淮南矿区高瓦斯煤层群深井开拓实践.pdf

★ 煤炭科技 开拓与开采 ★ 淮南矿 区高瓦斯煤层群深井开拓实践 罗志 中 煤 炭工 业合肥设 计研 究院 ，安徽 省合 肥 市 ，2 3 0 0 4 1 摘 要 淮 南矿 区近年 来 采 取 分 区 开拓 、分 区通风 、分 水平 开 拓 、分 水 平通 风 开拓 方 式，使建井工期、达产工期大为缩短 ，安全生产状况大为改观 ，取得 了经济效益和安全效益 双丰收 ，为 复杂地 质条件 高瓦斯煤层 群 深 井开采提供 了必要 的技 术储 备和 借鉴 经验 。 关键词 矿井开拓矿山建设 高瓦斯煤层群开采深部开采 中图分类 号TD 8 2 3 文献 标识 码B On d e e p mi n e d e v e l o p me n t i n h i g h l y g a s s y mu l t i p l e c o a l s e a ms i n Hu a i n a n c o a l mi n e a r e a Lu o Zhi z h o ng He f e i De s i g n Re s e a r c h I n s t i t u t e Fo r C o a l I n d u s t r y ，He f e i ，An h u i P r o v i n c e 2 3 0 0 4 1 ，Ch i n a Ab s t r a c t Ar e a de v e l op me nt ，pa r a l l e l v e n t i l a t i o n，s e pa r a t e -- l e v e l d e v e l o pme nt a nd s e pa r a t e l e v e l v e n t i l a t i o n ／ d e v e l o p me n t a r e i n c o mmo n u s e i n Hu a i n a n c o a l mi n e a r e a i n r e c e n t y e a r s 。 wh i c h r e d u c e s mi n e c o n s t r u c t i o n p e r i o d a n d t h e p e r i o d f o r n e w mi n e t o r e a c h p r o d u c t i o n c a p a c i t y ． Th i s a l s o i mp r o v e s c o a l mi n e wo r k s a f e t y s t a t u s ．wh i c h p r o d u c e s b e t t e r e c o n o mi c r e t u r n s a n d i m p r o v e s mi n e s a f e t y i n mi n e s ．Th i s p r a c t i c e p r o v i d e s a b u n d a n t t e c h n i c a l r e f e r e n c e s a n d e x p e r i e n c e s f o r c oa l mi ni n g i n d e e p m i n e s wi t h m u l t i p l e c o a l s e a m s wi t h hi g h m e t ha n e c o nt e nt un de r c o mpl i c a t e d g e o l o g i c a l c o n d i t i o n s ． Ke y wo r d s m i n e de ve l o pme n t ，mi ne c o ns t r uc t i o n，mi n i ng i n hi gh l y g a s s y c oa l s e a ms，d e e p mi n i ng，c o m p l i c a t e d g e ol o gi c a l c on di t i o ns 淮南矿区具有表 土层厚 、煤层多、煤层埋藏 深、瓦斯高 、煤与瓦斯突出危险性大、煤层透气性 差、地温高 、地压大和开采下组煤受太灰水威胁等 突出特点，属典型的复杂地质条件下高瓦斯煤层群 开采矿区，因此 ，瓦斯、地温和地压将成为矿井建 设及安全生产的制约因素。 