新元矿突出煤层优化22

山西新元矿突出煤层

综采工作面回采巷道布置

优化设计探讨郑建平1,2(1中国矿业大学（徐州）矿业工程学院，江苏徐州221116；2山西阳泉煤业（集团)股份公司生产部山西阳泉045000)摘要：现阶段在高瓦斯矿井，工作面通风方式是否合理严重影响矿井的安全高效生产。针对山西新元煤矿310203工作面回采巷道原始布置中煤柱留设较多、动压影响大、通风复杂等问题，采用理论研究对其进行优化设计。最终确定将工作面长度增加为300m，两条回风巷布置在工作面中间，采用“三进两回”的通风方式，两个工作面之间只留设一条护巷煤柱。经过研究分析得出采用这种新型的巷道布置方式既能够有效防治瓦斯突出，保证矿井通风安全，又能够提高煤炭回收率，最终保证矿井安全高效生产，增加矿井经济效益。关键词：突出煤层；综采工作面；通风方式；回采巷道布置；中图分类号：TD724文献标识码：ATheoptimizationdesignofmininggatewayofthethickgasfullymechanizedcoalfaceinXinyuancoalZHENGJian-ping1,2(1.SchoolofMines,ChinaUniversityofMiningandTechnology,XuzhouJiangsu221116;2productionPlace,ShanxiYangquancoal(group)Co.YangquanShanxi045000)Abstract:Atthecurrentstage,thereistheseriousinfluencewhetherreasonableventilationmodeofproductionsafetyandefficiencymineinminingcoal.Accordingtothe310203coalfaceinShanXi

Xinyuanmining,thecoalpillarwastoomuch,dynamicpressurewastoohighandventilationcomplexinoriginallayoutofextractionroadway.Sothetheoreticalresearchontheoptimizationdesignisused.Finallythelengthofthecoalfaceis300m,oneventilationroadwaysisinthemiddleofface,ventilationmodeis“threeinsetandtwoback”andestablishtwopillars.AfterusingthisnewstudyconcludedthatneitherofgasoutcanbeEffectivepreventedandroadwaylayoutsofmineventilationcanbesafetyandcanimprovecoalrecovery,increasemineeconomicbenefitsfinally.Keywords:thickgas;fullymechanizedcoalface;Ventilatedmode;layoutofmininggateway随着矿井开采的发展，瓦斯成为矿井安全高效生产的一大制约因素[1]。为了防治瓦斯突出，矿井不得不采取增加通风量，进行预抽采瓦斯等降低瓦斯的技术[2-3]。山西新元煤炭有限责任公司属煤与瓦斯突出矿井，为保证回采工作的安全，工作面布置五条回采巷道，采取“三进两回”的通风方式，巷道之间留设22m煤柱，存在巷道变形大、通风能力差、本煤层瓦斯抽放及防治突出效果不好，煤炭损失严重等问题，因此需要对其进行优化设计。