矿井开拓布置方案优化设计

郝建卿 刘永芳

(同煤浙能麻家梁煤业有限责任公司)

矿井开拓布置方案优化设计

郝建卿 刘永芳

(同煤浙能麻家梁煤业有限责任公司)

通过分析矿井局部区域断层、铁路对巷道布置的影响，本着安全生产，缩短工期的原则，提出了巷道布置优化设计方案，优化了矿井开拓方式，形成了新的生产系统，使矿井生产更加安全可靠、高效。

断层 巷道布置 方案优化

同煤浙能麻家梁煤业有限责任公司是一座千万吨大型矿井，井田采用立井双水平开拓。初期布置主立井、副立井、回风立井3个井筒，主要开采4#、9#煤层。先期开采的4#煤层平均厚度6.5 m，布置两个采区，分别为一采区和二采区，采区系统大巷及工作面辅助巷道正在开拓中。根据矿井西部以往地质探察，地质构造较复杂，麻家梁煤矿铁路专线位于二采区西部地表，基本贯穿二采区北部地区。从安全、高效、经济多方面考虑，原设计巷道布置方案无法满足矿井正常开拓生产的需求，需对二采区西部巷道设计方案进行优化，最大限度地减少不安全因素对生产的影响及资源浪费，缩减开拓周期，降低成本。

1 基本情况

根据地面钻孔勘探、三维地震资料及井下钻探分析，二采区西部地区存在3条断层：DF15正断层，走向近N2°E，倾向S88°E，倾角约70°，控制最大落差30 m；F34正断层，走向N5°E，倾向N85°W，倾角75°，控制最大落差为70 m，本断层为导水断层；DF16正断层，走向N15°E，倾向N75°W，倾角75°，控制最大落差为15 m。本区奥灰水位标高1 060 m，该处4#煤层底板标高582～624 m，为带压开采煤层(见图1)。

1.1 断层隔水煤(岩)柱的留设

本次优化区域为带压开采区域，由于导水断层可能导通奥灰含水层及其他含水层，在4#煤层开采时具有突水的可能性，必须按规定留设防隔水煤柱。

为确保安全，含水或导水断层防隔水煤(岩)柱按《煤矿防治水规定》的经验公式计算：

图1 区域地质示意

(1)

式中,L为留设煤柱宽度，m；K为安全系数，取2～5；M为煤层厚度或采高，m；P为水头压力，MPa；KP为煤的抗拉强度，MPa。

留设煤柱见图2。

图2 防隔水煤(岩)柱留设

经计算，防隔水煤柱留设宽度的安全距离不得低于62 m，本次设计留设宽度为70 m，满足了防隔水煤柱留设宽度要求。

1.2 铁路专线煤(岩)柱的留设

煤矿铁路专线是煤炭外运的主要途径。根据矿井沉陷区观测，4#煤层开采区地面出现不均衡沉陷，地表裂隙较多，影响较大。为保证列车安全运行，必须留设铁路保护煤柱。

根据国家原煤炭工业局颁布的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》(以下简称《规程》)应留设煤柱加以保护，煤柱设计采用垂线法。

根据《规程》，工矿企业专用铁路保护等级为Ⅳ，围护带宽度为5 m。本次铁路专线煤(岩)柱留设直接采用矿井设计中数据，故这里不再赘述。

本次设计留设安全距离320 m，完全满足铁路专线煤柱留设要求。

2 巷道优化

2.1 巷道优化前布置

二采区系统巷道向西部直接延伸，穿过断层区域，断层间为岩巷掘进，过DF15断层后再全煤掘进。跳过断层中间区域布置6个工作面，设计回采线至铁路专线煤柱线(见图3)。

图3 优化前巷道布置示意

2.2 巷道方案优化[1]

二采区系统巷道于断层防隔水煤矿前向南部延伸，避开断层区域及铁路专线后，再向东部延伸布置。全煤巷掘进，共布置8个工作面，工作面均可回采，设计回采线至系统巷保护煤柱[2-3](见图4)。

图4 优化后巷道布置示意

2.3 优化效果[4]

巷道优化前、后对比见表1。

从表1可知，巷道及工作面布置优化后，可回采煤量增加了990.7万t，无需岩巷掘进，巷道工程量明显减少，同时绕过断层，增加了安全性，减少了辅助过断工程量，缩短工期，节约建设成本，满足了矿井有序开拓生产的需要。

表1 优化前、后对比评价

3 巷道布置优化方案特点[5]

①避开了不安全地质因素，巷道安全条件较好;②巷道工程量降低，无岩巷掘进，有利于缩短工期，保证生产接替;③改进了工作面布局，减少了煤柱损失;④改善了生产条件，避开断层、铁路影响;⑤减少了额外工程量(注浆、架棚等);⑥增加了可采储量，降低了生产成本,经济效益显著。

4 存在的问题及注意事项

(1)地质构造复杂区域的勘探工作存在一定盲区，需对其进一步钻探验证，明确断层发育延伸程度。

(2)由于该矿尚未取得岩移观测参数，需待岩移观测实施后，根据观测数据对铁路专线保护煤柱作进一步确定，对巷道布置方案再次优化。

(3)由于巷道布置优化前后变化较大，需统筹考虑通风系统、运输系统、排水系统，确保优化的可行性。

[1] 严求应.青东矿井82采区巷道布置方案优化设计[J].煤炭工程，2011(9):11-12.

[2] 孙国峰.浅析矿井开拓及巷道布置改进方式[J].科技与企业，2012(16):186.

[3] 王福刚.优化采区设计提高矿井经济效益[J].煤炭技术,2004(6):65-66.

[4] 于新胜,王育才.浅谈矿井设计优化[J].煤炭工程,2002(5):10-12.

[5] 陈圣军.矿井开拓延伸与技术改造[J].科技传播，2012(17):196-199.

2015-01-26)

郝建卿(1984—)，男，工程师，036000 山西省朔州市朔城区。