资源整合矿井厚薄优劣煤层配采方案设计.pdf

第8期 2020年8月 No. 8 Aug. 2020 山西焦煤科技 Shanxi Coking Coal Sc ienc e 联合开拓；采煤工艺 中图分类号TD853 文献标识码B 文章编号 1672-0652202008-0023-05 山西省是全国率先启动煤矿企业兼并重组整合 的省份，经过十年的努力，全省煤矿数量由2 600余 座减少至1 053座，目前山西省范围内30万t以下的 小煤矿已全部取缔，煤矿产业集中度提高，相关的安 全生产问题和经济效益得到了有效改善⑴.但是，资 源整合矿井在后续生产过程中也暴露出一些问题，其 中比较突出的问题就是一些资源整合矿井在兼并重 组后，面临着上部优质资源枯竭，首采煤层资源条件 差、地质构造条件复杂，矿井生产过程中衔接紧张，生 产的原煤煤质差，矿井长期不达产、处于严重亏损状 态等⑵.为解决上述难题，以山西晋城煤业集团泽州 天安宏祥煤业为工程背景，探讨了 9\15*煤层厚薄、 优劣煤层的合理配采方案，以保证矿井达产稳产、正 常衔接、优化煤质，实现矿井扭亏为盈，提高矿井经济 效益。 1矿井概况 宏祥煤业为2018年初竣工验收的资源整合矿 井，井田面积为11.592 9 kn,批准开采3*15*煤 层，设计生产能力为1-20 Mt/a.其中，井下萨煤层资 源在矿井兼并重组前已枯竭，矿井现开采9“煤层，下 部15*煤层未采动。 1 煤层赋存条件。 9“煤层厚度为0. 95- 1.63 m,平均1.29 m,结构 简单，属稳定可采煤层。顶板为泥岩，底板为泥岩和 砂质泥岩。9煤层为高灰、中高硫、高热值的无烟煤, 平均灰分为37. 52，平均硫分为2. 23. 15煤层位于9“煤层以下，层间距约35 m.煤层 厚度为0. 40-7.02 m,平均3.87 m,结构较复杂，含 12层泥岩夹歼，为稳定可采煤层。顶板为瓦石灰 岩,底板为泥岩。煤质为特低灰高灰、中高硫、低热 值特高热值的无烟煤，平均灰分为17.26,平均硫 分为2. 68. 宏祥煤业地质构造属简单类型，水文地质条件为 中等，为低瓦斯矿井。所采煤层均无煤尘爆炸危险 性,9*煤为不易自燃煤层，15“煤为自燃煤层，井田范 围内地温地压正常。 2 矿井开拓开采现状。 矿井采用斜立井综合开拓方式，布置有主斜井、 副立井和回风立井，均落底至15“煤层。其中 a主斜井。采用半圆拱形断面，倾角25。，净宽 收稿日期2020-06-14 作者简介毋会兵1978-,男，山西晋城人,2009年毕业于太原理工大学，工程师，主要从事煤矿安全生产与管理工作 E-mail 51769523 qq. c om 24 山西焦煤科技2020年第8期 5.0 m,净高4.0 m,净断面积17.31 斜长537. 40 m , 装备有大倾角带式输送机和单钩串车，设有台阶扶 手,担负矿井煤炭主提升、大型设备的提升和下放任 务，兼作矿井的进风井和安全出口。 b） 副立井。采用圆形断面，净直径5.0 m,净断 面积19. 63 m,垂深232.0 m,装备一对1.0 t单层单 车标准罐笼和折返式金属梯子间，担负矿井人员和辅 助材料的提升和下放任务，兼作矿井的进风井和安全 出口。 c） 回风立井。采用圆形断面，净直径5. 0 m,净 断面积19. 63 m,垂深260.0 m,装备有折返式金属 梯子间，作为矿井的专用回风井和安全出口。 9\15煤层采用联合布置，主水平位于15*煤层 （即副立井井底 687. 8 m水平），辅助水平位于9*煤 层。全井田9*煤层共划分为一个采区，目前9“煤层 布置有“一采两掘”，采煤工艺为综合机械化一次采 全高，卯煤层井下各系统完善可靠。 由于9“煤层平均厚度仅为1.29 m,灰分高、生产 时割肝量大、回采和掘进效率低、衔接紧张，且矿井长 期不达产，处于严重亏损状态，为改善上述难题，对 9\15*煤层厚薄、优劣煤层进行合理配采。 