1矿井概况山西新元煤炭有限责任公司属山西阳泉煤业（集团）控股公司，煤层储量十分丰富，赋存以稳定、较稳定型为主，倾角一般3°～6°，井田内地质构造简单，以宽缓的褶曲为主，断层、陷落柱稀少，无岩浆岩侵入。井田内水文地质条件简单。现开采3#煤层，3#煤为中灰、特低硫、低磷、极易选的贫煤、贫瘦煤，是优质的高炉喷吹煤和出口煤。1.1煤层地质条件310203回采工作面煤层厚0.40～4.08m，平均2.77m；结构简单，一般含一层泥岩夹矸。煤层由西向东由薄变厚，又渐趋变薄，以中厚煤层为主。本层基本属于全井田稳定可采煤层。其顶板为砂质泥岩、泥岩，局部为中、细粒砂岩；底板为砂质泥岩，局部为细、粉砂岩。1.2煤层瓦斯赋存状况井田内煤层埋深大，瓦斯含量高，有突出危险。煤层经实际回采过程中测定，310203回采工作面经过6个月本煤层钻孔预抽以后，平均绝对瓦斯涌出量37.65m3/min，相对瓦斯涌出量6.78m3/t。根据各煤层煤尘爆炸性试验结果表明，各煤层煤尘均有爆炸危险性。因此需要保证工作面生产所需通风风量，同时在回采前对工作面进行预抽采瓦斯。2回采巷道原设计布置矿井采用斜井开拓，下行开采。工作面采用倾斜条带式布置方式。初期回采工作面布置在大巷的南侧，采用倾斜长壁仰斜开采。310203工作面走向长度1876m，倾斜长度240m。考虑到工作面煤层瓦斯含量较高，根据通风要求，工作面共布置五条回采巷道，沿上一工作面采空区侧布置两条回采巷道，其中一条胶带巷、一条进风巷（上一工作面开采时分别作为配风巷和瓦斯尾巷；工作面另一侧布置三条回采巷道，其中一条回风巷、一条配风巷、一条专用瓦斯尾巷。每两条回采巷道间留置22m的保护煤柱。同时为保证在回风巷和瓦斯尾巷之间风量的平衡和风流的稳定，在回风巷和瓦斯尾巷之间每隔50m设计一个通风联络巷。为了在推进过程中不断从配风巷给瓦斯尾巷配风，瓦斯尾巷和配风巷之间每隔100m施工一个通风联络巷。在瓦斯尾巷向工作面斜上方布置瓦斯抽放钻孔，抽放临近层及冒落带裂隙瓦斯。钻孔倾角25°~40°，孔深70m，孔距20~30m，孔径200mm。310203综采工作面回采巷道的布置如图1所示。图1工作面回采巷道布置图Fig.1Thelayoutofmininggatewayincoalface图中西三正巷作为运输巷；西四副巷作为回风巷；西四中间巷作为专用瓦斯尾巷；西四正巷作为配风巷，为瓦斯尾巷配风。由于3#煤属于突出煤层，开采前，在回、进风巷向工作面煤层中施工抽放钻孔，钻孔设计深度150m，每米1个孔，抽放本煤层瓦斯。3原巷道设计存在的问题分析310203工作面原回采巷道布置设计存在以下问题：（1）工作面设计长度240m，在两条回采巷道向工作面打抽放钻孔时，受煤层起伏变化影响，钻孔施工难度大，成孔率低，工作面中部往往留下抽放盲区，预抽瓦斯防突效果一直不很理想。实际回采过程中，就多次发生由于抽放钻孔有盲区而导致瓦斯突出现象。3原巷道设计存在的问题分析（2）两个工作面之间布置三条回采巷道和两条煤柱，煤柱损失较大。（3）回风巷道和瓦斯尾巷之间的每50米布置一联络巷，一是增加巷道掘进量，二是大大增加闭墙的工程量，尤其是掘进期间进闭墙材料难度非常大，经常是人背肩扛，致使工人劳动强度大，人工费用成倍增加，且效率低下。3原巷道设计存在的问题分析（4）运输巷道只能布置在邻近上一个工作面采空区一侧，受二次动压影响，巷道变形严重，维护困难，严重影响回采过程中设备的推移。（5）三条相邻巷道同时平行掘进，通风系统复杂，系统可靠性低，施工组织困难，制约巷道单进水平的提高。3原巷道设计存在的问题分析（6）由于煤层瓦斯含量高，根据以风定产，工作面产能受到限制。同时，由于工作面风量经常处于风速的上限，煤尘较大，工作面环境恶劣，回风巷道粉尘大，造成较大的安全隐患。