基于矿床地质构造优化采区设计

王占银(神华宁夏煤业集团红柳煤矿,宁夏 银川 750000)

应用研究·煤矿·

基于矿床地质构造优化采区设计

王占银(神华宁夏煤业集团红柳煤矿,宁夏 银川 750000)

含煤地层多与断层、褶皱构造赋存，尤其是对于多煤层开采煤田尤为突出。在复杂的地质构造中，针对矿床构造合理布置采区，实现安全、经济、高效的回采是生产企业面临的技术难题。红柳煤矿设计年产8.0Mt煤，矿区断层多、涌水量大，地质条件复杂，造成采区接替准备期长、接续紧张。为保证矿井按期达产，根据断层分布情况对Ⅰ02采区开采方案进行了优化设计。

断层； 采区； 回采方向

1 前言

随着我国能源工业的发展，煤炭资源被不断开采，易采煤炭资源日益减少，煤炭开采正转向复杂地质条件区域。同时，采矿技术迅速发展，矿井开采的集中化程度日益提高，生产和新建矿井的规模日益增大。如何在复杂的地质构造中合理布置采区，实现安全、经济、高效的回采是生产企业面临的主要技术难题。

红柳煤矿设计年产8.0Mt煤, 矿井于2007年10月开工建设，2011年3月联合试生产成功，矿井服务年限106年，原计划2015年矿井生产能力达到8.0Mt/a。红柳井田呈南北条带布置，南北走向长约15km，东西倾向宽约5.5km，面积约85km2。井田主要褶曲构造由西向东有3条向斜、3条背斜相间布置，并伴生次一级的向背斜。井田内断层主要有70条。井田主要可采煤层15层，其中厚煤层2层，中厚煤层8层，其余5层均为薄煤层。井田采用斜井、立井混合开拓，主运输采用皮带运输；矿井采用分区式通风系统，抽出式通风方式。

2 矿井02采区原设计及现状

红柳煤矿2煤辅助运输大巷(北)和2煤带式输送机大巷(北)300m时分别遇到DF6- 1断层，该断层属正断层，导水性强，涌水量130m3/h，采用帷幕注浆的方法，经过一年半时间，两条巷道分别通过了DF6- 1断层。根据红柳煤矿西翼补勘时发现距DF6- 1断层前方240m还有DF24、DF25断层，该断层与DF6- 1断层一直对掘进施工影响较大，进而影响矿井正常接续安排。推迟Ⅰ06采区开拓近一年半的时间，影响了红柳煤矿2016年达到设计产量8.0Mt/a的计划。根据产量需要，重新调整接续准备开拓Ⅰ02采区。

为了加快采区准备进度，红柳煤矿曾试图从南向北施工Ⅰ020202工作面运输巷(原勘探资料中DF6- 1与DF6- 2未连通，该顺槽前进方案无断层)，过DF5、DF6- 1后施工措施巷推进两条大巷；Ⅰ020202工作面运输巷掘进900m时揭露了DF6- 2断层，且其围岩破碎、掘进面涌水量大(约100m3/h)，推断DF6- 1与DF6- 2属同一断层，造成该巷道停掘。

3 基于地质构造优化采区方案

由于掘进巷道通过断层比较困难，施工工期长，投资费用高，严重制约矿井稳产、高产的现状，矿山报请集团公司把DF7、DF6断层以南至Ⅰ01采区北边界的区域从设计的双翼采区中划出，作为独立采区进行采区准备，实际又将Ⅰ02双翼采区调回到两个采区，只是将原Ⅰ02采区的DF6断层以北东到马家滩背斜(接近DF7断层)部分划分为Ⅰ02采区(东翼)。

3.1 Ⅰ02采区现状

结合矿井的巷道布局分析，Ⅰ02采区2#煤层布置走向长度800m左右的工作面3个、走向长度1 400m的工作面2个。根据矿井采煤接续计划，矿综采队与2016年9月转入Ⅰ02采区(东翼)首采面生产。

为了保证矿井2016年后Ⅰ02采区(东翼)能够顺利投产，并且保证矿井能够较长时间稳产，因此对Ⅰ02采区(东翼)巷道布置系统的可靠性进行了详细分析与优化。同时在DF1- 1断层以东布置3条大巷，由南向北施工，DF1- 1断层以东的回采工作面采用倾向长壁采煤方法，见图1。

图1 原Ⅰ02采区设计平面图

由于DF1- 1断层以西的Ⅰ02采区上山目前已经施工，因此本次设计优化的范围为：Ⅰ02采区范围内北到DF7断层，东到马柳断层，南到DF4断层，西到DF1- 1断层。走向长度约2 000m，倾向宽约1 800m，面积约3.6km2。

