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        改擴建礦井大傾角綜采工作面首采區(qū)布置技術探討

        2019-06-04 11:34:04新疆天富小溝礦業(yè)有限責任公司石河子市832026呂存書
        石河子科技 2019年2期

        (新疆天富小溝礦業(yè)有限責任公司,石河子市,832026) 高 飛 呂存書

        在自治區(qū)及石河子經(jīng)濟穩(wěn)步增長的情況下,該地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展對煤炭總量需求亦呈穩(wěn)步增長?,F(xiàn)新疆兵團所轄煤礦產(chǎn)量已不能滿足市場需求,煤炭供應緊張的狀況嚴重制約了新疆兵團及石河子的經(jīng)濟發(fā)展。為了滿足經(jīng)濟發(fā)展對能源的需求,同時為保持本企業(yè)今后穩(wěn)定、持續(xù)健康的發(fā)展,該煤礦根據(jù)國家有關煤炭工業(yè)技術政策及自治區(qū)、新疆兵團煤炭工業(yè)未來發(fā)展規(guī)劃要求,決定對本礦區(qū)資源進行整合,擴大生產(chǎn)規(guī)模,提高礦井技術裝備水平和采區(qū)回采率。

        1 首采區(qū)特征

        1.1 首采區(qū)數(shù)目和位置選擇

        1.1.1 投產(chǎn)水平選擇

        根據(jù)該礦井實際情況,初期投產(chǎn)水平:即一水平(+1 365m)以下。

        根據(jù)常規(guī)設計,初期投產(chǎn)水平應選擇在一水平比較符合開采順序要求,具有工程量少、投資小、見效快等優(yōu)點。由于該礦井+1 280m以上大部分資源量均已經(jīng)開采,+1 365 水平以上資源量少,服務年限短。+1 365水平以上地質資源量916.18萬t,設計可采儲量434.62 萬t,服務年限為5.2a,服務年限不符合設計規(guī)范要求。其中11 采區(qū)服務年限只有3a左右,服務年限短,接替采區(qū)開拓及準備工程量較大,水平及采區(qū)接替相當緊張。

        1365 水平以下地質資源量為2 166.49 萬t,可采儲量為1 537.7 萬t,服務年限為18.3a,水平服務年限符合設計規(guī)范要求,其中21采區(qū)服務年限14a,水平及采區(qū)服務年限長,接替相對比較容易。因此從水平及采區(qū)接替、高產(chǎn)高效以及集中化生產(chǎn)方面考慮,投產(chǎn)水平選擇在1 365水平以下比較合理。

        根據(jù)礦井采空區(qū)分布情況,目前井田內B8、B5、B4、B3煤層+1 280m~+1 550m標高均為采空區(qū),B7煤層Ⅰ勘探線以東700m至原榆樹溝井田邊界在+1 449m~+1 558m 標高:B2 煤層+1 365m 以上大部分為不可采煤層,B1煤層未開采。從采空區(qū)分布情況來看,井田內+1 365m 水平以上B8、B5、B4、B3 煤層和B7部分煤層已采至+1 550m,開采+1365n水平以下煤層對其上部無影響,故水平以下開采對上部煤層無影響,根據(jù)冒落帶和導水裂隙帶的計算分析,井田內B1 煤層開采時不影響上部煤層,故B1 煤層開采+1 365m 水平以下時不會影響+1 365m 水平以上的各個煤層開采,綜上分析,開采+1 365m水平以下煤層時對開采+1 365m 水平以上的煤層均無影響,對后續(xù)煤層巷道的布置也無影響。

        1.1.2 投產(chǎn)采區(qū)選擇

        根據(jù)水平及采區(qū)劃分,二水平劃分為一采區(qū)及二采區(qū),一采區(qū)靠近井口位置,初期工程量少,工期短,投產(chǎn)快,投產(chǎn)采區(qū)應選擇一采區(qū)比較合理。目前+1 365m水平以下礦井開拓開采巷道已經(jīng)施工結束,工作面裝備已經(jīng)完成,礦井處于工作面試生產(chǎn)階段。

