淺談盤區(qū)準(zhǔn)備巷道“錯(cuò)層位”布置的利弊

周　鋒

(山西西山白家莊礦業(yè)有限責(zé)任公司，山西　太原　030022)

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·問題探討·

淺談盤區(qū)準(zhǔn)備巷道“錯(cuò)層位”布置的利弊

周鋒

(山西西山白家莊礦業(yè)有限責(zé)任公司，山西太原030022)

礦井盤區(qū)準(zhǔn)備巷道布置形式多種多樣，合理選取其布置形式直接影響著生產(chǎn)礦井的長遠(yuǎn)利益。通過對(duì)白家莊礦業(yè)公司盤區(qū)準(zhǔn)備巷道“錯(cuò)層位”、同煤層“托夾石層”開掘的兩種布置形式進(jìn)行研究，分析了兩種布置形式存在的差異，對(duì)巷道開掘“全錨”支護(hù)、生產(chǎn)條件、經(jīng)濟(jì)情況進(jìn)行對(duì)比，總結(jié)了兩種布置形式的利弊，優(yōu)化盤區(qū)及工作面設(shè)計(jì)，為類似礦井盤區(qū)開掘提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及理論依據(jù)。

錯(cuò)層位；托夾石層；全錨支護(hù)；生產(chǎn)條件；經(jīng)濟(jì)對(duì)比

井下開采是我國煤炭開采的主要方式，隨著礦井生產(chǎn)的不斷延伸、盤區(qū)不斷地接續(xù)，大量的煤巖準(zhǔn)備巷道被開掘，其布置形式也多種多樣。由于井下煤層賦存較為復(fù)雜，在一定的井田地質(zhì)、開掘技術(shù)條件下，礦井盤區(qū)準(zhǔn)備巷道可有多種布置形式。根據(jù)礦井開拓方式、開掘現(xiàn)狀，合理地選擇接續(xù)盤區(qū)準(zhǔn)備巷道的布置形式，直接影響到整個(gè)礦井生產(chǎn)的長遠(yuǎn)利益，礦井的基本建設(shè)工程量和建設(shè)速度，以及后續(xù)生產(chǎn)工作面的開采、開掘，進(jìn)而影響礦井經(jīng)濟(jì)效益。礦井盤區(qū)準(zhǔn)備巷道開拓方案一經(jīng)實(shí)施，若發(fā)現(xiàn)不合理再改動(dòng)，將造成時(shí)間、成本的浪費(fèi)。因此，如何選擇礦井盤區(qū)準(zhǔn)備巷道布置形式，成為礦井盤區(qū)接續(xù)的首要問題。本文以山西西山白家莊礦業(yè)有限責(zé)任公司南坑接續(xù)盤區(qū)為例，對(duì)盤區(qū)巷道“錯(cuò)層位”、同煤層“托夾石層”開掘的兩種布置形式進(jìn)行研究，分析兩種布置形式的利弊，為類似礦井盤區(qū)開拓提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及理論依據(jù)。

1　盤區(qū)準(zhǔn)備巷道概況

山西白家莊礦業(yè)有限責(zé)任公司是一個(gè)擁有80余年開采歷史的老礦，目前共有2對(duì)生產(chǎn)井口，即南坑、二號(hào)井。隨著開采深度的不斷加大，南坑井現(xiàn)采盤區(qū)資源已近枯竭，需要開掘新的接續(xù)盤區(qū)以維持礦井正常生產(chǎn)。根據(jù)礦井煤層賦存情況，新的接續(xù)盤區(qū)主要開采中組6#和下組8#、9#煤層，其中下組煤層設(shè)計(jì)布置3條準(zhǔn)備巷道，即軌道、運(yùn)輸、回風(fēng)大巷，3條準(zhǔn)備巷道設(shè)計(jì)均沿8#煤層“夾石層”開掘，屬同煤層、同層位布置方式。

1.1盤區(qū)煤層賦存情況

8#煤層頂、底板情況見表1.

1.2盤區(qū)巷道及設(shè)計(jì)工作面布置情況

根據(jù)接續(xù)盤區(qū)整體布局，盤區(qū)內(nèi)3條準(zhǔn)備巷道沿走向布置，設(shè)計(jì)長度均為2 000 m，其左、右翼共計(jì)布置12個(gè)工作面。盤區(qū)及設(shè)計(jì)工作面布置情況示意圖見圖1.