2配采比例的确定及生产组织 1）配采比例的确定。 配采煤层主要参数指标见表1. 表1配采煤层主要参数指标表 标原煤平均原煤平均设计可采平均 煤硫分/灰分/储量/万t厚度/m 9煤层2. 2337.52656.41. 29 15*煤层2. 6817. 262 085.63. 87 综合分析9\15煤层主要参数指标，在维持矿井 生产能力1.20 Mt/a不变的基础上，为降低混煤灰 分，延长矿井配采服务年限，提高矿井综合经济效 益m ,同时保证9\15煤层协调生产，避免蹬空开 采，主要依据煤层厚度、混煤灰分和硫分、配采服务年 限等因素综合确定煤层配采比例。 由于9*煤层薄、煤质相对较差，为提高混煤煤质 和吨煤售价,需增加15*煤层产量配比，故提出了 3个 9\15煤层配采比例方案，分别为1 1、1 2、1 3, 不同配采比例条件下混煤灰分、硫分、配采服务 年限见表2.根据表2可知，9*煤与15*煤配采比例为 1 3时，配采后混煤灰分最低、矿井配采服务年限最 长，而混煤硫分差别不大;9*煤与15和煤层平均厚度比 值约为1 3,即表明当两层煤产量比例为1 3时，卯煤 层和15*煤层的年推进度一致，可实现两层煤协调开 采，避免出现上部9*煤层蹬空开采现象⑸. 表2不同配采比例混煤灰分、硫分、配采服务年限表 配采比例1 11 21 3备注 9“煤设计能力/万t/a604030 15*煤设计能力/万t/a608090 混煤灰分/27. 3924.0122. 331 3时混煤灰分最低 混煤硫分/2. 462. 532. 57差别不大 9、15煤配采 服务年限/a 8.4212. 6216. 83 1 3时配采服务 年限最长 因此，确定9*煤与15*煤层配采比例为1 3时经 济效益最优，即9*煤生产能力为0. 30 Mt/a,15“煤层 生产能力为0. 90 Mt/a. 2）生产组织。 配采期间，在维持矿井现有采煤队组不变的基础 上，井下仍采用“三八制”作业方式,9\15煤层采用 交替生产和检修,取消夜班生产，满足矿井1-20 Mt/a 的产量要求，实现减人提效⑷. 3 15*煤层开拓设计方案 目前，矿井3个井筒均已落底至15*煤层,9\15 煤层配采期间，利用既有的3个井筒，功能维持不变， 利用已经形成的15*煤层巷道和主要碉室。其中，主 要碉室包括副立井井底的环形车场、中央水泵房、中 央变电所、主副水仓等；主要巷道包括副立井井底的 15煤层轨道大巷和15煤层集中轨道巷、回风立井井 底的15煤层集中回风巷，目前15煤层已基本形成 辅助运输系统和回风系统⑺旳.主要针对15*煤开拓 大巷布置及15*煤主运输系统进行设计，同时优化 15*煤层辅助运输系统。 1）开拓方案布置。 a）大巷布置。 井田内15*煤层共划分为一个采区，为双翼采 区。开拓巷道采用“1”字型布置，在井田中部重叠于 上部9*煤层大巷布置一组15*煤层南北向巷道，北至 井田北部边界，南至井田南部村庄煤柱，双翼开采全 井田15*煤层。15*煤大巷采用“两进一回”的三巷布 置方式，均沿煤层顶板K2石灰岩布置，为全煤巷道， 分别为轨道巷、胶带巷和专用回风巷。由于15*煤层 埋深浅，经计算大巷间距为30 m. 2020年第8期毋会兵等资源整合矿井厚薄优劣煤层配采方案设计 25 b） 优化辅助运输系统。 为减少后期15*煤层辅助运输和通风折返距离， 通过优化，在副立井井底利用现有的15“煤层环形井 底车场，沿15*煤层向东布置一条15*煤井底联络巷 与井田中部的大巷沟通，形成辅助运输和进风系统。 经过优化,单程可缩短辅助运输距离约1.0 km. c） 主运输系统。 为减少15水煤层初期投资和对现有9*煤层生产 系统的影响，投产时，将现有9*煤的煤仓做为配采期 间的缓存煤仓。在15“煤层胶带巷与9*煤层集中胶 带巷之间，布置一条15*煤胶带联络巷（13。，斜长 113 m,平段30 m），将15*煤运至9*煤主系统，利用现 9“煤层集中胶带巷和井底煤仓，形成15*煤主运输 系统。 