车集煤矿28采区优化设计修改.doc

永夏矿区复杂地质条件下采区优化设计 袁天华 徐星华 （ 永城煤电控股集团有限公司车集煤矿，河南 永城 476600） 摘要本文结合永煤集团车集煤矿生产实际，介绍了复杂地质条件下采区优化设计方法。针对断层构造多、瓦斯大等条件下，对采区设计方案的选择及生产、通风、运输等系统的优化布置；对矿井建立煤矸分流系统和独立通风系统设计进行了论述，为复杂地质条件下的采区设计提供了借鉴。 关键词地质构造；断层；煤矸分流；独立通风；火成岩；突出危险区 车集煤矿28采区位于-810m水平以下，二2煤层底板标高在-810～1060m的范围内，西部浅部以F5正断层为界，深部以DF024和DF025正断层为界，东部以DF082断层煤柱为界；上部至-800m水平大巷保护煤柱线，下部至井田深部边界。28采区南北走向长2300～2900m，东西斜宽1620m，平面积3.0Km2，二2煤工业储量1215.6万吨，可采储量890万吨。采区范围内，落差超过6m的断层，已探明的有12条，其中有3条断层延展长度超过1000m。落差小于6m的断层近20条。复杂的地质条件给设计和生产带来很大困难，但我们通过认真分析研究，并经多个方案比较，最终设计出了技术上可行，经济上合理，切合实际的设计方案。现介绍如下。 1. 28采区煤系地层地质特征 1.1 二2煤层顶底板岩性特征 永煤集团公司车集煤矿位于豫东平原永夏煤田境内，矿井主采煤层为二2煤，煤层平均厚度2.5m，煤硬度系数f＜0.15。 车集煤矿二2煤层顶板普遍发育一层厚度0.1～0.6m的炭质泥岩，且在硬岩层与二2煤层之间，普遍发育了一层厚度0.05－0.5m的煤线，一般随采随落。 直接顶多为泥岩或砂质泥岩，平均厚度2.9m。一般在采煤工作面移架后随即垮落。 基本顶岩性以粗或中、细粒砂岩老顶厚度大，最薄处为8m左右，最厚可达50m，一般平均厚度超过20m，岩性相对较稳定、单一。 二2煤层底板由泥岩和粉砂岩组成，煤层底板下50m处下普遍发育晚石炭纪太原组C3t灰岩，该灰岩富含水份，其水头值压力最大可达5Mpa，因此对采掘生产有较大威胁。 1.2 28采区地质构造特征 由于受区域构造运动的影响，28采区地质构造条件复杂，采区范围内大、中、小型断层极为发育，给采取设计和采掘生产带来很大困难。三维物探已控制的中小型断层情况见附表1。 1.3 岩浆岩侵入特征 在成煤期前后，受区域构造运动的影响，车集煤矿井田范围内火成岩较发育， 28采区火成岩侵入区主要在采区中部，沿断层走向方向自上而下发育一条岩浆岩侵入带。在断层影响范围内二2煤层受其影响形成天然焦或薄煤区。 1.4 二2煤层瓦斯特征 根据精查地质报告采样得知，我矿二2煤在10～18勘探线之间的深部，瓦斯浓度最高点达95.99，瓦斯含量13.37cm3/g，可燃物在1819孔（二2煤底板标高-889.35米）取样时，煤芯从取芯管内喷出，并随之逸散出大量气体，说明CH4不仅含量高且具有一定的压力。而28采区正位于10～18勘探线之间的深部，故瓦斯含量较高，预计为高瓦斯区域。 2. 28采区设计方案的确定 根据28采区的地质状况，经过工程技术人员多次论证，设计了三种28采区开拓布置方案，具体设计如下 2.1 方案Ⅰ 28采区轨道、皮带、回风下山均沿DF042断层布置（见附图）。其施工方位角均为18354′37″，下山沿二2煤层底板下约20m布置。岩性较稳定。轨道下山设计为二级提升，皮带、回风下山设计为单级提升运输。轨道下山工作面矸石均经大巷轨道运输系统运至井底车场，皮带、回风下山掘进期间工作面矸石经巷道内铺设的皮带及皮带回风一联巷的皮带运至皮带下山上部矸仓。生产期间采掘工作面生产的矸石经工作面皮带巷的皮带运至区段煤仓，经28采区下山皮带运至上部煤仓处，由煤仓与矸仓之间的桥式转载及运至矸仓，经水平大巷运至井底车场，从而实现煤矸分流。 