開拓，主運(yùn)輸采用皮帶運(yùn)輸；礦井采用分區(qū)式通風(fēng)系統(tǒng)，抽出式通風(fēng)方式。

2 礦井02采區(qū)原設(shè)計(jì)及現(xiàn)狀

紅柳煤礦2煤輔助運(yùn)輸大巷(北)和2煤帶式輸送機(jī)大巷(北)300m時(shí)分別遇到DF6- 1斷層，該斷層屬正斷層，導(dǎo)水性強(qiáng)，涌水量130m3/h，采用帷幕注漿的方法，經(jīng)過(guò)一年半時(shí)間，兩條巷道分別通過(guò)了DF6- 1斷層。根據(jù)紅柳煤礦西翼補(bǔ)勘時(shí)發(fā)現(xiàn)距DF6- 1斷層前方240m還有DF24、DF25斷層，該斷層與DF6- 1斷層一直對(duì)掘進(jìn)施工影響較大，進(jìn)而影響礦井正常接續(xù)安排。推遲Ⅰ06采區(qū)開拓近一年半的時(shí)間，影響了紅柳煤礦2016年達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)量8.0Mt/a的計(jì)劃。根據(jù)產(chǎn)量需要，重新調(diào)整接續(xù)準(zhǔn)備開拓Ⅰ02采區(qū)。

為了加快采區(qū)準(zhǔn)備進(jìn)度，紅柳煤礦曾試圖從南向北施工Ⅰ020202工作面運(yùn)輸巷(原勘探資料中DF6- 1與DF6- 2未連通，該順槽前進(jìn)方案無(wú)斷層)，過(guò)DF5、DF6- 1后施工措施巷推進(jìn)兩條大巷；Ⅰ020202工作面運(yùn)輸巷掘進(jìn)900m時(shí)揭露了DF6- 2斷層，且其圍巖破碎、掘進(jìn)面涌水量大(約100m3/h)，推斷DF6- 1與DF6- 2屬同一斷層，造成該巷道停掘。

3 基于地質(zhì)構(gòu)造優(yōu)化采區(qū)方案

由于掘進(jìn)巷道通過(guò)斷層比較困難，施工工期長(zhǎng)，投資費(fèi)用高，嚴(yán)重制約礦井穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的現(xiàn)狀，礦山報(bào)請(qǐng)集團(tuán)公司把DF7、DF6斷層以南至Ⅰ01采區(qū)北邊界的區(qū)域從設(shè)計(jì)的雙翼采區(qū)中劃出，作為獨(dú)立采區(qū)進(jìn)行采區(qū)準(zhǔn)備，實(shí)際又將Ⅰ02雙翼采區(qū)調(diào)回到兩個(gè)采區(qū)，只是將原Ⅰ02采區(qū)的DF6斷層以北東到馬家灘背斜(接近DF7斷層)部分劃分為Ⅰ02采區(qū)(東翼)。

3.1 Ⅰ02采區(qū)現(xiàn)狀

結(jié)合礦井的巷道布局分析，Ⅰ02采區(qū)2#煤層布置走向長(zhǎng)度800m左右的工作面3個(gè)、走向長(zhǎng)度1 400m的工作面2個(gè)。根據(jù)礦井采煤接續(xù)計(jì)劃，礦綜采隊(duì)與2016年9月轉(zhuǎn)入Ⅰ02采區(qū)(東翼)首采面生產(chǎn)。

為了保證礦井2016年后Ⅰ02采區(qū)(東翼)能夠順利投產(chǎn)，并且保證礦井能夠較長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)產(chǎn)，因此對(duì)Ⅰ02采區(qū)(東翼)巷道布置系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行了詳細(xì)分析與優(yōu)化。同時(shí)在DF1- 1斷層以東布置3條大巷，由南向北施工，DF1- 1斷層以東的回采工作面采用傾向長(zhǎng)壁采煤方法，見圖1。

圖1 原Ⅰ02采區(qū)設(shè)計(jì)平面圖

由于DF1- 1斷層以西的Ⅰ02采區(qū)上山目前已經(jīng)施工，因此本次設(shè)計(jì)優(yōu)化的范圍為：Ⅰ02采區(qū)范圍內(nèi)北到DF7斷層，東到馬柳斷層，南到DF4斷層，西到DF1- 1斷層。走向長(zhǎng)度約2 000m，傾向?qū)捈s1 800m，面積約3.6km2。

Ⅰ02采區(qū)(DF1- 1斷層以東)范圍內(nèi)上組煤可采煤層為3層，分別是2#煤、3- 2#煤和4- 3#煤，其中2#煤厚度5m以上，3- 2#煤和4- 3#煤厚度在2m以上。2#煤與3- 2#煤的間距約為20m，3- 2#煤與4- 3#煤的間距約為50m。煤層平均傾角在15°以下，但在東部馬柳斷層附近加大到22°～25°。采區(qū)范圍內(nèi)對(duì)開采有影響的地質(zhì)構(gòu)造為DF6斷層。根據(jù)紅柳煤礦工作面接續(xù)計(jì)劃，Ⅰ02采區(qū)(DF1- 1斷層以東)2#煤可采出煤量約為13.80Mt，共計(jì)38個(gè)月。