（7）根据以风定产原则，为保证瓦斯不超限，除限制采煤机落煤速度外，不得不考虑缩短工作面的长度，以降低煤层的绝对瓦斯涌出量，这将严重制约矿井高产高效的发挥。4回采巷道优化设计方案4.1突出煤层综采工作面通风及抽放技术研究U型通风方式是我国大部分采煤工作面采用的通风方式，但是这种通风方式有其自身的局限性，例如采用这种通风方式上隅角瓦斯浓度会升高，不利于矿井安全生产[4]。另外一种是U+L型通风方式，属于一进两回的通风系统，这种系统不仅增加了工作面的风排瓦斯量，而且由于瓦斯浓度分布的改变，在风流压差的作用下采空区的相当大的一部分瓦斯被引入专用排瓦斯巷，减少了工作面上隅角的瓦斯涌出，大大改善了U型工作面上隅角瓦斯超限问题。还有一种是Y+L型通风方式，这种通风方式能够避免上隅角瓦斯超限，但是要求维护采空区巷道，这不仅增大了巷道的支护和维护强度，而且往往因巷道两帮封闭不严(这几类方式本身要求回风巷有部分漏风)，造成采空区后方漏风较大，易在采空区后方形成较大的含氧带，增加了采空区残煤的氧化时间，易引起残煤自燃[5-6]。本煤层瓦斯预抽钻孔布置：从回风巷和进风巷向工作面施工抽放钻孔，钻孔布置在煤层中间，平行于顶底板，垂直巷道钻进。每米布置一个钻孔。如图2所示。图2原工作面瓦斯钻孔布置图Fig.2ThelayoutofGasdrillingincoalface根据新元煤矿现场的实际情况，由于受煤层起伏变化以及钻杆在钻进过程中的漂移，当前使用的防突钻机，对120m深的钻孔很难施工到位，大多只能打80m左右，成孔率约占30%左右，这样就造成工作面中部留下一条80m宽的瓦斯抽放盲区，瓦斯未得到抽放和钻孔卸压，导致工作面在回采过程中时有煤与瓦斯突出现象的发生。4.2310203工作面回采巷道优化设计为了解决原回采巷道布置带来的上述问题，保证工作面通风要求，确保安全高效生产，对其进行优化设计。310203工作面回采巷道优化设计布置如图3所示。图中所示，优化设计后工作面长度300m，工作面采用“三进两回”通风方式。运输巷和配风巷组成一组巷道，布置在工作面的一侧，两巷之间煤柱仍保留22m；回风巷和瓦斯尾巷组成一组巷道，布置在工作面大约中间位置，两巷道间距15m；相邻采空区侧，复用邻面的配风巷作为本工作面的进风巷；进风巷和瓦斯尾巷之间相距140m，回风巷和运输巷之间相距136m。配风巷和运输巷间每100m设计一个联络巷；回风巷和瓦斯尾巷间每200m~300m设计一个联络巷。临近层瓦斯抽放钻孔布置：在配风巷中，抽放钻孔垂直于巷道，布置于煤层顶板，钻孔向上，倾角25°~40°，孔深80m，一般终孔位置在采高的7~10倍。其它参数保留原来设计方案不变。本煤层瓦斯抽放钻孔布置：在两条进风巷、一条回风巷和一条瓦斯尾巷中，在上述四条巷道中分别向工作面相向施工抽放钻孔，钻孔深度仅需65m和75m。图3310203工作面回采巷道优化布置示意图Fig.3Theoptimallayoutofmininggatewayin310203coalface5优化后巷道布置可行性分析（1）该设计方案近似于对拉工作面布置，不同的是工作面只有一台采煤机和一部刮板输送机，这种巷道布置方式理论上可行。（2）从通风系统考虑，“三进两回”的布置方式，在高瓦斯矿井中也经常采用，系统可靠合理。工作面及各条巷道的配风量可按以下比例分配：配风巷10%，运输巷35%，进风巷55%；回风巷75%，瓦斯尾巷25%；工作面前半部45%，后半部65%，中间部分40%。（3）回采过程中，需要一直沿走向方向垂直工作面过两条空巷，回采期间过空巷不存在技术问题；这两条巷道两帮必须采用非金属锚杆和非金属网支护。根据阳泉矿区在切巷中使用玻璃钢锚杆和钢塑网的情况分析，支护强度能满足要求。