生辉矿井整合采区系统优化设计研究

王志勇

（山西临汾能源有限责任公司， 山西 临汾 041000）

煤炭支撑我国经济的快速发展，有关资料显示，十三五期间，我国能源结构中的煤炭消费量占比仍在60%以上。在煤炭行业进入萧条时期，许多“小煤窑”停产、停工，“大型煤矿”减产、降价，煤炭企业的兼并重组逐渐成为常见现象。矿井的重组可以实现减少煤炭资源丢失、优化矿产布局、治理矿井污染等优点，从而达到矿井集约化、简单化的生产模式，具有科学发展观的理念。煤炭企业重组兼并后，如何快速形成生产系统、实现盈利成为矿井首要任务[1，2]。

由于原小型矿井开采工艺落后、造成环境的污染严重，为解决矿井污染、矿产分布不合理现象，实现矿山的可持续发展，山西生胜宇祥煤业有限公司、郑成家庄矿等重组合并成为山西临汾生辉煤业有限公司。为了保证合理开采井田内的煤炭资源，提高矿井的综合机械化水平，保证矿井的安全生产，尽快实现矿井投产，提高工作面单产，将资源优势转化为经济优势，矿井重组后开拓系统基本不变，采区系统优化设计研究亟需进行开展[3]。本文以山西临汾生辉煤业有限公司重组后采区优化为工程对象，通过对采区布置方式、运输系统、通风系统、排水系统进行设计优化，以及首采面布置优化设计，实现矿井年产90 万t/a，对类似整合矿井采区布置、采区系统设计有一定指导意义。

1 矿井概况

山西临汾生辉煤业有限公司位于位于临汾市尧都区一平垣乡蟒王村，所属井田位于霍西煤田西南部，该矿为重组整合矿井，所采煤层埋藏浅、资源（储量）较为可靠、赋存稳定、水文条件中等、对开采影响较小，煤层瓦斯相对涌出量1.31 m3/t，属低瓦斯矿井，开采技术条件较好，煤质品质优良，具有较强的市场竟争力，矿井重组前，两矿年生产能力合计41万t，矿井整合后设计可采储量2591.1 万t，设计生产能力90 万t/a，极大提高了矿井竟争能力。

矿井采用斜井单水平开拓方式联合开采太原组9、10 号煤层（见图1），生产水平+1 287 m，9 号、10号煤层平均厚度分别为1.06 m、1.55 m，煤层倾角7°～13°，属缓倾斜煤层。

2 采区的必要性分析

采区是指在一阶段划分内，沿走向将其划分为若干独立采煤的系统。生辉煤业所采煤层为太原组9、10 号煤层，倾角7～13°，两煤层间距14.90～30.55 m，平均20.17 m，赋存结构稳定，适用于采区准备方式。

矿井采用单水平多采区准备方式，联合开采2煤层，减少了采区开拓工程量，降低了投入成本，减少了保护煤柱的留设，提高了煤炭资源回收率，实现“一井一面”，从而形成矿井集约化、简单化的生产模式。

3 采区系统优化设计

3.1 采区布置方式优化

全井田划分为4 个采区，9、10 号煤层分别划分为两个采区（见图1），北部为一采区，南部为二采区，为缓解采区接续紧张，采用跳煤层采区接替方式回采，采区接替顺序为：9 号煤层一采区→10 号煤层一采区→9 号煤层二采区→10 号煤层二采区，可形成“2 煤层-1 水平-2 阶段-4 采区”的开拓准备方式。

矿井重组后，进行移交9 号煤一采区，考虑到9号煤一采区内原生胜宇祥煤业已有南北方向布置的巷道，因此利用并延伸井田北部已有的三条9 号煤巷道（原皮带大巷西部一条巷道、皮带大巷和轨道大巷）开采9 号煤层一采区，三条巷道从西向东依次为一采区轨道上山、一采区胶带上山和一采区回风上山。