        1.1.3 投產(chǎn)煤層選擇

        煤層開采順序一般按煤層賦存先后順序自上而下開采,井田范圍內可采及局部可采煤層自上而下編號分別為B9、B8、B7、B5、B4、B3、B2和B1(B9 煤層之上的無編號1、2、3 號煤層為334 資源量,設計暫不考慮開采)。上部B9煤層較薄,平均厚度1.14m,煤層生產(chǎn)能力低。B8 煤層平均厚度3.46m,煤層生產(chǎn)能力較大。

        礦井在建設過程中,通過區(qū)段石門探明B9上部煤層的賦存情況,根據(jù)實際巷道的揭煤情況,井田東翼B9煤層為不可采煤層,實際厚度僅為0.35m。為了確保礦井初期投產(chǎn)效益,保證礦井穩(wěn)產(chǎn)達產(chǎn),設計投產(chǎn)煤層為B8煤層。

        1.1.4 投產(chǎn)工作面選擇

        為確保初期投產(chǎn)工作面的可靠性,投產(chǎn)工作面選擇在二水平的+1 280m標高(礦井現(xiàn)生產(chǎn)水平)以下的B8煤層,即一采區(qū)第二區(qū)段。

        根據(jù)實際巷道揭煤情況,B9 煤層為不可采煤層,根據(jù)工作面接續(xù)安排,煤層開采順序為同水平先采上區(qū)段,后采下區(qū)段。同區(qū)段原則上先采上層煤,后采下層煤。開采B7煤層時先開采第一區(qū)段。

        1.2 首采區(qū)地質特征

        1.2.1 采區(qū)尺寸

        投產(chǎn)采區(qū)一采區(qū)開采下限為+1 100m,開采上限為+1 365m。采區(qū)走向長2.3km,傾斜寬約0.47km,采區(qū)面積約1.08km2。

        采區(qū)劃分為三個區(qū)段回采,第一區(qū)段+1 366~+1 270m,區(qū)段垂高96m;第二區(qū)段+1 270~+1 190m,區(qū)段垂高80m;第三區(qū)段+1 190~+1 100m,區(qū)段垂高90m。

        區(qū)段間留隔離煤柱5m~10m。采區(qū)煤柱按20m留設。

        1.2.2 地質構造

        采區(qū)位于位于水溝背斜的北翼,總體構造形態(tài)為一北東傾的單斜,地層傾角35°~46°,井田內地表及生產(chǎn)井巷道和鉆孔中均未見斷層錯斷煤巖層現(xiàn)象。構造復雜程度屬簡單類。

        1.2.3 煤層賦存

        采區(qū)內設計可采煤層共計8 層,分別為B1、B2、B3、B4、B5、B7、B8和B9號煤層,煤層平均可采厚度分別 為1.48m、0.9m、1.49m、1.82m、1.47m、1.26m、3.46m、1.14m。煤層平均間距在3.89~28.96m,各煤層考慮聯(lián)合布置開采。煤層傾角15°~46°。根據(jù)巷道實際揭煤情況,首采區(qū)B9號煤層不可采,實際厚度為0.35m。

        1.2.4 水文地質

        采區(qū)內無火燒區(qū);采空區(qū)情況清楚,采空區(qū)下限為+1 280m,目前采空區(qū)內無積水;井田地形屬低中山,基巖裸露,第四系覆蓋不規(guī)則,地勢總體南高北低,地層產(chǎn)狀北傾,地形有利于自然排水。井田內無常年流動的地表水流,氣候干燥,蒸發(fā)量強于降水量。受大氣降水、雪融水對礦床充水的影響,采區(qū)內直接充水因素主要為煤層頂板裂隙滲水及采空區(qū)積水。水文地質條件相對較簡單。

