极近距离煤层群采区巷道布置优化及开采顺序研究

陈 晨

（晋能控股煤业集团挖金湾虎龙沟煤业有限公司，山西 朔州 034800）

1 煤层群采区巷道的现状

1.1 矿井概况

矿山采用倾斜轴展开模式，在矿山内配置了主倾斜轴，辅助倾斜轴和回气倾斜轴。主倾斜轴为5 m，倾斜角为20°，倾斜长度为58 m，掉落在煤层9-2的底部，钢制绳芯强力传送带和单轨铁路接入路以b＝1 400 mm 铺设，配备有进行矿山主输运工作的台阶扶手。作为空气入口轴和紧急出口也起作用。辅助倾斜轴的上底部为4.5 m，基盘部5.5 m，倾斜角6°的辅助倾斜轴为倾斜长度369 m，落在煤层9-2的底部。它配备了橡胶轮胎车辆，主要的空气入口和紧急出口，以及矿山承担所有的辅助运输任务，没有爆炸证明。返回空气的倾斜长度为5.0 m，倾斜角为11°，倾斜长度为167 m，落在煤层9-1 的屋顶上，成为本土回流和紧急出口的原因。根据煤层的产生特性，煤田的煤层4-1，4-2，8，9-1，9-2，11 以一个主要水平和一个辅助水平被采集，辅助水平标高+1 135m，煤层4-1，4-2 被开采，主要标高+1 125m，煤层8，9-1，9-2，11 被开采。按煤层向下开采。设计挖掘辅助水平是矿山地区I 的南翼。

1.2 矿井内主要系统布置

矿井的通风系统采用中央平行通风，换气方法是机械提取。开采面采用“U”型完全负压独立换气模式，即采用换气模式的本地风机。独立换气室有矿区变电所和矿区水泵室，其他房间采用新鲜空气平行或扩散换气。32 台局扇安装用于回气倾斜轴和准备使用，630 kW×2，10 kV。矿井的排水系统的主排水泵室设置在主倾斜轴的底部，3 套MD85-45 型7水泵，YBK2 电机，电压660 V，功率132 kW 支持安装正常进水期间，1 个工作，1 个待命1 是为了维护。最大的水的冲入期间，2 个工作着，1 个是待机。管渠用无缝钢管，其中管渠直径要与无缝钢管的尺寸进行配套选定，最终排水管沿着主倾斜轴在表面净水厂铺设两次。压缩空气的方式主要依靠压缩机，即中心压缩空气站，主要设置在主轴的产业现场，通过压缩空气管线将压缩空气输送，主要放置在倾斜的轴和地下通道的轴上，确定压缩空气管道系统的尺寸，必须考虑应用所需的工作压力、最大CFM（ft3/min）以及从压缩机到使用点（离压缩机最远）的距离。空气压缩机是拥有250 kW 马达功率的2 个HLG250-8螺杆空气压缩机。当压缩空气通过空气分配系统时，预计会出现压降，尽管这种下降是很小的。一般情况下，20～30 ft/s 的空气流速可帮助将压降降至最低。

2 开采顺序研究

2.1 采区布置方式

依据采掘工程平面图，井田内4-1、4-2 号煤层采空区分布在一采区南翼北部，采空区为原兼并重组前及老窑开采4-1、4-2 号煤层时的采空区，两层煤采空区基本重叠，经矿方实际探测发现，4-1 号煤层采空区为房柱式采煤方法形成的采空区，无积水。矿方在掘进一采区运输大巷时向南对4-2 号煤层采空区进行钻探，钻孔深度至采空区70～80 m 为实体煤。受此影响，南翼辅运巷存在过采空区或下穿采空区的情况（南翼辅运巷暂按沿4-2 号煤层底板掘进，掘进过程中严格执行煤矿防治水的原则，根据钻探情况及时调整巷道层位，若4-2 号煤层为采空区时，南翼辅运巷沿4-2 号煤层底板下岩层掘进），因此本次设计提出以下两个方案：

