淺談構(gòu)造復(fù)雜綜放面優(yōu)化設(shè)計(jì)

劉文琦 王術(shù)有 郭奎超

摘 要：闡述了小康煤礦在W1S1段綜放面設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)軟巖構(gòu)造復(fù)雜條件，以科學(xué)、合理、先進(jìn)、可靠，進(jìn)行采面優(yōu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，以期達(dá)到生產(chǎn)集中化、煤炭運(yùn)輸連續(xù)化、系統(tǒng)簡單化、布置合理化、管理現(xiàn)代化和技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理之目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：軟巖；構(gòu)造復(fù)雜；綜放面巷道布置；優(yōu)化設(shè)計(jì)

前言

小康煤礦在W1S1段綜放面系準(zhǔn)備采區(qū)首次開采的工作面，它的開采是為了西一采區(qū)東南側(cè)煤炭開采集中巷布置在采空區(qū)創(chuàng)造條件。但是該綜放面煤層賦存條件復(fù)雜，按照以往設(shè)計(jì)工作面進(jìn)行設(shè)計(jì)，將無法進(jìn)行安全高效開采，為此，我們?cè)谶M(jìn)行該面設(shè)計(jì)時(shí)，以市場為導(dǎo)向，以經(jīng)濟(jì)效益為中心，遵循少投入，多產(chǎn)出的原則，應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念、方法和手段進(jìn)行采面優(yōu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，以期達(dá)到生產(chǎn)集中化、煤炭運(yùn)輸連續(xù)化、系統(tǒng)簡單化、布置合理化、管理現(xiàn)代化和技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理之目標(biāo)。

1 工作面地質(zhì)概況

本綜放面煤層結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，是由8～12個(gè)自然分層組成的一個(gè)復(fù)合煤層，縱觀該綜放面煤層賦存較穩(wěn)定，煤層結(jié)構(gòu)變化不大，煤層厚度及結(jié)構(gòu)在綜放面內(nèi)的變化規(guī)律是：南厚北薄。該綜放面煤層中的夾石巖性一般為泥巖，深灰色，泥質(zhì)膠結(jié)，質(zhì)軟遇水泥化。綜放面內(nèi)煤層總厚度最大為9.10m，最小為7.15m，平均厚度為7.57m，煤層厚度最大為7.40m，最小厚度約為5.70m，平均厚度為6.08m，夾矸平均厚度1.49m。煤層賦存于-220～-330m之間；地溫?cái)z氏度為26℃。

本綜放面位于小康井田四家子背斜東南翼，由次一級(jí)的傾伏背、向斜所組成，并在向斜南翼伴有小斷層，會(huì)給采掘工作造成一定影響。向斜北翼煤層傾角8°～11°，向斜的南翼煤層傾角18°～20°；綜觀工作面，煤層賦存比較穩(wěn)定，煤層的傾向傾角變化較大。

煤層頂板無偽頂，直接頂為油頁巖，在綜放面中最大厚度為25.00m，最小厚度為24.00m，一般為24.50m；黑褐色，以泥質(zhì)成份為主，似層狀結(jié)構(gòu)，階梯狀斷口，含碳富油，易風(fēng)化，風(fēng)化后呈片狀，干后粉碎崩解，不易維護(hù)。基本頂為泥巖，厚度80m，層理明顯，節(jié)理發(fā)育，不穩(wěn)定。老頂為細(xì)砂礫巖互層，厚度80～90m，層理明顯，節(jié)理無發(fā)育，比較穩(wěn)定。

煤層底板無偽底，直接底板為灰、深灰色粉砂巖，厚度為19.00m，泥質(zhì)膠結(jié)，成分以蒙脫石、斜長石、石英以泥質(zhì)膠結(jié)為主，膠結(jié)程度較高，堅(jiān)硬；有時(shí)夾薄層煤線，具粉砂結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造；實(shí)測底板容許比壓為3.4MPa（粉砂巖）。

2 綜放面兩巷優(yōu)化設(shè)計(jì)

該工作面煤層賦存條件復(fù)雜，其地質(zhì)、礦山壓力、采煤方法、井下運(yùn)輸和回采機(jī)械化諸方面較緩傾斜有許多不同點(diǎn)和特殊性，加之傾角大，頂板控制復(fù)雜。因此，如何使綜放面設(shè)計(jì)做到科學(xué)、合理、先進(jìn)、可靠至關(guān)重要。優(yōu)秀的設(shè)計(jì)是創(chuàng)建安全高產(chǎn)高效開采的基礎(chǔ)，為此我們進(jìn)行了以下幾點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)：

2.1 優(yōu)化工作面幾何尺寸

面長設(shè)計(jì)為230m，為了等長布置調(diào)整回風(fēng)巷中心線方向，正常中心線方位角為223°00′00″，調(diào)整后開始560m為222°20′00″，剩余為223°40′00″。

