浅谈盘区准备巷道“错层位”布置的利弊

2016-10-11周锋

山西焦煤科技 2016年5期

关键词：层位大巷矿井

周　锋

(山西西山白家庄矿业有限责任公司，山西　太原　030022)

·问题探讨·

浅谈盘区准备巷道“错层位”布置的利弊

周锋

(山西西山白家庄矿业有限责任公司，山西太原030022)

矿井盘区准备巷道布置形式多种多样，合理选取其布置形式直接影响着生产矿井的长远利益。通过对白家庄矿业公司盘区准备巷道“错层位”、同煤层“托夹石层”开掘的两种布置形式进行研究，分析了两种布置形式存在的差异，对巷道开掘“全锚”支护、生产条件、经济情况进行对比，总结了两种布置形式的利弊，优化盘区及工作面设计，为类似矿井盘区开掘提供实践经验及理论依据。

错层位；托夹石层；全锚支护；生产条件；经济对比

井下开采是我国煤炭开采的主要方式，随着矿井生产的不断延伸、盘区不断地接续，大量的煤岩准备巷道被开掘，其布置形式也多种多样。由于井下煤层赋存较为复杂，在一定的井田地质、开掘技术条件下，矿井盘区准备巷道可有多种布置形式。根据矿井开拓方式、开掘现状，合理地选择接续盘区准备巷道的布置形式，直接影响到整个矿井生产的长远利益，矿井的基本建设工程量和建设速度，以及后续生产工作面的开采、开掘，进而影响矿井经济效益。矿井盘区准备巷道开拓方案一经实施，若发现不合理再改动，将造成时间、成本的浪费。因此，如何选择矿井盘区准备巷道布置形式，成为矿井盘区接续的首要问题。本文以山西西山白家庄矿业有限责任公司南坑接续盘区为例，对盘区巷道“错层位”、同煤层“托夹石层”开掘的两种布置形式进行研究，分析两种布置形式的利弊，为类似矿井盘区开拓提供实践经验及理论依据。

1　盘区准备巷道概况

山西白家庄矿业有限责任公司是一个拥有80余年开采历史的老矿，目前共有2对生产井口，即南坑、二号井。随着开采深度的不断加大，南坑井现采盘区资源已近枯竭，需要开掘新的接续盘区以维持矿井正常生产。根据矿井煤层赋存情况，新的接续盘区主要开采中组6#和下组8#、9#煤层，其中下组煤层设计布置3条准备巷道，即轨道、运输、回风大巷，3条准备巷道设计均沿8#煤层“夹石层”开掘，属同煤层、同层位布置方式。

1.1盘区煤层赋存情况

8#煤层顶、底板情况见表1.

1.2盘区巷道及设计工作面布置情况

根据接续盘区整体布局，盘区内3条准备巷道沿走向布置，设计长度均为2 000 m，其左、右翼共计布置12个工作面。盘区及设计工作面布置情况示意图见图1.

2　“托夹石层”布置方式主要存在问题及解决方案

根据煤层赋存情况，南坑井接续盘区在设计之初，主要选用同煤层“托夹石层”的布置形式开掘准备巷道，采用这种方式，虽然可以最大限度地回收煤炭资源，开掘煤量也可以为矿井带来经济效益，但此种方式存在诸多问题：

表1　工作面顶、底板情况表

图1　盘区大巷及设计工作面布置情况平、剖面示意图

1) “夹石层”为不稳定岩层，准备巷道 “托夹石层”开掘难度加大，支护成本增加，职工劳动强度增大。

2) 盘区准备巷道主要服务整个接续盘区，其使用年限必须以所有设计工作面回采结束为时间节点，而且在服务年限内，必须相对减少巷道维护量，减少矿井维护成本。

3) 工作面初始设计，因盘区巷道为同煤层“托夹石层”开掘，12个工作面均需开掘相应辅助穿层巷道，即图1所示的风桥，以防止系统紊乱但增加了工作面的开掘工作难度及成本，不利于今后的回采工作。

针对上述问题，本文提出盘区准备巷道采用“错层位”布置方式，以解决存在的问题。所谓盘区巷道“错层位”布置，即在8#煤层中回风大巷沿8#煤层顶板开掘，轨道、运输大巷沿8#煤层“夹石层”开掘。