        1.2.5 其它開采技術條件

        (1)煤層頂?shù)装?/p>

        總體來說,采區(qū)內各煤層頂?shù)装逯饕阅鄮r、粉砂質泥巖,粉砂巖為主,完整性較差,穩(wěn)定性較差。

        (2)瓦斯

        表1 首采區(qū)特征表

        采區(qū)內各煤層瓦斯含量較低,為瓦斯礦井。

        (3)煤塵爆炸

        采區(qū)內各煤層煤塵均有爆炸危險性。

        (4)煤的自燃

        井田內各煤層屬自燃煤層。

        (5)地溫

        采區(qū)內無地溫異常區(qū)。

        1.3 首采區(qū)的基本特征

        首采區(qū)特征詳見表1。

        2 采區(qū)巷道布置

        2.1 煤層分組、分層關系和開采順序

        2.1.1 煤層分組及煤層分層

        井田內各層煤層間距較小,傾角較大,為了減少開拓開采工程量及設備投資,設計考慮聯(lián)合布置巷道進行開采,各煤層均一次采全高。

        2.1.2 開采順序

        采區(qū)內開采順序:先采上區(qū)段,后采下區(qū)段。同區(qū)段內先采上層煤,后采下層煤。

        為了便于掘進與回采的管理,采區(qū)內工作面采用雙翼布置方式。工作面均采用走向長壁后退式回采。

        2.2 采區(qū)巷道布置

        根據(jù)開拓中開采順序安排,投產(chǎn)采區(qū)為一采區(qū)。設計采用走向長壁雙翼開采,即由采區(qū)上山向東西兩翼布置工作面。

        2.2.1 采區(qū)上、下山布置

        根據(jù)開拓開采需要,采區(qū)布置三條下山,即運輸下山、軌道下山及回風下山。軌道下山傾角25°,斜長640m,穿煤層布置,采用單鉤串車提升,擔負采區(qū)的輔助提升任務兼進風巷?;仫L下山+1 270m標高以上設計沿B1煤層底板布置,通過+1 443m石門與西風井聯(lián)通;+1 270m 標高以下沿B4 煤層布置,通過+1 270m石門與B1回風上山溝通,為采區(qū)專用回風上、下山。運輸下山傾角22°,斜長789m,穿煤層布置,通過采區(qū)煤倉與+1 365m運輸大巷聯(lián)系,采用大傾角鋼絲繩芯膠帶輸送機運輸,擔負采區(qū)的煤炭提升任務。兩井筒直接作為采區(qū)上山使用,回風斜井亦作為采區(qū)專用回風上山。本井田煤層為傾斜近距離煤層,在采區(qū)各區(qū)段運輸、回風水平布置甩車場及石門揭露各煤層,各可采煤層采用聯(lián)合布置方式。

        2.2.2 區(qū)段石門布置

        區(qū)段石門從采區(qū)軌道下山開始分別沿+1 270m、+1 190m 標高布置,前后穿過各煤層,以滿足區(qū)段工作面回風和運輸?shù)男枰?。區(qū)段運輸石門采用機軌合一布置形式。

        2.2.3 工作面區(qū)段運輸巷、回風巷布置

        工作面設計采用雙翼開采方式,從采區(qū)上山向采區(qū)兩翼布置工作面巷道。確定采用布置工作面區(qū)段巷道并留10~15m 的隔離煤柱,在實際生產(chǎn)中,根據(jù)采煤工作面對下區(qū)段掘進順槽的礦壓影響,可適當增加煤柱寬度,以防相鄰巷道間漏風。為了便于工作面回采管理,工作面區(qū)段運輸巷與回風巷平行布置。為了充分發(fā)揮工作面的生產(chǎn)能力,工作面區(qū)段運輸巷考慮皮帶運輸。

        2.3 采煤工作面布置

        2.3.1 工作面布置形式

        工作面布置成走向長壁工作面,上部布置一回風順槽,下部布置一條運輸順槽,均沿煤層底板布置;在邊界布置開切眼連接上、下順槽。

        2.3.2 工作面數(shù)目及位置

        設計礦井初期投產(chǎn)1個綜采工作面保證0.6Mt/a的設計生產(chǎn)能力。為確保初期投產(chǎn)工作面的可靠性,投產(chǎn)工作面選擇在二水平的+1 280m標高(礦井現(xiàn)生產(chǎn)水平)以下的B8煤層,即21 采區(qū)第二區(qū)段。設計投產(chǎn)工作面生產(chǎn)能力詳見表2。