2.2 改進(jìn)工作面布置

正常區(qū)段兩巷沿煤層底板掘進(jìn)，大傾角區(qū)段的運(yùn)輸巷直接布置在頂板巖層中。兩巷破頂、底板施工，嚴(yán)防采掘期間高幫片幫及回采時(shí)兩出口管理困難。工作面機(jī)頭、機(jī)尾各安裝3架過渡支架，機(jī)頭前3架過渡支架水平安裝，第4架開始圓弧過渡，使工作面下段支架“傾斜-圓弧-水平”布置。為確保運(yùn)輸巷采用膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸方式，運(yùn)輸巷在向斜處以15°向上掘進(jìn)如圖1、2所示。

2.3 優(yōu)化開切眼布置

避開地質(zhì)構(gòu)造帶布置開切眼，為便于安裝及安全生產(chǎn)管理，將開切眼與運(yùn)輸巷巷道中心線成90°夾角。

2.4 優(yōu)化溜矸倉布置

煤矸分運(yùn)是提高煤質(zhì)重要方法，溜矸眼是實(shí)現(xiàn)煤矸分運(yùn)關(guān)鍵途徑。小康煤礦實(shí)現(xiàn)煤矸分運(yùn)以來，溜矸眼布置方式是每個(gè)綜放面布置一個(gè)溜矸眼；由此導(dǎo)致溜矸眼排矸系統(tǒng)路線長、環(huán)節(jié)多、礦車周轉(zhuǎn)時(shí)間長等問題。同時(shí)，W1S1段綜放面開切眼附近無煤帶發(fā)育，如采用以往布置方式，溜矸眼容積小，勢必導(dǎo)致嚴(yán)重影響回采進(jìn)度。為此，我們改變以往溜矸眼布置方式，將西翼采區(qū)溜矸眼布置在西翼膠帶大巷與西翼回風(fēng)大巷立體交點(diǎn)處，溜矸眼采用立眼鋼筋混凝土澆注支護(hù)形式，凈直徑3.0m，掘進(jìn)直徑3.8m，長度17.5m，容積124m3。為了滿足溜矸眼的矸石裝礦車時(shí)空重車需要雙道的生產(chǎn)要求，將溜矸眼下口巷道前后各30m擴(kuò)大斷面，由原先巷道凈寬4.0m擴(kuò)大到5.0m；由于此處巷道處于穩(wěn)定圍巖中，故巷道擴(kuò)大斷面后支護(hù)形式采用錨網(wǎng)噴支護(hù)形式，具體是擴(kuò)幫后打錨桿、掛金屬網(wǎng)、噴射混凝土，錨桿間、排距700×700mm，噴厚150mm。西翼采區(qū)各個(gè)工作面回采時(shí)出的矸石由膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸?shù)搅镯费垩b礦車排出。該溜矸眼投入使用后可為西一、西二、西三采區(qū)大小共19個(gè)工作面服務(wù)，不僅節(jié)省了溜矸眼工程量及大量資金投入；而且由于溜矸眼距副井井筒近，從溜矸眼排矸系統(tǒng)路線短、環(huán)節(jié)少，從而加快礦車周轉(zhuǎn)率。

西翼采區(qū)各個(gè)工作面溜矸眼按7m計(jì)算，共節(jié)省工程量為7×19-17.5=115.5m，每米溜矸眼成巷成本按9500元計(jì)算，可節(jié)省投資110.3025萬元；各個(gè)工作面為了滿足溜矸眼的矸石裝礦車時(shí)空重車需要雙道的生產(chǎn)要求，將溜矸眼下口巷道前后各30m擴(kuò)大斷面，由原先巷道凈寬4.4m擴(kuò)大到5.5m；由于此處巷道處于軟巖圍巖中，故巷道擴(kuò)大斷面后支護(hù)形式采用壁后充填支護(hù)形式，具體是擴(kuò)幫后打錨桿、架設(shè)5.5m拱形棚、掛金屬網(wǎng)、噴射混凝土，錨桿間、排距700×700mm，棚距600mm，充厚300mm；每米巷道成巷成本17500元，4.4m圓形棚壁后充填成巷成本15500元，擴(kuò)巷每米增加費(fèi)用2000元；優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)施后擴(kuò)巷每米增加費(fèi)用1500元；由此節(jié)省費(fèi)用219.0000萬元。優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)施后節(jié)省資金為329.3025萬元。

3 結(jié)束語

W1S1段綜放面優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)施后，該工作面達(dá)到了安全高產(chǎn)高效開采。因此，根據(jù)復(fù)雜條件，研究工作面合理設(shè)計(jì)，為煤炭企業(yè)的經(jīng)營決策提供技術(shù)支撐和安全保障。