3　方案对比

3.1方案差异分析

在准备巷道“托夹石层”布置与“错层位”布置形式中，主要存在差异为：

1) 回风大巷开掘层位的不同。“托夹石层”布置中回风大巷沿“夹石层”开掘，而“错层位”布置中回风大巷沿8#煤层顶板开掘。

2) 工作面辅助回采巷道的不同。“托夹石层”布置中辅助回采巷道需要开掘穿层风桥，而“错层位”布置中工作面辅助回采巷道不需要开掘风桥。

对上述方案存在的差异进行分析，因此带来的问题是沿不同层位开掘巷道，“全锚”支护形式将大为不同，支护成本也相差较大。

3.2支护形式

3.2.1方案一：同煤层“托夹石层”掘进支护方式

1) 盘区准备巷道支护形式。

因夹石层为不稳定岩层，设计采用锚杆+锚索+钢带的“全锚”支护形式，具体形式见图2.

图2　盘区准备巷道支护示意图

图2所示支护中，顶、帮锚均采用d20 mm×2 200 mm的螺纹钢锚杆，其中顶锚间排距为900 mm×1 000 mm；顶锚索选用d17.8 mm×5 300 mm，间排距为1 800 mm×2 000 mm.

2) 工作面回风联络巷支护形式。

因工作面轨道巷、运输巷均沿夹石层开掘，因此，工作面回风联络巷的支护形式与盘区准备巷道支护形式相同。

3) 风桥支护形式。

风桥主要为穿层巷道，设计选用拱形断面，其“全锚”支护形式见图3.

图3　风桥支护示意图

3.2.2方案二：“错层位”掘进方式

1) 盘区巷道支护形式。

因8#煤层为坚硬石灰岩顶板，设计盘区回风大巷上移，与轨道、运输大巷“错层位”布置，设计采用锚杆+钢带的“全锚”支护形式，其“全锚”支护形式见图4.

图4　回风大巷“错层位”布置支护示意图

图4所示支护中，顶、帮锚均采用d20 mm×2 200 mm的螺纹钢锚杆，其中顶锚间排距为900 mm×1 500 mm.

2) 工作面回风联络巷支护形式。

由于回风大巷沿8#煤层顶板开掘，工作面两巷沿“夹石层”开掘，因此，工作面2条回风联络巷均为穿层巷道，故采用架棚巷道进行支护，见图5.

图5　回风联络巷支护示意图

铁棚主要采用矿用11#工字钢，棚距1 000 mm.

3.3生产条件限制安全生产方面的对比分析

1) 巷道开掘期间安全对比分析。

回风大巷采用“错层位”布置后，沿8#煤层石灰岩顶板开掘，由于灰岩顶板为稳定岩层，相对“托夹石层”泥岩顶板较为坚固，顶板管理相对安全可靠；另外两帮开掘后，“错层位”布置形式为泥岩帮，相较“托夹石层”开掘的煤帮稳定，可以减少滚帮、片帮现象。因此，采用“错层位”布置形式在开掘期间无论是顶板管理还是两帮管理，均优越于“托夹石层”布置形式，且提高了开掘期间安全系数，确保了矿井安全生产。

2) 巷道使用及年限对比分析。

采用“错层位”布置法开掘的回风大巷处于坚硬、稳定岩层中，巷道本身安全性较高，不容易发生冒顶、片帮、垮塌等源于巷道本身的安全事故，与此同时，后期维护率较低，有利于巷道长期使用，有效地延长了盘区巷道使用年限。

3) 系统优化对比分析。

在原有“托夹石层”布置形式中，由于盘区准备巷道属同一层位布置，与回采巷道之间需要施工穿层巷道—风桥来解决通风、运输等系统问题，生产条件较为复杂，且存在安全隐患。若采用“错层位”布置形式，可优化盘区准备巷道与回采巷道之间的系统，使系统存在的问题得以解决，简化生产条件，利于矿井安全生产。

3.4方案经济对比(支护形式差异经济对比)

1) 回风大巷经济对比。

采用“错层位”布置形式后，回风大巷沿8#煤层顶板开掘，与“托夹石层”布置形式进行经济对比，见表2.