煤巖分離排矸系統(tǒng)的優(yōu)化設計

劉全勝

（潞安化工集團寺家莊煤業(yè)有限責任公司，山西 陽泉 045000）

煤礦安全高效生產(chǎn)及智能化礦山建設是煤礦近年來的一個重要發(fā)展目標[1-3]，各大煤礦企業(yè)不斷升級生產(chǎn)機械，引入先進技術(shù)，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，取得了事半功倍的生產(chǎn)實效。煤礦安全高效生產(chǎn)及智能化礦山建設是以良好的生產(chǎn)系統(tǒng)為基礎的，專家學者針對在設計之初及后期升級改造中煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)的合理性規(guī)劃問題進行了大量研究。朱學龍[4]針對古城煤礦的生產(chǎn)系統(tǒng)線路長、環(huán)節(jié)多、巷局部失修，給生產(chǎn)系統(tǒng)的安全運行及可靠性帶來隱患等問題，提出了采用安全高效生產(chǎn)高速線的理念，用以解決多水平礦井復雜生產(chǎn)系統(tǒng)的現(xiàn)狀。王飛飛[5]在充分考慮井下既有巷道布置方式的基礎上，充分利用舊巷，實現(xiàn)新舊巷道的有序銜接，提出了盤區(qū)巷道優(yōu)化設計方案。目前，由于各礦區(qū)在地質(zhì)條件、工藝、產(chǎn)量等方面存在較大的差異性，對不同條件下生產(chǎn)系統(tǒng)的再優(yōu)化設計工作的重要性日益凸顯。

寺家莊煤業(yè)公司小斷面巖巷設計較多，生產(chǎn)系統(tǒng)中高抽巷、低位抽放巷單進水平低，無法達到煤巖分離，產(chǎn)矸量大；出矸系統(tǒng)維護時間長，影響掘進進度。為增產(chǎn)提效，礦井選用綜掘機械化系統(tǒng)對巖巷掘進設備進行了升級，對高抽巷、低位抽放巷支護方案設計從支護排距、支護材料兩方面進行了優(yōu)化，但這些措施使得巖巷單進水平提高至180～200 m/月，依然無法解決工程銜接緊張問題。同時，因受到經(jīng)濟和地質(zhì)條件的限制，前期不完善的生產(chǎn)系統(tǒng)設計造成了人力、物力資源的大量浪費。因此亟需進一步優(yōu)化巷道生產(chǎn)系統(tǒng)，完成特定環(huán)境下的煤巖分離排矸系統(tǒng)設計，以提高礦井的生產(chǎn)效益。

1 工程概況

寺家莊煤業(yè)公司北一盤區(qū)為雙翼盤區(qū)，兩翼共用一組盤區(qū)準備巷道?；夭上锏乐械倪M風巷、回風巷、進風底抽巷從北一盤區(qū)輔助運輸巷或帶式輸送機巷開口，低位抽放巷與回風巷連通，高抽巷獨立系統(tǒng)。該巷道設計方案存在諸多問題：1）高抽、低位抽放巷存在多次揭煤；2）回風巷與低位抽放巷共用回風系統(tǒng)；3）無法滿足掘進過程中的煤巖分離；4）每日皮帶檢修2～3 h，無法滿足掘進機的連續(xù)掘進。

煤業(yè)公司15114 工作面出矸系統(tǒng)設計是通過進料系統(tǒng)進行出矸。原設計安裝了兩部800 mm 皮帶、一部1 m 皮帶，對15114 工作面回風巷、低位抽放巷、高抽巷掘進期間進行排矸（煤），3 個迎頭一圓班出矸（煤）420.03 m3，出矸（煤）量較大。其中，15114 工作面高抽巷日掘進8～10 m，斷面4.2 m×3 m=12.8 m2；15114 工作面低位抽放巷日掘進7～8 m，斷面4.8 m×3.3 m=15.84 m2；15114 工作面回風巷日掘進7 m，斷面4.8 m×3.3 m=19.68 m2。原設計排矸倉深11 m，有效容積188.4 m3。此設計方案存在如下問題：1）無法滿足掘進過程中的煤巖分離和排矸量要求；2）每日皮帶檢修2～3 h，無法滿足掘進機的連續(xù)掘進。

基于上述問題，為了滿足生產(chǎn)接續(xù)及生產(chǎn)需要，寺家莊煤業(yè)公司在進行北一盤區(qū)及15114 工作面巷道系統(tǒng)設計時，需充分考慮該工作面區(qū)域內(nèi)原有巷道的布置情況，優(yōu)化15114 工作面出矸系統(tǒng)巷、北一盤區(qū)高抽集中巷施工方案，以期實現(xiàn)煤巖分離排矸系統(tǒng)設計。

2 排矸系統(tǒng)優(yōu)化設計

2.1 北一盤區(qū)排矸系統(tǒng)優(yōu)化設計

北一盤區(qū)設計時在原有準備巷道基礎上，增加高抽集中進、回風巷。低位抽放巷、高抽巷從北一盤區(qū)高抽集中巷開口（形成出矸及運料系統(tǒng)），如圖1。在高抽集中巷施工倉深29 m、直徑10 m、有效容積2000 m3的矸倉，矸倉設計如圖2。

圖1 北一盤區(qū)高抽集中巷出矸系統(tǒng)設計

圖2 北一盤區(qū)高抽集中巷矸倉設計（mm）

北一盤區(qū)排矸優(yōu)化路線：盤區(qū)工作面高抽巷或低位抽放巷經(jīng)高抽集中進風巷到達矸倉，然后通過下方的礦車經(jīng)輔助運輸大巷到北翼風井（副立井）提升至地面，最后排到矸場。