淮南矿 区以淮河为界分 为淮南 老区和潘谢 矿 区，老区为上世纪 5 O年代初 、6 0年末开发建设 ， 浅部矿井 已进入衰老期 ，自 7 0年代开始，矿 区开 发建设逐步由老区向潘谢矿区转移 。潘谢矿区 自第 一 对矿井潘一矿 1 9 7 3年开工建设 ，1 9 8 4年建成投 产后 ，又相继建成投产 了潘 二矿、潘 三矿、谢桥 矿、张集矿、张北矿 、顾 桥矿 、顾北矿、丁集矿、 潘北矿等大型或特大型现代化矿井 ，设计生产能力 一 般为 2 ． 1 ～5 ． 0 Mt ／ a 。矿区原煤产量已由 2 0 0 0年 7 O 的 1 4 0 0万 t 上升至 2 0 0 8年的 6 2 0 0万 t 。目前 ，在 建的朱集、潘一东 2对矿井设计深度近千米 ，早期 建成投产的潘三矿、谢桥矿、张集矿等即将转入二 水平深部开采。因此 ，潘谢矿区上世纪 7 O年代后 、 尤其是 2 0 0 0年后开发建设 的矿井几乎全部为深厚 表土层复杂地质条件下 高瓦斯 煤层群深部开采矿 井 。 1 矿 区概况及 开 采条件 淮南老区位于华东腹地 ，安徽省中北部 ，横跨 淮南 、阜 阳两市 ，矿区东西走 向长约 i 0 0 k m，南 北倾斜宽约 3 0 k m，面积约 3 0 0 0 k m 。 淮南矿区由淮河南岸 的老区和淮河北岸的潘谢 矿区组成 。老区断层较多 ，地质构造复杂 ，开采条 件相对较差 ，但煤质优 良，浅部 以 1 ／ 3焦煤为主， 中国煤炭第 3 6卷第 1 期 2 0 1 0年 1 月 深部以焦煤 、肥煤为主 ，少量贫煤和瘦煤 。潘谢矿 区为 7 O年代开发建设 、8 0年代 初陆续建成 投产 的 新矿区，地质构造相 对较简 单 ，开采条 件相对较 好 。 淮南矿区的主要特点 一是第 四系松散层厚 ， 一 般 2 0 4 5 0 m，呈现 由东 向西、由南 向北逐渐增 厚的特点 ，老矿区表层 较薄 一般 为 2 O ～3 6 m ， 潘谢矿区表层较厚 一般在 2 0 0 m 以上 ；二是煤 层多 ，一般含可采煤层 8 ～ 1 8层 ，平均总厚度 2 5 ～ 3 3 m，一1 0 0 0 m 以浅探 明保有储量约 2 0 0亿 t ， 其中规划 期 内可开 发利 用 1 3 8亿 t ， ⋯1 0 0 0 1 2 0 0 m之间约 1 0 0亿 t ， ⋯1 2 0 0 1 5 0 0 m 之间 约 2 0 0亿 t ，煤层松软 ，煤层透气性差；三是瓦斯 含量高且具有煤与瓦斯突出危险，区内绝大多数煤 层具有 自然发火和煤尘爆炸危 险 ，且矿区地温高 ， 一 般东部温度高于西部 ，西部潘三矿一6 1 8 ～一6 5 4 m深已进入二 级热害 区；四是开采下 组煤时受太 灰水威胁 ；五是煤质优 良，浅部多为气煤 ，中部多 为 1 ／ 3焦煤 ，深部以肥煤 、焦煤为主，局部为贫煤 和瘦煤 ，具有特低硫 、低磷 、中高发热量 、结焦性 好 、粘结性强等特点 。 2 矿 区建 设及 生产 情况 淮南矿 区已有近百 年 的开采 历史 ，最 多时有 1 1 对生产矿井 ，几经破产重组 和资源整合 ，目前 浅部仅保留有谢 一矿 、新 庄孜矿 2对矿井 和谢李 、 孔李 2 个煤业公 司，2 0 0 8年 建成投产 了谢李深部 接续矿井望峰岗矿井 ，目前老区已步入衰老期 ，预 计 2 o l o年后 3对矿井和 2个煤业公司总生产 能力 将维持在 1 1 ． o Mt ／ a左右 ， 目前 已完成从淮南老区 向潘谢矿区的战略转移。 