5.1巷道布置优点分析通过对310203工作面回采巷道进行优化设计后，工作面开采及通风具有以下优点：（1）这种通风系统，由于工作面风流从两端向中间相向流动（如图3所示），在回风巷口汇合，两个方向相反的风流在交汇处会形成一个流体对冲涡流，可以有效带走该处的瓦斯，从而避免工作面和回风巷交叉处上隅角瓦斯浓度偏高的问题。（2）一个工作面分成两个条带，抽放钻孔可以从四条巷道施工，虽然工作面长度比原来设计增加40m，但由于巷道布置的优化，钻孔深度由原来的设计120米减小到65m和75m，钻孔施工容易，成孔率高达95%以上，有效减少钻孔盲区，可以大大提高瓦斯抽放效率，有效防止瓦斯突出。（3）煤柱由原来的两条优化成一条，煤柱损失可以在原来的基础上下降50%。采区回采率增加9%以上，可以大大提高煤炭的回收率。（4）优化后的巷道布置，联络巷数量由原来的50m一条变为100m或200m一条，联络巷数量大幅减少，联络巷密闭工程量大大降低。（5）运输巷可以布置在远离采空动压影响区，避免动压巷道变形对运输设备推移的影响。（6）避免了三条巷道同时掘进，双巷掘进比三巷掘进系统简单易控，系统可靠。给生产管理带来较大方便。（7）工作面的配风量可以加大到原来设计风量的2倍，根据以风定产原则，工作面产量可以大幅提升。（8）由于优化设计方案有效解决了工作面抽放钻孔和配风量，因此可以进一步加大工作面长度，为高产高效创造有利条件。5.2巷道布置缺点分析同样这种巷道布置方式具有一定的缺陷性：（1）每布置一个工作面，原来需要另掘进三条巷道，可以复用上一相邻工作面的配风巷道作为运输巷，现设计的方案中，需要另掘四条巷道，也复用上一相邻工作面的配风巷作为进风巷，巷道掘率有所增加。但是可以通过加大工作面的长度来降低巷道掘率。（2）临近层瓦斯抽放钻孔原来布置在专用尾巷，优化后布置在配风巷中，否则该条巷道可以不配风。（3）工作面风流，前半部风流是从机头向机尾方向，后半部为从机尾向机头方向，中间在回风巷和尾巷之间，风量会明显降低，瓦斯浓度容易升高，因此回风巷和尾巷之间的风量及负压需要精确控制，确保风流可靠。综合分析得出，采用这种新的回采巷道布置形式是可行的，满足矿井通风要求，能够增加矿井经济效益。6结语通过对新元煤矿原回采巷道布置不合理性的研究，确定其优化布置方案。（1）工作面长度增加至300m采用三进两回的通风方式，将两条回风巷布置在工作面中部。（2）两进风巷之间留设22m煤柱，回风巷和尾巷间距15m，临近层抽放钻孔布置在配风巷中，本煤层瓦斯预抽放钻孔布置在另外的四条巷道中。通过分析得出，采用优化后的回采工作面巷道布置方式，一是能够增加煤炭回收率，二是能够提高瓦斯抽放效率，三是可以有效防治瓦斯突出，四是可以进一步加大工作面的设计长度，从而为实现矿井安全高效创造更加有利的条件。参考文献：[1]吴中立.矿井通风与安全[M].徐州:中国矿业大学出版社,1989.WuZhongli.Ventilationandsafetyofcoal[M].Xuzhou:ChinaUniversityofMingandTechnologyPress,1989.[2]俞启香，王凯，杨胜强.中国采煤工作面瓦斯涌出规律及其控制研究［J］.中国矿业大学学报，2000，29(1):9－14.YuQixiang，WangKai，YangShengqiang.StudyonpatternandcontrolofgasemissionatcoalfaceinChina［J］.JournalofChinaUniversityofMining＆Technology，2000，29(1):9－14.[3]丁广骧.矿井大气与瓦斯三维流动［M］.徐州:中国矿业大学出版社，1996.DingGuangx