采區設計優(yōu)化與應用

2013年第38卷第1期能源技術(shù)與管理Vol. 38 No. 1Energy Technology and Managementdoi:103969isn.1672-9943.201301.037采區設計優(yōu)化與應用王克軍(徐州礦務(wù)集團旗山煤礦,江蘇徐州22132)[摘要]旗山煤礦通過(guò)優(yōu)化采區設計,增加了采區的走向長(cháng)度和綜合機械化采煤工作面的連續推進(jìn)長(cháng)度,提高了效率和資源回收率;同時(shí),解決了由于工作面走向長(cháng)度增加帶來(lái)的區段平巷長(cháng)距離運輸和“三軟”煤層區段平巷維護困難,以及由于開(kāi)采深度和工作面走向的增加帶來(lái)的風(fēng)流線(xiàn)路長(cháng)、阻力大,工作面的溫度增高、局部通風(fēng)機長(cháng)距離供風(fēng)困難等問(wèn)題,對同類(lèi)礦井有很好的借鑒作用。[關(guān)鍵詞]采區設計;“三軟”煤層;連續推進(jìn);區段平巷[中圖分類(lèi)號]TD8221[文獻標識碼]B[文章編號]16729943(2013)010091030引言該區域是礦井-700m水平的主采區域,煤層結構簡(jiǎn)單、儲存穩定儲量豐富,適合綜采放頂煤回采煤礦開(kāi)采的對象是條件各異的煤炭資源,開(kāi)工藝。所以如何最大限度地把這一區域可供綜放采技術(shù)隨煤層賦存情況不同而有很大的差異,而的儲量回采出來(lái),是礦井穩產(chǎn)高產(chǎn)的關(guān)鍵;如何保在一定的地質(zhì)開(kāi)采技術(shù)條件下,怎樣去布置釆區證礦井產(chǎn)量持續穩定在一個(gè)高位水平,都是考慮準備巷道以及在什么范圍內布置,又有多種方式,的首要問(wèn)題。所以開(kāi)采設計是否合理將直接影響礦井的開(kāi)采成由于礦井開(kāi)采歷史長(cháng),隨著(zhù)開(kāi)采深度的增加,本結合礦井的實(shí)際優(yōu)化開(kāi)采設計可從根本上扭風(fēng)流線(xiàn)路長(cháng),阻力大,通風(fēng)困難;隨著(zhù)開(kāi)采水平的轉生產(chǎn)的被動(dòng)局面為安全生產(chǎn)提供系統保障。延深、采區數量的增加,運輸系統復雜、距離遠區段平巷長(cháng)距離運輸將進(jìn)一步加重運輸負擔。而礦1礦井概況井回采機械化程度的增加又要求最大限度地增加旗山煤礦主采煤層為夏橋系1、3煤,屬于“三工作面的走向長(cháng)度。為解決這種矛盾,簡(jiǎn)化通風(fēng)系軟'煤層。礦井1957年始建,原設計能力45萬(wàn)如a,統和運輸系統,也是設計工作中必須要考慮的問(wèn)幾經(jīng)改擴建和技術(shù)改造生產(chǎn)能力增加到180萬(wàn)ta,題機械化程度較高。1974年國家首批引進(jìn)綜采設另外,隨著(zhù)工作面走向長(cháng)度的增加,又帶來(lái)區備旗山煤礦就開(kāi)始采用綜采工藝進(jìn)行回采,有著(zhù)段平巷維護費用的增加問(wèn)題,尤其是“三軟”煤層較長(cháng)的綜釆歷史。1994年在-700m水平1、3煤綜釆放頂煤工作面兩道沿煤層頂板布置,兩道變合層區,又實(shí)施了“三軟”煤層綜采放頂煤回采工形量大,底鼓嚴重,合理地解決這種矛盾,對降低藝。該工藝的實(shí)施使礦井的發(fā)展進(jìn)入一個(gè)新的階開(kāi)采成本意義重大。段,同時(shí)也對礦井的整體生產(chǎn)布局提出了更高的近年來(lái),為適應礦井機械化程度的不斷提高,要求。近年來(lái)為確保礦井的安全高效大膽創(chuàng )新,優(yōu)化開(kāi)采設計是所必須面對的問(wèn)題。積極推廣應用新技術(shù)、新工藝,通過(guò)優(yōu)化采區設計,取得了良好的經(jīng)濟效益和綜合效益,近幾年礦3原設計方案分析井的產(chǎn)量持續穩定在170-180萬(wàn)ta。