通风系统28采区通风，采用两进一回（轨道与皮带下山进风，回风下山为回风巷）。新鲜风流经-800m水平轨道运输大巷，进入28采区轨道下山，然后进入28采区各采掘工作面，并通过采掘工作面的专用回风巷回入28采区回风下山，乏风经回风大巷，24采区回风下山，进入22采区回风上山，经北风井排至地面。针对独立通风的要求，采煤工作面上下巷与回风下山连通的同时，均通过车场与轨道下山连接，并构筑风门，上下巷通过区段煤仓与28采区皮带下山连接，通过通风孔对煤仓上口通风。从而实现了采掘工作面的独立通风。 排水系统采掘工作面水流经三条下山水沟流入28采区下部水仓。28采区排水由28采区下部泵房经28采区回风下山排水管路，向上直接排入-800m水平井底水仓，由井底主泵房排至地面。 供电系统变电所设计在28采区中部对各采掘工作面供电。变电所电源取自中央变电所。 2.2 方案Ⅱ 方案Ⅱ与方案Ⅰ相比较，不同之处在于28采区的三条下山沿DF043断层布置，下山开拓巷道工程量多970m。同时下山巷道与采煤工作面上下巷夹角偏大。采面回采到下山保护煤柱时将会留下较大的一个三角煤，采煤工作面及采区丢煤较多。 2.3 方案Ⅲ 方案Ⅲ与方案Ⅰ相比较，不同之处在于28采区的三条下山沿DF042、DF043中间布置。下山开拓巷道工程量多640m。同时下山巷道与采煤工作面上下巷夹角偏大，仍然造成丢失三角煤。另外由于工作面上下巷布置在两条断层之间，向南北施工时均需跨越断层无法实现沿煤层施工，故工作面施工上下巷时岩巷工程量很大。 2.4 方案确定 根据28采区的地质状况，经过工程技术人员多次论证，28采区开拓布置方案，采用三条下山沿采区中部的火成岩侵入区靠近断层布置，以减少下山保护煤柱的损失。同时，下山沿采区中部布置使采区两翼储量基本均衡，且两翼走向长度均在1000～1200m，对采掘接替、使用综合机械化设备和矿井后期的稳产高产十分有利。 由于28采区下山自-810m水平至-1060m水平，巷道沿下山方向全长1552m，故考虑轨道下山采用两级提升，安装2台直径2m的液压绞车。而皮带、回风下山采用单级提升系统，以降低生产成本。 我矿断层多，采掘工作面生产过程中采出大量的矸石。为解决煤矸分流问题，在28采区皮带下山上部同一方位上分别设计煤仓、矸仓。28采区煤仓设计在28采区皮带下山与-800m水平皮带运输大巷平面交岔位置。采掘工作面生产的煤炭，由采煤工作面下巷皮带运至区段煤仓，经28皮带运至28采区煤仓，经皮带大巷运至主井底煤仓，由箕斗提至地面。 28采区矸仓设计在28采区皮带下山与-800m水平轨道大巷平面交岔位置，煤矸仓相距58m，期间用桥式转载机运输，以实现煤矸分流。采掘工作面才出的矸石，由工作面皮带运送至区段煤仓，经28皮带运至28采区煤仓处，经煤仓与矸仓之间的转载机运至矸仓，放入矿车，由电机车运至副井底，经副井提至地面。（煤矸分流系统设计见附图）。 考虑到28采区瓦斯高的问题，决定采掘工作面均采用独立通风方式通风。我们设计从轨道下山开掘甩车场与采煤工作面时上下巷直接连接，同时开掘专用回风巷与采区回风下山联通，风门建立在专用回风巷以外的甩车场内。同时上下巷通过区段煤仓与采区皮带下山连接，并留通风孔对煤仓上口通风。掘进工作面局部通风机安装在风门外，即可实现掘进期间的独立通风。采煤工作面则形成后，可将工作面下巷专用回风巷密闭，同时打开风门，即可实现采煤工作面的独立通风。 为防止掘进期间发生水灾，下山布置在煤层底板下约20m左右，以防止底板承压水对巷道构成威胁。采煤工作面生产之前，需对煤层底板进行预注浆，以封堵岩层裂隙缝隙，实现加固煤层底板，消除突水通道，实现安全生产的目的。 