新元礦突出煤層優(yōu)化22

山西新元礦突出煤層

綜采工作面回采巷道布置

優(yōu)化設(shè)計(jì)探討鄭建平1,2(1中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（徐州）礦業(yè)工程學(xué)院，江蘇徐州221116；2山西陽(yáng)泉煤業(yè)（集團(tuán))股份公司生產(chǎn)部山西陽(yáng)泉045000)摘要：現(xiàn)階段在高瓦斯礦井，工作面通風(fēng)方式是否合理嚴(yán)重影響礦井的安全高效生產(chǎn)。針對(duì)山西新元煤礦310203工作面回采巷道原始布置中煤柱留設(shè)較多、動(dòng)壓影響大、通風(fēng)復(fù)雜等問(wèn)題，采用理論研究對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。最終確定將工作面長(zhǎng)度增加為300m，兩條回風(fēng)巷布置在工作面中間，采用“三進(jìn)兩回”的通風(fēng)方式，兩個(gè)工作面之間只留設(shè)一條護(hù)巷煤柱。經(jīng)過(guò)研究分析得出采用這種新型的巷道布置方式既能夠有效防治瓦斯突出，保證礦井通風(fēng)安全，又能夠提高煤炭回收率，最終保證礦井安全高效生產(chǎn)，增加礦井經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞：突出煤層；綜采工作面；通風(fēng)方式；回采巷道布置；中圖分類號(hào)：TD724文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ATheoptimizationdesignofmininggatewayofthethickgasfullymechanizedcoalfaceinXinyuancoalZHENGJian-ping1,2(1.SchoolofMines,ChinaUniversityofMiningandTechnology,XuzhouJiangsu221116;2productionPlace,ShanxiYangquancoal(group)Co.YangquanShanxi045000)Abstract:Atthecurrentstage,thereistheseriousinfluencewhetherreasonableventilationmodeofproductionsafetyandefficiencymineinminingcoal.Accordingtothe310203coalfaceinShanXi

Xinyuanmining,thecoalpillarwastoomuch,dynamicpressurewastoohighandventilationcomplexinoriginallayoutofextractionroadway.Sothetheoreticalresearchontheoptimizationdesignisused.Finallythelengthofthecoalfaceis300m,oneventilationroadwaysisinthemiddleofface,ventilationmodeis“threeinsetandtwoback”andestablishtwopillars.AfterusingthisnewstudyconcludedthatneitherofgasoutcanbeEffectivepreventedandroadwaylayoutsofmineventilationcanbesafetyandcanimprovecoalrecovery,increasemineeconomicbenefitsfinally.Keywords:thickgas;fullymechanizedcoalface;Ventilatedmode;layoutofmininggateway隨著礦井開(kāi)采的發(fā)展，瓦斯成為礦井安全高效生產(chǎn)的一大制約因素[1]。為了防治瓦斯突出，礦井不得不采取增加通風(fēng)量，進(jìn)行預(yù)抽采瓦斯等降低瓦斯的技術(shù)[2-3]。山西新元煤炭有限責(zé)任公司屬煤與瓦斯突出礦井，為保證回采工作的安全，工作面布置五條回采巷道，采取“三進(jìn)兩回”的通風(fēng)方式，巷道之間留設(shè)22m煤柱，存在巷道變形大、通風(fēng)能力差、本煤層瓦斯抽放及防治突出效果不好，煤炭損失嚴(yán)重等問(wèn)題，因此需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。