1）方案一。采用三条道路系统，即南翼交通、辅助运输和返回空气路并行配置。矿区南翼开发的道路一般是南北方向配置的，从南翼回来的航空路、交通路、辅助运输路、直接的航空路、交通路和矿山地区I 的辅助运输路直接相连。从西往东的序列是南翼交通线。南翼回归航线和南翼辅助运输道路运输路沿着煤层4-1 的地面配置，回程通道沿着煤层4-1 的屋顶配置，辅助输送路沿着煤层4-2 的地板配置30 m 的保护炭柱由矿区1 号工作面41101 的橡胶来确保。两条主要道路的间隔是25 m，矿区的三条主要道路位于矿区的南部边界。在煤矿地区I的南翼，对于煤层4-1 和4-2，配置了三个作为三个煤矿开采地区共同布局的开采面。

2）方案二。矿区I 的南翼开发的道路一般是南北方向配置的，采用了三种道路系统，即南翼交通、辅助运输和返回空气路三条道路并列配置。从南翼回来的航空路、运输路、辅助运输路，直接与机场、交通路和矿山地区I 的辅助运输路相连。从西往东的序列是南翼返回航线。南翼交通路和南翼辅助输送路返回航空路沿着煤层4-1 的屋顶配置，输送路和辅助输送路沿着煤层4-2 的地板配置，30 m 的保护煤柱在矿山地区I 的工作面41101 的GOAF 确保。回去的路和交通路的距离是5 m，交通路和辅助交通路的距离是20 m。矿区的三条主要道路位于矿山的南部边界。在煤矿地区I 的南翼，对于煤层4-1 和4-2，配置了三个作为三个煤矿开采地区共同布局的开采面。南翼运输路为完成煤炭运输而配备了传送带。无卡车的橡胶轮胎车辆被用来完成在南翼的辅助运输路的地下辅助运输。

方案一和方案二均为南北向布置三条采区大巷，北部与一采区回风巷、运输巷、辅运巷相连，南部布置到井田南部边界，通过联络巷连接，三条大巷工程量均为2 400 m，采区巷道投资接近，均为3 840万元。因此从工程量及投资上来看，方案一和方案二基本一致。

2.2 掘进工作面组数及机械设备配备

本次一采区南翼设计，布置一个综采工作面和两个顺槽综掘工作面。矿井采掘比为1∶2。一采区南翼巷道开口施工为岩巷及半煤岩巷，掘进工艺采用炮掘。掘进工作面设备。综掘工作面机械设备有：EBZ-200 型综掘机、FBD№7.1 型局扇、SSJ80/2×40输送机、WCY 型小水泵、ZLJ-850 型探水钻等设备。

2.3 采煤方法及采煤工艺

采煤方法。本矿井为生产矿井，目前开采4-1 号煤层，由于4-1 号煤层采煤工艺及机械配备在《圣厚源煤业兼并重组整合项目初步设计》已有详细描述，且各系统均已验收投产。根据煤层赋存及开采技术条件，结合矿井4-1 号煤开采经验，本次设计4-1 号煤层采用综采放顶煤采煤法，全部冒落法管理顶板。采煤机采用端头斜切进刀方式，双向割煤，液压支架及时支护。采煤工艺流程如下图1 所示。

图1 采煤工艺流程图

即在试机后，采取双滚筒采煤机端头斜切进刀，继而采煤机割煤，同时进行移架，并推前部刮板输送机，在停止割煤后，进行放顶煤，最后拉后部刮板输送机。

2.4 采区供水及防尘系统

在采区供水系统上，所采用的水源为地下消防和洒水水源，来自地上火灾洒水池。净化地下排水后，满足地下水洒水水质标准，可作为地下灭火、洒水、地下水设施的供水源使用。为了确保地下的静水和水压，800 m3的消防水箱和400 m3的清洁水箱将放置在地面上。在供水设备的选用和排定上，是将地下消防、洒水系统、生产水管网布置成分支形状。管道从主倾斜轴引入地下，送往各消防、洒水车和地下水设施的水位。在地下运输、回气干线道路、矿区运输、返回空中投篮、发射面运输、归路等地铺设了地下火灾喷火管，每100 m（交通路50 m）设置了分流阀。阀门的后面设置了快速管路接头，一个是用于控制火灾，另一个是用于冲刷道路的功能。

3 结语

在这项研究中，基于地矿山的地层、地质结构、煤层、煤层屋顶、地板特性等地质数据，对极近距离煤层群的采矿地区的道路配置和采矿顺序进行了优化，综合考察了道路坑道压力的规律，通过采掘方法、采掘技术、现场生产的需要，生产系统的便利性和可靠性、建设因素、现场收集、理论研究、比较分析、数值模拟得到实现。