磁窑沟煤矿13号煤层水平延深开采技术方案设计.pdf

第52卷第5期 煤炭工程 COAL ENGINEERING Vol. 52, No. 5 doi 10.11799/ce202005009 磁 窑 沟 煤 矿 1 3 号煤层水平延深开釆技术方案设计 黄 华 山西省晋神能源有限公司，山 西 河 曲036500 摘 要 摘 要 为了保证磁窑沟矿井二水平13号煤层开拓开采的顺利延深，分析了磁窑沟井田的有 关地质资料，并结合矿井目前的采区接替情况和现有的生产系统，制定了矿井二水平13号煤层延 深方案，经过安全、经济、技术等方面的综合比较后，最终确定13号煤层延深采用副斜井井筒直 接延深和暗斜井相结合的方式，即直接延深副斜井、新掘主暗斜井和回风暗斜井的开拓延深方案， 该设计方案对类似条件下的矿井水平延深巷道布置有一定的借鉴意义。 关键词关键词水平延深；矿井开拓；暗斜井；副斜井；采区接替 中图分类号中图分类号TD214.2 文献标识码文献标识码A 文章编号文章编号1671-0959202005-0038-05 Mining scheme of level extension of 13 coal seam in Ciyaogou Coal Mine HUANG Hua Shanxi Jinshen Energy Co. , Ltd. , Hequ 036500, China Abstract In order to ensure the smooth extension of No. 13 coal seam development in the second level of Ciyaogou Mine, the relevant geological data of the Ciyaogou Mining Field is analyzed, and combined with the current mining area succession of the mine and the existing production system, the second level extension scheme is ulated. After comprehensive comparison of safety, economy, technology and other aspects the extension scheme, the final scheme is determined combining the direct extension of the auxiliary shaft and subinclined shaft, in which the auxiliary shaft is extended directly, and a main subinclined shaft and an air return subinclined shaft are constructed. The result can offer reference for the roadway layout in level extension for the mine under similar conditions. Keywords level extension； mine development； subinclined shaft； auxiliary inclined shaft； succession of mining district 山西省晋神能源有限公司磁窑沟煤矿设计生产能 力 为 120万t/a, 后提升产能为240万t/a。批准开采 煤层为8 14号煤层，其中可采煤层有4 层，分别为 KT1、1 T2、11、13号煤层，其余为不可采煤层。矿 井目前正在回采10_2号煤层，10_2号煤层已基本回采 完毕，即将开采下部的11号煤层，但 11号煤层揭露 可采范围小、可采储量少，KT2号煤层剩余部分及11 号煤层仅能保证矿井34a的接续，接续比较紧张。 为了保证磁窑沟矿井可持续发展，需要提前部署矿井 二水平13号煤层开拓开采的延深设计工作〜8]。 1矿井开采技术条件 磁窑沟煤矿井田地质构造中等，矿井地层总体 形态为一煤层整体走向接近南北向、倾向向西的单 斜构造，并伴有宽缓的褶曲，煤层赋存的自然条件 为高度机械化开采创造了便利条件。开采条件比较 简单。水文地质条件为中等，煤层瓦斯含量较低， 属低瓦斯矿井，但该煤层的自然发火周期比较短， 有煤尘爆炸危险性。 