1礦井概況山西新元煤炭有限責(zé)任公司屬山西陽(yáng)泉煤業(yè)（集團(tuán)）控股公司，煤層儲(chǔ)量十分豐富，賦存以穩(wěn)定、較穩(wěn)定型為主，傾角一般3°～6°，井田內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，以寬緩的褶曲為主，斷層、陷落柱稀少，無(wú)巖漿巖侵入。井田內(nèi)水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單?，F(xiàn)開(kāi)采3#煤層，3#煤為中灰、特低硫、低磷、極易選的貧煤、貧瘦煤，是優(yōu)質(zhì)的高爐噴吹煤和出口煤。1.1煤層地質(zhì)條件310203回采工作面煤層厚0.40～4.08m，平均2.77m；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般含一層泥巖夾矸。煤層由西向東由薄變厚，又漸趨變薄，以中厚煤層為主。本層基本屬于全井田穩(wěn)定可采煤層。其頂板為砂質(zhì)泥巖、泥巖，局部為中、細(xì)粒砂巖；底板為砂質(zhì)泥巖，局部為細(xì)、粉砂巖。1.2煤層瓦斯賦存狀況井田內(nèi)煤層埋深大，瓦斯含量高，有突出危險(xiǎn)。煤層經(jīng)實(shí)際回采過(guò)程中測(cè)定，310203回采工作面經(jīng)過(guò)6個(gè)月本煤層鉆孔預(yù)抽以后，平均絕對(duì)瓦斯涌出量37.65m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量6.78m3/t。根據(jù)各煤層煤塵爆炸性試驗(yàn)結(jié)果表明，各煤層煤塵均有爆炸危險(xiǎn)性。因此需要保證工作面生產(chǎn)所需通風(fēng)風(fēng)量，同時(shí)在回采前對(duì)工作面進(jìn)行預(yù)抽采瓦斯。2回采巷道原設(shè)計(jì)布置礦井采用斜井開(kāi)拓，下行開(kāi)采。工作面采用傾斜條帶式布置方式。初期回采工作面布置在大巷的南側(cè)，采用傾斜長(zhǎng)壁仰斜開(kāi)采。310203工作面走向長(zhǎng)度1876m，傾斜長(zhǎng)度240m?？紤]到工作面煤層瓦斯含量較高，根據(jù)通風(fēng)要求，工作面共布置五條回采巷道，沿上一工作面采空區(qū)側(cè)布置兩條回采巷道，其中一條膠帶巷、一條進(jìn)風(fēng)巷（上一工作面開(kāi)采時(shí)分別作為配風(fēng)巷和瓦斯尾巷；工作面另一側(cè)布置三條回采巷道，其中一條回風(fēng)巷、一條配風(fēng)巷、一條專用瓦斯尾巷。每?jī)蓷l回采巷道間留置22m的保護(hù)煤柱。同時(shí)為保證在回風(fēng)巷和瓦斯尾巷之間風(fēng)量的平衡和風(fēng)流的穩(wěn)定，在回風(fēng)巷和瓦斯尾巷之間每隔50m設(shè)計(jì)一個(gè)通風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷。為了在推進(jìn)過(guò)程中不斷從配風(fēng)巷給瓦斯尾巷配風(fēng)，瓦斯尾巷和配風(fēng)巷之間每隔100m施工一個(gè)通風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷。在瓦斯尾巷向工作面斜上方布置瓦斯抽放鉆孔，抽放臨近層及冒落帶裂隙瓦斯。鉆孔傾角25°~40°，孔深70m，孔距20~30m，孔徑200mm。310203綜采工作面回采巷道的布置如圖1所示。圖1工作面回采巷道布置圖Fig.1Thelayoutofmininggatewayincoalface圖中西三正巷作為運(yùn)輸巷；西四副巷作為回風(fēng)巷；西四中間巷作為專用瓦斯尾巷；西四正巷作為配風(fēng)巷，為瓦斯尾巷配風(fēng)。由于3#煤屬于突出煤層，開(kāi)采前，在回、進(jìn)風(fēng)巷向工作面煤層中施工抽放鉆孔，鉆孔設(shè)計(jì)深度150m，每米1個(gè)孔，抽放本煤層瓦斯。3原巷道設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題分析310203工作面原回采巷道布置設(shè)計(jì)存在以下問(wèn)題：（1）工作面設(shè)計(jì)長(zhǎng)度240m，在兩條回采巷道向工作面打抽放鉆孔時(shí)，受煤層起伏變化影響，鉆孔施工難度大，成孔率低，工作面中部往往留下抽放盲區(qū)，預(yù)抽瓦斯防突效果一直不很理想。