3.2 Ⅰ02采區(qū)巷道布置方案比選

根據(jù)井下實(shí)際情況，Ⅰ02采區(qū)設(shè)計(jì)了兩種布置方案，具體如下。

方案一：DF4斷層傾向布置上山組，工作面走向推進(jìn)。3條上山組沿DF4斷層布置，采區(qū)劃分4個(gè)區(qū)段，工作面沿煤層走向由北向南推進(jìn)，推進(jìn)長(zhǎng)度約2 100m，采區(qū)西側(cè)兩個(gè)區(qū)段工作面回采過(guò)程中需跨DF6- 3斷層。

方案二：沿DF1- 1東側(cè)走向布置采區(qū)大巷組，工作面傾向推進(jìn)。3條采區(qū)巷沿采區(qū)西邊界的DF1- 1斷層沿煤層走向布置，采區(qū)劃分6個(gè)區(qū)段，工作面沿煤層傾向由東向西推進(jìn)，推進(jìn)長(zhǎng)度約1 500m，見圖2。

圖2 優(yōu)化后Ⅰ04采區(qū)準(zhǔn)備方式平面圖

兩種方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較如表1。

表1 方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

由表1可以看出方案一和方案二的優(yōu)缺點(diǎn)如下。

方案一的優(yōu)點(diǎn)：①Ⅰ02采區(qū)東翼布置上山，利于開采Ⅰ01采區(qū)第六區(qū)段；②對(duì)Ⅰ04采區(qū)東翼準(zhǔn)備影響小，有利于加快Ⅰ04采區(qū)接續(xù)。方案一的缺點(diǎn)：①走向推進(jìn)方式，各區(qū)段工作面長(zhǎng)短不一，受DF6斷層影響，大巷和順槽5次穿過(guò)斷層，工作面更換2次，第三區(qū)段工作面可能局部穿過(guò)斷層，不利于穩(wěn)定產(chǎn)量；②Ⅰ02采區(qū)東翼工作面開采沒(méi)有充分利用必須施工大巷組，總工程量及投資偏大；③根據(jù)排定的接續(xù)計(jì)劃，采用走向推進(jìn)方式，Ⅰ02采區(qū)工作面長(zhǎng)度不均衡；④Ⅰ01采區(qū)和Ⅰ02采區(qū)東翼靠近馬柳斷層的工作面煤層傾角變化大，回采巷道布置困難，開采難度大，回采煤量可靠程度低。

方案二的優(yōu)點(diǎn)：①工作面避開DF6斷層布置，提高工作面推進(jìn)長(zhǎng)度(1 400m以上)，有利于工作面穩(wěn)定接續(xù)(工作面無(wú)需3次穿過(guò)斷層，且少2次工作面更換)；②工作面傾向布置，用工作面順槽向東探清煤層賦存條件，在適合位置布置切眼，有利于最大限度回收煤炭資源；③Ⅰ02采區(qū)東翼工作面開采充分利用必須施工大巷組，總工程量及投資?。虎芨鶕?jù)排定的接續(xù)計(jì)劃，采用傾向推進(jìn)方式，Ⅰ02采區(qū)可靠的生產(chǎn)期較走向推進(jìn)更長(zhǎng)，可為Ⅰ04采區(qū)創(chuàng)造更長(zhǎng)的接續(xù)時(shí)間。方案二的缺點(diǎn)：①Ⅰ04采區(qū)受到Ⅰ02采區(qū)東翼工作面的采掘影響，Ⅰ04采區(qū)東翼推遲接續(xù)2個(gè)月時(shí)間；②因回采Ⅰ01采區(qū)深部三角煤影響，Ⅰ02采區(qū)東翼第一個(gè)工作面回采巷道施工完成后需等Ⅰ010206工作面回采后才可回采；③Ⅰ02采區(qū)東翼傾向推進(jìn)后，每個(gè)工作面開切眼附近煤層傾角較大，推進(jìn)慢。

綜合以上技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較與方案優(yōu)缺點(diǎn)比較，方案二優(yōu)于方案一，設(shè)計(jì)推薦方案二，即Ⅰ02采區(qū)東翼工作面傾向推進(jìn)。Ⅰ02采區(qū)工作面優(yōu)化后，為3個(gè)綜采工作面增加原煤回收量至445萬(wàn)t，直接創(chuàng)造利潤(rùn)4 450萬(wàn)元。

4 結(jié)語(yǔ)

國(guó)家經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整、節(jié)能減排、降本增效等各項(xiàng)政策頒布，煤炭開采企業(yè)發(fā)展受到眾多制約；同時(shí)，隨著當(dāng)前實(shí)體經(jīng)濟(jì)低迷，工業(yè)對(duì)煤炭資源的需求下降，制約著煤炭市場(chǎng)價(jià)格。依據(jù)礦區(qū)的實(shí)際情況，開展復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造中優(yōu)化采區(qū)布置，實(shí)現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)、高效的回采對(duì)于生產(chǎn)企業(yè)具有重要意義。

Optimizing mining panel layout based on deposit geological structure

Coal-bearing strata mostly exists with faults and fold structures, especially in multi-seam coal mine. In complicated geological structure, it is a technical problem for the production enterprise to arrange mining area rationally according to deposit structure and realize safe, economical and efficient mining. The design capacity of Hongliu Coal Mine is 8.0 Mt/a. In the mining area there are many faults and abundant seepage water, which leads to stopping unsmooth and long preparation period. To ensure production on schedule, the mining scheme of Ⅰ02 panel was optimized according to the faults distribution.

fault; mining area; stopping direction

TD822

A

王占銀(1971-)，男，寧夏中衛(wèi)人，高級(jí)工程師，從事采礦技術(shù)研究及管理工作。