改扩建矿井大倾角综采工作面首采区布置技术探讨

（新疆天富小沟矿业有限责任公司，石河子市，832026） 高 飞 吕存书

在自治区及石河子经济稳步增长的情况下，该地区经济发展对煤炭总量需求亦呈稳步增长。现新疆兵团所辖煤矿产量已不能满足市场需求，煤炭供应紧张的状况严重制约了新疆兵团及石河子的经济发展。为了满足经济发展对能源的需求，同时为保持本企业今后稳定、持续健康的发展，该煤矿根据国家有关煤炭工业技术政策及自治区、新疆兵团煤炭工业未来发展规划要求，决定对本矿区资源进行整合，扩大生产规模，提高矿井技术装备水平和采区回采率。

1 首采区特征

1.1 首采区数目和位置选择

1.1.1 投产水平选择

根据该矿井实际情况，初期投产水平：即一水平（+1 365m）以下。

根据常规设计，初期投产水平应选择在一水平比较符合开采顺序要求，具有工程量少、投资小、见效快等优点。由于该矿井+1 280m以上大部分资源量均已经开采，+1 365 水平以上资源量少，服务年限短。+1 365水平以上地质资源量916.18万t，设计可采储量434.62 万t，服务年限为5.2a，服务年限不符合设计规范要求。其中11 采区服务年限只有3a左右，服务年限短，接替采区开拓及准备工程量较大，水平及采区接替相当紧张。

1365 水平以下地质资源量为2 166.49 万t，可采储量为1 537.7 万t，服务年限为18.3a，水平服务年限符合设计规范要求，其中21采区服务年限14a，水平及采区服务年限长，接替相对比较容易。因此从水平及采区接替、高产高效以及集中化生产方面考虑，投产水平选择在1 365水平以下比较合理。

根据矿井采空区分布情况，目前井田内B8、B5、B4、B3煤层+1 280m～+1 550m标高均为采空区，B7煤层Ⅰ勘探线以东700m至原榆树沟井田边界在+1 449m～+1 558m 标高：B2 煤层+1 365m 以上大部分为不可采煤层，B1煤层未开采。从采空区分布情况来看，井田内+1 365m 水平以上B8、B5、B4、B3 煤层和B7部分煤层已采至+1 550m，开采+1365n水平以下煤层对其上部无影响，故水平以下开采对上部煤层无影响，根据冒落带和导水裂隙带的计算分析，井田内B1 煤层开采时不影响上部煤层，故B1 煤层开采+1 365m 水平以下时不会影响+1 365m 水平以上的各个煤层开采，综上分析，开采+1 365m水平以下煤层时对开采+1 365m 水平以上的煤层均无影响，对后续煤层巷道的布置也无影响。

1.1.2 投产采区选择

根据水平及采区划分，二水平划分为一采区及二采区，一采区靠近井口位置，初期工程量少，工期短，投产快，投产采区应选择一采区比较合理。目前+1 365m水平以下矿井开拓开采巷道已经施工结束，工作面装备已经完成，矿井处于工作面试生产阶段。

1.1.3 投产煤层选择

煤层开采顺序一般按煤层赋存先后顺序自上而下开采，井田范围内可采及局部可采煤层自上而下编号分别为B9、B8、B7、B5、B4、B3、B2和B1（B9 煤层之上的无编号1、2、3 号煤层为334 资源量，设计暂不考虑开采）。上部B9煤层较薄，平均厚度1.14m，煤层生产能力低。B8 煤层平均厚度3.46m，煤层生产能力较大。

矿井在建设过程中，通过区段石门探明B9上部煤层的赋存情况，根据实际巷道的揭煤情况，井田东翼B9煤层为不可采煤层，实际厚度仅为0.35m。为了确保矿井初期投产效益，保证矿井稳产达产，设计投产煤层为B8煤层。

1.1.4 投产工作面选择

为确保初期投产工作面的可靠性，投产工作面选择在二水平的+1 280m标高（矿井现生产水平）以下的B8煤层，即一采区第二区段。

根据实际巷道揭煤情况，B9 煤层为不可采煤层，根据工作面接续安排，煤层开采顺序为同水平先采上区段，后采下区段。同区段原则上先采上层煤，后采下层煤。开采B7煤层时先开采第一区段。

