淮南矿区高瓦斯煤层群深井开拓实践

罗志中

(煤炭工业合肥设计研究院,安徽省合肥市,230041)

淮南矿区高瓦斯煤层群深井开拓实践

罗志中

(煤炭工业合肥设计研究院,安徽省合肥市,230041)

淮南矿区近年来采取分区开拓、分区通风、分水平开拓、分水平通风开拓方式,使建井工期、达产工期大为缩短,安全生产状况大为改观,取得了经济效益和安全效益双丰收,为复杂地质条件高瓦斯煤层群深井开采提供了必要的技术储备和借鉴经验。

矿井开拓 矿山建设 高瓦斯煤层群开采 深部开采

淮南矿区具有表土层厚、煤层多、煤层埋藏深、瓦斯高、煤与瓦斯突出危险性大、煤层透气性差、地温高、地压大和开采下组煤受太灰水威胁等突出特点,属典型的复杂地质条件下高瓦斯煤层群开采矿区,因此,瓦斯、地温和地压将成为矿井建设及安全生产的制约因素。

淮南矿区以淮河为界分为淮南老区和潘谢矿区,老区为上世纪50年代初、60年末开发建设,浅部矿井已进入衰老期,自70年代开始,矿区开发建设逐步由老区向潘谢矿区转移。潘谢矿区自第一对矿井潘一矿1973年开工建设,1984年建成投产后,又相继建成投产了潘二矿、潘三矿、谢桥矿、张集矿、张北矿、顾桥矿、顾北矿、丁集矿、潘北矿等大型或特大型现代化矿井,设计生产能力一般为2.1～5.0Mt/a。矿区原煤产量已由2000年的1400万t上升至2008年的6200万t。目前,在建的朱集、潘一东2对矿井设计深度近千米,早期建成投产的潘三矿、谢桥矿、张集矿等即将转入二水平深部开采。因此,潘谢矿区上世纪70年代后、尤其是2000年后开发建设的矿井几乎全部为深厚表土层复杂地质条件下高瓦斯煤层群深部开采矿井。

1 矿区概况及开采条件

淮南老区位于华东腹地,安徽省中北部,横跨淮南、阜阳两市,矿区东西走向长约100 km,南北倾斜宽约30 km,面积约3000 km2。

淮南矿区由淮河南岸的老区和淮河北岸的潘谢矿区组成。老区断层较多,地质构造复杂,开采条件相对较差,但煤质优良,浅部以1/3焦煤为主,深部以焦煤、肥煤为主,少量贫煤和瘦煤。潘谢矿区为70年代开发建设、80年代初陆续建成投产的新矿区,地质构造相对较简单,开采条件相对较好。

淮南矿区的主要特点:一是第四系松散层厚,一般20～450 m,呈现由东向西、由南向北逐渐增厚的特点,老矿区表层较薄(一般为20～36 m),潘谢矿区表层较厚(一般在200 m以上);二是煤层多,一般含可采煤层8～18层,平均总厚度25～33 m,-1000 m以浅探明保有储量约200亿t,其中规划期内可开发利用138亿t,-1000～-1200 m之间约100亿t,-1200～-1500 m之间约200亿t,煤层松软,煤层透气性差;三是瓦斯含量高且具有煤与瓦斯突出危险,区内绝大多数煤层具有自然发火和煤尘爆炸危险,且矿区地温高,一般东部温度高于西部,西部潘三矿-618～-654 m深已进入二级热害区;四是开采下组煤时受太灰水威胁;五是煤质优良,浅部多为气煤,中部多为1/3焦煤,深部以肥煤、焦煤为主,局部为贫煤和瘦煤,具有特低硫、低磷、中高发热量、结焦性好、粘结性强等特点。

2 矿区建设及生产情况

淮南矿区已有近百年的开采历史,最多时有11对生产矿井,几经破产重组和资源整合,目前浅部仅保留有谢一矿、新庄孜矿2对矿井和谢李、孔李2个煤业公司,2008年建成投产了谢李深部接续矿井望峰岗矿井,目前老区已步入衰老期,预计2010年后3对矿井和2个煤业公司总生产能力将维持在11.0 Mt/a左右,目前已完成从淮南老区向潘谢矿区的战略转移。

