軟巖礦井采區(qū)巷道優(yōu)化設(shè)計(jì)

張勝軍 方旭華

（重慶中梁山煤電氣有限公司礦業(yè)分公司 重慶 400052）

軟巖礦井采區(qū)巷道優(yōu)化設(shè)計(jì)

張勝軍 方旭華

（重慶中梁山煤電氣有限公司礦業(yè)分公司 重慶 400052）

礦井建設(shè)中的軟巖礦井采區(qū)巷道施工是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，為了保證工程建設(shè)的安全以及施工作業(yè)任務(wù)的順利開展，需要對巷道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，本文就對此結(jié)合實(shí)例進(jìn)行了分析，首先分析了礦區(qū)地質(zhì)情況，再對采區(qū)巷道的優(yōu)化設(shè)計(jì)措施進(jìn)行分析，主要從位置、層面以及具體布置等進(jìn)行闡述，供相關(guān)人士參考。

軟巖礦井；巷道；優(yōu)化設(shè)計(jì)

1 引言

礦井合理集中生產(chǎn)是煤炭生產(chǎn)的一個(gè)重要技術(shù)原則，而優(yōu)化采區(qū)巷道設(shè)計(jì)又是其中的一個(gè)重要方面，其目的是加大采區(qū)的開采強(qiáng)度，提高采區(qū)的生產(chǎn)能力；同時(shí)減少采區(qū)個(gè)數(shù)，相應(yīng)地減少采區(qū)準(zhǔn)備工程量，可節(jié)省大量資金投入。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)。

2 工程概況

某煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力2.4Mt/a，該礦井可采煤層由上往下分別為4、5、8、9、10共計(jì)5層煤，如圖1所示。4煤下距5煤間距0.78～51.45m，平均間距13.18m，5煤距離下面8煤間距15.35～80.34m，平均間距37.92m，8煤距離下面9煤間距4.9～33.32m，平均間距20.68m。9煤距離下面10煤間距1.24～22.10m，平均間距5.17m。煤層傾角在15～18°。井田構(gòu)造復(fù)雜程度為簡單類型，礦井水文地質(zhì)類型為復(fù)雜類型，各煤層瓦斯含量較低，各煤層有煤塵爆炸危險(xiǎn)性且均屬于自燃煤層，基本為正常地溫梯度，巷道圍巖的應(yīng)力如圖2所示。

圖1 巖性綜合柱樁圖

圖2 巷道圍巖應(yīng)力示意圖

3 首采區(qū)位置的選擇

3.1 首采區(qū)數(shù)目和位置選擇

根據(jù)礦井已確定的開拓方式，礦井達(dá)產(chǎn)時(shí)布置一采區(qū)（+1500m輔助水平以上煤層），礦井投產(chǎn)一采區(qū)9號(hào)煤層工作面。設(shè)計(jì)推薦一采區(qū)為礦井首采區(qū)，一采區(qū)有如下優(yōu)點(diǎn)：①一采區(qū)煤層煤質(zhì)較好；②儲(chǔ)量較為豐富，煤層賦存穩(wěn)定；③勘探程度高，工作面接續(xù)可靠；④建井工期最短，達(dá)產(chǎn)快，效益好。

3.2 首采區(qū)地質(zhì)特征

3.2.1 采區(qū)尺寸

一采區(qū)位于+1500m輔助水平以上，1勘探線以西，采區(qū)服務(wù)年限約為3.0a，開采標(biāo)高為+1500m以上的下組煤（9號(hào)～11號(hào)煤層），單翼布置，走向長度約為900～1000m。

3.2.2 構(gòu)造

井田位于河西岸，總體呈一單斜構(gòu)造，地層走向呈北西～南東向，傾向西南，傾角為12～32°之間，礦井北部地層傾角大于礦區(qū)南部地層傾角，在礦區(qū)的西北部，地層走向向西偏轉(zhuǎn)，傾向?yàn)?0°左右。

3.2.3 煤層賦存

4Rs是指關(guān)聯(lián)（Relevancy）、反應(yīng)（Respond）、關(guān)系（Relation）、回報(bào)（Return）策略。4Rs既從企業(yè)的角度出發(fā)，又兼顧了消費(fèi)者的需求，還兼顧了競爭導(dǎo)向，是一個(gè)更符合新經(jīng)濟(jì)背景下、有利于企業(yè)和消費(fèi)者的營銷組合策略。

井田主要含煤段為中侏羅統(tǒng)八道灣組地層的下部（J1b1）共含煤12層，其煤層自上而下編號(hào)為1～12號(hào)。其中首采區(qū)可采的煤層為7、8、9、10、11號(hào)煤層均為大部可采煤層，煤層厚度2.76～9.02m，煤層平均總厚為5.89m。

3.2.4 水文地質(zhì)

井田大部分煤層位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面河床標(biāo)高以下，地質(zhì)構(gòu)造簡單，為向西傾斜的單斜構(gòu)造，未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造。

