庄旺矿配采工艺优化方案的研究

党利亚

（山西宁武大运华盛能源集团有限公司，山西 忻州036700）

山西煤炭资源经过多次的兼并重组后，给煤矿的采掘条件带来了巨大的改变。受此影响，整合后的煤矿在资源开采方面难免存在连续性差、采掘成本高、采空区面积大、巷道顶底板管理复杂等情况[1-2]。同时，下游市场对煤炭品质的要求越来越高，部分资源不佳的煤矿会在有限的井田范围内，优先对煤质较好的煤炭资源进行开采，从而造成了低灰、低硫、高热量煤炭的过度开采，也对煤矿的长远发展带来不良影响。

因此，为了实现煤炭资源的高效利用并为煤矿长期的经济效益做考虑，需要有针对性的对煤矿制定不同煤层间的配采方案，从而达到煤炭资源的高效、经济开采[3]。

1 项目概况

庄旺煤矿位于山西忻州宁武县，为了确保企业生产安全，有效减少采掘活动所产生的多重扰动作用，需要对原先采掘顺序进行优化，将具有安全隐患的50206工作面暂缓开采。

50206工作面北面为50205工作面，50205工作面北部的50204工作面已回采完毕，南部为50206工作面回风顺槽掘进面（暂时封闭），50205工作面上部采空区的集中应力及50205工作面北部采空区的集中应力的集中显现，再加之采掘活动的多重影响，给巷道维护和顶板管理造成很大困难，不仅技术上和管理上难度大，而且安全上受到威胁。根据现采掘现状，3号煤层301采区仅剩1个工作面，即30103工作面，该工作面上部2号煤层已回采完毕，且与上部2号煤层间距较小，平均为7.5 m。上部2号煤层采空区集中应力显现，使巷道支护造成困难，安全上有一定的威胁。再由于下部5号煤层工作面暂时不采，因此为了确保矿井安全生产，30103工作面与下部50205、50206工作面均暂时不采。待周边集中应力释放后，根据采掘接替的需要再适时开采。

2 井田开拓与井下开采方案

2.1 井田开拓

庄旺煤矿利用现有的井筒采用斜井开拓方式，其中，主斜井与副斜井为半圆拱形断面，均落底在5号煤层底板中部位置。主斜井净宽3.4 m，净断面积9.3 m2，落于5号煤层底板中部，装备带式输送机，主要负责生产煤炭的提升工作；副斜井净宽3.8 m，净断面积11 m2，倾角15°，斜长482.0 m，装备单钩串车，担负矿井的材料、设备和人员的运输工作。具体煤层的开拓布置如下：

1）2号与3号煤层联合布置分层开采，其中沿2号煤层布置采区运料巷、采区运输巷和采区回风巷。三条巷道间距25 m，向井田南部延伸至距井田南部边界390 m处。井田北部延伸至201采区北部边界处，201采区轨道巷通过轨道暗斜井与502采区轨道巷连接，201采区运输巷通过2号煤层采区煤仓与502采区运输巷连接；形成开采2号、3号煤层的生产系统。

2）5号煤层现有4条下山开拓，均布置于5号煤层中。集中轨道下山、运输下山在井田中部平行于井田边界南北向布置4条采区巷，分别为5号煤层502采区运料巷、运输巷、回风巷、进风行人巷。4条采区巷道间距25 m，分别通过集中轨道下山、集中运输下山、联络巷、井底煤仓、井底车场、5号煤层进/回风大巷与4个井筒相连，形成开采5号煤层的生产系统。

配采开拓方面，笔者利用现有开拓系统，对2号煤层201采区的运输巷沿煤层底板布置，采区运料巷和回风巷沿煤层顶板布置；5号煤层进风行人巷、回风巷沿煤层顶板布置，502采区运输巷沿煤层底板布置，采区运料巷沿煤层中部布置。

