“煤巷化”设计理念探索与实践

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随着煤矿“机械化、自动化、信息化、智能化”管理程度不断提高，刘庄煤矿设计工作以“掘进四化”即“采区上山煤巷化、煤巷掘锚一体化、岩巷掘进机械化、矸石运输连续化”思路为引导，结合新技术、新工艺、新装备应用，设计思维和理念也在不断推陈出新，从设计源头强化工程功能集成，努力实现采区巷道“少掘、快掘、优掘”，提高工程效益，有效防范采掘接续紧张局面，有利于井工煤矿实现生产高度自动化、技术经济合理化和安全高效开采。

1矿井概况

刘庄煤矿隶属中煤新集能源股份有限公司，位于安徽省阜阳市颍上县境内，设计生产能力800万t/a，核定生产能力1100万t/a。井田东西走向长16.0km，南北倾斜宽3.5~8.0km。井田内共含煤30余层，13层可采煤层，其中5层主要可采煤层，分别为13-1煤、11-2煤、8煤、5煤和1煤。矿井为煤与瓦斯突出矿井。现揭露的煤层中13-1煤层为突出煤层，11-2、8、6、5煤层为非突出煤层，现矿井13-1煤层的所有采掘活动均处在无突出危险区。矿井水文地质类型为复杂型。矿井采用立井、主要石门、集中大巷、分区开拓的开拓方式，分区通风、集中出煤。以F25断层为界划分为东区和西区。东区工业场地内设有主井、副井、矸石井和中央风井四个井筒，东风井工业场地布置1个东回风井，西区工业场地设有进、回风井两个井筒。东区划分为东一、东二、东三采区，西区划分为西一、西三、西四采区。

2采区开拓开采系统

1311采区位于刘庄井田东部，采区范围：采区西为F31断层保护煤柱线，东为F5断层保护煤柱线，北为11-2煤层露头防水煤柱线和东风井保护煤柱线，南至11-2煤-762m煤层等高线。采区内总体构造形态为一单斜构造，煤层走向近东西，倾向南，平均倾角为16º，平均煤厚2.14m。11-2煤层直接顶板多为泥岩、砂质泥岩，局部为砂岩，平均厚1.96m。基本顶以粉、细砂岩为主，局部发育为中砂及石英砂岩，平均厚8.38m。1311采区设计可采储量866.8万t，设计年产400万t，采区生产能力200万t/a，服务年限3.6a。东三采区布置一组大巷到采区中部，从东三大巷开门布置轨道、胶带、回风石门进入东三11-2煤，再利用东三石门生根布置采区下部车场和采区上山，采用两翼走向长壁布置工作面。另布置一条东三矸石胶带机巷和矸石仓作为东三采区出矸系统。采区上部布置一条回风石门与东回风井相连，作为采区回风系统。

3采区方案

根据矿井生产技术装备现状以及1311采区煤层赋存情况，确定该采区采用双翼走向长壁布置方式，对采区巷道布置提出两个方案进行技术论证，选择更加合理的方案。方案一（传统布置方式）:布置一岩两煤上山（1）巷道布置利用东三轨道石门、东三胶带石门、东三回风石门、东三矸石胶带机巷及-522m东三一号回风石门作为1311采区开拓系统主干巷道进入采区，施工东三轨道回风石门联巷作为采区下部车场，再从下部车场内拨门施工采区上山，上山上部施工回风联巷与-522m东三一号回风石门相连，采用走向长壁采煤法，布置双翼采区。从采区下部车场开门施工3条采区上山（轨道上山、胶带上山和回风上山），轨道上山与胶带上山间距40m，胶带上山与回风上山间距35m。轨道上山布置在11-2煤层底板岩石中，胶带上山、回风上山均布置在11-2煤层中。采区可采煤量872.2万t。如图1、图2所示。（2）采掘安排及准备工期双翼布置三个区段，区段斜长均为320m。第一区段两翼及131103工作面均为“刀把式”布置，西翼131101作为首采工作面，面长250~320m，东翼131102工作面，面长210~320m，作为接替工作面。投产工程量总计7230m，其中岩巷2150m，煤巷5080m，投产工期27个月。方案二（创新布置方式）：布置三条煤层上山，取消采区东翼中部车场（1）巷道布置从采区下部车场开门施工3条采区上山（轨道上山、胶带上山和回风上山），轨道上山与胶带上山间距40m，胶带上山与回风上山间距35m。3条采区上山均布置在11-2煤层中，采区西翼采用中部车场沿煤加顺槽外段全岩布置方式，采区东翼取消中部车场，顺槽外段沿11-2煤布置，与轨道上山、胶带上山贯通，从回风上山上方穿过。采区可采煤量866.8万t。如图3、图4所示。（2）采掘安排及准备工期双翼布置三个区段，第一区段以东风井工业广场保护煤柱线为上限，三个区段长度自上而下分别为290m、280m、260m。131102及131103工作面均为“刀把式”布置。西翼131101作为首采工作面，面长290m，东翼131102工作面，面长290m，作为接替工作面。投产工程量总计7000m，其中岩巷885m，煤巷6115m，投产工期19.5个月。

4技术经济比较

4.1工程量及投产工期比较。采区方案工程量及投产工期见表1、图5。4.2综合比较。方案二相对于方案一，巷道总工程量减少560m，岩巷工程量减少1625m，少施工两个溜煤眼；投产工程量减少230m，岩巷工程量减少1265m；投产工期缩短7.5个月。通过综合技术可行性论证，确定采用方案二，即布置三条煤层上山，取消东翼中部车场。4.3经济与社会效益测算。通过采区设计方案优化，采区巷道总工程量减少560m，岩巷工程量减少1625m，减少直接成本投入近1150万元，经济效益显著；采区投产工期缩短7.5个月，有效缓解目前采区接替紧张的局面，保证矿井采掘接续，具有较好的社会效益。

5创新点及应用情况

5.1创新点分析。（1）通过优化采区设计，充分发挥单轨吊运输灵活性及优势，创新巷道布置，将轨道上山布置在煤层中，实现非突出煤层采区集中上山“全煤”布置。（2）通过优化工作面与集中上山连接方式，从设计源头简化辅助运输环节，取消采区东翼中部车场设计，减少巷道工程量，减少运输环节，单轨吊辅助运输更加顺畅。（3）通过采区设计优化，创新布置巷道方式，大幅缩短采区投产工期，有效缓解接替紧张局面。（4）简化辅助运输环节，实现采区单轨吊运输“网络化”。根据煤层厚度及支架选型情况，采区下部车场布置一处吊装间可服务于整个采区6个工作面的安拆作业。5.2成果应用情况。目前该采区准备上山已施工完成，正在施工采区中部车场。1311采区巷道实施过程中及时收集设计中可能存在的问题及解决办法，进一步优化设计方案，下一步将该项创新设计理念在1508采区、1308采区等采区设计中逐步推广应用。

【参考书目】

［1］张荣立，何国纬，李铎.采矿工程设计手册[M].煤炭工业出版社，2003.

［2］中华人民共和国住房和城乡建设部.煤炭工业矿井设计规范：GB50215-2015[S].中国计划出版社，2016.

［3］孙森，韩波，刘立志.采区上山的优化设计[J].煤矿开采，2001（Z1）：30-31+41.

［4］刘成明.采区主体上山施工层位及支护方式的优化[J].煤，2011（06）：81+92.

作者:李雪 单位:中煤新集能源股份有限公司刘庄煤矿