礦井以往開(kāi)采設計由于受機械化程度的影響,以及開(kāi)采技術(shù)條件的限制,采區劃分區域較2問(wèn)題的提出小,采用下山剃頭式開(kāi)采,礦井的采區布置為一組礦井進(jìn)入-700m水平以來(lái)主要以綜采放頂下山分兩翼中國煤化工(即停釆位煤工藝為主,產(chǎn)量約占礦井的76%-89%綜放工置)需留設采CNMHG藝的持續實(shí)施是礦井產(chǎn)量得以穩定的基礎。礦井原采區設計的區段走同長(cháng)度牧妞,而隨著(zhù)開(kāi)可供綜放的煤層主要集中在-700m水平的西翼,采技術(shù)及回采工藝的改進(jìn)、管理水平以及人員操2013年2月92王克軍采區設計優(yōu)化與應用Feb. 2013作技能的提高,在一定程度上加快了工作面的推進(jìn)減少輔助環(huán)節的設備、人員,有利于提高運輸效速度,工作面的開(kāi)采時(shí)間相對縮短,同時(shí)工作面搬率,經(jīng)濟效益顯著(zhù)。家次數相應增加,不利于機械化效能的充分發(fā)揮。優(yōu)點(diǎn):①可以實(shí)現多頭掘進(jìn),一個(gè)區段最多可由于采區劃分較小,并留設采區上下山保護同時(shí)上4個(gè)頭,可有利于回采工作面接續,該采區煤柱,這樣既造成資源的浪費同時(shí)對采區巷道的有兩組上山均可為兩側的區段服務(wù),也可采用相支護也造成長(cháng)時(shí)間的動(dòng)壓影響,巷道失修嚴重斷對掘進(jìn)方式,及時(shí)準備連續開(kāi)采前方工作面,準備面縮小,給巷道的支護帶來(lái)極大的不利。在使用的時(shí)間短。②主下山和輔助下山有各自獨立的運輸過(guò)程中造成巷道多次修護仍不能滿(mǎn)足安全生產(chǎn)的系統、通風(fēng)系統,可同時(shí)布置多個(gè)回采工作面或掘要求應尋求一種合理的采區布置及回采方案,最進(jìn)工作面采區生產(chǎn)能力大。③工作面連續推進(jìn)長(cháng)大限度減少對巷道動(dòng)壓影響次數,以減少采區巷度最大可達1800多m,減少工作面搬家次數,有道的維修次數和改善巷道的支護狀況。利于提高、穩定礦井產(chǎn)量。④減少煤柱損失,提高資源回收率。⑤在不影響工作面正?；夭杉敖永m4優(yōu)化開(kāi)采方案的同時(shí),便于采區生產(chǎn)系統的調整和巷道維護。⑥4.1設計優(yōu)化目標在加快了掘進(jìn)速度的同時(shí),減少了掘進(jìn)期間供風(fēng)(1)優(yōu)化采區布置,簡(jiǎn)化通風(fēng)系統,運輸系距離降低了通風(fēng)困難降低溫度,改善了作業(yè)場(chǎng)統,做到節支降耗、降低成本。所的環(huán)境。⑦主下山聯(lián)合輔助下山,提高了采區的(2)最大限度地解放保護煤柱的壓煤量,延抗災能力。同時(shí)有利于人員、材料的運輸。長(cháng)工作面的走向長(cháng)度,減少工作面的搬家倒面次缺點(diǎn):①回采工作面跨輔助下山推進(jìn),下山受數,實(shí)現工作面的連續推進(jìn),達到穩產(chǎn)高產(chǎn)采動(dòng)影向較大,兩條輔助下山及見(jiàn)煤反坡巷道維(3)優(yōu)化設計減少巷道的掘進(jìn)量降低萬(wàn)噸護量大。②釆區內開(kāi)掘二組下山,采區下山、見(jiàn)煤掘進(jìn)率,提高掘進(jìn)巷道的利用率減少主要巷道的反坡等巷道準備量大。多次受壓,從而減少巷道的多次修護,降低生產(chǎn)成5方案的實(shí)施本(4)優(yōu)化采區走向長(cháng)度,合理解決走向長(cháng)度51應用效果分析增加與區段平巷維護的矛盾。(1)該采區為礦井的主要生產(chǎn)采區,由于該42優(yōu)化方案方案的實(shí)施加大了采區的生產(chǎn)能力,礦井產(chǎn)量自擴大采區范圍,采用主下山聯(lián)合輔助下山布2002年開(kāi)始有了明顯的提高。置采區。