2.2 井下开采

根据矿井优化后采掘接替顺序，矿井3号煤层开采时其上覆2号煤层必须回采完毕。同时为避免应力集中的影响，3号煤层与2号煤层在内错布置时必须保持一定间隔。另外矿井3号煤层与5号煤层配采期必须保证5号煤层开采时其上覆3号煤层工作面始终超前5号煤层工作面150 m以上。参考矿井资源储量、井下大巷布置的特点及井田边界的特点，分别将全井田2号煤层划分为201、202采区，3号煤层划分为301、302采区，5号煤层划分为501、502、503采区。

开采过程中，将201采区、301采区、502采区分成南、北两段，以5号煤层502采区中部和50204工作面采空区及2号、3号蹬空区域保护煤柱为界。煤层配采共分为三个阶段进行。

1）阶段一。由于201采区（北段）西面2号煤层较稳定，先将201采区（北段）20109工作面与502采区50207工作面进行配采，具体顺序：20109工作面→20106工作面→20108工作面→30103工作面→20107工作面→20105工作面；同时配采50207工作面→50205工作面。

2）阶段二。优先配采完毕2号煤层后，接着对301采区（北段）3号煤层工作面与502采区（南段）50205工作面（剩余部分）、50206工作面进行配采，具体顺序：30109工作面→30106工作面→30108工作面→30107工作面→30105工作面；同时配采50205回采工作面（剩余部分）→50206回采工作面。

3）阶段三。301采区（北段）3号煤层配采完毕后，单采50206工作面（配采剩余部分）→502采区（北段）5号煤层，顺序：单采50206工作面（配采剩余部分）→502采区（北段）5号煤层。

在对矿井配采进行优化设计后，将对2号煤层201采区与5号煤层502采区进行配采，全井田共布置1个2号煤层回采工作面（20109回采工作面），1个5号煤层回采工作面。

20109工作面中部有大运路保护煤柱，严格按照批准的保护煤柱留设。严禁进入20109工作面中部大运路保护煤柱内回采。回采至大运路东部保护煤柱边界时必须停止回采，需在大运路西部保护煤柱边界外重新开切眼，重新布置工作面。在20109工作面西部重新开切眼前，必须保证前方回采过的区域内顶板垮落稳定后，才可重新开切眼。防止大面积空顶，及时采取专项顶板安全技术措施，确保顶板及时垮落，确保安全生产。

2.3 井下硐室设置

201采区运料巷最底部设有泄水硐室，201采区涌水经泄水硐室流入502采区主副水仓，502采区运料巷底部建有502采区水泵房和主、副水仓，此两采区均采用锚索锚网喷支护。

201采区运输巷铺设带式输送机，担负采区煤炭运输任务；201采区、502采区运料巷采用双速提升绞车牵引矿车、材料车、平板车提升运输，担负采区辅助提升运输任务；201采区、502采区回风巷担负采区回风任务。

由于庄旺矿2号、3号煤层属近距离煤层，5号煤层属特厚煤层，笔者建议对准备巷道、回采巷道进行专项支护设计，制定专项安全技术措施以确保安全生产。

2.4 采煤方法与设备

根据庄旺矿煤层特点的不同，需要针对各煤层采用不同的采煤方法与工艺进行配采：2号与3号煤层均采用综采一次采全高采煤法，而5号煤层采用综采放顶煤采煤法，所有煤层的开采均使用全部垮落法对顶板进行管理。

表1 煤层工作面主要设备表

在配采过程中，回采工艺及设备使用方面存在一定的差异，2号与3号煤层的回采工艺流程基本相同，均为：试机→双滚筒采煤机进刀割煤→伸伸缩梁→移架→推刮板输送机。5号煤层回采工作面采用追机放顶煤的作业方式，回采工艺略有不同，放顶煤步距0.80 m，推刮板输送机作业完成后进行放顶煤工作。不同煤层设备使用的差别参见表1。

3 结语

庄旺煤矿由于原设计采掘工作面上部采空区的应力较为集中的现象明显，加之巷道采掘活动频繁，对顶底板的维护和管理带来诸多安全隐患。该矿根据矿井资源和开采条件，在现有开拓布置的基础上，充分利用现有井上下设施提出新的配采方案。在煤层开采顺序优化调整后，对提高煤矿经济效益、维持企业长治久安，带动煤矿经济全面发展起到了良好的效果。