1.2 首采区地质特征

1.2.1 采区尺寸

投产采区一采区开采下限为+1 100m，开采上限为+1 365m。采区走向长2.3km，倾斜宽约0.47km，采区面积约1.08km2。

采区划分为三个区段回采，第一区段+1 366～+1 270m，区段垂高96m；第二区段+1 270～+1 190m，区段垂高80m；第三区段+1 190～+1 100m，区段垂高90m。

区段间留隔离煤柱5m～10m。采区煤柱按20m留设。

1.2.2 地质构造

采区位于位于水沟背斜的北翼，总体构造形态为一北东倾的单斜，地层倾角35°～46°，井田内地表及生产井巷道和钻孔中均未见断层错断煤岩层现象。构造复杂程度属简单类。

1.2.3 煤层赋存

采区内设计可采煤层共计8 层，分别为B1、B2、B3、B4、B5、B7、B8和B9号煤层，煤层平均可采厚度分别 为1.48m、0.9m、1.49m、1.82m、1.47m、1.26m、3.46m、1.14m。煤层平均间距在3.89～28.96m，各煤层考虑联合布置开采。煤层倾角15°～46°。根据巷道实际揭煤情况，首采区B9号煤层不可采，实际厚度为0.35m。

1.2.4 水文地质

采区内无火烧区；采空区情况清楚，采空区下限为+1 280m，目前采空区内无积水；井田地形属低中山，基岩裸露，第四系覆盖不规则，地势总体南高北低，地层产状北倾，地形有利于自然排水。井田内无常年流动的地表水流，气候干燥，蒸发量强于降水量。受大气降水、雪融水对矿床充水的影响，采区内直接充水因素主要为煤层顶板裂隙渗水及采空区积水。水文地质条件相对较简单。

1.2.5 其它开采技术条件

（1）煤层顶底板

总体来说，采区内各煤层顶底板主要以泥岩、粉砂质泥岩，粉砂岩为主，完整性较差，稳定性较差。

（2）瓦斯

表1 首采区特征表

采区内各煤层瓦斯含量较低，为瓦斯矿井。

（3）煤尘爆炸

采区内各煤层煤尘均有爆炸危险性。

（4）煤的自燃

井田内各煤层属自燃煤层。

（5）地温

采区内无地温异常区。

1.3 首采区的基本特征

首采区特征详见表1。

2 采区巷道布置

2.1 煤层分组、分层关系和开采顺序

2.1.1 煤层分组及煤层分层

井田内各层煤层间距较小，倾角较大，为了减少开拓开采工程量及设备投资，设计考虑联合布置巷道进行开采，各煤层均一次采全高。

2.1.2 开采顺序

采区内开采顺序：先采上区段，后采下区段。同区段内先采上层煤，后采下层煤。

为了便于掘进与回采的管理，采区内工作面采用双翼布置方式。工作面均采用走向长壁后退式回采。

2.2 采区巷道布置

根据开拓中开采顺序安排，投产采区为一采区。设计采用走向长壁双翼开采，即由采区上山向东西两翼布置工作面。

2.2.1 采区上、下山布置

根据开拓开采需要，采区布置三条下山，即运输下山、轨道下山及回风下山。轨道下山倾角25°，斜长640m，穿煤层布置，采用单钩串车提升，担负采区的辅助提升任务兼进风巷。回风下山+1 270m标高以上设计沿B1煤层底板布置，通过+1 443m石门与西风井联通；+1 270m 标高以下沿B4 煤层布置，通过+1 270m石门与B1回风上山沟通，为采区专用回风上、下山。运输下山倾角22°，斜长789m，穿煤层布置，通过采区煤仓与+1 365m运输大巷联系，采用大倾角钢丝绳芯胶带输送机运输，担负采区的煤炭提升任务。两井筒直接作为采区上山使用，回风斜井亦作为采区专用回风上山。本井田煤层为倾斜近距离煤层，在采区各区段运输、回风水平布置甩车场及石门揭露各煤层，各可采煤层采用联合布置方式。

