新元矿9号煤层开拓方式设计探讨

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（华阳新材料科技集团有限公司战略发展部 山西 045000）

1.概述

新元矿位于山西省晋中市寿阳县境内，隶属于华阳新材料科技集团有限公司，矿井工业场地位于寿阳县城西北约5km处。新元矿为生产矿井，2007年建成投产，井田东西走向长15.6km，南北倾斜宽9.6km，面积136.7699km2，批准开采深度标高为1200m～50m。新元矿为煤与瓦斯突出矿井。山西煤矿安全监察局2020年9月颁发编号为（晋）MK安许证字[2020]GA098Y3B2安全生产许可证，核定能力为270万吨/年。该矿地层总体上呈近东西走向、向南倾斜的单斜构造，煤层倾角一般为3°～6°。该矿3、6、8、9、15、15下号煤层为可采煤层，其中3号煤层平均厚度为2.58m，9号煤层平均厚度为2.03m。3、9号煤层均为突出煤层，现开采冀家垴分区3号煤层。该矿9号煤大部可采，赋存较稳定，为了从根本上治理瓦斯，将9号煤层作为保护层开采，同时可解放3号和15号煤层瓦斯，故矿方拟开发9号煤层。

2.矿井开拓现状

(1)工业场地

矿井现有4个工业场地，即草沟主工业场地、冀家垴风井工业场地、韩庄风井工业场地、陈家沟风井工业场地。

(2)矿井开拓方式

矿井采用斜井开拓方式，全井田现有8个井筒，分别为主斜井、副斜井、中央进风、回风立井（冀家垴）、韩庄进、回风立井、陈家沟进、回风立井。

①主斜井：落底于3号煤层，净宽4.8m，装备1400mm宽钢绳芯胶带输送机和检修轨，担负全矿井煤炭提升任务，兼作进风井和安全出口。

②副斜井：已落底于+630m水平，净宽5.0m，采用无轨胶轮车运输，担负矿井人员、设备、材料等辅助运输任务，兼作进风井和安全出口。

③中央进风立井：已落底于+630m水平，直径7.0m，装备一对1.5t矿车单层单车宽、窄罐笼各一个和梯子间，主要担负矿井冀家垴分区（初期）进风任务，兼作排矸井和安全出口。

④中央回风立井：已落底于+630m水平，直径7.0m，装备两趟瓦斯抽采管路，担负矿井冀家垴分区（初期）回风及初期瓦斯抽采任务。

3.9号煤层开拓方式

9号煤层开拓方式维持矿井现有斜井开拓方式不变，利用现有的工业场地、井筒，矿井条带、分区划分不变。

(1)辅助水平开拓方式

①主运输系统。由于新元矿主斜井落底于3号煤层后向西布置集中胶带大巷，集中胶带大巷落底于9号煤下方7m的岩层中，其方向为东西方向布置，与辅助水平大巷平行。主斜井与9号煤的连接方式有如下两个方案：

方案一：利用上仓巷形成的9号煤煤仓（煤仓垂深34m），将现有主斜井井底平段与9号煤主运输大巷连接，形成9号煤主运输系统。

方案二：将主斜井延伸，利用主斜井煤仓将9号煤层运输大巷连接，形成9号煤层主运输系统。

设计选择方案一，主要理由如下：方案二较方案一工程量大，方案二延伸主斜井工程，影响矿井3号煤层的正常生产。

②辅助运输系统。在中央进风立井井底北车场，按6°下坡向西至9号煤层顶板7m后，与9号煤层运输大巷连接，形成9号煤层辅助运输系统。水平标高为+590m。

③进回风系统。中央进风立井落底于3号煤层下方22m的岩层中，在3号煤层布置有南北两个马头门，为减小3号煤北车场及9号煤辅运暗斜井风速，在冀家垴井底的9号煤辅运大巷布置9号煤进风大巷与中央进风立井井底贯通，形成9号煤的主进风系统。

中央回风立井落底于3号煤马头门下方12m岩层中，9号煤南北回风大巷通过暗斜井与中央回风立井井底相连，形成9号煤层回风系统。

④瓦斯抽采系统。9号煤南回风大巷通过布置瓦斯管斜巷与3号煤南总回风巷连接，形成瓦斯抽采管路系统。

(2)大巷布置方案

①9号煤辅助水平开拓布置的原则。为减少大巷煤柱的留设宽度，9号煤辅助水平开拓大巷总体上与+630m水平大巷重叠布置。

②9号煤大巷层位。9号煤为突出煤层，大巷应布置在岩层中，直接底泥岩比较破碎，大巷布置在煤的下方岩层中支护难度大，故将9号煤大巷布置在9号煤顶板上方约7m处。

③大巷布置方案。根据井田9号煤开采起保护层作用及可采区域、不搬迁村庄保护煤柱、高灰区范围、3号煤层开采情况等因素，维持矿井条带划分不变。9号煤可采范围主要集中在井田北部和中部，根据矿井总的开拓部署，9号煤开拓大巷总体上与+630m水平开拓大巷重叠布置，将井田9号煤沿倾斜方向由北向南划分为北、中两个条带，即将纬线X=4194600以北部区域划分为北条带，纬线X=4194600以南区域划分为中条带。