Ⅰ02采区(DF1- 1断层以东)范围内上组煤可采煤层为3层，分别是2#煤、3- 2#煤和4- 3#煤，其中2#煤厚度5m以上，3- 2#煤和4- 3#煤厚度在2m以上。2#煤与3- 2#煤的间距约为20m，3- 2#煤与4- 3#煤的间距约为50m。煤层平均倾角在15°以下，但在东部马柳断层附近加大到22°～25°。采区范围内对开采有影响的地质构造为DF6断层。根据红柳煤矿工作面接续计划，Ⅰ02采区(DF1- 1断层以东)2#煤可采出煤量约为13.80Mt，共计38个月。

3.2 Ⅰ02采区巷道布置方案比选

根据井下实际情况，Ⅰ02采区设计了两种布置方案，具体如下。

方案一：DF4断层倾向布置上山组，工作面走向推进。3条上山组沿DF4断层布置，采区划分4个区段，工作面沿煤层走向由北向南推进，推进长度约2 100m，采区西侧两个区段工作面回采过程中需跨DF6- 3断层。

方案二：沿DF1- 1东侧走向布置采区大巷组，工作面倾向推进。3条采区巷沿采区西边界的DF1- 1断层沿煤层走向布置，采区划分6个区段，工作面沿煤层倾向由东向西推进，推进长度约1 500m，见图2。

图2 优化后Ⅰ04采区准备方式平面图

两种方案的技术经济比较如表1。

表1 方案技术经济比较

由表1可以看出方案一和方案二的优缺点如下。

方案一的优点：①Ⅰ02采区东翼布置上山，利于开采Ⅰ01采区第六区段；②对Ⅰ04采区东翼准备影响小，有利于加快Ⅰ04采区接续。方案一的缺点：①走向推进方式，各区段工作面长短不一，受DF6断层影响，大巷和顺槽5次穿过断层，工作面更换2次，第三区段工作面可能局部穿过断层，不利于稳定产量；②Ⅰ02采区东翼工作面开采没有充分利用必须施工大巷组，总工程量及投资偏大；③根据排定的接续计划，采用走向推进方式，Ⅰ02采区工作面长度不均衡；④Ⅰ01采区和Ⅰ02采区东翼靠近马柳断层的工作面煤层倾角变化大，回采巷道布置困难，开采难度大，回采煤量可靠程度低。

方案二的优点：①工作面避开DF6断层布置，提高工作面推进长度(1 400m以上)，有利于工作面稳定接续(工作面无需3次穿过断层，且少2次工作面更换)；②工作面倾向布置，用工作面顺槽向东探清煤层赋存条件，在适合位置布置切眼，有利于最大限度回收煤炭资源；③Ⅰ02采区东翼工作面开采充分利用必须施工大巷组，总工程量及投资小；④根据排定的接续计划，采用倾向推进方式，Ⅰ02采区可靠的生产期较走向推进更长，可为Ⅰ04采区创造更长的接续时间。方案二的缺点：①Ⅰ04采区受到Ⅰ02采区东翼工作面的采掘影响，Ⅰ04采区东翼推迟接续2个月时间；②因回采Ⅰ01采区深部三角煤影响，Ⅰ02采区东翼第一个工作面回采巷道施工完成后需等Ⅰ010206工作面回采后才可回采；③Ⅰ02采区东翼倾向推进后，每个工作面开切眼附近煤层倾角较大，推进慢。

综合以上技术经济比较与方案优缺点比较，方案二优于方案一，设计推荐方案二，即Ⅰ02采区东翼工作面倾向推进。Ⅰ02采区工作面优化后，为3个综采工作面增加原煤回收量至445万t，直接创造利润4 450万元。

4 结语

国家经济结构调整、节能减排、降本增效等各项政策颁布，煤炭开采企业发展受到众多制约；同时，随着当前实体经济低迷，工业对煤炭资源的需求下降，制约着煤炭市场价格。依据矿区的实际情况，开展复杂的地质构造中优化采区布置，实现安全、经济、高效的回采对于生产企业具有重要意义。

Optimizing mining panel layout based on deposit geological structure

Coal-bearing strata mostly exists with faults and fold structures, especially in multi-seam coal mine. In complicated geological structure, it is a technical problem for the production enterprise to arrange mining area rationally according to deposit structure and realize safe, economical and efficient mining. The design capacity of Hongliu Coal Mine is 8.0 Mt/a. In the mining area there are many faults and abundant seepage water, which leads to stopping unsmooth and long preparation period. To ensure production on schedule, the mining scheme of Ⅰ02 panel was optimized according to the faults distribution.

fault; mining area; stopping direction

TD822

A

王占银(1971-)，男，宁夏中卫人，高级工程师，从事采矿技术研究及管理工作。