磁窑沟煤矿13号煤层煤炭资源储量比较丰富， 13 1号 和 13号煤层的工业资源储量为13966. 3 万t, 设计可采储量为7913. 12万t。13号煤层埋藏比较 浅 ，埋藏深度为200m左右，属于浅埋深煤层，地 温较低。煤层倾角一般不大于6，煤层厚度较大、 赋存相对比较稳定，局部有分叉。13M 号煤层为 13号煤层的分叉煤层，属于稳定的大部分可采煤 层 ，1 3号煤层平均厚度为4.47m; 13号煤层是 收稿日期2019-12-07 作者简介黄 华 （1974） ，男 ，山西临汾人，高级工程师，现任山西省晋神能源有限公司党委书记、董事长，主要从 事煤矿开采技术及管理工作，E-mail jsdgbxck 163. com。 引用格式黄 华.磁 窑沟 煤矿13号煤层水平延深开采技术方案设计[ J ] .煤炭工程，2020, 525 38-42. 38 2020年 第 4 期煤炭工程 设计技术 矿井的主要开采煤层，为稳定的全区可采煤层，平层 2.4551.80m，平均 26. 89m, 上 距1T 2号煤层 均厚度为11.58m。13号煤层位于太原组下部，分平均 32. 36m 〇煤 层 结 构 简 单 一 极 复 杂 ，含夹矸 层 区 内 13号煤层的厚度2. 90 19. 40m, 上 距 13 109 层。13号煤层顶板为泥岩、砂质泥岩、细砂 号煤层0. 85 9. 05m，平均 3.03m; 合并区内煤层岩 ；底板为泥岩，局部为砂质泥岩。可采煤层特征 厚度9. 12 19. 40m, 平均 12. 25m，上 距1 1号煤见 表1。 表 1可采煤层特征 煤层编号煤层厚度/m结构（ 夹矸数）稳定性可采性 顶底岩性 顶板底板 10-1 1 . 10-6. 80 3.28 简单一较简单 0-4 稳定的全区可采 泥岩、砂 质 泥 岩 、 细砂岩 泥岩、砂质泥岩 10-2 1.45 〜 11.98 5. 82 简单一复杂 〇-5 稳定的全区可采泥岩、砂质泥岩 砂 质 泥 岩 、泥岩、 细砂岩 1 1 0-4. 11 1 . 10 简单 0-1 不稳定的局部可采泥岩、砂质泥岩 泥岩、砂 质 泥 岩 、 粉砂岩 131 0.60-10. 25 4. 47 简单 0-1 稳定的大部可采 泥岩、砂 质 泥 岩 、 细砂岩 泥岩、砂 质 泥 岩 、 粉砂岩 13 2.90-19. 40 11.58 简单一极复杂 0-9 稳定的全区可采 泥岩、砂 质 泥 岩 、 细砂岩 泥岩、砂质泥岩 2 13号煤层延深开拓影响因素分析 1 13 1号 及 13号煤层与上部的10_2号煤层距 离的影响。矿井现有的三条斜井目前均施工至1C T2 号煤层，并在10_2号煤层中布置有完善的开拓、开 采、运输、供水、排水、供电等系统，13号煤层延 深开拓应优先考虑利用现有的井巷工程及其他生产 和安全设施。 2 对矿井现有生产的影响分析。由于该矿1C T2 号煤层正在开采，13号煤层延深开拓势必会对现行 生产产生一定影响。由于矿井目前的生产任务比较 紧张，要求设计方案全面考虑整体规划，尽量减少 对现有生产的影响。 3 地面设施对延深开拓的影响分析。矿井地面 有村庄、季节性河流等，水平延深大巷布置时应该 充分利用原来留设的各类保护煤柱，最大限度减少 大巷煤柱损失。 4 工作面推进长度对大巷布置的影响分析。为 了井下综合机械化设备的充分发挥，要求工作面的 的推采长度不宜太短，井下大巷布置时应尽量加大 每个盘区走向长度，减少工作面搬家倒面次数。 3 13号煤层水平延深开拓方案 矿井目前集中开采上部的1T2号煤层，三条斜 井 在 1T2号煤层中落底后布置开拓、开采系统，接 续开采下部的13 1号 及 13号煤层时，可以延深三条 斜井至13号煤层中再布置开拓、开采系统；但考虑 到其距离上部的1〇_2 号煤层间距一般在3040m, 也可以利用现有的主斜井、回风斜井及开拓大巷， 通过布置暗斜井的方式将13号煤层的煤流运输、回 风系统连接到现有的系统中，副斜井由于需要满足 无轨胶轮车的运行要求，所以采用延深井筒的方式。 根据以上实际条件形成的基本原则，针 对 13M 号及 13号煤层的赋存特点，经过分析研究矿井的生产现 状后，集中提出以下三个水平延深布置方案。 3 . 1 方案一副斜井延深和暗斜井相结合3 . 1 方案一副斜井延深和暗斜井相结合 方案一采用副斜井井筒直接延深和暗斜井相结 合的方式，即直接延深副斜井、新掘主暗斜井和回 风暗斜井。