受潘谢矿区复杂开采技术条件及当时煤矿建井技术和开采技术、瓦斯治理技术水平制约,潘谢矿区先期开发的潘一、潘二、潘三和谢桥等矿井建设工期长达10～12年,达产工期长达9～11年,而且投资高,由于瓦斯治理手段落后,2000年之前重特大瓦斯事故时有发生。

在总结前期新井建设经验教训的基础上,自建设张集矿井开始,大胆进行设计创新,随着瓦斯治理水平的提高,快速建井技术的日益成熟,张集矿井建设采取新的管理模式,仅用3年半时间就建成投产,且实现当年投产当年达产,不仅在快速建井方面有了较大突破,而且总结出了一套适合淮南矿区复杂地质条件下高瓦斯煤层群开采快速建井成熟经验,为之后相继开工建设的张北、顾桥、顾北、丁集和潘北等新井快速建设、快速达产提供了宝贵的经验,取得了明显的效益。

根据淮南矿区总体规划及批复,矿区划分17个井田和1个后备区,建设总规模61.15 Mt/a,其中,新建矿井8对,即张集二期(张北)、丁集、顾桥、顾北、潘四东、潘四西、望峰岗和朱集矿,设计生产能力2.40～5.00 Mt/a,目前除朱集矿在建、潘四西矿尚未开工外,继2001年张集矿建成投产后,又有6对矿井建成投产,建井工期一般控制在3年左右,张集矿二期仅用24个月即建成出煤。随着一批新井陆续建成投产,矿区原煤产量已由2000年的14.87Mt猛增至2008年的62.00 Mt以上。

3 深井开拓设计探讨与实践

回顾淮南矿区开发建设的历史,大概分为两个阶段;第一阶段为1973年第一对矿井潘一矿开工至1996年谢桥矿建成投产,该阶段历时23年,先后建成投产潘一、潘二、潘三及谢桥4对矿井,建成设计规模12.40 Mt/a,矿井多采取立井、边界对角式通风,建井工期一般在10～12年,达产工期多在9～11年;第二阶段为1996年张集矿井开工至2008年,该阶段历时12年,先后建成投产张集、张集二期(张北)、顾桥、望峰岗、潘北、丁集、顾北等7对矿井,建成设计规模25.40 Mt/a,其中张集、顾桥、望峰岗矿井采取立井、分区开拓、分区通风方式;建井工期一般控制在3年,张集二期仅用24个月即建成出煤,除望峰岗矿井外,其余矿井基本实现当年投产、当年达产。

与第一阶段相比,第二阶段仅用一半的时间建成近两倍的矿井数、两倍多的设计规模,而且建井工期、达产工期大大缩短,取得了明显的效益。

总结淮南矿区近几年新井建设经验,一方面归结于建设单位积极推广应用先进的建设管理模式,不断推进科技创新,在瓦斯综合治理、采煤方法改革、地质勘探、井巷掘进与支护、深厚表土快速建井技术、“三下采煤”等技术方面取得了明显成效,形成了一套适合淮南复杂地质条件的成套技术与经验,更重要的在于对矿井设计进行大胆创新和改革,不断对矿井设计进行优化,探索出一套适合淮南复杂地质条件下高瓦斯煤层群矿井开拓、开采设计的理念和方法,为快速建井奠定了坚实基础。

首先,在井田范围较大、表土层厚、煤层埋藏深、瓦斯高且有煤与瓦斯突出危险、地压大、地温高的矿井应优先采取立井、分区开拓、分区通风的开拓系统,采取简化矿井通风系统,增大矿井进风量,降低矿井通风阻力,以解决矿井瓦斯、地温问题。如望峰岗矿井形成中央区、北区和南区3个分区开拓;张集矿井形成中央区、北区、西区及东区4个分区开拓;顾桥矿井形成中央区、南区2个分区开拓等。实践证明,采取分区开拓、分区通风开拓方式可以使通风线路减少2 km以上,通风阻力降低1000 Pa以上,通风系统大大简化,尤其是后期投产的分区一般布置有1进、1回两个井筒,增加了井筒进风量,矿井安全状况得以较大改善。同时,采取分区开拓、分区建设,简化了井下开拓系统,减少了投产井巷工程量,从而使矿井投产工期大为缩短。

