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淮南新庄孜矿六水平开拓延深优化设计及实践 夏仕方 （淮南煤矿勘察设计院，安徽 淮南 232001） ［摘 要］ 在分析开采技术条件的基础上，对六水平开拓延深进行优化设计，介绍了优化前后 设计方案的开拓巷道布置，调整了矿界、采区划分和开采顺序，改进了采煤工艺，增强了矿井的抗灾 能力，给类似矿井优化设计提供借鉴。 ［关键词］ 矿井；开拓延深；优化设计 ［中图分类号］TD217 ［文献标识码］B ［文章编号］1006-6225（2005）02-0026-03 Optimization design and practice of sixth levers depth extent in Xinzhuangzi coal mine，in Huainan ［收稿日期］2004 -12 -29 ［作者简介］夏仕方（1964 - ） ，男，安徽庐江人，高级工程师，现任淮南煤矿勘察设计院总工程师。 新庄孜矿位于淮南煤田西翼，八公山东麓，井 田走 向 长 5. 6km，倾 斜 宽 3. 75km，开 采 面 积 20. 23km2，共有可采与局部可采的煤层有 16 层， 可采总厚度约 31. 96m，约有可采储量 158. 468Mt （其中六水平 127. 361Mt） 。 新庄孜煤矿（原八公山矿场）始建于 1947 年 5 月 5 日，1947 年 8 月投产，先后进行了 4 次延深 扩建，矿井核定生产能力为 3. 0Mt/ a。 1 矿井开拓现状 新庄孜煤矿共有 6 个水平（ - 47m， - 112m， -262m， - 412m， - 612m 及 - 812m） 。一、二、 三水平已报废，四水平（ - 412m）属残区，可采 煤量只剩 2. 17Mt，五水平（ -612m）为目前矿井 主要生产水平，六水平（ - 812m）正在开拓，北 部暗副斜井和回风井已延深至 - 812m 水平，现正 在施工井底车场及南运道；暗副立井已装备到 - 812m 水平，井底车场巷道和泵房、变电所已施工 完毕，北翼石门正在施工。 2 六水平开拓开采条件 六水平开采主要受煤层赋存条件、地质条件、 瓦斯、煤尘、地温、地压等因素制约。 2. 1 煤层赋存 新庄孜矿六水平煤层倾向一般为 NE 向，局部 为 SE 向。煤层倾角一般为 8 ～55。其中，三采区 为 28 ～ 47，二采区为 16 ～ 26，四采区为 22 ～ 28，六采区为 27 ～33，八采区为 37 ～48。 2. 2 地质 新庄孜矿六水平主要以断裂构造为主，局部发 育有小型褶曲，控制整个井田构造形态的是 F6～ F7和 F10-5～ F11-9两条断层组，属Ⅱ序次断裂，延展 方向 N60 ～ 80W，倾向 SSE，倾角 45 ～ 60，均 为右旋正断层。其次井田内还发育次一级断裂构 造，多为斜切正断层，逆断层少见。 根据矿井地质报告分类结果，断层密度为 3. 46 条/ km2（2628m/ km2） ， （断层断距在 10 ～ 20m 的Ⅳ序次断层未统计在内） ，地质构造复杂程 度定为Ⅲa。 六水 平 （ - 812m ） 矿 井 正 常 涌 水 量 为 672. 19m3/ h，最大涌水量为 938. 39m3/ h，主要含 水层为石炭系太原组岩溶裂隙含水层和煤系地层含 水层。 - 1000m 正常涌水量为 189. 18m3/ h，最大 涌水量为 330. 00m3/ h。本矿井水文地质类型为复 杂型。 2. 3 瓦斯 新庄孜矿为煤与瓦斯突出矿井。现瓦斯绝对涌 出量为 98. 19m3/ min，相对涌出量为 20. 36m3/ t。 突出煤层为 C13，B11b，B6，B4煤层，高瓦斯煤层 为 B11a，B10，B8，B7a，A3，A1煤层。本矿瓦斯易 突出、难释放、安全威胁最大的煤层是 B11b煤层； C13，B6，B4煤层次之。 2. 4 煤尘 六水平各煤层挥发份在 30 ～ 40 之间，属 煤尘爆炸危险煤层。随着开采深度的增加，变质程 度增高，挥发份有所降低，但仍具有爆炸危险性。 