2.2.2 区段石门布置

区段石门从采区轨道下山开始分别沿+1 270m、+1 190m 标高布置，前后穿过各煤层，以满足区段工作面回风和运输的需要。区段运输石门采用机轨合一布置形式。

2.2.3 工作面区段运输巷、回风巷布置

工作面设计采用双翼开采方式，从采区上山向采区两翼布置工作面巷道。确定采用布置工作面区段巷道并留10～15m 的隔离煤柱，在实际生产中，根据采煤工作面对下区段掘进顺槽的矿压影响，可适当增加煤柱宽度，以防相邻巷道间漏风。为了便于工作面回采管理，工作面区段运输巷与回风巷平行布置。为了充分发挥工作面的生产能力，工作面区段运输巷考虑皮带运输。

2.3 采煤工作面布置

2.3.1 工作面布置形式

工作面布置成走向长壁工作面，上部布置一回风顺槽，下部布置一条运输顺槽，均沿煤层底板布置；在边界布置开切眼连接上、下顺槽。

2.3.2 工作面数目及位置

设计矿井初期投产1个综采工作面保证0.6Mt/a的设计生产能力。为确保初期投产工作面的可靠性，投产工作面选择在二水平的+1 280m标高（矿井现生产水平）以下的B8煤层，即21 采区第二区段。设计投产工作面生产能力详见表2。

表2 投产工作面生产能力计算表

3 采区车场和硐室布置

3.1 采区车场

采区设有+1 365m 上车场、+1 270m 中车场、+1 190m 中车场以及+1 100m 下车场。中部车场均采用单道起坡双车道布置形式。

3.2 主要硐室

上部车场设有采区煤仓、采区装车站、信号硐室、装载硐室、等候室、永久避难硐室及爆炸材料发放硐室等。

中部车场设有区段溜煤眼、信号硐室、装载硐室及采区避难硐室等。

下部车场设有变电所、水泵房、水仓、信号硐室、等候室、救急站、及消防材料库等。

4 采区运输方式

4.1 煤炭运输

采区内的煤使用胶带输送机运输，工作面运输巷、回风巷的掘进出煤通过区段石门运到溜煤上山，通过运输下山上运至采区煤仓。采区内运煤系统为：

回采工作面煤炭经可弯曲刮板输送机→运输巷胶带输送机→区段运输石门→采区运输下山→采区煤仓→运输大巷装车→地面。

掘进工作面煤炭→区段石门→采区运输下山→采区煤仓→运输大巷装车→地面。

4.2 辅助运输

采区辅助运输采用电机车运输。工作面所需材料和设备通过轨道下山及中部车场运到工作面回风巷。

地面→运输大巷→轨道下山→中部车场→区段石门→工作面回风巷→工作面。

掘进排矸系统：掘进工作面→区段石门→轨道下山→运输大巷→地面。

5 采区通风和排水

5.1 采区通风

采区的新鲜风流由主平硐、大巷、轨道下山经区段石门进入工作面运输巷到工作面；乏风沿工作面回风巷、区段石门，经回风上、下山由回风井排出地面。

矿井初期通风路线为：主平硐→+1 365m 大巷→轨道下山→+1 190m车场及石门→工作面运输顺槽→工作面→工作面回风顺槽→+1 270m车场及石门→回风上下山→西风井→地面。

5.2 采区排水

在工作面上、下顺槽低凹点处设若干小水窝，将巷道积水截流到水窝集中排放。回采工作面区段巷道和煤巷掘进头均设置了小水泵，将工作面水排到+1 100m 水仓，由排水泵及排水管路经轨道下山、主井排到地面。

矿井初期采煤工作面排水路线为：采煤工作面→工作面区段巷道→中部车场→轨道下山→+1 100m排水泵房→地面。

掘进工作面排水路线为：掘进工作面→中部车场→轨道下山→+1 100m排水泵房→地面。

6 结论

本矿井现已经建成，处于试生产阶段，矿井煤层赋存较稳定，属倾斜薄及中厚煤层，设计工作面采用国内成熟综采工艺，可配备机械化采煤工作面，一个采区、两个工作面（中厚与薄煤层配采及矿井稳产达产的需要）可以满足矿井0.6Mt/a煤炭生产能力的需要。对于局部厚煤层，一个综合机械化采煤工作面也可以满足矿井生产能力的需要。建议在有条件时，主平硐运输煤炭改为皮带运输，提高矿井的煤炭运输的能力。