由于13M号 及 13号煤层距离上部开采的 1C T2号煤层平均为35m左右，本着充分利用现有井 巷工程、减少投资、尽量不影响矿井正常生产的原 则。方案一完全利用现有的主斜井作为13号煤层开 采的主斜井。在现有HT2号煤层北集中辅运大巷约 542m处（ 磁窑沟村保护煤柱内） 向井田东方向布置一 条主暗斜井，采 用 矩 形 断 面 ，净 宽 5.4m, 净高 3.85m, 净断面20. 8m2, 主暗斜井倾角16,斜长约 180m, 落底于13号煤层，装备一条带式输送机，暗 斜井内设有台阶、扶手，兼做进风井和安全出口。 在 现 1T2号煤层北辅运大巷512m处（ 磁窑沟村 保护煤柱内） 开口向井田东、西北方向各布置一条回 39 设计技术煤炭工程2020年 第 4 期 风暗斜井，向井田东方向的为1 号回风暗斜井，向 井田西北方向的为2 号暗斜井，回风暗斜井倾角 16、净宽5. 4m, 净高4.0m, 净断面21.6m2、斜长 分别为141m、133m，落底于13号煤层，设有台阶、 扶手，兼作安全出口。 副斜井直接以5.5倾角向下延深至13号煤层，井 筒净宽5. 4m, 净高4. 2m, 净断面19.55m2, 延深后副 斜井斜长1281.0m其中已有l〇 38m, 延伸243m，运输 方式采用无轨胶轮车运输，担负全矿井的辅助运输任 务，同时兼做矿井的进风井和安全出口。 巷。利 用 1T2煤层北回风大巷作为北回风大巷。 向井田东方向的主暗斜井及1 号回风暗斜井进 人 13号煤层后，沿煤层向东布置一组盘区大巷至井 田东部的JC3 钻孔附近，考虑到井田东北部块段的 开采，后期在东部盘区大巷的末端向北、东方向分 别布置一组开拓大巷，三组大巷开拓井田东部的煤 层 ；西侧的2 号回风暗斜井进人13号煤层后，在煤 层中向西北方向布置一组盘区大巷至西部井田边界 保护煤柱线，开拓开采井田西部的煤层。在盘区大 巷的南北翼直接布置回采工作面，完成对13」及 13 利用现有的1C T2煤层北主运大巷作为北集中主 运大巷，利 用KT2 煤层北辅运大巷作为北辅运大 号煤层回采，工作面均沿煤层走向布置。方案一开 拓延深巷道布置方案如图1所示。 I M31盘区回风大巷 131盘区主运大巷 131盘区辅运大巷 副斜井 图 1方案一开拓延深巷道布置平面图 工业场地南部块段由于受上部1T2 号煤层积水 的影响，初期暂不考虑开采，待后期回收工业广场 及井筒保护煤柱时统一进行回采。 3 . 2 方案二斜井延深（3 . 2 方案二斜井延深（ a 方案二采用斜井延深的方式。将主斜井、副斜 井 、回风斜井延深至13号煤层中，保持井筒断面 不变，主斜井延深倾角为15,延深长度为130m; 副 斜 井 以 5. 5倾 角 向 下 延 深 243m; 回风斜井以 22倾角向下延深128m。在 13号煤层中分别向南、 北各布置一组大巷（ 一条带式输送机大巷、一条辅 助运输大巷、一条回风大巷） 。南部大巷掘至ZK9 钻孔附近即可，满足工业场地南部块段的工作面回 采 ；北部大巷掘至磁窑沟保护煤柱内，再分别沿 13号煤层向东、西布置盘区大巷，考虑到井田东 北部块段的开采，后期在东部盘区大巷的末端向东 北方向布置一组开拓大巷。在盘区大巷的一翼直接 布置回采工作面，完 成 对 13M号 及 13号煤层回 采 ，工作面基本煤层沿走向布置。方案二开拓延深 巷道布置如图2 所示。 3 . 3 方案三斜井延深（b 方案三同样采用斜井延深的方式。将主斜井、 副斜井、回风斜井延深至13号煤层中，井筒延深断 面及长度同方案二，在 13号煤层中分别向南、北各 布置一组大巷（ 一条带式输送机大巷、一条辅助运输 大巷、一条回风大巷） 。南部大巷掘至井田南部边 界，满足南部块段的工作面回采，工作面沿煤层倾 40 2020年 第 4 期煤炭工程设计技术 斜方向布置在南部大巷一侧；北部大巷掘至东山梁 置盘区大巷，回采工作面沿煤层走向布置在盘区大 村保护煤柱内，再分别沿13号煤层向井田东、西布 巷一侧。方案三开拓延深巷道布置如图3 所示。 132盘区回风大巷 132盘区主运大巷 132盘区辅运大巷 4三个方案技术与经济比选 4.1技术比选4.1技术比选 4. 1 . 1方案一优缺点 1 方案一优点工作面推进长度长，一般在 1400 2000m之间，能够充分发挥综采设备的优势； 工程量较省、工期短，且不需要对主斜井及回风斜 井延深改造，对矿井的正常生产影响较小；井下大 巷布置多在村庄及磁窑沟的煤柱内，减少了煤量损 失，提高了煤炭资源回收率；工作面数量较少，既 减少了搬家倒面次数，又降低了工作面两巷之间的 煤柱损失；工作面涌水基本都可以自流进入大巷， 除 132盘区需要布置盘区排水系统外，其余两个盘 区的涌水均可自流进人井底水仓，有利于矿井开采 安全；井下辅助运输系统顺畅，减少了无轨胶轮车 折返次数。 