2. 5 地温 随着开采深度的增加，其地温也随着增加，地 62 第 10 卷 第 2 期（总第 63 期） 2005 年 4 月 煤 矿 开 采 Coal Mining Technology Vo1. 10 No. 2（Series No. 63） April 2005 温梯 度 为断 层 上 盘 2. 85℃ / hm，断 层 下 盘 3. 27℃ / hm。 2. 6 地压 矿井地压随着开采深度的增加而增大。特别是 在 F10-5～ F11-9断层带及其周围，压力表现十分明 显，巷道变形快，且变形量大，难以支护。 3 六水平开拓延深原设计概况 考虑到暗副立井生产能力大，井底车场已贯 通，布置 2 条轨道石门（穿过 D，E 组地层及 F10-5、F11-9断层带） ，分别和南一、北一采区贯通， 解决南一、北一采区辅助提升和六水平进风、排 水；布置 1 条贯通南一、北一采区的 - 812m 集运 石门（穿过 D，E 组地层及 F10-5，F11-9断层带）和 1 条 - 651 ～ - 812m 暗主斜井，解决六水平南一、 北一采区主提升；在五二采区石门附近设计 1 条通 风上山，连通大二号回风系统，解决六水平南部通 风；布置 - 812m 分组集中岩石运输大巷，联结 F10-5断层以北的Ⅳ线 4 条斜井。开采顺序为先上部 煤层后下部煤层，先上阶段后下阶段，采煤工艺为 炮采。参见图 1。 图 1 新庄孜矿 -812m 水平开拓布置 4 六水平开拓延深优化设计 4. 1 调整矿界 南边界 - 612m 水平以下，受 F12-7斜切断层 及井筒煤柱的影响，断层以南煤层可采走向随着采 深而逐渐缩短，有些煤层已无法构成正常的生产块 段（如 B11槽 - 612m 走向 300m， - 812m 走向 100m） ，准备工作量大、获得煤量小，系统构成困 难，而两矿间的正常煤层又作为矿井边界隔离煤柱 予以留设，在技术经济上已显得极不合理，建议对 矿井南边界作如下调整F12-7断层以南，B11b～ B10 煤层 - 612m 水平以下、B8～ A1煤层 - 812m 水平 以下划归相邻的谢一矿开采，两矿以 F12-7断层为 界，各留 20m 矿井隔离煤柱。 北边界新庄孜矿与孔李公司之间边界划分参 差不齐，各煤层、煤组沿走向、倾向均不统一。建 议 -612m 以上各煤层按集团公司批准的井田边界 文件执行， - 612m 以下至 - 1000m 仍按原矿务局 新地生字［1984］815 号文执行，两矿井田沿倾斜 方向留 20m 隔离煤柱。 4. 2 调整采区划分 根据新的采煤工艺，结合井田内各煤层、断层 的赋存情况，六水平采区划分调整如下 南一采区F10-5断层以南合并为一个采区，南 起井田南边界，北至 - 812m 井筒和井底车场煤柱 线，上限 -612m，下限 -812m。 北一采区南起 F10-5断层，北至 F10-5（8）断 层，上限 -612m，下限 -1000m。 北二采区南起 F10-5（8）断层，北至 F5断 层，上限 -612m，下限 -1000m。 北三采区南至 F5断层，北至新孔井田边界 线，上限 -612m，下限 -1000m。 4. 3 调整开采顺序和采煤工艺 新庄孜矿 C13槽为弱突出煤层，B11b和 B4为中 等强度突出煤层，B6为强突出煤层，B4煤层是突 出次数最多的煤层，因此，矿井防治突出的重点工 作应放在 B6，B11b和 B4煤层。 确定开采顺序时坚持“可保尽保，应抽尽抽” 原则，以安全开采为前提，将六水平开采顺序调整 为先采 B8煤层，后采 B8顶部和底部煤层，先上阶 段后下阶段，B8煤层作为保护层超前开采。采煤 工艺调整为以综采为主、炮采为辅。 4. 4 优化开拓方式和巷道布置 六水平可采储量主要集中在 F10-5断层以北，为 114. 997Mt，F11-9以南受井筒煤柱和 F12-7斜切断层 影响，走向越来越短，可采储量仅 12. 364Mt。根 据矿井地质特点，储量分布及开拓开采的现状，对 开拓方式和巷道布置进行如下优化 采用暗斜（立）井、分区开拓、分区通风、 集中运道、采区石门及上下山的综合开拓方式。 