其次,优化井筒布置,有条件时在形成分区开拓、分区通风的同时,尽可能形成分水平开拓、分水平通风,从而使生产水平与开拓准备水平之间相对独立,形成生产区、瓦斯治理区和生产接替区相对独立,有利于高瓦斯、高地温矿井安全高效开采。如望峰岗矿井中央区工业场地布置5个井筒,一号副井、二号风井施工至一水平(-820 m),二号副井、主井及一号风井施工至二水平(-960 m),在形成3个分区通风系统的同时,中央区又形成了分水平通风系统,生产水平、开拓准备水平相对独立,通风及安全可靠性大大增加。在建的朱集、潘一东矿井布置4个井筒,其中一号副井、主井及中央回风井施工至一水平,为生产水平服务,二号副井或矸石井施工至二水平(-970 m左右),同时将中央风井延深至二水平,从而形成分水平相对独立的通风系统。正在实施的谢桥、张集、潘一、潘三深部延深工程实施后,亦可形成相对独立的分水平通风系统。

三是优化井下开拓巷道布局,不仅体现工程量少、功能全、系统简单,更重要的是要体现有利于通风及瓦斯、地温综合治理。近期投产的新建矿井多采取分组集中大巷布置,每组大巷一般布置4～5条巷道,即1～2条轨道巷、1条带式输送机巷和2条回风大巷,在保证井筒具有足够通风量的同时,使井下亦有同等能力的通风断面,形成“二进二回”的良好通风格局。

四是淮南矿区为煤层群开采,主要可采煤层中一般厚煤层均为突出或强突出煤层,仅靠单一的瓦斯预抽措施很难实现瓦斯减突或彻底消突,在开采顺序上必须优先开采保护层,实施瓦斯综合防治,实现高瓦斯厚煤层安全高效开采。近期建成投产的大型或特大型现代化矿井之所以能够在较短的时间内迅速达产主要归功于开采保护层,实施了瓦斯区域防治策略。

4 结论

(1)淮南矿区为复杂地质条件下高瓦斯煤层群深部开采矿区,目前已完成由老区向潘谢矿区战略转移。

(2)总结淮南矿区多年建井和生产实践经验,矿井开拓布局的合理与否对高瓦斯煤层群深井建设和安全生产起着至关重要的作用。

(3)井田范围较大的高瓦斯煤层群深井开采矿井宜采取分区开拓、分区通风方式,工业场地内井筒数目一般宜布置4～5个,分别施工至一、二水平,在形成矿井分区开拓、分区通风系统的同时,有条件时应形成分水平开拓和通风系统,井下开拓大巷每组以4～5条为宜,以配套形成井下“2进2回”的良好通风格局,不仅使矿井通风系统更加合理,同时有利于矿井缩短建设工期和达产工期,有利于深部瓦斯、地温问题的有效解决,实现矿井安全高效开采,也为今后淮南矿区-1000 m以下资源合理开发提供了必要的技术储备和借鉴经验。

On deep mine development in highly gassy multiple coal seams in Huainan coal mine area

Luo Zhizhong

(Hefei Design Research Institute For Coal Industry,Hefei,Anhui Province 230041,China)

Area development,parallel ventilation,separate-level development and separate-level ventilation/development are in common use in Huainan coal mine area in recent years,which reduces mine construction period and the period for new mine to reach production capacity.This also improves coal mine work safety status,which produces better economic returns and improves mine safety in mines.This practice provides abundant technical references and experiences for coal mining in deep mines with multiple coal seams with high methane content under complicated geological conditions.

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TD823

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罗志中,男(1958-),河南周口人毕业于焦作矿业学院(现河南理工大学),现为煤炭工业合肥设计研究院副总工程师。

(责任编辑 张毅玲)