2　“托夾石層”布置方式主要存在問題及解決方案

根據(jù)煤層賦存情況，南坑井接續(xù)盤區(qū)在設(shè)計(jì)之初，主要選用同煤層“托夾石層”的布置形式開掘準(zhǔn)備巷道，采用這種方式，雖然可以最大限度地回收煤炭資源，開掘煤量也可以為礦井帶來經(jīng)濟(jì)效益，但此種方式存在諸多問題：

表1　工作面頂、底板情況表

圖1　盤區(qū)大巷及設(shè)計(jì)工作面布置情況平、剖面示意圖

1) “夾石層”為不穩(wěn)定巖層，準(zhǔn)備巷道 “托夾石層”開掘難度加大，支護(hù)成本增加，職工勞動(dòng)強(qiáng)度增大。

2) 盤區(qū)準(zhǔn)備巷道主要服務(wù)整個(gè)接續(xù)盤區(qū)，其使用年限必須以所有設(shè)計(jì)工作面回采結(jié)束為時(shí)間節(jié)點(diǎn)，而且在服務(wù)年限內(nèi)，必須相對(duì)減少巷道維護(hù)量，減少礦井維護(hù)成本。

3) 工作面初始設(shè)計(jì)，因盤區(qū)巷道為同煤層“托夾石層”開掘，12個(gè)工作面均需開掘相應(yīng)輔助穿層巷道，即圖1所示的風(fēng)橋，以防止系統(tǒng)紊亂但增加了工作面的開掘工作難度及成本，不利于今后的回采工作。

針對(duì)上述問題，本文提出盤區(qū)準(zhǔn)備巷道采用“錯(cuò)層位”布置方式，以解決存在的問題。所謂盤區(qū)巷道“錯(cuò)層位”布置，即在8#煤層中回風(fēng)大巷沿8#煤層頂板開掘，軌道、運(yùn)輸大巷沿8#煤層“夾石層”開掘。

3　方案對(duì)比

3.1方案差異分析

在準(zhǔn)備巷道“托夾石層”布置與“錯(cuò)層位”布置形式中，主要存在差異為：

1) 回風(fēng)大巷開掘?qū)游坏牟煌??！巴袏A石層”布置中回風(fēng)大巷沿“夾石層”開掘，而“錯(cuò)層位”布置中回風(fēng)大巷沿8#煤層頂板開掘。

2) 工作面輔助回采巷道的不同。“托夾石層”布置中輔助回采巷道需要開掘穿層風(fēng)橋，而“錯(cuò)層位”布置中工作面輔助回采巷道不需要開掘風(fēng)橋。

對(duì)上述方案存在的差異進(jìn)行分析，因此帶來的問題是沿不同層位開掘巷道，“全錨”支護(hù)形式將大為不同，支護(hù)成本也相差較大。

3.2支護(hù)形式

3.2.1方案一：同煤層“托夾石層”掘進(jìn)支護(hù)方式

1) 盤區(qū)準(zhǔn)備巷道支護(hù)形式。

因夾石層為不穩(wěn)定巖層，設(shè)計(jì)采用錨桿+錨索+鋼帶的“全錨”支護(hù)形式，具體形式見圖2.

圖2　盤區(qū)準(zhǔn)備巷道支護(hù)示意圖

圖2所示支護(hù)中，頂、幫錨均采用d20 mm×2 200 mm的螺紋鋼錨桿，其中頂錨間排距為900 mm×1 000 mm；頂錨索選用d17.8 mm×5 300 mm，間排距為1 800 mm×2 000 mm.

2) 工作面回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷支護(hù)形式。

因工作面軌道巷、運(yùn)輸巷均沿夾石層開掘，因此，工作面回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷的支護(hù)形式與盤區(qū)準(zhǔn)備巷道支護(hù)形式相同。

3) 風(fēng)橋支護(hù)形式。

風(fēng)橋主要為穿層巷道，設(shè)計(jì)選用拱形斷面，其“全錨”支護(hù)形式見圖3.

圖3　風(fēng)橋支護(hù)示意圖

3.2.2方案二：“錯(cuò)層位”掘進(jìn)方式

1) 盤區(qū)巷道支護(hù)形式。

因8#煤層為堅(jiān)硬石灰?guī)r頂板，設(shè)計(jì)盤區(qū)回風(fēng)大巷上移，與軌道、運(yùn)輸大巷“錯(cuò)層位”布置，設(shè)計(jì)采用錨桿+鋼帶的“全錨”支護(hù)形式，其“全錨”支護(hù)形式見圖4.

圖4　回風(fēng)大巷“錯(cuò)層位”布置支護(hù)示意圖

圖4所示支護(hù)中，頂、幫錨均采用d20 mm×2 200 mm的螺紋鋼錨桿，其中頂錨間排距為900 mm×1 500 mm.

2) 工作面回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷支護(hù)形式。

由于回風(fēng)大巷沿8#煤層頂板開掘，工作面兩巷沿“夾石層”開掘，因此，工作面2條回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷均為穿層巷道，故采用架棚巷道進(jìn)行支護(hù)，見圖5.

圖5　回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷支護(hù)示意圖

鐵棚主要采用礦用11#工字鋼，棚距1 000 mm.