受潘谢矿区复杂开采技术条件及 当时煤矿建井 技 术和 开采 技术 、瓦斯治 理 技术 水平 制约 ，潘 谢矿 区先期开发的潘一、潘二 、潘三和谢桥等矿井建设 工期长达 1 O ～1 2年 ，达产工期长达 9 ～l 1 年 ，而 且投资高，由于 瓦斯 治理手段落后 ，2 0 0 0年之前 重特大瓦斯事故时有发生。 在总结前期新井建设经验教训的基础上， 自建 设张集矿井开始 ，大胆进行设计创新 ，随着 瓦斯治 理水平的提高 ，快速建井技术 的 日益成熟 ，张集矿 井建设采取新的管理模式 ，仅用 3年半时间就建成 投产 ，且实现当年投产 当年达产 ，不仅在快速建井 方面有 了较大突破 ，而且 总结出了一套适合淮南矿 淮南矿 区高瓦斯煤层群深井开拓实践 区复杂地质条件下高瓦斯煤层群开采快速建井成熟 经验 ，为之后相继开工建设 的张北、顾桥、顾北 、 丁集和潘北等新井快速建设 、快速达产提供了宝贵 的经验 ，取得 了明显 的效 益 。 根据淮南矿 区总体规划及 批复 ，矿 区划分 1 7 个井 田和 1个后 备 区，建设 总 规模 6 1 ． 1 5 Mt ／ a ， 其 中，新建矿井 8 对 ，即张集二期 张北 、丁集、 顾桥、顾北 、潘四东、潘 四西 、望峰 岗和朱集矿 ， 设计生产能力 2 ． 4 O ～5 ． O 0 Mt ／ a ，目前除朱集矿在 建 、潘 四西矿 尚未开工外 ，继 2 0 0 1年张集矿建成 投产后 ，又有 6对矿井建成投产 ，建井工期一般控 制在 3年左右，张集矿二期仅用 2 4个月 即建成出 煤。随着一批新井陆续建成投产 ，矿区原煤产量 已 由 2 0 0 0年 的 1 4 ． 8 7 Mt 猛 增 至 2 0 0 8年 的 6 2 ． O 0 Mt 以 E。 3 深 井开拓 设计 探讨 与 实践 回顾淮南矿区开发建设的历史 ，大概分为两个 阶段 ；第一阶段为 1 9 7 3年第一对矿井潘一矿开工 至 1 9 9 6年谢桥矿建成投产 ，该阶段历时 2 3年，先 后建成投产潘一 、潘二 、潘三及谢桥 4 对矿井 ，建 成设计规模 1 2 ． 4 0 Mt ／ a ，矿井 多采取立井、边界 对角式通风 ，建井工期一般在 1 0 ～1 2年，达产工 期多在 9 ～1 1 年 ；第二 阶段为 1 9 9 6年张集矿井开 工至 2 0 0 8年 ，该阶段历时 1 2年，先后建成投产张 集 、张集二期 张北 、顾桥 、望峰岗、潘北 、丁 集 、顾北等 7对矿井，建成设计规模 2 5 ． 4 0 Mt ／ a ， 其中张集 、顾桥、望峰 岗矿井采 取立井 、分 区开 拓 、分区通风方式 ；建井工期一般控制在 3 年 ，张 集二期仅用 2 4个月即建成出煤 ，除望峰岗矿井外 ， 其余矿井基本实现当年投产 、当年达产。 与第一阶段相 比，第二阶段仅用一半的时间建 成近两倍的矿井数 、两倍多的设计规模 ，而且建井 工期、达产工期大大缩短 ，取得 了明显的效益 。 总结淮南矿区近几年新井建设经验 ，一方面归 结于建设单位积极推广应用先进 的建设 管理模式 ， 不断推进科技创新 ，在瓦斯综合治理、采煤方法改 革 、地质勘探 、井巷掘进与支护、深厚表土快速建 井技术 、“ 三下采煤”等技术方面取得了明显成效 ， 形成了 套适合淮南复杂地质条件的成套技术与经 验 ，更重要 的在于对矿井 设计进行 大胆创新 和改 革 ，不断对矿井设计进行优化 ，探索出一套适合淮 南复杂地质条件下高瓦斯煤层群矿井开拓 、开采设 71 计 的理念和方法 ，为快速建井奠定了坚实基础 。 首先 ，在井田范围较大、表土层厚、煤层埋藏 深 、瓦斯高且有煤与瓦斯突出危险、地压大、地温 高的矿井应优先采取立井 、分 区开拓、分区通风的 开拓系统，采取简化矿井通风系统 ，增大矿井进风 量，降低矿井通风阻力 ，以解决矿井瓦斯 、地温问 题 。如望峰岗矿井形成中央区、北区和南区 3 个分 区开拓 ；张集矿井形成中央区、北区、西区及东区 4个分区开拓；顾桥矿井形成 中央区、南区 2个分 区开拓等。