龙山矿矿井开拓及开采的探讨

能源研究

龙山矿矿井开拓及开采的探讨杨世伟（山西汾阳市能源局，山西汾阳032200）

摘要：煤炭作为一种不可再生能源，在人们生活中占据重要位置。若施工单位在矿井开拓及开采中应用先进技术和

有效的开采方式，不仅能降低煤炭开采进程中安全事故发生的概率，还能大幅度增加煤炭产出总量，使煤炭企业获得可观的经济效益，提升中国国民经济水平。因此，对龙山矿矿井开拓及开采进行研究，以期为日后相关工作提供参考。关键词：龙山矿；矿井开拓；井下开采中图分类号：TD822+.2文献标识码：A文章编号：2095-0802-(2021)03-0016-02

DiscussiononMineDevelopmentandMiningofLongshanCoalMine(FenyangEnergyBureauofShanxi,Fenyang032200,Shanxi,China)

Abstract:Asanon-renewableenergysource,coaloccupiesanimportantpositioninpeople'slives.Iftheconstructionunitapp-liesadvancedtechnologyandeffectiveminingmethodsinminedevelopmentandmining,itcannotonlyreducetheprobabilityofsafetyaccidentsinthecoalminingprocess,butalsogreatlyincreasethetotalcoaloutput,enablecoalenterprisestoobtaincon-siderableeconomicbenefitsandimprovethelevelofChina'snationaleconomy.Therefore,thispaperstudiedtheminedevelop-mentandminingofLongshanCoalMine,inordertoprovidereferenceforrelatedworkinfuture.Keywords:LongshanCoalMine;minedevelopment;undergroundmining

YANGShiwei

在矿井开拓及开采过程中，开拓为整个矿井开采整体布局、实施做有力支撑，而开拓主要涵盖井田开拓、开拓部署。其中，井田开拓为巷道到达采煤区奠定基础，而开拓部署对其煤层开采方式和顺序做出统筹性规划，使煤炭顺利完成开采。煤炭井下开采具有周期长、危险因素多的特征，所以，在其开采过程中，需对各类因素予以考量，以实现安全开采的目标。1工程概况

龙山矿位于杨家庄镇以南、石庄镇以东、三泉镇西北一带，距离山西省汾阳市西南方向约17km，属三泉镇管辖。该矿区总面积为10.8599km2，允许开采2耀11号煤层，矿井生产能力为0.6Mt/a。该矿井采用斜井两水平开拓方式，共需布设3条井筒，同时，在开采工作面采用走向长壁采煤法，一次采全高综合机械化工艺。在此矿井通风系统中，采用中央并列式通风方式，利用机械将风抽出，达到通风的效果。在开采过程中，使用的主要机械设备为MG132/315-WDH型电牵引采煤机、SGZ630/264型可弯曲刮板运输机、SZZ764/160型转载机、ZY3600/08/18型液压支架。2

2.1龙山矿矿井开拓

煤层埋藏及开采条件该井田主要可采煤层为2号、4号、5号、7号、9+10+11号，一共5层煤。其中，2号、4号煤层井田内厚度变化大，但结构较简单，为不稳定局部可开采收稿日期：2020-09-08

作者简介：杨世伟，1984年生，男，山西汾阳人，2011年毕业于中北大学安全工程专业，助理工程师。

煤层；5号煤层结构稳定，作为全区稳定大部分可采煤层；9+10+11号煤层结构较为复杂，层位和厚度稳定，为稳定的全区可采煤层。该矿井主要面临矿井水害、火灾、煤尘爆炸及粉尘危害、矿井瓦斯、冒顶片帮等灾害，应对此类灾害因素加强防控，才能为煤炭顺利开采奠定基础。2.2开拓方式及井口位置矿井开拓方式的选取对实际工作开展具有重要作用。根据矿井实际情况，充分考量其所处地形条件、煤层赋存条件、地质构造、交通运输条件、勘探程度和煤层深度等，确定选取以斜井或立井的开拓方式最合适。选取井口位置时，需考虑以下3点：a)所处区域地质条件好，符合生产设计所需，同时，不受洪水、山体滑坡等自然灾害威胁；b)所选场地应靠近公路，为运输提供便利；c)应选取在储存中心位置，减少井下运输、通风工程投入成本。通过对各方面因素的考量，并比对各类数据信息，最终确定该矿井开拓方式为立井开拓。2.3开拓整体筹划矿井开拓的整体部署包含以下几点：a)根据矿井实际情况，面积较小的为中型矿井，需布设3条井筒；b)根据对各煤层赋存特征的分析，将该矿井划分为2个水平，其中，2号、4号、5号为一组，采用联合开采方式，9+10+11号为一组；c)在选择大巷布置方式时，受采空区的影响，2号、4号、5号3个煤层开采区域较小，整体观测只有5号煤层大部分可采，所以，基于巷道工程量，从便于开采、方便煤层资源回收的角度考虑，最终确定东西、南北各布置大巷，各工作面沿煤层走向推进；d)将全矿井划分为5个开采区，开采顺序·16·