2）水平、采区划分及大巷布置。 a） 水平、采区划分。 配采期间仍维持现有的水平划分不变，即主水平 位于副立井15*煤层，标高为 687.792 m；辅助水平 位于9*煤层。 全井田15*煤层共划分为1个采区，即十五一采 区，首米区为十五一采区。 9煤层与15*煤层平均间距为35 m,经计算9煤 层位于15煤层上部裂隙带内部，当下部15*煤层开 采时，会对上部9*煤层造成一定程度的破坏，故采用 下行开采顺序，即先采9煤层，后开采15煤层，避免 9“煤层蹬空开采。 b） 大巷布置。 15*煤层平均厚度3.87 m,属厚煤层，矿井为低 瓦斯矿井，15*煤层属于II类自燃煤层。基于上述条 件，15水煤层开拓大巷均沿K2石灰岩顶板布置，采用 “两进一回”的三巷布置方式。其中 15*煤层轨道巷和胶带巷采用矩形断面，净宽 5. 0 m,净高3. 5 m,净断面积17. 5 m2.轨道巷布置一 部无极绳连续牵引车，担负15*煤辅助运输兼主进风 任务；胶带巷布置1部带式输送机，预留1部架空乘 人装置位置，后期增设，担负15*煤层主运输、行人兼 进风任务。 15*煤层专用回风巷采用矩形断面，净宽5. 5 m, 净高4.0 m,净断面积22.0 n,为专用回风巷，担负 15*煤回风任务。 15*煤井底联络巷采用矩形断面，净宽5.0 m,净 高3.5 m,净断面积17. 50 n,巷内布置一部无极绳 连续牵引车和一部架空乘人装置，担负15*煤辅助运 输、运人兼进风任务，按照“行人不行车、行车不行 人”管理。 上述巷道均采用锚网喷联合支护，锚索补强，喷 厚100 mm.考虑15“煤层顶板为石灰岩，顶板完整支 护条件较好，故锚杆采用MSGLW-400/20X2000左旋 无纵肋螺纹钢锚杆，排距1-4 m,锚索为SKP18-1/ I860,长度6.3 m,采用“1-2-1”布置，排距2. 8 m. 15*煤层胶带联络巷采用半圆拱形断面，为岩巷， 净宽3.5 m,净高3.0 m,净断面积9. 18 n,倾角 13。，巷道内布置一部皮带，担负矿井15*煤的主运输 兼进风任务。 15*煤层开拓方式平面图见图1. 4采煤方法选择 配采期间，15“煤层生产能力为0. 90 Mt/a.根据 15*煤层开采技术条件和产能要求，设计采用走向长 壁综采采煤法、垮落法管理顶板。 15煤层厚度等值线图见图2.该煤层厚度为 0.4-7.02 m,平均厚度为3. 87 m,最薄区域位于井田 中南部，最厚区域位于井田中北部，煤层厚度总体趋 势为南部薄、北部厚,从南向北逐渐变厚。根据全井 田15*煤层厚度分布规律，将整个井田划分为3个区 域，分别为2m以下的区域,2-5.5 m的区域以及 5.5 m以上区域。在图2中，井田南部深色区域为煤 层厚度在2 m以下的区域，中部浅色区域为煤层厚度 在2-5.5 m的区域，井田北部深色区域为煤层厚度 在5.5 m以上的区域。经过统计，3个区域所占比例 分布图见图3. 根据图2和图3可知，煤层厚度在2 m以下的区 域占全井田可采区域的12,主要集中在井田东南 部，大部分厚度在1.5 2.0 m；煤层厚度为2.0 5.5 m的区域占全井田可采区域的82,主要集中在 2.5-5.0 m,分布于井田中部；煤层厚度在5.5 m以 上的区域，占比约为6,主要集中在井田东北部，大 部分厚度在5.56.5 m. 考虑井田15*煤层厚度变化大（0. 4-7. 02 m），且 煤层覆存极不均匀，采用一次采全高回采装备难以覆 盖整个井田15*煤层，在厚煤层区域存在丢底煤、资 源损失率较大，同时在薄煤层区域割歼量较大，影响 煤质，因此单纯采用综采一次采全高的采煤方法不可 26 山西焦煤科技2020年第8期 图1 15“煤层开拓方式平面图 取。同时，由于15*煤层硬度较大，且夹肝较多，顶板 为难冒放的坚硬石灰岩，因此15*煤层采用放顶煤的 采煤工艺难以实施。 