实践证明，采取分区开拓、分区通风开 拓方式可 以使通风线路减少 2 k m 以上，通风阻力 降低 1 0 0 0 P a以上 ，通风系统大大简化 ，尤其是后 期投产的分区一般布置有 1进 、1回两个井筒 ，增 加 了井筒进风量，矿井安全状况得以较大改善。同 时，采取分区开拓、分区建设 ，简化 了井下开拓系 统，减少 了投产井巷工程量，从而使矿井投产工期 大为缩短 。 其次 ，优化井筒布置 ，有条件时在形成分区开 拓 、分区通风的同时，尽可能形成分水平开拓、分 水平通风 ，从而使生产水平与开拓准备水平之间相 对独立，形成生产区、瓦斯治理区和生产接替区相 对独立 ，有利 于高瓦斯 、高地温矿井安 全高效开 采 。如望峰岗矿井中央区工业场地布置 5个井筒 ， 一 号 副 井 、二 号 风 井 施 工 至 一 水 平 一 8 2 0 m ， 二号副井、主井及一号风井施工至二水平 一9 6 0 m ，在形成 3个 分区通风系统 的同时，中央区又 形成了分水平通风系统 ，生产水平 、开拓准备水平 相对独立，通风及安全可靠性大大增加 。在建的朱 集、潘一东矿井布置 4个井筒，其 中一号副井 、主 井及中央回风井施工至一水平 ，为生产水平服务 ， 二号 副井 或矸 石井 施工 至二水 平 一9 7 0 m 左右 ， 同时将中央风井延深至二水平 ，从而形成分水平相 对独立 的通 风系统。正在 实施 的谢桥、张集、潘 一 、潘三深部延深工程实施后 ，亦可形成相对独立 的分水平通风系统 。 三是优化井下开拓巷道布局，不仅体现工程量 少 、功能全、系统简单，更重要的是要体现有利于 通风及瓦斯、地温综合治理。近期投产的新建矿井 多采取分组集中大巷布置 ，每组大巷一般布置 4 ～ 5条巷道 ，即 1 ～2 条轨道巷、1 条带式输送机巷和 2条回风大巷 ，在保证井 筒具有足够 通风量 的同 时 ，使井下亦有同等能力的通风断面 ，形成 “ 二进 二回”的 良好通风格局 。 72 四是淮南矿区为煤层群开采 ，主要可采煤层中 一 般厚煤层均为突出或强突出煤层 ，仅靠单一的瓦 斯预抽措施很难实现瓦斯减突或彻底消突 ，在开采 顺序上必须优先开采保护层 ，实施瓦斯综合防治 ， 实现高瓦斯厚煤层安全高效开采 。近期建成投产的 大型或特大型现代化矿井之所以能够在较短的时间 内迅速达产主要归功于开采保护层 ，实施了瓦斯区 域 防 治策 略 。 4结 论 1 淮南矿区为复杂地质条件下高瓦斯煤层群 深部开采矿区，目前已完成 由老 区向潘谢矿区战略 转移。 2 总结淮南矿区多年建井和生产实践经验 ， 矿井开拓布局 的合理与否对高瓦斯煤层群深井建设 和安全生产起着至关重要的作用 。 3 井 田范围较大的高瓦斯煤层群深井开采矿 井宜采取分区开拓 、分区通风方式，工业场地内井 筒数 目一般宜布置 4 ～5个 ，分别施工至一、二水 平 ，在形成矿井分 区开拓 、分区通风 系统的同时 ， 有条件时应形成分水平开拓和通风系统 ，井下开拓 大巷每组 以 4 ～5 条为宜 ，以配套形成井下 “ 2进 2 回”的良好通风格局 ，不仅使矿井通风系统更加合 理 ，同时有利于矿井缩短建设工期和达产工期 ，有 利于深部瓦斯 、地温问题的有效解决，实现矿井安 全高效开采，也为今后淮南矿 区一1 0 0 0 m 以下资 源合理开发提供了必要的技术储备和借鉴经验。 作者简 介 罗志 中 ，男 1 9 5 8 一 ，河 南 周 口人 毕业 于焦作 矿业 学院 现 河南理工大学 ，现为煤炭工业合肥设 计研 究院副总 工程师 。 责任编辑张毅玲 商 务 部 下 达2 0 1 0 年 第 一 批 焦 炭出 口 配 额 日前，商务部下达 2 0 1 0年第一批一般贸易焦 炭出 口配额 ，配额总量为 6 1 0万 t ，相 比2 0 0 9年第 一 批焦炭配额总量 5 7 8万 t 增加 了 3 2万 t 。 据悉，2 0 1 0年 的配额安排 主要依据各企业从 2 0 0 7年到 2 0 0 9年 1 ～1 O月份 的出 口实绩。为体现 向生产企业倾斜的原则 ，配额安排也将适当参考生 产企业 2 0 0 8年度的出 口供货量。 中国煤炭第 3 6卷第 1 期 2 0 1 0年 1月