2021年第3期杨世伟：龙山矿矿井开拓及开采的探讨2021年3月

为2号煤层、4号煤层、5号煤层、9+10+11号煤层。2.4井筒为考量后期矿井通风量、提升矿井抗灾害能力，在主斜井内设置1000mm的带式输送机，并增加其断面面积。在实际工作中，主矿井负担煤炭提升和人员运输，副斜井主要为辅助矿井，回风井主要承担矿井回风工作。根据矿井管理习惯和煤层运输条件，该矿井主斜井配备带式输送机。同时，在井筒施工设计方式中，结合相同矿井案例，其表土段和基岩段均采用普通施工法。对于井筒设置方式而言，为解决井筒穿采空区的问题，主要考虑以下2点：a)在井筒采空区中，受影响较小的煤层为2号、4号，因其上覆岩层已处于稳定状态，所以，产生沉降量较小，井筒不会被严重破坏。即使在煤层开采进程中岩层出现下沉变形，受水平及压缩变形影响较小，只随岩层整体沉降而沉降。b)为保证2条斜井井筒能顺利穿过采空区，应预估2条斜井穿过采空区的位置，并打钻探测其冒顶情况和积水状况。同时，根据探测情况，制订针对性的注浆设计方案，主要针对淤积穿过采空区。另外，对采空区注浆状况予以检查，根据现场实际情况确定是否在井筒内部实施二次注浆。2.5井下车场及硐室该矿井辅助运输采用轨道运输，具体运输方式为提升绞车—蓄电池机车—采区无极绳牵引车—工作面无极绳。副井井下车场设置的主要硐室有主泵房、水仓、机车修理间、井下急救室、消防材料间、溜煤眼等。根据煤层顶板岩石状况，在井底车场选取甩车场，并设置相应的高低道，在副井甩车场进入5号煤层底板后，设定井底车场巷道和硐室，同时巷道以锚网喷作为支柱，防止岩层破碎，采取锚网喷与锚索相结合的支护方式。此外，井下硐室主要采用现浇混凝土支护。3

井下开采

3.1布设开采区根据矿井的实际情况，将其划分为2个水平，其中，一水平可划分为3个开采区，二水平可分为2个开采区，共计5个开采区。在布设井下开采区时，主要从两方面予以考量：a)采区巷道的布置。以矿井开拓为基础，将水平开拓上下山巷道作为采区巷道，并设回采巷道，依据一水平煤层可采区域情况，在首采时以东西向水平大巷为工作面巷道，工作面运输巷利用溜煤眼和二采区主运沟运输工作面来煤，以此减少上组煤层工作量。依据煤层储存条件，并结合矿井生产能力，将首采工作面设定在井田中部。b)采区车场。根据各矿井案例调研，矿井采取辅助运输方式，采区下山无极绳连续牵引矿车。具体来说，一水平辅运大巷通过甩车场连接井底车场绕道，一水平辅运大巷与中部车场、工作面回风巷和各工作面连接，在其顺槽中采用无极绳连续牵引矿车的方式[1]。3.2采煤方法及施工工艺了解矿井煤层情况后，确定工作面采用ZY3600/08/18型液压支架，从可开采范围内观测，因受采空区、地形等影响，采区煤层均为局部可开采煤层。表1为2号、4号、5号煤层可采范围内煤层厚度变化情况。分析表1煤层厚度可知，2号、5号煤层厚度较为稳定，5号煤层可开采区域占比较大，约为87.5%，4号煤层变化较大，但煤层厚度较佳。2号、4号、5号煤层范围较为接近，基本厚度在0.8耀1.2m之间，所以，采煤设备的选取统一考量。根据矿井开采条件，结合当下开采技术条件，采用“一井一面”就可满足生产设计要求，故确定对2号、4号、5号煤层均采用长壁采煤法综合机械回采工艺，9+10+11号为特厚煤层，采用综采放顶煤工艺。表12号

4号5号煤层可采范围内煤层厚度变化

单位：m

序号512高钻孔2号煤层厚高钻孔4号煤层厚度高钻孔号煤层厚度3高5-3度高5-3高5-21.354高4-31.38高4-30.810.94高4-21.275高4-41.29高5-41.601.54高4-4高4-31.296高5-31.257B63-41.61B25-41.180.94高5-48B91.401.69B31.06高B40.9514-50.860.70高9-40.911.14高3-7109B26-21.342.2211高B12B71.4712B133-71.421.851.33高B121.33B133-70.991.29B61.53B71.101.1813B12B81.11总14厚度16.58

