采区设计优化与应用

2013年第38卷第1期能源技术与管理Vol. 38 No. 1Energy Technology and Managementdoi:103969isn.1672-9943.201301.037采区设计优化与应用王克军(徐州矿务集团旗山煤矿,江苏徐州22132)[摘要]旗山煤矿通过优化采区设计,增加了采区的走向长度和综合机械化采煤工作面的连续推进长度,提高了效率和资源回收率;同时,解决了由于工作面走向长度增加带来的区段平巷长距离运输和“三软”煤层区段平巷维护困难,以及由于开采深度和工作面走向的增加带来的风流线路长、阻力大,工作面的温度增高、局部通风机长距离供风困难等问题,对同类矿井有很好的借鉴作用。[关键词]采区设计;“三软”煤层;连续推进;区段平巷[中图分类号]TD8221[文献标识码]B[文章编号]16729943(2013)010091030引言该区域是矿井-700m水平的主采区域,煤层结构简单、储存稳定储量丰富,适合综采放顶煤回采煤矿开采的对象是条件各异的煤炭资源,开工艺。所以如何最大限度地把这一区域可供综放采技术随煤层赋存情况不同而有很大的差异,而的储量回采出来,是矿井稳产高产的关键;如何保在一定的地质开采技术条件下,怎样去布置釆区证矿井产量持续稳定在一个高位水平,都是考虑准备巷道以及在什么范围内布置,又有多种方式,的首要问题。所以开采设计是否合理将直接影响矿井的开采成由于矿井开采历史长,随着开采深度的增加,本结合矿井的实际优化开采设计可从根本上扭风流线路长,阻力大,通风困难;随着开采水平的转生产的被动局面为安全生产提供系统保障。延深、采区数量的增加,运输系统复杂、距离远区段平巷长距离运输将进一步加重运输负担。而矿1矿井概况井回采机械化程度的增加又要求最大限度地增加旗山煤矿主采煤层为夏桥系1、3煤,属于“三工作面的走向长度。为解决这种矛盾,简化通风系软'煤层。矿井1957年始建,原设计能力45万如a,统和运输系统,也是设计工作中必须要考虑的问几经改扩建和技术改造生产能力增加到180万ta,题机械化程度较高。1974年国家首批引进综采设另外,随着工作面走向长度的增加,又带来区备旗山煤矿就开始采用综采工艺进行回采,有着段平巷维护费用的增加问题,尤其是“三软”煤层较长的综釆历史。1994年在-700m水平1、3煤综釆放顶煤工作面两道沿煤层顶板布置,两道变合层区,又实施了“三软”煤层综采放顶煤回采工形量大,底鼓严重,合理地解决这种矛盾,对降低艺。该工艺的实施使矿井的发展进入一个新的阶开采成本意义重大。段,同时也对矿井的整体生产布局提出了更高的近年来,为适应矿井机械化程度的不断提高,要求。近年来为确保矿井的安全高效大胆创新,优化开采设计是所必须面对的问题。积极推广应用新技术、新工艺,通过优化采区设计,取得了良好的经济效益和综合效益,近几年矿3原设计方案分析井的产量持续稳定在170-180万ta。矿井以往开采设计由于受机械化程度的影响,以及开采技术条件的限制,采区划分区域较2问题的提出小,采用下山剃头式开采,矿井的采区布置为一组矿井进入-700m水平以来主要以综采放顶下山分两翼中国煤化工(即停釆位煤工艺为主,产量约占矿井的76%-89%综放工置)需留设采CNMHG艺的持续实施是矿井产量得以稳定的基础。矿井原采区设计的区段走同长度牧妞,而随着开可供综放的煤层主要集中在-700m水平的西翼,采技术及回采工艺的改进、管理水平以及人员操2013年2月92王克军采区设计优化与应用Feb. 2013作技能的提高,在一定程度上加快了工作面的推进减少辅助环节的设备、人员,有利于提高运输效速度,工作面的开采时间相对缩短,同时工作面搬率,经济效益显著。家次数相应增加,不利于机械化效能的充分发挥。