3.3生產(chǎn)條件限制安全生產(chǎn)方面的對(duì)比分析

1) 巷道開掘期間安全對(duì)比分析。

回風(fēng)大巷采用“錯(cuò)層位”布置后，沿8#煤層石灰?guī)r頂板開掘，由于灰?guī)r頂板為穩(wěn)定巖層，相對(duì)“托夾石層”泥巖頂板較為堅(jiān)固，頂板管理相對(duì)安全可靠；另外兩幫開掘后，“錯(cuò)層位”布置形式為泥巖幫，相較“托夾石層”開掘的煤幫穩(wěn)定，可以減少滾幫、片幫現(xiàn)象。因此，采用“錯(cuò)層位”布置形式在開掘期間無論是頂板管理還是兩幫管理，均優(yōu)越于“托夾石層”布置形式，且提高了開掘期間安全系數(shù)，確保了礦井安全生產(chǎn)。

2) 巷道使用及年限對(duì)比分析。

采用“錯(cuò)層位”布置法開掘的回風(fēng)大巷處于堅(jiān)硬、穩(wěn)定巖層中，巷道本身安全性較高，不容易發(fā)生冒頂、片幫、垮塌等源于巷道本身的安全事故，與此同時(shí)，后期維護(hù)率較低，有利于巷道長期使用，有效地延長了盤區(qū)巷道使用年限。

3) 系統(tǒng)優(yōu)化對(duì)比分析。

在原有“托夾石層”布置形式中，由于盤區(qū)準(zhǔn)備巷道屬同一層位布置，與回采巷道之間需要施工穿層巷道—風(fēng)橋來解決通風(fēng)、運(yùn)輸?shù)认到y(tǒng)問題，生產(chǎn)條件較為復(fù)雜，且存在安全隱患。若采用“錯(cuò)層位”布置形式，可優(yōu)化盤區(qū)準(zhǔn)備巷道與回采巷道之間的系統(tǒng)，使系統(tǒng)存在的問題得以解決，簡化生產(chǎn)條件，利于礦井安全生產(chǎn)。

3.4方案經(jīng)濟(jì)對(duì)比(支護(hù)形式差異經(jīng)濟(jì)對(duì)比)

1) 回風(fēng)大巷經(jīng)濟(jì)對(duì)比。

采用“錯(cuò)層位”布置形式后，回風(fēng)大巷沿8#煤層頂板開掘，與“托夾石層”布置形式進(jìn)行經(jīng)濟(jì)對(duì)比，見表2.

表2　回風(fēng)大巷支護(hù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比表

由表2可以看出，“錯(cuò)層位”掘進(jìn)支護(hù)比同煤層“托夾石層”掘進(jìn)支護(hù)每延米總額減少95.51元，測算到巷道全長，回風(fēng)大巷節(jié)省資金總計(jì)19.1萬元。

2) 風(fēng)橋經(jīng)濟(jì)對(duì)比。

若采用“錯(cuò)層位”布置形式，可不必施工穿層施工風(fēng)橋，因此可節(jié)省資金總計(jì)56萬元。

3) 回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷經(jīng)濟(jì)對(duì)比。

采用“錯(cuò)層位”布置形式后，工作面兩條回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷需要穿層開掘，與“托夾石層”布置形式進(jìn)行經(jīng)濟(jì)對(duì)比，見表3.

由表3可以看出，“錯(cuò)層位”掘進(jìn)支護(hù)比同煤層“托夾石層”掘進(jìn)支護(hù)每延米總額增加4 309.18元，測算到回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷巷道全長，增加資金總計(jì)38.8萬元。

綜上所述，若回風(fēng)大巷采用“錯(cuò)層位”布置形式，僅從單工作面的物料方面考慮，節(jié)省資金總計(jì)36.3萬元，測算到整個(gè)盤區(qū)(12個(gè)工作面)，節(jié)省資金可達(dá)435.6萬元。

4　結(jié)　論

1) 盤區(qū)巷道采用“錯(cuò)層位”布置形式，將回風(fēng)大巷上移至沿8#煤層沿石灰?guī)r頂板掘進(jìn)，頂板支護(hù)穩(wěn)定，巷道維護(hù)率低，可有效延長盤區(qū)準(zhǔn)備巷道服務(wù)年限。

2) 盤區(qū)整體系統(tǒng)布局合理，工作面也可達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的，同時(shí)工作面在開掘期間減少了穿層巷道的支護(hù)難度及成本，有利于今后的回采工作。

3) 對(duì)“錯(cuò)層位”布置與“托夾石層”布置支護(hù)形式進(jìn)行經(jīng)濟(jì)對(duì)比，可為該礦節(jié)省支護(hù)成本435.6萬元，若結(jié)合人工、維護(hù)費(fèi)用等綜合測算，成本將會(huì)大大縮減，可為類似煤礦“降本提效”提供借鑒。

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[4]謝和平，王金華，姜鵬飛，等.煤炭科學(xué)開采新理念與技術(shù)變革研究[J].中國工程科學(xué)，2015(9):36-41.

2016-04-16

周鋒(1983—)，男，山西陽泉人，2006年畢業(yè)于太原理工大學(xué)，工程師，主要從事煤礦井下開采、開掘技術(shù)工作

(E-mail)541488953@qq.com

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