11.05B131.0918.111.33平均厚度

1.507273

1.0045451.293571

回采工作面生产产量由循环割煤量构成，工作面每循环一刀的割煤量为：Qg=hlblrCg，(1)式(1)中，Qg为工作面每刀割煤产量，t；hl为工作面平均r为采煤高体，容m重；，b为N/m采煤机截深，m；l为工作面长度，m；3；Cg为工作面割煤回采率，%[2]。综合考量设备运输、通风、掘进、矿压等因素，确定在井下一水平上山、下山和顺槽断面均采用矩形，其相应支护采用锚网喷方式，在工作面顺槽采用锚杆支护方式，以各个工作面生产能力为基础，配备综合机械化掘进工作面，以肩负煤层巷道掘进任务。该工程岩巷工程主要包括井筒、井底车场、井底水仓等的开凿，主运、辅运等均为半煤岩巷道，其中，矿井井巷长度为11375m，半煤岩巷为8405m，岩巷为2698m。而井巷工程掘进体积为148154m3，半煤岩巷掘进体积为96472m3，岩巷掘进体积为46702m3，掘进率为189.58m/(104t)[3]。（下转21页）

·17·

2021年第3期赵瑞峰：西曲矿28303工作面措施巷扩帮方案的优化2021年3月

棚梁代替短铁棚梁，先支后回。此种方法适用于完整性好、破碎程度低的顶板。由于28303工作面措施巷处于构造段，顶板极度破碎，如果采用传统的先支后回的支护方式[3-6]，当回撤短棚梁时，容易出现顶板冒顶的安全隐患。因此，需寻求一种既不回撤原短铁棚梁，又能保护顶板的支护方式。经过理论计算、数值模拟，结合工程实践，得出了以下优化方案。3600

450

1200

1200

450

单位：mm

段扩帮难题，使作业更加安全、高效。采用优化的扩帮方案后，措施巷从扩帮开始到结束，队组平均每天可扩15m，工期为4d，加快了巷道成型速度，保证了工作面正常衔接，简化了施工工艺和流程，减少了风险隐患，有利于将来设备的安装。优化之后的工艺，节省了支护所需的材料。单位：mm

补打锚索补打锚索

起吊锚杆

20002500

200

450

1200

1200

850

850

850

220085010002600

450350

3300

1300

拉杆拉杆

2900

43004600

7200

图2措施巷扩帮前断面支护图图3扩帮优化支护方案图

3.2优化后的扩帮方案巷道扩帮前，先补打一排锚索并打设点柱加固顶板，排距5m，使用2根起吊锚杆将棚梁吊起，然后拆掉回采侧棚腿。巷道采用锚杆+点柱+锚索支护，如图3所示，扩帮段顶锚杆为矩形布置，间排距为0.8m伊1.0m，在原架棚处顶板补打一排锚杆，距帮350mm，排距1.0m；扩帮段帮锚杆为五花形布置，间排距为1.0m伊1.0m，第一排帮锚杆距顶板0.6m，在落山帮煤帮挂2.3m伊4.0m铁丝网；在顶板打设锚索，间排距为2.5m伊5m；共打设带帽点柱2排，间排距为2.9m伊1.0m，长度为3.5m，采用直径20耀22cm的优质红松圆木；点柱间打设2排拉杆固定，第一排距顶1.0m，排距1.0m。拉杆规格（长伊宽伊厚）为1200mm伊100mm伊50mm，点柱柱窝深100mm，柱帽规格（长伊宽伊高）为600mm伊200mm伊100mm。5结语

通过工程实践、数值计算等方法，优化了传统的大断面巷道扩帮方案，创造性地解决了破碎顶板条件下扩帮难的问题，缩短了工期，极大地降低了工人的劳动强度。优化后的方案可以在西曲矿或其他具有类似地质条件的矿井中推广使用。参考文献：［1］蔺波.大断面巷道快速掘进技术分析［J］.能源与节能，2018(10)：

139-140.

［2］孟祥臣.大断面巷道快速掘进施工工艺探讨［J］.山东煤炭科

技，2018(9)：61-62.

［3］路兴国.浅析大跨度切眼快速施工方法［J］.山东煤炭科技，

2015(7)：55-56.

［4］郭晓朋.掘进巷道过断层支护技术探究［J］.能源与节能，2019(11)：

91-92.

［5］卢少波.巷道过断层施工安全技术研究［J］.内蒙古石油化工，

2019(8)：86-87.

［6］崔占鳌.大断面巷道过断层破碎带支护技术［J］.陕西煤炭，

2019(2)：101-103.

（责任编辑：白洁）

4创新点及现场效果

在西曲矿大断面巷道扩帮中首次采用将架棚段棚梁吊起的方式，创造性地解决了顶板破碎下架棚支护（上接17页）

4结语

参考文献：［1］杨锡.煤矿井田开拓的矿井开采设计要求［J］.建筑工程技术

与设计，2019(31)：742.

［2］左艳东.煤矿井田开拓的矿井开采设计要求［J］.科学技术创

新，2019(17)：174-175.

［3］陈东海.对矿井巷道开拓的研究［J］.中国化工贸易，2019，11(4)：

250.

当前，煤炭行业仍在不断革新，具有一定的持久性。煤炭企业只有深刻认识到矿井的开拓与开采具有重要作用，并选取先进技术，根据矿井实际情况采取相应的开采设备、管理制度、保护措施等，才能使煤矿产量有效提升，实现企业经济利益最大化，促进煤炭行业稳定、健康发展。（责任编辑：白洁）

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