软岩矿井采区巷道优化设计

2016-08-08张胜军方旭华

大科技 2016年7期

关键词：上山采区矿井

张胜军方旭华

（重庆中梁山煤电气有限公司矿业分公司重庆 400052）

软岩矿井采区巷道优化设计

张胜军方旭华

（重庆中梁山煤电气有限公司矿业分公司重庆 400052）

矿井建设中的软岩矿井采区巷道施工是一项非常复杂的工作，为了保证工程建设的安全以及施工作业任务的顺利开展，需要对巷道进行优化设计，本文就对此结合实例进行了分析，首先分析了矿区地质情况，再对采区巷道的优化设计措施进行分析，主要从位置、层面以及具体布置等进行阐述，供相关人士参考。

软岩矿井；巷道；优化设计

1 引言

矿井合理集中生产是煤炭生产的一个重要技术原则，而优化采区巷道设计又是其中的一个重要方面，其目的是加大采区的开采强度，提高采区的生产能力；同时减少采区个数，相应地减少采区准备工程量，可节省大量资金投入。以市场为导向，以经济效益为中心，遵循少投入，多产出的原则，应用现代设计理念、方法和手段进行优化设计，以期达到生产集中化、煤炭运输连续化、系统简单化、布置合理化、管理现代化和技术经济合理之目标。

2 工程概况

某煤矿设计生产能力2.4Mt/a，该矿井可采煤层由上往下分别为4、5、8、9、10共计5层煤，如图1所示。4煤下距5煤间距0.78～51.45m，平均间距13.18m，5煤距离下面8煤间距15.35～80.34m，平均间距37.92m，8煤距离下面9煤间距4.9～33.32m，平均间距20.68m。9煤距离下面10煤间距1.24～22.10m，平均间距5.17m。煤层倾角在15～18°。井田构造复杂程度为简单类型，矿井水文地质类型为复杂类型，各煤层瓦斯含量较低，各煤层有煤尘爆炸危险性且均属于自燃煤层，基本为正常地温梯度，巷道围岩的应力如图2所示。

图1 岩性综合柱桩图

图2 巷道围岩应力示意图

3 首采区位置的选择

3.1 首采区数目和位置选择

根据矿井已确定的开拓方式，矿井达产时布置一采区（+1500m辅助水平以上煤层），矿井投产一采区9号煤层工作面。设计推荐一采区为矿井首采区，一采区有如下优点：①一采区煤层煤质较好；②储量较为丰富，煤层赋存稳定；③勘探程度高，工作面接续可靠；④建井工期最短，达产快，效益好。

3.2 首采区地质特征

3.2.1 采区尺寸

一采区位于+1500m辅助水平以上，1勘探线以西，采区服务年限约为3.0a，开采标高为+1500m以上的下组煤（9号～11号煤层），单翼布置，走向长度约为900～1000m。

3.2.2 构造

井田位于河西岸，总体呈一单斜构造，地层走向呈北西～南东向，倾向西南，倾角为12～32°之间，矿井北部地层倾角大于矿区南部地层倾角，在矿区的西北部，地层走向向西偏转，倾向为20°左右。

3.2.3 煤层赋存

4Rs是指关联（Relevancy）、反应（Respond）、关系（Relation）、回报（Return）策略。4Rs既从企业的角度出发，又兼顾了消费者的需求，还兼顾了竞争导向，是一个更符合新经济背景下、有利于企业和消费者的营销组合策略。

井田主要含煤段为中侏罗统八道湾组地层的下部（J1b1）共含煤12层，其煤层自上而下编号为1～12号。其中首采区可采的煤层为7、8、9、10、11号煤层均为大部可采煤层，煤层厚度2.76～9.02m，煤层平均总厚为5.89m。

3.2.4 水文地质

井田大部分煤层位于当地侵蚀基准面河床标高以下，地质构造简单，为向西倾斜的单斜构造，未发现断裂构造。

3.2.5 其他开采技术条件

一采区煤层直接顶板为粗砂岩、粉砂岩、细砂岩，泥质胶结，较软；煤层底板为粗砂岩、粉砂岩、炭质泥岩；投产采区按高瓦斯煤层设计；煤尘有爆炸性；煤层易自燃。

3.3 首采区资源储量

一、二采区地质资源储量共28.42Mt，工业资源量为26.52Mt，设计可采储量为11.42M。

4 巷道层位设计优化方案比较

图3 设计断面示意图

方案1，集中运输上山布置在煤层底板中。优点：①根据钻孔资料分析，煤层底板有一层相对稳定砂岩，考虑到该巷道服务年限长，达到53.7a，巷道布置在该层中，有利于巷道维护；②考虑到服务年限较长，需要将皮带以一个适宜的角度设置在巷道中，这样才有利于设备运行与维护；③由于本矿为多煤层开采，有利于布置溜煤眼，各层煤统一搭接到溜煤眼上口，上山开口少。缺点：①初期巷道投资稍大，约多190万元；②施工工期长，但是不影响整体工期。