即該區東部開(kāi)掘一組(兩條)主下山,中西(2)在該礦的13205、13207、13209工作面采部再開(kāi)一組(兩條中部輔助下山,在-770m水平用跨輔助下山連續回采方式,取得了很好的結果建一條巖石集中巷連接兩組下山。將輔助下山兩采用此種方案后解放了預留巷道保護煤柱,翼回采變?yōu)榭缭綆r石下山一翼連續回釆,使工作工作面的走向長(cháng)度比上兩個(gè)區段有效走向長(cháng)度每面推進(jìn)長(cháng)度加大至1800m。個(gè)工作面加長(cháng)了200m,工作面的儲量增加了因為該區走向長(cháng)度達2300m,儲量豐富,是2016萬(wàn)t,同時(shí),實(shí)行跨輔助下山回采后,工作面礦井-700m水平的主要生產(chǎn)采區,在該區內開(kāi)掘的走向長(cháng)度達到1800多m,減少一次工作面搬家了兩組(共4條)下山,采區生產(chǎn)能力大。方案開(kāi)掘拆除的次數,實(shí)現了工作面的連續推進(jìn)。工作面的了該區的東部主下山,東部下山位置的確定,同時(shí)推進(jìn)速度達到預期效果。最大推進(jìn)度達到112m,兼顧了-700m水平以下礦井的延深系統的布置,平均推進(jìn)度為90m,工作面連續推進(jìn)時(shí)間達到20該組下山不僅為該采區服務(wù),同時(shí)也是礦井-850m個(gè)月,回采區隊的年度總產(chǎn)量達到了百萬(wàn)噸的要水平的開(kāi)拓延深巷道,今后該采區收作結束后該求,對礦井高產(chǎn)穩產(chǎn)起到了較大作用。組下山將作為礦井進(jìn)人深部的主要聯(lián)絡(luò )斜巷,擔(3)采用輔助下山布置,對工作面準備的影負深部的煤炭、材料的運輸及進(jìn)風(fēng)等任務(wù),礦井從響。如1320中國煤化工另外切眼及-700m水平向-850m水平延深時(shí)西翼不再另開(kāi)反坡上平巷4CNMHG3850m,如掘延深下山。所以該組下山服務(wù)年限長(cháng),從長(cháng)遠果按照正常的雙頭掘進(jìn),平均每天掘進(jìn)12m計看,減少了礦井的開(kāi)拓巷道總量,生產(chǎn)比較集中,算,需10個(gè)多月才能完成準備。采用該方案,實(shí)現2013年第38卷第1期能源技術(shù)與管理Vol 38 No. 1Energy Technology and Management93多頭掘進(jìn),實(shí)際13209工作面的準備用了5個(gè)多為了保證下山能經(jīng)受住跨采所引起的采動(dòng)影月,有效地緩解了工作面接續緊張狀況響,將下山布置在比較穩定的底板巖石中,使下山(4)采用該方案,工作面準備時(shí)多頭掘進(jìn),回與煤層底板保持合理的距離。采時(shí)分段進(jìn)行縮短了供風(fēng)距離,通風(fēng)狀況明顯改為了避免下山受到劇烈采動(dòng)影響而發(fā)生破善。該礦目前正常的供風(fēng)距離,超過(guò)1200m掘進(jìn)壞,根據上部煤層工作面超前支承壓力的影響距頭供風(fēng)相對困難,而13209工作面如果雙頭掘進(jìn)離,對下山加強支護;同時(shí)加快回采工作面的推進(jìn)供風(fēng)距離要達到2300m,為滿(mǎn)足通風(fēng)需要必須開(kāi)速度,避免工作面在下山上方長(cháng)時(shí)間停留,縮短支掘一條聯(lián)絡(luò )巷,使兩道形成全負壓通風(fēng)。采用多頭承壓力對上山的影響時(shí)間。掘進(jìn)后最大供風(fēng)距離只有1050m,保證了掘進(jìn)頭6結論面風(fēng)量、風(fēng)速、溫度等需要。另外,礦井隨著(zhù)開(kāi)采深度的增加地溫呈現有(1)設計是礦井開(kāi)采的基礎,開(kāi)采設計是否規律的增加該采區開(kāi)采上限-620m,下限-760m,合理將直接影響礦井的開(kāi)采成本,結合礦井的實(shí)地溫相對較高;礦井采用中央并列式通風(fēng),通風(fēng)路際,優(yōu)化開(kāi)采設計可從根本上扭轉生產(chǎn)的被動(dòng)局線(xiàn)長(cháng)。