2.4 方案比较与技术经济比较分析 2.4.1 三种设计方案的技术论证 1、针对28采区局部具有瓦斯突出危险区，必须设计独立通风系统，确保采掘工作面生产安全可靠，技术上可行，经济上合理。 2、由于我矿地质构造复杂，采掘生产过程中经常遇到半煤岩、岩巷。故设计的煤矸分流系统，从根本上解决了矿井煤质管理的问题，提高了煤质管理技术水平。 3、28采区皮带、回风下山开拓期间设计的皮带运输系统，直接将工作面矸石运至采区矸仓回风下山通过上部的皮回联巷皮带将工作面矸石转运至皮带下山皮带上，极大地提高了开拓速度，缩短工程工期9.8个月，为缓解矿井采掘接替紧张局面，确保矿井正常生产，起到了关键作用。 4、28采区乘人猴车设计安装在轨道下山，从而将皮带下山断面减小了近7m2，仅此一项为矿井节约资金238万元，经济效益十分可观。同时巷道断面减小，抗压能力增加，更有利于支护。 5、28采区将三条下山沿断层及火成岩侵入区布置，从而减少了下山保护煤柱损失，创造了较好地经济效益。 2.4.2 28采区设计方案比较与技术经济分析 考虑到采区布置对矿井吨煤生产成本影响较小，故仅从投资费用等方面进行比较。28采区设计方案技术经济分析，见附表 从表中的数据分析可知，在巷道断面、岩性、支护方式相同的情况下，方案一巷道倾角完全满足轨道下山绞车提升的要求，但方案二、三由于巷道倾角小而不能满足轨道下山提升的要求，同时方案一工期最短，费用最低，煤柱损失最小。 通过上述方案比较和技术经济分析，可知方案一最优化、合理，故最终选择方案一。 28采区设计方案的合理性主要表现在其工期短、费用低，切合生产实际，具有较强的可行性。 结束语 车集煤矿28采区地质条件非常复杂，尤其是随着矿井开采深度的延伸，煤层瓦斯越来越大，在很大程度上，给设计和施工带来困难，我们只有认真分析地质资料，采取多种方案比较，充分发动广大工程技术人员献计献策，深入井下调查实际，才能使设计符合实际，并指导生产。 附表128采区断层明细表 序号 断层名称 断层位置 落差（米） 走向 倾向 倾角 走向长度（米） 1 F5 28采区西部浅部边界 0～35 150 240 70 460 2 DF024 28采区西部深部边界 0～12 180 270 50～60 400 3 DF025 28采区西部DF024断层的上部 0～10 30～65 300～315 70～80 215 4 DF028 28采区中部 0～6 30～45 300～315 70～80 930 5 DF043 28采区中部 0～15 10～30 280～300 70～80 1300 3 DF066逆 28采区东翼中上部 0～3 20～45 290～315 15～25 1400 3 DF042 28采区中下部 0～15 0～5 270～275 50～70 540 3 DF082 28采区东部，为边界断层 0～90 345～20 75～110 50～65 1500 附表228采区设计方案技术经济比较表 岩 性 （f） 支护方式 平均断面 （m2） 工程量 （m） 倾 角 （） 工 期 （月） 直接费用 （万元） 煤柱损失 （万t） 备 注 方案一 4～6 锚网喷 14.4 5256 7～12 32.9 2098 172.8 两个头 方案二 4～6 锚网喷 14.4 5905 5～10 36.9 2357 180.4 两个头 方案三 4～6 锚网喷 14.4 6226 4～9 38.9 2485 191.2 两个头 附图28采区轨道、皮带、回风下山布置平面图 作者简介袁天华，男，（1974－），工程师，1996年毕业于山西矿业学院，现任永煤集团车集煤矿副总工程师，主要从事技术与生产管理工作。 籍贯河南省罗山县 通讯地址河南省永城市高庄镇车集煤矿 邮编476600 联系电话13598327072 03765192617