优点:①可以实现多头掘进,一个区段最多可由于采区划分较小,并留设采区上下山保护同时上4个头,可有利于回采工作面接续,该采区煤柱,这样既造成资源的浪费同时对采区巷道的有两组上山均可为两侧的区段服务,也可采用相支护也造成长时间的动压影响,巷道失修严重断对掘进方式,及时准备连续开采前方工作面,准备面缩小,给巷道的支护带来极大的不利。在使用的时间短。②主下山和辅助下山有各自独立的运输过程中造成巷道多次修护仍不能满足安全生产的系统、通风系统,可同时布置多个回采工作面或掘要求应寻求一种合理的采区布置及回采方案,最进工作面采区生产能力大。③工作面连续推进长大限度减少对巷道动压影响次数,以减少采区巷度最大可达1800多m,减少工作面搬家次数,有道的维修次数和改善巷道的支护状况。利于提高、稳定矿井产量。④减少煤柱损失,提高资源回收率。⑤在不影响工作面正常回采及接续4优化开采方案的同时,便于采区生产系统的调整和巷道维护。⑥4.1设计优化目标在加快了掘进速度的同时,减少了掘进期间供风(1)优化采区布置,简化通风系统,运输系距离降低了通风困难降低温度,改善了作业场统,做到节支降耗、降低成本。所的环境。⑦主下山联合辅助下山,提高了采区的(2)最大限度地解放保护煤柱的压煤量,延抗灾能力。同时有利于人员、材料的运输。长工作面的走向长度,减少工作面的搬家倒面次缺点:①回采工作面跨辅助下山推进,下山受数,实现工作面的连续推进,达到稳产高产采动影向较大,两条辅助下山及见煤反坡巷道维(3)优化设计减少巷道的掘进量降低万吨护量大。②釆区内开掘二组下山,采区下山、见煤掘进率,提高掘进巷道的利用率减少主要巷道的反坡等巷道准备量大。多次受压,从而减少巷道的多次修护,降低生产成5方案的实施本(4)优化采区走向长度,合理解决走向长度51应用效果分析增加与区段平巷维护的矛盾。(1)该采区为矿井的主要生产采区,由于该42优化方案方案的实施加大了采区的生产能力,矿井产量自扩大采区范围,采用主下山联合辅助下山布2002年开始有了明显的提高。置采区。即该区东部开掘一组(两条)主下山,中西(2)在该矿的13205、13207、13209工作面采部再开一组(两条中部辅助下山,在-770m水平用跨辅助下山连续回采方式,取得了很好的结果建一条岩石集中巷连接两组下山。将辅助下山两采用此种方案后解放了预留巷道保护煤柱,翼回采变为跨越岩石下山一翼连续回釆,使工作工作面的走向长度比上两个区段有效走向长度每面推进长度加大至1800m。个工作面加长了200m,工作面的储量增加了因为该区走向长度达2300m,储量丰富,是2016万t,同时,实行跨辅助下山回采后,工作面矿井-700m水平的主要生产采区,在该区内开掘的走向长度达到1800多m,减少一次工作面搬家了两组(共4条)下山,采区生产能力大。方案开掘拆除的次数,实现了工作面的连续推进。工作面的了该区的东部主下山,东部下山位置的确定,同时推进速度达到预期效果。最大推进度达到112m,兼顾了-700m水平以下矿井的延深系统的布置,平均推进度为90m,工作面连续推进时间达到20该组下山不仅为该采区服务,同时也是矿井-850m个月,回采区队的年度总产量达到了百万吨的要水平的开拓延深巷道,今后该采区收作结束后该求,对矿井高产稳产起到了较大作用。组下山将作为矿井进人深部的主要联络斜巷,担(3)采用辅助下山布置,对工作面准备的影负深部的煤炭、材料的运输及进风等任务,矿井从响。如1320中国煤化工另外切眼及-700m水平向-850m水平延深时西翼不再另开反坡上平巷4CNMHG3850m,如掘延深下山。所以该组下山服务年限长,从长远果按照正常的双头掘进,平均每天掘进12m计看,减少了矿井的开拓巷道总量,生产比较集中,算,需10个多月才能完成准备。采用该方案,实现2013年第38卷第1期能源技术与管理Vol 38 No. 1Energy Technology and Management93多头掘进,实际13209工作面的准备用了5个多为了保证下山能经受住跨采所引起的采动影月,有效地缓解了工作面接续紧张状况响,将下山布置在比较稳定的底板岩石中,使下山(4)采用该方案,工作面准备时多头掘进,回与煤层底板保持合理的距离。