基于堡子矿9号煤层开拓延深方案的优化探讨
时间：2023-05-31 11:40:28 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
苏振亮
（华阳新材料科技集团有限公司，山西 阳泉 045000）
阳泉煤业集团翼城堡子煤业有限公司位于翼城县西闫镇堡子村、侯家坡、曹公村、西崖底村、古十银村一带，行政区划属翼城县西闫镇管辖。该矿井为低瓦斯矿井，批准开采2～9号煤层，井田面积7.718 4 km2，生产规模为0.90 Mt/a。
井田位于沁水煤田南缘，地层倾角一般8°～13°，局部达25°～35°。井田内可采煤层为山西组2号、3号和太原组9号煤层，2号、9号煤层全区可采，3号煤层为局部可采。2号煤层平均厚度为4.17 m，9号煤层平均厚度为3.31 m。
矿井兼并重组整合后，2016年初竣工投产，现为生产矿井，开采2号煤层，随着矿井开拓开采，2号煤层资源即将开采结束。
矿井现有一个工业广场，工业广场内布置有主、副斜井和回风斜井。矿井采用斜井开拓方式，全井田现有3个井筒，分别为主斜井、副斜井、回风斜井，均落底于2号煤层。矿井现开采2号煤层，2号煤层开拓大巷已形成。
主斜井：井筒净宽3.6 m，净断面9.4 m2，倾角20°，斜长293 m，装备1.0 m带宽的胶带输送机负担矿井的煤炭提升任务，兼作进风斜井和安全出口。
副斜井井筒净宽3.8 m，净断面11.7 m2，倾角25°，斜长375 m，装备提升绞车一台、架空乘人器一部，负担矿井人员、设备和材料的提升任务，兼作进风斜井和安全出口。
回风斜井井筒净宽3.8 m，净断面10.2 m2，倾角25°，长度300 m，负担矿井的回风任务，兼作安全出口。
9号煤层开拓延伸工程应尽量采用维持矿井现有斜井开拓方式不变的方案，充分利用现有的工业广场、井筒。考虑到开采9号煤层时，液压支架的运输，原副斜井井筒运输高度不能满足安全运输要求，需对副斜井井筒起底，由于原副斜井距井口约180 m范围内的底板采用钢筋混凝土加固，井筒起底施工困难，最终考虑对9号煤液压支架进行拆解下架，拆解后的液压支架运至井底车场附近的液压支架组装硐室进行组装，然后运往回采工作面。
3.1 开拓布置原则
（1）结合堡子矿矿井资源条件与外界情况，最大限度地利用已有场地设施，以提高经济效益为中心。
（2）9号煤开拓大巷尽量与2号煤开拓大巷重叠布置，同时考虑井田内断层的赋存情况进行布置。
（3）应用国内先进设备，提高生产集中化水平，提高工作面单产，简化生产环节[1]。
（4）井下开拓巷道布置应以煤巷为主、少布置岩巷，创造有利于生产、施工的条件，尽量减少井巷工程量，缩短建设工期，做到投资少、见效快、效益好。
（5）坚持安全第一原则，要提高矿井抗灾、避灾能力[2]。
3.2 开拓延深方案
9号煤层可采范围主要集中在井田中部和北部，根据矿井总体开拓部署，同时考虑井田内断层的赋存情况，9号煤层共划分为三个采区，其中一采区位于井田中部，二采区位于井田北部，三采区位于井田南部。经多次技术论证，最后拟定两个不同方案进行比选。
（1）方案一
9号煤层一采区采用走向长壁布置方式，二采区利用2号煤西轨道辅运大巷、2号煤西胶带主运大巷和2号煤西回风大巷进行开采。
①9号煤层一、三采区大巷布置。根据矿井现有的开拓方式，9号煤层一、三采区资源利用2号煤大巷采用暗斜井延深的开拓方式，布置方式如下。