方案2，集中运输上山布置在煤层中。优点：①巷道的施工成本比较低，可以节省成本约190万元；②施工工期短，但不影响矿井整体工期。缺点：①巷道布置煤层中，不利于巷道维护；②沿煤层布置巷道，巷道角度不易控制，不利于设备维护；③设计中为了给集中运输上山来煤均衡，且尽量少在上山中开口，设置溜煤眼，若上山布置在5煤煤层中，不利于顺槽搭接，不利于给煤机硐室施工。

通过比较，虽然方案2的建设成本比较低，施工进度比较快，和方案1相比，工期短1.2个月（不处于关键路线，对矿井建设工期没有影响），但是因为集中运输上山服务年限长，从巷道维护、设备维护及同顺槽衔接等方面考虑，方案1具有一定优势。因此设计暂推荐方案1，即将集中运输上山布置在5煤底板稳定岩层中。

5 采区巷道布置的确定

5.1 现有矿井情况

该矿井为改扩建矿井，设计利用原混合提升立井作改扩建后的副立井，+1500m水平的井底车场的巷道及硐室可以作为改扩建矿井的车场（+1500m水平）。在+1500m水平车场向北的+1500m水平的轨道石门，可以直接和新掘的主斜井的+1500m水平运输巷相连；矿井开采三、四采区时，布置的+1500m水平轨道大巷可以通过新掘一段+1500m水平轨道石门和副立井车场相通。

5.2 采区巷道布置情况

井田内对采区巷道布置影响最大的是火烧区和采空区的分布，由于7号、8号煤层采空区底线标高为+1520m的水平，因此，矿井投产工作面可以布置在+1500m水平的9号煤层中。根据矿井煤层赋存情况和浅部小井开采现状分析，矿井的巷道布置系统可以分为一采区的+1500m辅助水平以上和二采区的1350m水平至+1500m水平之间两个部分。优化后的巷道具体情况如图4～6所示。

图4 重新设计的巷道断面＜一＞

图5 重新设计的巷道断面＜二＞

图6 改进后的反底拱形式图

5.2.1 一采区+1500m辅助水平以上巷道系统布置

根据该矿井当前的开采情况来看，+1500m辅助水平以上7、8号煤层都已经回采完毕，剩余的其它煤层（9号～11号煤层）浅部都有火烧区，底部标高在+1580m水平左右，留设30m的安全隔离煤柱后，仅能布置一个工作面。因此，工作面回风水平为+1540m水平。回采9～11号煤层时，+1500m水平轨道石门沿伸到9～11号煤层，在+1500m水平布置轨道上山。主运输通过工作面运输顺槽经集中运输斜巷到主斜井下部的+1500m水平煤仓。最后通过主斜井带式输送机到达地面；新鲜风流通过副立井、+1500m水平轨道石门到达工作面的运输顺槽、工作面；回风通过工作面回风顺槽到集中回风上山，最后从立风井到达地面。

5.2.2 二采区1350m水平至+1500m辅助水平之间巷道系统布置

该区域上部标高+1500m，下部标高+1350m，垂高150m，该区域瓦斯评估为煤与瓦斯突出区域。在矿井南部的6号和7号煤层之间布置主、副暗斜井，至+1350m水平后布置车场和轨道、运输石门，然后沿8号煤层底板布置二采区轨道、运输上山，上部标高+1530m，下部标高+1350m，斜长590m。二采区回风上山布置在7号煤层底板中，在+1500m水平布置一条回风石门连接到集中回风上山。设计矿井达产时在二采区+1500～+1460m水平间的7号煤层01分层布置一个综合机械化采煤工作面。该工作面走向长度为1500m，工作面倾斜长度为150m，沿煤层底板布置工作面运输、回风顺槽至井田边界或是煤层火烧区保护煤柱线，沿煤层倾斜方向布置工作面开切眼。

270101分层工作面运输顺槽到集中运输石门，通过溜煤眼到二采区运输上山、+1350m水平运输石门、+1350m水平上仓斜巷、+1350m水平煤仓、主暗斜井，再经过+1500m水平运输石门、+1500m水平上仓斜巷、+1500m水平煤仓与主斜井连接。270101分层工作面回风顺槽经过集中回风石门与二采区轨道上山、+1350m水平轨道石门、+1350m水平车场、副暗斜井，再经过+1500m水平轨道石门与副立井联系。270101分层工作面回风顺槽经过集中回风石门与二采区回风上山联系、到+1500m水平回风石门和集中回风石门与立风井连接。

根据相关规定要求，软岩矿井的强度较小，对于后续支护要求较为严格。因此，为了防止意外发生，矿井须建设井下紧急避险系统。因此，设计在+1500m辅助水平和+1350m水平车场各设一座永久避难硐室，采煤工作面回风顺槽和运输顺槽中部各设一座临时避难硐室，内设压风自救系统、供水施救系统以及通讯联络系统。在+1500m水平和+1350m水平车场设置避难硐室，避难硐室要求：设置向外开启的隔离门，室内净宽2.6m，净断面积为7.11m2，长度为40m，设有与矿（井）调度室直通的电话；压风自救系统的每人供风量按0.3m3/min配备；避难硐室内配备110台隔离式自救器。