年产千万吨级矿井折返式采区上山布置方案分析

王 飞

(山西西山晋兴能源有限责任公司 斜沟煤矿， 山西 吕梁 033600)

1 矿井概况

斜沟煤矿年设计产能1 500万t，正在开采一水平11、15采区和二水平21采区。为了保证矿井持续稳产，为二水平平稳有续生产创造条件，需尽快开展25采区的建设工作。25采区位于井田东北部，上覆15采区(正在采掘)。25采区东侧、北侧为矿界，南侧为岚漪河、岢瓦铁路、218省道及21采区北翼(正在采掘)，西侧为二水平北翼3条开拓巷及26采区(规划区)。13号煤层盖山厚度最薄47 m，亦位于采区东南角；13号盖山厚度最厚为543 m，位于采区西侧保德县与兴县县界附近,地面标高为+950～+1 217 m. 采区内地势总体呈现为东高西低，中部高南北低，井田内及其相邻关停矿井8个。

目前，该矿使用无轨胶轮车进行辅助运输，对巷道坡度及运输距离有一定的要求，同时采区辅助运输上山巷道的布置直接影响到保护煤柱留设的范围及工作面的布置，从技术经济指标上也希望采区辅助运输上山巷道布置最优。因此，对25采区辅助运输上山巷道的布置设计技术研究对该矿后续采掘衔接具有重大的战略意义。

2 采区辅运上山折返式设计分析

根据25采区13号煤层的赋存条件，并对煤层倾角进行分析，结合该矿正在使用的采掘和运输设备(主运输采用带式输送机，辅助运输采用无轨胶轮车)，制约25采区巷道布置方案的主要因素是辅助运输，坡度不能大于6°，现提出4种解决方案。

1) 方案Ⅰ。在25采区0702钻孔南侧560 m处，沿13号煤层向北偏东33°布置25采区上山巷道。由北向南依次分别为25采区回风上山、25采区带式输送机上山和25采区辅助运输上山。采区上山布置在采区中部，将采区划分为两翼，使两翼储量均衡，利于工作面正常接替；25采区辅助运输上山沿煤层底板布置；25采区回风上山沿煤层顶板布置；25采区带式输送机上山沿煤层中部布置；3条上山均为煤巷。辅助运输上山角度设计为6°，带式输送机上山角度为4.2°～6.5°，回风上山角度为4.2°～6.5°. 采区上山布置方案Ⅰ见图1.

图1 方案Ⅰ图

2) 方案Ⅱ。在25采区1503钻孔北侧150 m处，沿13号煤层南偏东51°布置25采区上山巷道。由北向南依次分别为25采区回风上山、25采区带式输送机上山和25采区辅助运输上山。采区上山布置在采区中部，将采区划分为两翼，使两翼储量均衡，利于工作面正常接替；25采区辅助运输上山沿煤层底板布置；25采区回风上山沿煤层顶板布置；25采区带式输送机上山沿煤层中部布置；3条上山均为煤巷。辅助运输上山角度设计为6°，带式输送机上山角度为4.2°～6.5°，回风上山角度为4.2°～6.5°. 采区上山布置方案Ⅱ见图2.

图2 方案Ⅱ图

3) 方案Ⅲ。在1503钻孔南侧约455 m处垂直二水平北翼大巷布置25采区带式输送机上山和25采区回风上山，在25采区带式输送机上山和25采区回风上山两侧约150 m范围内折返式布置25采区辅助运输上山，折返5次，延伸至25采区东部边界；25采区辅助运输上山沿煤层底板布置；25采区回风上山沿煤层顶板布置；25采区带式输送机上山沿煤层中部布置；3条上山均为煤巷。辅助运输上山角度设计为6°，带式输送机上山角度为9°，回风上山角度为9°. 采区上山布置方案Ⅲ见图3.

图3 方案Ⅲ图

4) 方案Ⅳ。在钻孔1503钻孔南侧约447 m处布置25采区带式输送机上山和25采区回风上山，采区巷道布置由北向南依次为25采区回风上山和25采区辅助运输上山；在钻孔0702南侧约90 m处布置25采区辅助运输上山开口，向北偏东方向29°伪斜布置25采区辅助运输上山；25采区辅助运输上山在25采区带式输送机上山和25采区回风上山两侧390 m范围内折返，折返2次，延伸至25采区东部边界。

主运输上山和回风上山垂直北翼大巷布置，辅助运输上山沿13号煤层底在主运输上山和回风上山两侧折返式布置。采区上山布置方案Ⅳ见图4.

图4 方案Ⅳ图

3 经济技术指标研究分析

对4种不同方案的前期投资费用、消耗工期等进行对比，方案Ⅰ和方案Ⅱ技术经济比较见表1,方案Ⅲ和方案Ⅳ技术经济比较见表2.

表1 方案Ⅰ和方案Ⅱ技术经济比较表

表2 方案Ⅲ和方案Ⅳ技术经济比较表

由表1可知，方案Ⅱ比方案Ⅰ在工期上多2个月，井巷工程投资方案Ⅱ比方案Ⅰ要多5 857.04万元，煤柱损失在正常回采时方案Ⅱ比方案Ⅰ要损失234 960万元，带式输送长度相比价格差异不大，方案Ⅱ比方案Ⅰ要多投资481万元，合计方案Ⅱ比方案Ⅰ要节省228 622万元，方案Ⅱ优势明显。

由表2可知，方案Ⅳ比方案Ⅲ在工期上能少0.9个月，井巷工程投资少1 354.4万元，煤柱损失在正常回采时要少损失113 520万元，合计方案Ⅳ比方案Ⅲ要少114 904.4万元，从经济角度比较，方案Ⅳ优势明显。

从技术角度分析，无轨胶轮车在回采工作面搬家时属重载运行，连续爬坡并连续拐弯折返，对运输司机驾驶技术要求较高，对行车安全造成一定影响。结合技术和经济分析推荐方案Ⅳ作为优选方案。

对以上两种择优选出的方案Ⅱ和方案Ⅳ进行比较，见表3.

表3 方案Ⅱ和方案Ⅳ技术经济比较表

通过比较，方案Ⅳ相对于方案Ⅱ投资节省92 826万元，工期少0.7个月，确定出方案Ⅳ作为本次设计理想方案。

为了使方案对比更科学，基于统计理论聚类分析法，建立判别函数Y=a1x1+a2x2+…+anxn，其中:Y为判别分数(经济成本值);x1,x2…xn为反映研究对象特征(即采区巷道工程造价成本)的分变量;a1,a2…an为权重系数。利用判别函数判别巷道工程量、每延米造价、胶轮车成本等经济指标对总经济成本的影响，遴选权重占比较显著的指标，进而验证确定出方案Ⅳ为最终合理方案。4种方案的聚类分析见图5.

图5 4种方案聚类分析图

4 结 论

1) 在煤柱损失正常前提下，基于工期、投入成本比较返式上山布置方案最为理想。

2) 采用折返式布置有效降低了上山巷道坡度，保证了行车安全，尤其是保证了重载车辆的安全运行。

3) 折返式上山在斜沟煤矿成功布置对其他采用无轨胶轮车作为辅助运输的矿井有一定的借鉴意义。