        表2 投產(chǎn)工作面生產(chǎn)能力計算表

        3 采區(qū)車場和硐室布置

        3.1 采區(qū)車場

        采區(qū)設有+1 365m 上車場、+1 270m 中車場、+1 190m 中車場以及+1 100m 下車場。中部車場均采用單道起坡雙車道布置形式。

        3.2 主要硐室

        上部車場設有采區(qū)煤倉、采區(qū)裝車站、信號硐室、裝載硐室、等候室、永久避難硐室及爆炸材料發(fā)放硐室等。

        中部車場設有區(qū)段溜煤眼、信號硐室、裝載硐室及采區(qū)避難硐室等。

        下部車場設有變電所、水泵房、水倉、信號硐室、等候室、救急站、及消防材料庫等。

        4 采區(qū)運輸方式

        4.1 煤炭運輸

        采區(qū)內的煤使用膠帶輸送機運輸,工作面運輸巷、回風巷的掘進出煤通過區(qū)段石門運到溜煤上山,通過運輸下山上運至采區(qū)煤倉。采區(qū)內運煤系統(tǒng)為:

        回采工作面煤炭經(jīng)可彎曲刮板輸送機→運輸巷膠帶輸送機→區(qū)段運輸石門→采區(qū)運輸下山→采區(qū)煤倉→運輸大巷裝車→地面。

        掘進工作面煤炭→區(qū)段石門→采區(qū)運輸下山→采區(qū)煤倉→運輸大巷裝車→地面。

        4.2 輔助運輸

        采區(qū)輔助運輸采用電機車運輸。工作面所需材料和設備通過軌道下山及中部車場運到工作面回風巷。

        地面→運輸大巷→軌道下山→中部車場→區(qū)段石門→工作面回風巷→工作面。

        掘進排矸系統(tǒng):掘進工作面→區(qū)段石門→軌道下山→運輸大巷→地面。

        5 采區(qū)通風和排水

        5.1 采區(qū)通風

        采區(qū)的新鮮風流由主平硐、大巷、軌道下山經(jīng)區(qū)段石門進入工作面運輸巷到工作面;乏風沿工作面回風巷、區(qū)段石門,經(jīng)回風上、下山由回風井排出地面。

        礦井初期通風路線為:主平硐→+1 365m 大巷→軌道下山→+1 190m車場及石門→工作面運輸順槽→工作面→工作面回風順槽→+1 270m車場及石門→回風上下山→西風井→地面。

        5.2 采區(qū)排水

        在工作面上、下順槽低凹點處設若干小水窩,將巷道積水截流到水窩集中排放?;夭晒ぷ髅鎱^(qū)段巷道和煤巷掘進頭均設置了小水泵,將工作面水排到+1 100m 水倉,由排水泵及排水管路經(jīng)軌道下山、主井排到地面。

        礦井初期采煤工作面排水路線為:采煤工作面→工作面區(qū)段巷道→中部車場→軌道下山→+1 100m排水泵房→地面。

        掘進工作面排水路線為:掘進工作面→中部車場→軌道下山→+1 100m排水泵房→地面。

        6 結論

        本礦井現(xiàn)已經(jīng)建成,處于試生產(chǎn)階段,礦井煤層賦存較穩(wěn)定,屬傾斜薄及中厚煤層,設計工作面采用國內成熟綜采工藝,可配備機械化采煤工作面,一個采區(qū)、兩個工作面(中厚與薄煤層配采及礦井穩(wěn)產(chǎn)達產(chǎn)的需要)可以滿足礦井0.6Mt/a煤炭生產(chǎn)能力的需要。對于局部厚煤層,一個綜合機械化采煤工作面也可以滿足礦井生產(chǎn)能力的需要。建議在有條件時,主平硐運輸煤炭改為皮帶運輸,提高礦井的煤炭運輸?shù)哪芰Α?/p>

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