苏杭河煤矿旱采转水采方案设计

2014-09-15王永明

采矿与岩层控制工程学报 2014年4期

关键词：大巷采区水力

王永明

(天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京 100013)

苏杭河煤矿旱采转水采方案设计

王永明

(天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京 100013)

简述了国内外水力采煤使用情况，对新疆苏杭河煤矿水力采煤可行性进行了分析，根据该矿开采条件制定了旱采转水采方案，本着“能省则省”充分利用原有设施设备，最大化的节省投资的原则，介绍了开拓系统改造、水平划分、通风与运输系统的构建、巷道布置以及工作面装备和水采工艺系统。该矿改造完成后将是新疆地区第1个水采矿井，经济、社会效益巨大。

旱采转水采；水力采煤；技术改造；设计

DesignforTransformingDry-miningtoWater-mininginSuhangheColliery

苏杭河煤矿原设计生产能力0.45Mt/a，平硐-主、副暗斜井开拓，采用走向长壁伪倾斜柔性掩护支架，爆破落煤的采煤方法，可采煤层共5层，煤层厚度0.71～3.76m，倾角为55～68°，平均61°，煤质较好可作为炼焦、炼油用煤，安全合理地采出资源具有较高的经济效益。由于煤层较薄，且厚度变化较大，无法采用综采水平分段开采；现采用柔性掩护支架采煤法，单面产量较低，对煤层厚度变化适应性差，采出率降低，生产能力下降；从安全方面，护架下放时容易发生事故。因此选择一种既安全经济，又与之开采技术条件相适宜的采煤方法是该矿技术改造中首要解决的问题。

1 采煤方法分析

水力采煤具有适宜性强、采出率高、设备投资少、劳动强度低、煤尘少等特点，是复杂矿井生产的一种有效途径[1]，尤其适用于煤层倾角大、赋存不稳定、地质构造复杂的煤层及综合机械化开采具有一定的难度的边角煤、三角煤。

1.1 国内外水力采煤使用情况

世界上第1个水力采煤矿井1938年在前苏联顿巴斯建成，后来波兰、捷克、匈牙利、日本、德国、加拿大等国也进行了水力采煤的试验及应用，澳大利亚、西班牙、印度、土耳其等国家也进行了可行性研究；1956年我国最早使用水采的矿井在萍乡和开滦进行试验，1958年，开滦和峰峰建成了我国第1批水采区，经过50多年的发展和开滦、枣庄、北票、南票、通化、大屯等十几个矿区的应用[2]，积累了相当的经验和技术，因地制宜地完善和发展了我国的采煤方法和工艺。

由于矿井生产条件的改变、地质条件的变化、生产接续的调整，采煤方式亦有所转变，有的旱采转水采[3]，有的旱、水共采[4]，有的水采转旱采[5]，水采矿井改造可借鉴矿井较多。

1.2 旱采转水采可行性分析

(1)瓦斯水采矿井工作面通风一般采用“工作面窜风”方式，采区内通风系统相对复杂，因此采区通风是水采矿井主要制约条件；《煤矿安全规程》规定，突出煤层中的突出危险区、突出威胁区，严禁采用放顶煤采煤法、水力采煤法、非正规采煤法采煤。苏杭河煤矿开采上部时为瓦斯矿井，后期开采下部时为高瓦斯矿井，煤层无突出，可采用水力采煤法。

(2)水源水力采煤水系统为闭路循环，因煤炭会带走部分水分，需要进行补水，苏杭河煤矿紧临台勒曲克河，长年流水，完全能够满足水力采煤要求。

(3)煤层硬度通过对Ⅳ7和Ⅳ13层采样用捣碎法测定，坚固性系数f值为0.45～0.6，属于软煤层，从目前水力落煤技术水平分析，该煤层属高压水射流易破碎型，有利于水力落煤。

(4)煤层倾角及厚度为方便煤水运输、采掘作业开展，煤层倾角一般不小于7～10°、煤层厚度不小于1m；苏杭河煤矿煤层倾角55～68°，平均61°，5层煤平均厚度分别为1.98m，0.91m，1.58m，2.64m，2.12m，适合利用水力开采。

(5)顶、底板煤层顶、底板条件较好，均为中砂岩或细砂岩，允许顶板暴露面积为80～100m2左右，这不但有利于提高采出率，还有利于巷道的掘进与支护。因此，该顶底条件均可满足水采回采落煤工艺的要求。

(6)地质条件水力采煤尤为适用于井下涌水量大、煤层顶板及采空区渗漏水严重、煤尘量大、老采区残煤储量较丰富，需组织复采且煤层条件适合的矿井。

综上分析，苏杭河煤矿非常适合采用水力采煤方式开采。

2 水力采煤方案设计

2.1 开拓与开采水平划分

结合矿井现状，综合考虑采掘巷道布置及剩余资源分布情况，充分利用已有设施设备，拟定若干方案对比后确定，利用原有工业场地，利用现有主运平硐(机轨合一)、3号回风平硐(首采区辅助进风)，新建+2175m回风平硐(长53m)，初期为平硐开拓，后期为平硐-暗斜井开拓；将矿井划分为3个水平，分别为+2050m水平、+1800m水平、+1500m水平。+2050m水平西部采空，东部布置1个水采区，+1800m水平、+1500m水平各划分4个采区开采。