在2号煤胶带西大巷和2号煤辅运西大巷中间位置，平行布置9号煤胶带暗斜井，倾角为16°，斜长341 m，落底至9号煤层后布置9号煤胶带主运大巷，装备钢丝绳芯胶带输送机担负9号煤煤炭提升任务。
从井底水仓通道口往西约55 m处开口，在2号煤辅运西大巷南部平行布置9号煤轨道暗斜井，倾角为18°，斜长245 m，落底9号煤层后布置9号煤轨道辅运大巷，水平标高为+871 m，运输方式仍采用轨道运输，担负9号煤层材料及设备的运输任务。装备一部架空乘人器装置，担负9号煤层人员运输任务。
在2号煤西回风大巷与2号煤西胶带大巷中间位置，平行布置9号煤回风暗斜井，倾角为25°，斜长为175 m，落底9号煤层后布置9号煤回风大巷，负担9号煤回风任务。
井田内受一条县级公路和堡子村影响，开采断层F41以南、F13以北的9号煤层时，沿南北方向布置三条9号煤大巷，分别为9号煤一采区胶带主运巷、9号煤一采区轨道辅运巷和9号煤一采区回风巷。大巷开拓至堡子村附近时，沿堡子村保护煤柱由东向西布置，9号煤大巷均沿9号煤层顶板布置。开采断层F13以南的9号煤层时，大巷开拓至F13断层附近，由北向南布置三条大巷，分别为9号煤南胶带主运大巷、9号煤南轨道辅运大巷、9号煤南回风大巷。大巷均沿9号煤层顶板布置，待大巷靠进F1断层时，三条大巷均沿+1 045水平布置直至靠近井田边界，然后由西向东沿+1 045水平分别布置9号煤三采区胶带主运巷、9号煤三采区轨道辅运巷、9号煤三采区回风巷。三采区大巷水平布置见9号煤后均沿9号煤层顶板布置，直至井田边界。大巷间距均为30 m。
9号煤一采区胶带主运巷、9号煤一采区轨道辅运巷和9号煤一采区回风巷即为采区准备巷道，走向长壁布置回采工作面。
②9号煤层二采区大巷布置。9号煤层二采区资源受F35、F36两处断层影响，断层F35以南的资源利用2号煤大巷进行开采；
开采断层F35以北的资源分别利用2号煤西轨道辅运大巷、2号煤西胶带主运大巷和2号煤西回风大巷沿+805水平、+779水平和+787水平布置9号煤西轨道辅运大巷、9号煤北胶带主运大巷和9号煤北回风大巷进行开拓开采；
待三条大巷水平布置见9号煤后，分别沿F35断层保护煤柱布置9号煤二采区轨道辅运巷、9号煤二采区胶带辅运巷和9号煤二采区回风巷，均沿9号煤煤层顶板布置，间距30 m。
（2）方案二
9号煤一采区采用倾斜长壁布置方式，二采区利用2号煤西胶带主运大巷和2号煤西回风大巷进行开采。
①9号煤层一、三采区大巷布置。根据矿井现有的开拓方式，9号煤层一、三采区资源利用2号煤大巷采用暗斜井延深的开拓方式，暗斜井延深方式与方案一相同。
井田内受一条县级公路和堡子村影响，开采断层F41以南、F13以北的9号煤层时，沿南北方向布置9号煤胶带主运大巷、9号煤轨道辅运大巷和9号煤回风大巷。大巷向北开拓至井田北部边界附近时，由东向西继续布置三条大巷，即9号煤一采区胶带主运巷、9号煤一采区轨道辅运巷、9号煤一采区回风巷。大巷向南开拓至堡子村附近时，沿堡子村保护煤柱由东向西布置，9号煤大巷均沿9号煤层顶板布置。开采断层F13以南的9号煤层时，大巷开拓至F13断层附近，由北向南布置三条大巷，分别为9号煤南胶带主运大巷、9号煤南轨道辅运大巷、9号煤南回风大巷，大巷均沿9号煤层顶板布置；
待大巷靠近F1断层时，三条大巷均沿+1 045水平布置直至靠近井田边界，然后由西向东沿+1045水平分别布置9号煤三采区胶带主运巷、9号煤三采区轨道辅运巷、9号煤三采区回风巷。三采区大巷水平布置见9号煤后均沿9号煤层顶板布置，直至井田边界。大巷间距均为30 m。