综上所述，在兼顾15“煤层回采装备的适应性、 安全可靠性、经济性等因素时⑼，主要针对井田15* 煤层厚度在6. 5 m以下的区域（占比约为97）进行 回采。经过论证，确定15*煤层采用分层开采和一次 采全高相结合的采煤方式。其中，井田南部3.5 m以 下的区域采用一次采全高，井田中北部的厚煤层区域 采用分层开采。 结合15*煤层回采面布置以及15*煤层厚度等值 线图，将全井田划分为两个区域，以井田中部的粗线 为界，分界线以北厚煤层区域采用分层开采的采煤工 艺，分界线以南煤层采用一次采全高的采煤工艺。 全井田15水煤层不同采煤工艺范围示意图见 2020年第8期毋会兵等资源整合矿井厚薄优劣煤层配采方案设计 27 因此，15“煤工作面采高设定为2.0-3.3 m,平均 采高为3.0m.采煤工作面回采方向为后退式回采， 采煤机在工作面长壁双向自开缺口、截煤装煤，刮板 输送机运煤，液压支架支护顶板，综采工作面的采、 装、运、支工序全部机械化“」.回采工作面主要设备 选型技术特征见表3. 表3 15*煤回采工作面主要设备选型技术特征表 序号设备名称型号及规格主要技术参数数量 1采煤机MG300/700-WD采高1.6-3.5 m,截深0.8叫总功率700 kW 1台 2刮板输送机SGZ-764/2X315运输能力1 000 t/h,长度200 m,功率2x315 kW1部 3转载机SZZ-764/200运输能力1 000 t/h,功率200 kW1部 4锤式破碎机PCM160破碎能力1 000 t/h,功率160 kW 1台 5中间支架ZPZ8800-17/35支护高度1-7-3. 5 m,额定工作阻力8 800 kN127架 6过渡支架ZZG8800-17/35支护高度1-7-3.5 m,额定工作阻力8 800 kN8架 7端头支架ZZT12000-18/38支护高度1. 83. 8 m,额定工作阻力12 000 kN1组 8胶带输送机DSJ100/80/2X90运输能力800 t/h,功率2x90 kW2部 5经济效益分析 目前，9*煤层原煤售价约为260元/t,成本为 287. 86元/t,按照1.20 Mt/a计算，该矿生产9*煤层 期间，每年亏损约3 343. 2万元。 9*煤和15*煤层进行配采后，预计混煤售价约 350元/t,按照年产量120万t计算，每年销售收入为 350元/txl20万t 42 000万元，除去总成本34 543 万元和上交税金240万元，每年的总利润额为 7 457. 00万元，帮助企业实现了扭亏为盈。 经过盈利能力分析，财务内部收益率为 25.08,大于本行业相应的基准收益率15,动态税 后投资回收期为5. 17年含建设期，小于项目服务 年限。故该项目利润空间较大,配采是非常必要的。 6结论 通过y煤层与15煤层合理配采，得到如下 结论 1综合分析两层煤赋存条件，经过方案比选，在 矿井总生产能力维持1-20 Mt/a不变的情况下，确定 9“煤与15“煤配采比例为1 3时，矿井综合经济效益 和配采服务年限较为合理。 2 在充分利用矿井既有生产系统的基础上，确 定9\15*煤层采用联合开拓布置方式，主水平位于 15水煤层、辅助水平位于9“煤层，新增15*煤层主运 输系统和开拓大巷，同时优化15*煤层辅助运输系 统，两层煤形成“分层、分区、独立系统”的配采 模式。 3 综合分析全井田15*煤层厚度分布特点，15“ 煤层采用分层开采和一次采全高相结合的采煤方法。 其中，井田南部的3.5 m以下的区域采用一次采全高 的采煤方法，井田中北部的厚煤层区域采用分层开采 的采煤方法。 4 由经济效益分析可知，通过9、15“煤层厚薄 优劣煤层的合理配采，可帮助企业实现扭亏为盈，提 高矿井综合经济效益。 参考文献 [1] 张晓霞.山西省煤炭资源整合背景下煤炭企业行为研究[D].太原山西大学,2012. 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