在条带划分的基础上，按照风井服务范围划分为3个分区，分别为冀家垴分区、陈家沟分区、韩庄分区。冀家垴分区负担北条带东部及中条带东北部范围，划分为一、三采区，一采区南北方向双翼开采，回采工作面推进长度为1200-2100m；三采区为由东向西单翼开采，回采工作面推进长度为900-2900m。陈家沟分区负担北条带西部范围，回采工作面推进方向方案比较确定，划分为二采区。韩庄分区负担中条带东南部、南部、西部范围，划分为四采区、五采区。四采区北部、西部以3号煤采空区边界为界，东南部以0.8m线为界。四采区东西方向双翼开采，回采工作面推进长度为1200-2900m。五采区西部以3号煤于家庄分区大巷保护煤柱线为界，北部以太旧高速公路保护煤柱线为界，东部以3号煤采空区边界为界，南部以0.8m线为界。五采区南北方向双翼开采，回采工作面推进长度为1200-1900m。

根据矿井现有的开拓方式，确定9号煤采用暗斜井的开拓方式，在3煤底板下方岩层中布置9号煤胶带暗斜井，倾角15°，斜长136m，装备钢绳芯胶带输送机担负9号煤煤炭提升任务，落底至9号煤顶板上方7m后布置胶带运输大巷，担任9号煤北条带主运输任务；自集中胶带大巷从2号井底煤仓机尾向西延伸后布置9号煤煤仓，通过联络巷与清撒巷道勾通。

在+630m水平中央进风立井北进风石门、集中辅助运输大巷和西总回风大巷之间施工材料暗斜井，倾角6°，斜长368m，落底于9号煤层顶板上方7m后向西布置9号煤辅助运输大巷，运输方式仍采用无轨胶轮车运输，担负9号煤辅助运输任务，兼作进风。

利用中央进风立井井底水窝，井壁东侧布置一个9号煤进风暗斜井，暗斜井倾角25°，斜长约62m，落底于9号煤层顶板上方7m后沿煤层布置9号煤进风大巷、9号煤主变电所、主排水泵房、主水仓。

利用中央回风立井井底水窝，井壁布置一对9号煤马头门和9号煤南、北回风暗斜井，北回风暗斜井倾角15°，斜长约51.7m，落底于9号煤层上方7m后沿9号煤层布置9号煤北回风大巷；南回风暗斜井倾角18°，斜长约93.8m，落底于9号煤层上方7m后沿9号煤层布置9号煤南回风大巷；担负9号煤北条带回风任务。

9号煤沿走向在每个条带共布置一组大巷，两组大巷之间采用9号煤集中胶带下山、集中辅运下山、集中西回风下山连接。大巷均布置在9号煤层上方约7m处。

中条带大巷通过9号煤集中辅运大巷与9号煤材料暗斜井连接，形成辅助运输系统。

中条带大巷通过进风斜巷和回风、瓦斯管斜巷与3号煤中条带辅助运输大巷和回风大巷相连，形成进、回风系统。

按照拟定的大巷开拓布置对9号煤井田北部的北条带陈家沟分区提出走向长壁与倾斜长壁两种布置方案。

方案一：对9号煤陈家沟分区采用倾斜长壁布置方式

9号煤北条带大巷布置与上方+630m水平3号煤大巷重叠、间距30m平行布置至井田边界（风井东侧布置四条大巷，风井西侧布置三条大巷），风井东侧布置9号煤北条带辅助运输大巷、9号煤北条带胶带大巷及9号煤北条带南、北回风大巷，风井西侧布置9号煤北条带辅助运输大巷、9号煤北条带胶带大巷及9号煤北条带北回风大巷。开拓大巷即采区巷道，倾斜长壁布置回采工作面，9号煤陈家沟分区二采区回采工作面为倾斜方向单翼开采。

方案二：对9号煤陈家沟分区采用走向长壁布置方式

陈家沟分区北部可采范围走向约4.12km，以陈家沟风井为界，布置一组采区上山巷道，东西方向双翼开采，回采工作面推进长度为1900m，走向长壁布置回采工作面。

方案比较：

①方案一优缺点

优点：A.本方案9号煤北条带直接利用大巷南北倾斜方向布置回采工作面，该布置方式生产系统简单、生产环节少，与方案二相比可减少一部主运输设备，相应地设备投资低、运营费用低。B.巷道工程量少。

缺点：A.9号煤北条带北部采区回采工作面为俯采，北高南低，倾角4～6°，工作面容易积水。B.工作面均为单翼布置，不利用工作面的接替。

②方案二优缺点

优点：A.由于西部井田9号煤层基本属于东西走向、南北倾向，本方案对井田西北回采工作面沿9号煤层走向布置，对综采工作面的开采有利。B.9号煤陈家沟分区二采区、三采区为双翼布置，双翼跳采，有利于工作面接替。

缺点：A.本方案生产环节多、生产系统相对复杂，与方案一相比多一部主运输设备，相应生产设备投资高、运营费用高，管理难度大。B.巷道工程量大。通过综合分析比较，推荐采用方案一，即对9号煤陈家沟分区采用倾斜长壁布置方式。