實(shí)際回采過(guò)程中，就多次發(fā)生由于抽放鉆孔有盲區(qū)而導(dǎo)致瓦斯突出現(xiàn)象。3原巷道設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題分析（2）兩個(gè)工作面之間布置三條回采巷道和兩條煤柱，煤柱損失較大。（3）回風(fēng)巷道和瓦斯尾巷之間的每50米布置一聯(lián)絡(luò)巷，一是增加巷道掘進(jìn)量，二是大大增加閉墻的工程量，尤其是掘進(jìn)期間進(jìn)閉墻材料難度非常大，經(jīng)常是人背肩扛，致使工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，人工費(fèi)用成倍增加，且效率低下。3原巷道設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題分析（4）運(yùn)輸巷道只能布置在鄰近上一個(gè)工作面采空區(qū)一側(cè)，受二次動(dòng)壓影響，巷道變形嚴(yán)重，維護(hù)困難，嚴(yán)重影響回采過(guò)程中設(shè)備的推移。（5）三條相鄰巷道同時(shí)平行掘進(jìn)，通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜，系統(tǒng)可靠性低，施工組織困難，制約巷道單進(jìn)水平的提高。3原巷道設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題分析（6）由于煤層瓦斯含量高，根據(jù)以風(fēng)定產(chǎn)，工作面產(chǎn)能受到限制。同時(shí)，由于工作面風(fēng)量經(jīng)常處于風(fēng)速的上限，煤塵較大，工作面環(huán)境惡劣，回風(fēng)巷道粉塵大，造成較大的安全隱患。（7）根據(jù)以風(fēng)定產(chǎn)原則，為保證瓦斯不超限，除限制采煤機(jī)落煤速度外，不得不考慮縮短工作面的長(zhǎng)度，以降低煤層的絕對(duì)瓦斯涌出量，這將嚴(yán)重制約礦井高產(chǎn)高效的發(fā)揮。4回采巷道優(yōu)化設(shè)計(jì)方案4.1突出煤層綜采工作面通風(fēng)及抽放技術(shù)研究U型通風(fēng)方式是我國(guó)大部分采煤工作面采用的通風(fēng)方式，但是這種通風(fēng)方式有其自身的局限性，例如采用這種通風(fēng)方式上隅角瓦斯?jié)舛葧?huì)升高，不利于礦井安全生產(chǎn)[4]。另外一種是U+L型通風(fēng)方式，屬于一進(jìn)兩回的通風(fēng)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)不僅增加了工作面的風(fēng)排瓦斯量，而且由于瓦斯?jié)舛确植嫉母淖儯陲L(fēng)流壓差的作用下采空區(qū)的相當(dāng)大的一部分瓦斯被引入專用排瓦斯巷，減少了工作面上隅角的瓦斯涌出，大大改善了U型工作面上隅角瓦斯超限問(wèn)題。還有一種是Y+L型通風(fēng)方式，這種通風(fēng)方式能夠避免上隅角瓦斯超限，但是要求維護(hù)采空區(qū)巷道，這不僅增大了巷道的支護(hù)和維護(hù)強(qiáng)度，而且往往因巷道兩幫封閉不嚴(yán)(這幾類方式本身要求回風(fēng)巷有部分漏風(fēng))，造成采空區(qū)后方漏風(fēng)較大，易在采空區(qū)后方形成較大的含氧帶，增加了采空區(qū)殘煤的氧化時(shí)間，易引起殘煤自燃[5-6]。本煤層瓦斯預(yù)抽鉆孔布置：從回風(fēng)巷和進(jìn)風(fēng)巷向工作面施工抽放鉆孔，鉆孔布置在煤層中間，平行于頂?shù)装?，垂直巷道鉆進(jìn)。每米布置一個(gè)鉆孔。如圖2所示。圖2原工作面瓦斯鉆孔布置圖Fig.2ThelayoutofGasdrillingincoalface根據(jù)新元煤礦現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，由于受煤層起伏變化以及鉆桿在鉆進(jìn)過(guò)程中的漂移，當(dāng)前使用的防突鉆機(jī)，對(duì)120m深的鉆孔很難施工到位，大多只能打80m左右，成孔率約占30%左右，這樣就造成工作面中部留下一條80m寬的瓦斯抽放盲區(qū)，瓦斯未得到抽放和鉆孔卸壓，導(dǎo)致工作面在回采過(guò)程中時(shí)有煤與瓦斯突出現(xiàn)象的發(fā)生。