3.2.5 其他開采技術(shù)條件

一采區(qū)煤層直接頂板為粗砂巖、粉砂巖、細(xì)砂巖，泥質(zhì)膠結(jié)，較軟；煤層底板為粗砂巖、粉砂巖、炭質(zhì)泥巖；投產(chǎn)采區(qū)按高瓦斯煤層設(shè)計(jì)；煤塵有爆炸性；煤層易自燃。

3.3 首采區(qū)資源儲(chǔ)量

一、二采區(qū)地質(zhì)資源儲(chǔ)量共28.42Mt，工業(yè)資源量為26.52Mt，設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量為11.42M。

4 巷道層位設(shè)計(jì)優(yōu)化方案比較

圖3 設(shè)計(jì)斷面示意圖

方案1，集中運(yùn)輸上山布置在煤層底板中。優(yōu)點(diǎn)：①根據(jù)鉆孔資料分析，煤層底板有一層相對穩(wěn)定砂巖，考慮到該巷道服務(wù)年限長，達(dá)到53.7a，巷道布置在該層中，有利于巷道維護(hù)；②考慮到服務(wù)年限較長，需要將皮帶以一個(gè)適宜的角度設(shè)置在巷道中，這樣才有利于設(shè)備運(yùn)行與維護(hù)；③由于本礦為多煤層開采，有利于布置溜煤眼，各層煤統(tǒng)一搭接到溜煤眼上口，上山開口少。缺點(diǎn)：①初期巷道投資稍大，約多190萬元；②施工工期長，但是不影響整體工期。

方案2，集中運(yùn)輸上山布置在煤層中。優(yōu)點(diǎn)：①巷道的施工成本比較低，可以節(jié)省成本約190萬元；②施工工期短，但不影響礦井整體工期。缺點(diǎn)：①巷道布置煤層中，不利于巷道維護(hù)；②沿煤層布置巷道，巷道角度不易控制，不利于設(shè)備維護(hù)；③設(shè)計(jì)中為了給集中運(yùn)輸上山來煤均衡，且盡量少在上山中開口，設(shè)置溜煤眼，若上山布置在5煤煤層中，不利于順槽搭接，不利于給煤機(jī)硐室施工。

通過比較，雖然方案2的建設(shè)成本比較低，施工進(jìn)度比較快，和方案1相比，工期短1.2個(gè)月（不處于關(guān)鍵路線，對礦井建設(shè)工期沒有影響），但是因?yàn)榧羞\(yùn)輸上山服務(wù)年限長，從巷道維護(hù)、設(shè)備維護(hù)及同順槽銜接等方面考慮，方案1具有一定優(yōu)勢。因此設(shè)計(jì)暫推薦方案1，即將集中運(yùn)輸上山布置在5煤底板穩(wěn)定巖層中。

5 采區(qū)巷道布置的確定

5.1 現(xiàn)有礦井情況

該礦井為改擴(kuò)建礦井，設(shè)計(jì)利用原混合提升立井作改擴(kuò)建后的副立井，+1500m水平的井底車場的巷道及硐室可以作為改擴(kuò)建礦井的車場（+1500m水平）。在+1500m水平車場向北的+1500m水平的軌道石門，可以直接和新掘的主斜井的+1500m水平運(yùn)輸巷相連；礦井開采三、四采區(qū)時(shí)，布置的+1500m水平軌道大巷可以通過新掘一段+1500m水平軌道石門和副立井車場相通。

5.2 采區(qū)巷道布置情況

井田內(nèi)對采區(qū)巷道布置影響最大的是火燒區(qū)和采空區(qū)的分布，由于7號(hào)、8號(hào)煤層采空區(qū)底線標(biāo)高為+1520m的水平，因此，礦井投產(chǎn)工作面可以布置在+1500m水平的9號(hào)煤層中。根據(jù)礦井煤層賦存情況和淺部小井開采現(xiàn)狀分析，礦井的巷道布置系統(tǒng)可以分為一采區(qū)的+1500m輔助水平以上和二采區(qū)的1350m水平至+1500m水平之間兩個(gè)部分。優(yōu)化后的巷道具體情況如圖4～6所示。

圖4 重新設(shè)計(jì)的巷道斷面＜一＞

圖5 重新設(shè)計(jì)的巷道斷面＜二＞

圖6 改進(jìn)后的反底拱形式圖

5.2.1 一采區(qū)+1500m輔助水平以上巷道系統(tǒng)布置

根據(jù)該礦井當(dāng)前的開采情況來看，+1500m輔助水平以上7、8號(hào)煤層都已經(jīng)回采完畢，剩余的其它煤層（9號(hào)～11號(hào)煤層）淺部都有火燒區(qū)，底部標(biāo)高在+1580m水平左右，留設(shè)30m的安全隔離煤柱后，僅能布置一個(gè)工作面。因此，工作面回風(fēng)水平為+1540m水平?；夭?～11號(hào)煤層時(shí)，+1500m水平軌道石門沿伸到9～11號(hào)煤層，在+1500m水平布置軌道上山。主運(yùn)輸通過工作面運(yùn)輸順槽經(jīng)集中運(yùn)輸斜巷到主斜井下部的+1500m水平煤倉。最后通過主斜井帶式輸送機(jī)到達(dá)地面；新鮮風(fēng)流通過副立井、+1500m水平軌道石門到達(dá)工作面的運(yùn)輸順槽、工作面；回風(fēng)通過工作面回風(fēng)順槽到集中回風(fēng)上山，最后從立風(fēng)井到達(dá)地面。