采时分段进行缩短了供风距离,通风状况明显改为了避免下山受到剧烈采动影响而发生破善。该矿目前正常的供风距离,超过1200m掘进坏,根据上部煤层工作面超前支承压力的影响距头供风相对困难,而13209工作面如果双头掘进离,对下山加强支护;同时加快回采工作面的推进供风距离要达到2300m,为满足通风需要必须开速度,避免工作面在下山上方长时间停留,缩短支掘一条联络巷,使两道形成全负压通风。采用多头承压力对上山的影响时间。掘进后最大供风距离只有1050m,保证了掘进头6结论面风量、风速、温度等需要。另外,矿井随着开采深度的增加地温呈现有(1)设计是矿井开采的基础,开采设计是否规律的增加该采区开采上限-620m,下限-760m,合理将直接影响矿井的开采成本,结合矿井的实地温相对较高;矿井采用中央并列式通风,通风路际,优化开采设计可从根本上扭转生产的被动局线长。所以工作面温度较高,采用该方案有力地缓面,为安全生产提供系统保障解了温度的影响。(2)优化采区设计,加大采区走向长度,特别5)因为开采煤层是“三软”煤层,随着开采是目前随着矿井开采机械化程度的不断提髙,增深度的增加,矿压的增大,煤层巷道的变形量大;加工作面连续推进时间,将有利于机械化效能的尤其是采用综采放顶煤回采工艺,区段平巷沿煤发挥,有力地保证了矿井的稳产高产。-700m水层顶板掘进,巷道遗留的底煤多,巷道的底鼓量尤平西二下山采区的优化设计,提高了采区开采能为突出。工作面走向长度大,相应增加了准备时间力,减少了采区下山的保护煤柱;分段掘进、分段和回釆时间,对区段平巷的维护带来一定困难。回采降低工作面运输顺槽的煤炭、材料、人员的运釆用该方案有力缓解了这种矛盾,采用主辅输距离减少了设备、人员的投入,缩短了供风距下山布置将区段平巷分二段进行准备,最快时可离,相应增加了工作面风量及风速,降低了工作面将准备时间缩短至5个月。另外,当一段准备完成温度,改善了作业环境;因此解决了工作面走向长后即可安装工作面回采,同时再准备二段,即实现带来的长距离掘进及回采时通风运输困难等问题同一区段边准备边回采的方式,大大缩短了工作(3)工作面走向长度的增加,同时带来区段面从准备至回采结束的总时间,从而减少了区段平巷维护量加大,尤其在开采“三软”煤层时这种平巷的维护量。矛盾更为突出,采用分段准备、分段回采、边准备如13207工作面走向长1700m,一段走向长边回采的方式大大缩短区段平巷的服务时间,如800m,二段走向长900m,采用分段准备分段回13207工作面两道的服务时间比正常情况减少了采时,工作面回采19个月,区段平巷的最长服务近12个月,有效地解决了这一矛盾。时间只有18个月若13207不能采用该种方式则(4)同一区段可安排多头掘进缩短了工作面工作面回采19个月,而区段平巷的最长服务时间准备时间,可以从容应对由于地质构造的影响或为30个月,服务时间增加了12个月,因而增加区生产组织不力造成的工作面接续紧张问题,同时段平巷维护的难度。有利于接续方向的调整,提高了系统的可靠性缓52方案实施中遇到的问题及对策解各生产系统的压力。由于工作面跨辅助下山连续回采,跨下山期(5)-700m水平西二下山采区的优化设计间巷道受采动影响较大。通过实施取得了明显的经济效益和社会效益,该巷道的变形主要发生在采面跨巷道的时间采区的设计思路,将给相关设计工作提拱借鉴和段。据各测站变形速度曲线看出,底板巷道在采面决策依据。前60m开始发生较明显的变形,在采面前15m[作者简介]中国煤化工左右变形速度达到最大,至采面推过30m后又恢王克军(HCNMHG矿业学院采复稳定。较剧烈的变形期是当工作面距巷道50m矿工程系采矿工程专业,长期从事采矿技术工作。至跨过10m这段时间里。[收稿日期:2012-10-17]