2.2 通风与运输系统构建

矿井通风方式采用分区式，主运平硐位于井田中部，若采用中央并列式通风，仅回风大巷需新掘1.2km，维护时间长成本高，根据急倾斜煤层垮落特点，压煤量较大且煤柱无法回收，通风线路长，运营费高；与之相比，分区式通风不需留设回风大巷保护煤柱(煤柱可回收)，地表多处适合风井场地，通风线路短，风阻小，运营费低。通风方法为机械抽出式。矿井总风量为50m3/s，主风机利用原有FBCDZ-8-№19B型对旋轴流式通风机2台，功率2×90kW。

主运系统主平硐及主运大巷利用原有输送机(2条)，带宽B=800mm，带速V=1.6m/s，功率均为45kW；采区内均采用梯形短帮溜槽自溜输送煤水，尺寸为300mm×500mm×250mm，单节长1000mm。

辅运系统利用原有2台XK5-6/90防爆型蓄电池电机车及1台JKYB-1.6×1.5XP型单绳缠绕式液压防爆提升绞车，功率为160kW。

2.3 巷道布置与采煤方法

主要大巷及采区巷道的布设，根据各煤层间距，煤层赋存条件，同时考虑便于回采管理，少压煤，采用联合布置的形式，主运输大巷布置在下部Ⅳ14号煤层下底板岩石内，利用石门贯穿各煤层，轨道上山、回风上山沿Ⅳ14号煤层伪斜布置，倾角15.5°，溜煤上山沿Ⅳ11号煤层伪斜布置，倾角15.5°，通过阶段石门与回采巷相连，形成采区溜煤系统。各巷道以掘煤巷为主，断面形式见图1。

图1 巷道断面

区段内巷道布设及装备考虑本矿煤层倾角和通风条件，采用适宜于急倾斜煤层开采的小阶段式水力采煤法，见图2。根据相似水采矿井的经验初选采垛参数为：采垛长度(沿煤层倾向，即2回采巷道之间煤柱长度)L=15m，移枪步距X=8m，最终冲采角θ=50～60°，水采生产后可根据实际生产情况来调整采垛规格；采垛内的落煤顺序采用闭式落煤顺序，见图3。

图2 小阶段式采煤法

图3 采垛闭式开采

回采顺序水采首采区为上山开采，Ⅳ1，Ⅳ7，Ⅳ11，Ⅳ13煤分区段由上至下进行回采，每一区段按煤层上下顺序进行回采。每一层煤每区段划分为3个小阶段进行交替回采，工作面沿回采巷逐垛进行后退式回采。4层煤回采完后进行Ⅳ14煤回采，回采顺序也是按区段由上至下进行回采。

2.4 工作面装备与工艺系统

2.4.1 工作面生产能力

根据该矿水采开采煤层的赋存情况并结合其他水采矿井开采同一煤层的经验，同时为了便于管理，每班退枪2次，采2个采垛,每垛开枪时间为2～3h。

工作面生产能力计算如下：

Q=330L·a·h·r·c

式中，Q为回采工作面年产量，t；330为年生产天数，d；L为两回采眼间距，m，取15m；a为日退枪距离，m，取48m；h为煤层厚度，m，取5层煤平均厚度1.85m；r为煤的密度，1.4t/m3；c为采出率，85%。

Q=330×15×48×1.85×1.4×85%=523076(t)

Ⅳ1，Ⅳ7，Ⅳ11，Ⅳ13，Ⅳ14煤层交替回采，按煤层平均厚度计算，生产能力能够满足0.45Mt/a的要求。

水采工作面装备配置，主要有水枪、阀门、管路和快速接头等设备，见表1。

表1 水采工作面装备配备

注：水枪压力20MPa，流量150m3/h

2.4.2 采区硐室

在+2050m水平设置煤水硐室，位于3号回风平硐底东部，该硐室主要有筛机硐室、煤水仓、煤水泵房和变电所等组成，部分硐室为利用原有巷道改造，大部分为新掘。采区筛机硐室内安装2台SGB620-40T刮板分级筛，功率为40kW，分级粒度0.5mm；浓缩仓底流泵选用100ZD-330型渣浆泵，功率N=30kW，管道为直径159mm，壁厚6mm；粗煤泥回收设备采用FX500型浓缩旋流器+ ZH1520振动弧形筛组合设施，分级粒度为0.3mm；转排煤水泵选150ZD-500煤水泵1台，功率N=75kW。

2.4.3 工艺系统

工作面原煤浆经回采巷道和溜煤上山自溜至采区筛机硐室，经2台刮板分级筛分级，+0.5mm筛上品进入煤仓通过+2050m大巷运输胶带机转排至地面原煤仓，-0.5mm的筛下品进入采区浓缩仓，浓缩仓底流浓缩后排至安装在刮板分级筛硐室内的浓缩旋流器+振动弧形筛，筛上+0.3～0.5mm粗煤泥通过刮板机运至采区煤仓，浓缩仓溢流水进入煤水仓通过采区煤水泵转排至地面煤水缓冲仓。工艺系统如图4所示。