F11-9～ F10-5断层以南 -812m 水平以上仍利用现有暗 副立井，采用采区内部集中运输上山连通南翼暗主 斜井，利用暗副立井建立适应南一采区的辅助提 升、供电、排水系统，南、北翼不贯通。F10-5断层 以北在已有的Ⅳ线 4 条斜井的基础上，再在北一采 区设立 4 条暗斜井（ -612 ～ -812m，可兼做北一 采区上山） ，增设 - 812m 北一井底车场及硐室， 解决北翼排水、通风、行人、副提能力不足的矛 盾。分组布置 -812m 集中岩石运输大巷。见图 2。 72 夏仕方淮南新庄孜矿六水平开拓延深优化设计及实践2005 年第 2 期 图 2 新庄孜矿 -812m 水平开拓布置（优化后） 5 优化设计主要特点 优化设计对 F10-5断层以北的储量分布中心区进 行了统一考虑，统一设计，按“可保尽保，应抽 尽抽”的原则，布置系统巷道和采区，具有以下 特点 （1） -812m 暗立井车场与北翼不贯通，不穿 越 F10-5～ F11-9断层带，避免了灰岩水对矿井开拓的 威胁，避免了石门穿越 F10-5～ F11-9断层带带来 的支护难题，减少了生产期间的巷修工程量。 （2）主要井筒位于 F10-5断层以北，井筒所处 层位岩性好，施工方便，易于支护。与北翼斜井贯 通工程小，有利于 -812m 水平尽快形成生产能力。 （3）生产系统位置与资源条件相适应，有利 于 B8保护层开采，对矿井安全生产有利。 （4）采区划分有利于综合机械化采煤。 6 结束语 综上所述，优化设计根据矿井开拓现状和开采 条件，充分利用了现有生产系统及设施，调整了矿 界、采区划分和开采顺序，优化了开拓方式和巷道 布置，体现了安全第一的方针。在走向长、资源条 件好、储量丰富的 F10-5断层以北区域布置了 2 套生 产系统，不仅提高了北翼生产能力，增强了六水平 系统抗灾能力，而且为矿井的持续发展和采煤工艺 的调整创造了条件。同时，减去了过断层的贯通石 门工程量近 2000m，为北一、北二采区的尽快贯 通， -812m 水平的早日投产创造了条件。 ［责任编辑邹正立 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ］ （上接 2 页） 图 3 每推进 9m 留 6m 6m 区内煤柱的塑性区 图 4 区内煤柱破坏从肩部发展开始（据 RFPA 数值实验） 图 5 区内煤柱劈裂破坏的模拟实验 为了保证安全，实施开采区域的监测非常必 要，监测以顶底板移近量及速度为指标，简易可 行。监测指标及时反馈，与计算预计相对比，进行 识别，保证开采安全。我们已有系统的监测体系。 模拟实验和数值实验研究表明，煤柱的破坏都是从 肩部开始，发展到煤柱劈裂，直至完全塌落（图 4、图 5） ，这一过程是可以监测识别的。 ［参考文献］ ［1］潘伟尔 . 中国需要适量的小煤矿［J］. 中国煤炭，2003 （11） 24-26. ［2］国务院安全生产委员会办公室 . 小煤矿安全生产基本条件 ［J］. 劳动保护杂志，2002（6） 17. ［3］石平五，侯忠杰 . 神府浅埋煤层顶板破断运动规律［J］. 西 安矿业学院学报，1996，16（3） 203-207. ［4］黄庆享 . 浅埋煤层长壁开采顶板结构及岩层控制研究［M］. 徐州中国矿业大学出版社，2000. ［5］吕军，侯忠杰 . 影响浅埋煤层矿压显现的因素［J］. 矿山压 力与顶板管理，2002（2） 39-42. ［6］张嘉凡，石平五 . 浅埋煤层长壁留煤柱开采方法的有限元分析 ［J］. 岩石力学与工程学报，2004（15） 2539-2542. ［7］钱鸣高，刘听成 . 矿山压力及其控制（修订本） ［J］. 北京 煤炭工业出版社，1991. ［8］石平五 . 发展科学监测体系，制止矿山重大事故［J］. 煤炭 学报，2002（3）. ［9］钱鸣高，石平五 . 矿山压力与岩层控制［M］. 徐州中国矿 业大学出版社，2003. ［10］唐春安，等 . 岩石破裂过程数值试验［M］. 北京科学出 版社，2003.［责任编辑邹正立］ 82 总第 63 期煤 矿 开 采2005 年第 2 期