9号煤一采区胶带主运巷、9号煤一采区轨道辅运巷、9号煤一采区回风巷即采区准备巷道，倾斜长壁布置回采工作面。
②9号煤层二采区大巷布置。9号煤层二采区资源受F35、F36两处断层影响，断层F35以南的资源利用2号煤大巷进行开采；
开采断层F35以北的资源分别利用2号煤西胶带主运大巷和2号煤西回风大巷沿+779水平和+787水平布置9号煤北轨道辅运大巷、9号煤北胶带主运大巷和9号煤北回风大巷进行开拓开采；
待三条大巷水平布置见9号煤后，分别沿F35断层保护煤柱布置9号煤二采区轨道辅运巷、9号煤二采区胶带辅运巷和9号煤二采区回风巷，均沿9号煤煤层顶板布置，间距30 m。由于原2号煤西胶带主运大巷和2号煤西胶带主运斜巷断面不能满足运输要求，需对2号煤西胶带主运大巷和2号煤西胶带主运斜巷进行刷大，长度分别为63 m和278 m。
3.3 方案比选
（1）方案一优点：①本方案直接利用大巷东西走向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[3]，相应地设备投资节省约400万元，且运营费用低。②与方案二相比巷道工程量小，少掘进巷道约1 800 m，少刷大巷道约215 m，投资节省约1 660万元。③由于井田中部9号煤层基本属于东西走向、南北倾向，本方案对井田内一采区回采工作面沿9号煤层走向布置，对综采工作面的开采有利。④由于9号煤层底板奥灰水全区带压，带压值由南部向北部逐渐增大，二采区位于井田北部，突水危险性相对较大，与方案二相比9号煤轨道辅运大巷处于高处，可以降低水患对人员的危害。
（2）方案一缺点：①与方案二相比，本方案布置回采工作面后，遗留的边角煤较多，采区回采率相对较低[4]。②对地质条件适应性较弱，采煤工作面倾斜和斜交断层较多时，布置走向长壁回采工作面增加断层对开采的影响。
（3）方案二优点：①与方案一相比，本方案布置回采工作面后，遗留的边角煤较少，采区回采率相对较高。②对地质条件适应性较强，采煤工作面倾斜和斜交断层较多时，布置倾斜长壁回采工作面可减少断层对开采的影响。
（4）方案二缺点：①9号煤一采区回采工作面为俯采，南高北低，工作面容易积水。②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，相应生产设备投资大，且运营费用高，管理难度大[5]。③与方案一相比巷道工程量大，投资多1 660万元。④与方案一相比，9号煤北轨道辅运大巷处于低处，水患对人员的危害大[6]。
通过技术、经济比较（如表1所示），最终确定采用方案一，即9号煤一采区采用走向长壁布置方式，二采区利用2号煤西轨道辅运大巷、2号煤西运输大巷和2号煤西回风大巷进行开采的方案（9号煤层一、三采区大巷布置如图1所示，9号煤层二采区大巷布置如图2所示）。
表1 开拓方案技术经济比较
图1 9号煤层一、三采区大巷布置
图2 9号煤层二采区大巷布置
堡子矿最终选定方案一作为9号煤层开拓延深方案，即一采区采用走向长壁布置方式，二采区利用2号煤西轨道辅运大巷、2号煤西运输大巷和2号煤西回风大巷开拓布置方式。该方案不仅缩短了矿井建设工期，降低了工程投资，提高了矿井经济效益，更重要的是提高了矿井抗灾、避灾能力，确保矿井安全生产。
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