2 方案一缺点井下煤流运输环节多、初期煤 流有少量折返运输；大巷岩石工程量多。 4. 1 . 2 方案二优缺点 1 方案二优点工作面推进长度长，一般在 1400 2000m之间，能够充分发挥综采设备的优势; 盘区大巷直接与集中大巷连接，大巷岩石工程量少; 工作面数量少，既减少了搬家倒面次数，又降低了 工作面双巷道之间的煤柱损失；工作面涌水基本都 可以自流进人大巷，除 132盘区需要布置盘区排水 系统，其余两个盘区的涌水均可自流进入井底水仓， 有利于矿井开采安全；井下辅助运输系统顺畅，减 41 设计技术煤炭工程2020年 第 4 期 少了无轨胶轮车折返次数。 2 方案二缺点初期需要延深主斜井、回风斜 井 ，需要在13号煤层中重新布置一组南北大巷，初 期投产时井巷工程量大、投资高、工期长，对矿井 的正常生产影响大；主要井筒改造延深期间会造成 矿井停产，影响较大；大巷压煤量大；初期煤流有 少量折返运输；运输环节多，井下煤流运输需要经 过三次转载。 4. 1 . 3 方案三优缺点 1 方案三优点具有运输转载环节少、无煤流 折返运输、受采空区威胁相对较小等优点。 2 方案三缺点工作面推进长度一般在600〜 1500m左右，工作面搬家倒面的次数多、双工作面 巷道煤柱损失煤量相对较大；初期需要延深主斜井、 回风斜井，会造成矿井停产，同时需要在13号煤层 中重新布置一组南北大巷，初期投产时井巷工程量 大 、投资高、工期长，对矿井的正常生产影响大; 副斜井延深工程量大，且后期辅助运输系统不顺畅, 无轨胶轮车折返次数多。 4 . 2 经济比选4 . 2 经济比选 以上提出的三种方案通过对工作面数量、回采 储量、施工工期、井筒工程量、新增大巷工程量、 工作面巷道工程量及井巷投资等各方面进行了综合 比较，结果见表2。 表 2三种方案技术经济比较 项目方案一方案二方案三 工作面数量/个131218 工作面回采储量/万 t5810.55511.25463.7 施工工期/月131615 井筒工程量/m243501501 新增大巷工程量/m109031353614721 工作面巷道工程量/m447294187241085 工程量合计/m558755590956307 井巷投资/万元51310.95345054479.4 通过方案对比可发现，方案一井筒施工工程量 少 ，可利用现有1T2号煤层巷道，新增大巷工程量 少 ，井巷投资相比方案二、方案三相对较少，且按 方案一布置工作面可采出更多的煤炭资源，创造更 高的经济效益。 4 . 3 方案确定4 . 3 方案确定 通过上述的综合技术经济与数据分析比较，方 案一整体建设工期较短[ 9 _15]，能够充分利用原10号 煤层系统，不需要对井筒进行改造，新掘巷道工程 量及投资金额相对较少，损失的煤量少，采出的煤 量相对较多，而且在建设期间不影响10号煤层正常 生产接续，最终确定设计采用方案一。 5结 语结 语 通过深人研究矿井二水平通过深人研究矿井二水平13号煤层的开采技术号煤层的开采技术 条件，对提出的三种方案进行了细致的分析和对比,条件，对提出的三种方案进行了细致的分析和对比, 最终确定采用方案一，最终确定采用方案一，B卩 该方案保留了 10_2 号煤卩 该方案保留了 10_2 号煤 层部分大巷作为二水平水平延深层部分大巷作为二水平水平延深13号煤层开采的运号煤层开采的运 输 、辅助运输、回风大巷，充分利用已有的井巷工输 、辅助运输、回风大巷，充分利用已有的井巷工 程 ，实现了建设期间对上水平的生产接续不造成影程 ，实现了建设期间对上水平的生产接续不造成影 响，提高了施工效率，又缩短了施工工期，同时也响，提高了施工效率，又缩短了施工工期，同时也 节约了投资资金，达到了在保障安全的前提下，提节约了投资资金，达到了在保障安全的前提下，提 高矿井经济效益的目的。高矿井经济效益的目的。 参考文献参考文献 [1] 张峰.浅谈桃园煤矿二水平延深方案设计[c ] //中国煤炭 学会，中国煤炭工业协会，中国煤炭建设协会. 2005全国矿山 建设学术会议论文集上册.北京2005 432-437. 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