5.2.2 二采區(qū)1350m水平至+1500m輔助水平之間巷道系統(tǒng)布置

該區(qū)域上部標(biāo)高+1500m，下部標(biāo)高+1350m，垂高150m，該區(qū)域瓦斯評估為煤與瓦斯突出區(qū)域。在礦井南部的6號(hào)和7號(hào)煤層之間布置主、副暗斜井，至+1350m水平后布置車場和軌道、運(yùn)輸石門，然后沿8號(hào)煤層底板布置二采區(qū)軌道、運(yùn)輸上山，上部標(biāo)高+1530m，下部標(biāo)高+1350m，斜長590m。二采區(qū)回風(fēng)上山布置在7號(hào)煤層底板中，在+1500m水平布置一條回風(fēng)石門連接到集中回風(fēng)上山。設(shè)計(jì)礦井達(dá)產(chǎn)時(shí)在二采區(qū)+1500～+1460m水平間的7號(hào)煤層01分層布置一個(gè)綜合機(jī)械化采煤工作面。該工作面走向長度為1500m，工作面傾斜長度為150m，沿煤層底板布置工作面運(yùn)輸、回風(fēng)順槽至井田邊界或是煤層火燒區(qū)保護(hù)煤柱線，沿煤層傾斜方向布置工作面開切眼。

270101分層工作面運(yùn)輸順槽到集中運(yùn)輸石門，通過溜煤眼到二采區(qū)運(yùn)輸上山、+1350m水平運(yùn)輸石門、+1350m水平上倉斜巷、+1350m水平煤倉、主暗斜井，再經(jīng)過+1500m水平運(yùn)輸石門、+1500m水平上倉斜巷、+1500m水平煤倉與主斜井連接。270101分層工作面回風(fēng)順槽經(jīng)過集中回風(fēng)石門與二采區(qū)軌道上山、+1350m水平軌道石門、+1350m水平車場、副暗斜井，再經(jīng)過+1500m水平軌道石門與副立井聯(lián)系。270101分層工作面回風(fēng)順槽經(jīng)過集中回風(fēng)石門與二采區(qū)回風(fēng)上山聯(lián)系、到+1500m水平回風(fēng)石門和集中回風(fēng)石門與立風(fēng)井連接。

根據(jù)相關(guān)規(guī)定要求，軟巖礦井的強(qiáng)度較小，對于后續(xù)支護(hù)要求較為嚴(yán)格。因此，為了防止意外發(fā)生，礦井須建設(shè)井下緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)。因此，設(shè)計(jì)在+1500m輔助水平和+1350m水平車場各設(shè)一座永久避難硐室，采煤工作面回風(fēng)順槽和運(yùn)輸順槽中部各設(shè)一座臨時(shí)避難硐室，內(nèi)設(shè)壓風(fēng)自救系統(tǒng)、供水施救系統(tǒng)以及通訊聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)。在+1500m水平和+1350m水平車場設(shè)置避難硐室，避難硐室要求：設(shè)置向外開啟的隔離門，室內(nèi)凈寬2.6m，凈斷面積為7.11m2，長度為40m，設(shè)有與礦（井）調(diào)度室直通的電話；壓風(fēng)自救系統(tǒng)的每人供風(fēng)量按0.3m3/min配備；避難硐室內(nèi)配備110臺(tái)隔離式自救器。

6 結(jié)束語

綜上所述，軟巖礦井采取巷道布置更為復(fù)雜，需要對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證其合理性，維護(hù)工程整體的整體性和安全性。目前，該礦的首采區(qū)已經(jīng)按照本布置方案進(jìn)行了實(shí)施，實(shí)現(xiàn)縮短首采區(qū)準(zhǔn)備工期和連續(xù)化集中安全生產(chǎn)的目的。因此，作為一名采礦設(shè)計(jì)人員，研究改擴(kuò)建礦井采區(qū)巷道的布置方式，對礦井設(shè)計(jì)和生產(chǎn)具有重要的意義。

[1]宋德軍，王書有，楊然景.西一采區(qū)準(zhǔn)備巷道優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].科技資訊，2012，8（8）：68.

[2]王術(shù)有.極軟巖礦井集約化采煤巷道工程優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].鐵法科技，2009（12）：207～211.

[3]王玉紅，李曉光，孫建中.“軟巖”礦井超長工作面優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].山東煤炭科技，2013，03：58～60.

TD822.2

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1004-7344（2016）07-0186-02

2016-2-10