在井田中部沿东西方向并沿10 号煤层布置一组巷道开采10 号煤层一采区，在井田南部沿井田西南边界保护煤柱布置一组巷道（四条，胶带巷沿10号煤布置，回风巷沿9 号煤层布置，轨道巷沿9、10煤层各布置一条）联合开采井田南部9 号煤层二采区、10 号煤层二采区。

根据《煤矿安全规程》要求并结合井田开拓部署及9 号煤一采区煤层赋存情况，本次优化设计在一采区轨道上山与一采区回风上山中部增设了采区变电所，在一采区上山低洼处增设了采区水仓、水泵房。

3.2 采区运输系统优化设计

3.2.1 运煤系统

1）工作面落煤由刮板运输机运至运输顺槽刮板转载机，转载至运输顺槽一部SSJ1000/2×160 型可伸缩胶带输送机，经一采区胶带上山带式输送机运至井底煤仓，经井底煤仓转载至主斜井带式输送机，再经主斜井带式输送机运送至地面[4]。

2）顺槽掘进工作面出煤、矸经掘进工作面带式输送机运至一采区胶带上山带式输送机上，汇入回煤流系统。

3.2.2 辅助运输系统

优化辅助运输系统：工作面的采掘设备及材料，通过副斜井串车至副斜井井底车场，经集中轨道巷、北翼轨道巷无极绳绞车牵引至一采区轨道上山，再经一采区轨道上山无极绳普轨卡轨车运送至顺槽口。

3.3 采区通风系统优化设计

1）进风（新鲜风流）。地面→主、副斜井→清理撒煤斜巷、北翼轨道巷→一采区轨道上山、一采区胶带上山→运输顺槽（掘进巷道）→采煤工作面（掘进工作面）。

2）回风（乏风风流）。采煤工作面（掘进工作面）→回风顺槽（掘进巷道）→一采区回风上山→北翼回风巷→回风大巷西段→回风斜井→地面。

3.4 采区排水系统优化设计

工作面和顺槽的积水经顺槽内安设的水泵及排水管路排至一采区水仓，再由采区水泵房水泵房内安装的水泵及一采区轨道上山敷设的排水管路排至主、副水仓，最后经主排水泵房安装的水泵及主斜井敷设的排水管路排至地面井下水处理站。

3.5 采区首采面优化设计

重组前，矿井采用高档普采回采工作面，优化后，采用走向长壁采煤法，综采一次采全高回采工艺，全部跨落法管理顶板，提高工作面单产。

利用并延伸原生胜宇祥矿井下西部已有巷道作为9 号煤一采区首采工作面的回风顺槽和运输顺槽，这两条巷道并与一采区胶带、轨道、回风上山连通，构成9 号煤一采区首采工作面的运输、排水、通风系统[5]。9 号煤首采工作面垂直于一采区上山布置，采用一进一回，U 型布置，运输顺槽进风，回风顺槽回风。运输顺槽及回风顺槽均沿9 号煤层底板布置，运输顺槽与一采区胶带上山连通并通过联巷与一采区轨道上山连通形成工作面的煤炭运输及进风系统；回风顺槽通过联巷与一采区回风上山连通形成工作面的回风系统，并通过联巷及风门与一采区轨道上山连通形成工作面的辅助运输系统。

工作面在采区内采用前进式接替，工作面采用回退式开采。矿井重组时，在9 号煤一采区布置一个综采工作面、两个顺槽综掘工作面来保证矿井90 万t/a 设计生产能力及正常的采掘接替，矿井采掘比为1∶2[6]。

4 结论

1）分析了试验矿井采区开采的必要性，进行了矿井重组后采区布置方式的设计优化，形成了“2 煤层-1 水平-2 阶段-4 采区”的开拓准备方式，在此基础上，同时优化设计了采区运输系统、通风系统、排水系统等主要系统。

2）进行了矿井重组后首采工作面优化布置和采煤工艺，实现了工作面快速投产，采用优化设计后的采区系统，年产量可达1.20 Mt，经济效益十分可观，对类似整合矿井采区布置、采区系统设计有一定指导意义。