北一盤區(qū)運煤路線：盤區(qū)工作面煤巷、回采煤炭經(jīng)相應煤巷或煤倉到達北一盤區(qū)帶式輸送機巷，然后通過皮帶運輸至北一盤區(qū)大煤倉，最后經(jīng)北翼帶式輸送機大巷、主斜井運輸至井上煤場。

現(xiàn)有北一盤區(qū)高抽集中巷內(nèi)同時4 條巷道進行掘進，分別為15303 工作面高抽巷、15303 工作面低位抽放巷、15309 工作面高抽巷、15309 工作面低位抽放巷。系統(tǒng)設計優(yōu)點：1）一次性實現(xiàn)北一盤區(qū)20 個工作面高抽、低位抽放巷不揭煤。2）掘進過程中的煤巖分離，減少運輸系統(tǒng)和選煤廠的負荷，降低選煤費用。3）檢修可以根據(jù)生產(chǎn)需要進行調(diào)整，掘進機不受大皮帶影響，每天多開2 h，滿足掘進機的連續(xù)掘進。4）北一高抽集中進風出矸系統(tǒng)煤倉投用后，低位抽放巷比原來增加進尺39 m/月，高抽巷增加進尺71 m/月。低位抽放巷施工后基本能夠滿足巷道超前回風巷（回風巷單進180～200 m/月）4～5 個月以上，滿足回風巷連續(xù)掘進要求，保證工作面根據(jù)銜接要求出煤，減少回風底抽巷2000 m。

2.2 15114 工作面排矸系統(tǒng)優(yōu)化設計

為了實現(xiàn)15114 工作面在掘進過程中的煤巖分離及掘進機的連續(xù)掘進，特設計出矸系統(tǒng)巷，使15114 工作面低位抽放巷和15114 工作面高抽巷掘進過程中的巖石經(jīng)15114 工作面出矸系統(tǒng)巷、煤倉（倉深34.7 m，直徑6 m，有效容積608 m3）至15116 工作面進風巷口，如圖3。

圖3 15114 工作面優(yōu)化排矸系統(tǒng)設計

15115 排矸系統(tǒng)巷排矸優(yōu)化路線：15115 工作面高抽巷、低位抽放巷施工所出矸石經(jīng)排矸系統(tǒng)巷到達矸倉，然后通過下方的礦車經(jīng)輔助運輸巷到中央副立井提升至地面，最后排到矸場。矸倉設計如圖4。

圖4 15114 工作面矸倉設計（mm）

該系統(tǒng)的優(yōu)點為：1）掘進過程中的煤巖分離，減少運輸系統(tǒng)和選煤廠的負荷，降低選煤費用。2）檢修可以根據(jù)生產(chǎn)需要進行調(diào)整，滿足掘進機的連續(xù)掘進，掘進機不受大皮帶影響每天多開2 h。3）通過進尺對比，低位抽放巷比原來增加進尺35 m/月，高抽巷增加進尺127 m/月。低位抽放巷施工后基本能夠滿足進尺超前回風巷4～5 個月以上，滿足回風巷連續(xù)掘進要求，保證工作面根據(jù)銜接要求出煤，同時減少一條回風底抽巷。

3 設計應用效益分析

北一盤區(qū)排矸系統(tǒng)優(yōu)化設計后，18 個工作面按照平均2000 m 計算，減少底抽巷36 000 m，節(jié)省費用26 280 萬元；減少選煤廠篩選矸石255.96 萬t，節(jié)省費用4 607.28 萬元；進尺增加后每個工作面減少設備使用時間3 個月，18 個工作面可減少使用時間54 個月，租賃費用節(jié)省12 130.56 萬元；施工北一盤區(qū)高抽集中進、回風巷及矸倉掘進期間投入費用9 352.23 萬元。節(jié)支總額為33 665.61 萬元。

15114 工作面排矸系統(tǒng)優(yōu)化設計后，工作面按照3500 m 計算，減少底抽巷2000 m，節(jié)省費用1460 萬元；減少選煤廠篩選矸石20 萬t，節(jié)省費用360 萬元；進尺增加后減少設備使用時間13 個月，租賃費用節(jié)省324.48 萬元；施工15114 工作面出矸系統(tǒng)巷及矸倉掘進期間投入費用703.34 萬元。節(jié)支總額為1 441.14 萬元。

此外，煤巖分離排矸系統(tǒng)的設計構(gòu)建，滿足了連續(xù)化掘進要求，保證了工作面之間生產(chǎn)的正常銜接，礦井多巖巷排矸系統(tǒng)工作效率低、成本高、難維護等系列問題得到解決，經(jīng)濟與安全生產(chǎn)效益得到有效提升。

4 結(jié)論

1）寺家莊煤業(yè)公司在北一盤區(qū)原有準備巷道基礎上通過增加高抽集中進、回風巷，從高抽集中巷開口施工矸倉，在15114 工作面通過增設出矸系統(tǒng)巷和煤倉，設計構(gòu)建了煤巖分離排矸系統(tǒng)。

2）煤巖分離排矸系統(tǒng)的設計應用，優(yōu)化了礦井生產(chǎn)系統(tǒng)，實現(xiàn)了掘進過程中的煤巖分離，降低選煤成本，實現(xiàn)了掘進機的連續(xù)掘進，低位抽放巷與高抽巷施工增加進尺分別為35～40 m/月、70～120 m/月，經(jīng)濟效益顯著；解決了多巖巷礦井出矸系統(tǒng)問題，有助于進一步推動煤礦安全高效生產(chǎn)及智能化礦山建設。