4.2310203工作面回采巷道優(yōu)化設(shè)計(jì)為了解決原回采巷道布置帶來(lái)的上述問(wèn)題，保證工作面通風(fēng)要求，確保安全高效生產(chǎn)，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。310203工作面回采巷道優(yōu)化設(shè)計(jì)布置如圖3所示。圖中所示，優(yōu)化設(shè)計(jì)后工作面長(zhǎng)度300m，工作面采用“三進(jìn)兩回”通風(fēng)方式。運(yùn)輸巷和配風(fēng)巷組成一組巷道，布置在工作面的一側(cè)，兩巷之間煤柱仍保留22m；回風(fēng)巷和瓦斯尾巷組成一組巷道，布置在工作面大約中間位置，兩巷道間距15m；相鄰采空區(qū)側(cè)，復(fù)用鄰面的配風(fēng)巷作為本工作面的進(jìn)風(fēng)巷；進(jìn)風(fēng)巷和瓦斯尾巷之間相距140m，回風(fēng)巷和運(yùn)輸巷之間相距136m。配風(fēng)巷和運(yùn)輸巷間每100m設(shè)計(jì)一個(gè)聯(lián)絡(luò)巷；回風(fēng)巷和瓦斯尾巷間每200m~300m設(shè)計(jì)一個(gè)聯(lián)絡(luò)巷。臨近層瓦斯抽放鉆孔布置：在配風(fēng)巷中，抽放鉆孔垂直于巷道，布置于煤層頂板，鉆孔向上，傾角25°~40°，孔深80m，一般終孔位置在采高的7~10倍。其它參數(shù)保留原來(lái)設(shè)計(jì)方案不變。本煤層瓦斯抽放鉆孔布置：在兩條進(jìn)風(fēng)巷、一條回風(fēng)巷和一條瓦斯尾巷中，在上述四條巷道中分別向工作面相向施工抽放鉆孔，鉆孔深度僅需65m和75m。圖3310203工作面回采巷道優(yōu)化布置示意圖Fig.3Theoptimallayoutofmininggatewayin310203coalface5優(yōu)化后巷道布置可行性分析（1）該設(shè)計(jì)方案近似于對(duì)拉工作面布置，不同的是工作面只有一臺(tái)采煤機(jī)和一部刮板輸送機(jī)，這種巷道布置方式理論上可行。（2）從通風(fēng)系統(tǒng)考慮，“三進(jìn)兩回”的布置方式，在高瓦斯礦井中也經(jīng)常采用，系統(tǒng)可靠合理。工作面及各條巷道的配風(fēng)量可按以下比例分配：配風(fēng)巷10%，運(yùn)輸巷35%，進(jìn)風(fēng)巷55%；回風(fēng)巷75%，瓦斯尾巷25%；工作面前半部45%，后半部65%，中間部分40%。（3）回采過(guò)程中，需要一直沿走向方向垂直工作面過(guò)兩條空巷，回采期間過(guò)空巷不存在技術(shù)問(wèn)題；這兩條巷道兩幫必須采用非金屬錨桿和非金屬網(wǎng)支護(hù)。根據(jù)陽(yáng)泉礦區(qū)在切巷中使用玻璃鋼錨桿和鋼塑網(wǎng)的情況分析，支護(hù)強(qiáng)度能滿足要求。5.1巷道布置優(yōu)點(diǎn)分析通過(guò)對(duì)310203工作面回采巷道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)后，工作面開(kāi)采及通風(fēng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）這種通風(fēng)系統(tǒng)，由于工作面風(fēng)流從兩端向中間相向流動(dòng)（如圖3所示），在回風(fēng)巷口匯合，兩個(gè)方向相反的風(fēng)流在交匯處會(huì)形成一個(gè)流體對(duì)沖渦流，可以有效帶走該處的瓦斯，從而避免工作面和回風(fēng)巷交叉處上隅角瓦斯?jié)舛绕叩膯?wèn)題。（2）一個(gè)工作面分成兩個(gè)條帶，抽放鉆孔可以從四條巷道施工，雖然工作面長(zhǎng)度比原來(lái)設(shè)計(jì)增加40m，但由于巷道布置的優(yōu)化，鉆孔深度由原來(lái)的設(shè)計(jì)120米減小到65m和75m，鉆孔施工容易，成孔率高達(dá)95%以上，有效減少鉆孔盲區(qū)，可以大大提高瓦斯抽放效率，有效防止瓦斯突出。（3）煤柱由原來(lái)的兩條優(yōu)化成一條，煤柱損失可以在原來(lái)的基礎(chǔ)上下降50%。