所以工作面溫度較高,采用該方案有力地緩面,為安全生產(chǎn)提供系統保障解了溫度的影響。(2)優(yōu)化采區設計,加大采區走向長(cháng)度,特別5)因為開(kāi)采煤層是“三軟”煤層,隨著(zhù)開(kāi)采是目前隨著(zhù)礦井開(kāi)采機械化程度的不斷提髙,增深度的增加,礦壓的增大,煤層巷道的變形量大;加工作面連續推進(jìn)時(shí)間,將有利于機械化效能的尤其是采用綜采放頂煤回采工藝,區段平巷沿煤發(fā)揮,有力地保證了礦井的穩產(chǎn)高產(chǎn)。-700m水層頂板掘進(jìn),巷道遺留的底煤多,巷道的底鼓量尤平西二下山采區的優(yōu)化設計,提高了采區開(kāi)采能為突出。工作面走向長(cháng)度大,相應增加了準備時(shí)間力,減少了采區下山的保護煤柱;分段掘進(jìn)、分段和回釆時(shí)間,對區段平巷的維護帶來(lái)一定困難?；夭山档凸ぷ髅孢\輸順槽的煤炭、材料、人員的運釆用該方案有力緩解了這種矛盾,采用主輔輸距離減少了設備、人員的投入,縮短了供風(fēng)距下山布置將區段平巷分二段進(jìn)行準備,最快時(shí)可離,相應增加了工作面風(fēng)量及風(fēng)速,降低了工作面將準備時(shí)間縮短至5個(gè)月。另外,當一段準備完成溫度,改善了作業(yè)環(huán)境;因此解決了工作面走向長(cháng)后即可安裝工作面回采,同時(shí)再準備二段,即實(shí)現帶來(lái)的長(cháng)距離掘進(jìn)及回采時(shí)通風(fēng)運輸困難等問(wèn)題同一區段邊準備邊回采的方式,大大縮短了工作(3)工作面走向長(cháng)度的增加,同時(shí)帶來(lái)區段面從準備至回采結束的總時(shí)間,從而減少了區段平巷維護量加大,尤其在開(kāi)采“三軟”煤層時(shí)這種平巷的維護量。矛盾更為突出,采用分段準備、分段回采、邊準備如13207工作面走向長(cháng)1700m,一段走向長(cháng)邊回采的方式大大縮短區段平巷的服務(wù)時(shí)間,如800m,二段走向長(cháng)900m,采用分段準備分段回13207工作面兩道的服務(wù)時(shí)間比正常情況減少了采時(shí),工作面回采19個(gè)月,區段平巷的最長(cháng)服務(wù)近12個(gè)月,有效地解決了這一矛盾。時(shí)間只有18個(gè)月若13207不能采用該種方式則(4)同一區段可安排多頭掘進(jìn)縮短了工作面工作面回采19個(gè)月,而區段平巷的最長(cháng)服務(wù)時(shí)間準備時(shí)間,可以從容應對由于地質(zhì)構造的影響或為30個(gè)月,服務(wù)時(shí)間增加了12個(gè)月,因而增加區生產(chǎn)組織不力造成的工作面接續緊張問(wèn)題,同時(shí)段平巷維護的難度。有利于接續方向的調整,提高了系統的可靠性緩52方案實(shí)施中遇到的問(wèn)題及對策解各生產(chǎn)系統的壓力。由于工作面跨輔助下山連續回采,跨下山期(5)-700m水平西二下山采區的優(yōu)化設計間巷道受采動(dòng)影響較大。通過(guò)實(shí)施取得了明顯的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益,該巷道的變形主要發(fā)生在采面跨巷道的時(shí)間采區的設計思路,將給相關(guān)設計工作提拱借鑒和段。據各測站變形速度曲線(xiàn)看出,底板巷道在采面決策依據。前60m開(kāi)始發(fā)生較明顯的變形,在采面前15m[作者簡(jiǎn)介]中國煤化工左右變形速度達到最大,至采面推過(guò)30m后又恢王克軍(HCNMHG礦業(yè)學(xué)院采復穩定。較劇烈的變形期是當工作面距巷道50m礦工程系采礦工程專(zhuān)業(yè),長(cháng)期從事采礦技術(shù)工作。至跨過(guò)10m這段時(shí)間里。[收稿日期:2012-10-17]