采區(qū)回采率增加9%以上，可以大大提高煤炭的回收率。（4）優(yōu)化后的巷道布置，聯(lián)絡(luò)巷數(shù)量由原來(lái)的50m一條變?yōu)?00m或200m一條，聯(lián)絡(luò)巷數(shù)量大幅減少，聯(lián)絡(luò)巷密閉工程量大大降低。（5）運(yùn)輸巷可以布置在遠(yuǎn)離采空動(dòng)壓影響區(qū)，避免動(dòng)壓巷道變形對(duì)運(yùn)輸設(shè)備推移的影響。（6）避免了三條巷道同時(shí)掘進(jìn)，雙巷掘進(jìn)比三巷掘進(jìn)系統(tǒng)簡(jiǎn)單易控，系統(tǒng)可靠。給生產(chǎn)管理帶來(lái)較大方便。（7）工作面的配風(fēng)量可以加大到原來(lái)設(shè)計(jì)風(fēng)量的2倍，根據(jù)以風(fēng)定產(chǎn)原則，工作面產(chǎn)量可以大幅提升。（8）由于優(yōu)化設(shè)計(jì)方案有效解決了工作面抽放鉆孔和配風(fēng)量，因此可以進(jìn)一步加大工作面長(zhǎng)度，為高產(chǎn)高效創(chuàng)造有利條件。5.2巷道布置缺點(diǎn)分析同樣這種巷道布置方式具有一定的缺陷性：（1）每布置一個(gè)工作面，原來(lái)需要另掘進(jìn)三條巷道，可以復(fù)用上一相鄰工作面的配風(fēng)巷道作為運(yùn)輸巷，現(xiàn)設(shè)計(jì)的方案中，需要另掘四條巷道，也復(fù)用上一相鄰工作面的配風(fēng)巷作為進(jìn)風(fēng)巷，巷道掘率有所增加。但是可以通過(guò)加大工作面的長(zhǎng)度來(lái)降低巷道掘率。（2）臨近層瓦斯抽放鉆孔原來(lái)布置在專用尾巷，優(yōu)化后布置在配風(fēng)巷中，否則該條巷道可以不配風(fēng)。（3）工作面風(fēng)流，前半部風(fēng)流是從機(jī)頭向機(jī)尾方向，后半部為從機(jī)尾向機(jī)頭方向，中間在回風(fēng)巷和尾巷之間，風(fēng)量會(huì)明顯降低，瓦斯?jié)舛热菀咨?，因此回風(fēng)巷和尾巷之間的風(fēng)量及負(fù)壓需要精確控制，確保風(fēng)流可靠。綜合分析得出，采用這種新的回采巷道布置形式是可行的，滿足礦井通風(fēng)要求，能夠增加礦井經(jīng)濟(jì)效益。6結(jié)語(yǔ)通過(guò)對(duì)新元煤礦原回采巷道布置不合理性的研究，確定其優(yōu)化布置方案。（1）工作面長(zhǎng)度增加至300m采用三進(jìn)兩回的通風(fēng)方式，將兩條回風(fēng)巷布置在工作面中部。（2）兩進(jìn)風(fēng)巷之間留設(shè)22m煤柱，回風(fēng)巷和尾巷間距15m，臨近層抽放鉆孔布置在配風(fēng)巷中，本煤層瓦斯預(yù)抽放鉆孔布置在另外的四條巷道中。通過(guò)分析得出，采用優(yōu)化后的回采工作面巷道布置方式，一是能夠增加煤炭回收率，二是能夠提高瓦斯抽放效率，三是可以有效防治瓦斯突出，四是可以進(jìn)一步加大工作面的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，從而為實(shí)現(xiàn)礦井安全高效創(chuàng)造更加有利的條件。參考文獻(xiàn)：[1]吳中立.礦井通風(fēng)與安全[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,1989.WuZhongli.Ventilationandsafetyofcoal[M].Xuzhou:ChinaUniversityofMingandTechnologyPress,1989.[2]俞啟香，王凱，楊勝?gòu)?qiáng).中國(guó)采煤工作面瓦斯涌出規(guī)律及其控制研究［J］.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，29(1):9－14.YuQixiang，WangKai，YangShengqiang.StudyonpatternandcontrolofgasemissionatcoalfaceinChina［J］.JournalofChinaUniversityofMining＆Technology，2000，29(1):9－14.[3]丁廣驤.礦井大氣與瓦斯三維流動(dòng)［M］.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1996.DingGuangx