煤岩分离排矸系统的优化设计

刘全胜

（潞安化工集团寺家庄煤业有限责任公司，山西 阳泉 045000）

煤矿安全高效生产及智能化矿山建设是煤矿近年来的一个重要发展目标[1-3]，各大煤矿企业不断升级生产机械，引入先进技术，优化生产工艺，取得了事半功倍的生产实效。煤矿安全高效生产及智能化矿山建设是以良好的生产系统为基础的，专家学者针对在设计之初及后期升级改造中煤矿生产系统的合理性规划问题进行了大量研究。朱学龙[4]针对古城煤矿的生产系统线路长、环节多、巷局部失修，给生产系统的安全运行及可靠性带来隐患等问题，提出了采用安全高效生产高速线的理念，用以解决多水平矿井复杂生产系统的现状。王飞飞[5]在充分考虑井下既有巷道布置方式的基础上，充分利用旧巷，实现新旧巷道的有序衔接，提出了盘区巷道优化设计方案。目前，由于各矿区在地质条件、工艺、产量等方面存在较大的差异性，对不同条件下生产系统的再优化设计工作的重要性日益凸显。

寺家庄煤业公司小断面岩巷设计较多，生产系统中高抽巷、低位抽放巷单进水平低，无法达到煤岩分离，产矸量大；出矸系统维护时间长，影响掘进进度。为增产提效，矿井选用综掘机械化系统对岩巷掘进设备进行了升级，对高抽巷、低位抽放巷支护方案设计从支护排距、支护材料两方面进行了优化，但这些措施使得岩巷单进水平提高至180～200 m/月，依然无法解决工程衔接紧张问题。同时，因受到经济和地质条件的限制，前期不完善的生产系统设计造成了人力、物力资源的大量浪费。因此亟需进一步优化巷道生产系统，完成特定环境下的煤岩分离排矸系统设计，以提高矿井的生产效益。

1 工程概况

寺家庄煤业公司北一盘区为双翼盘区，两翼共用一组盘区准备巷道。回采巷道中的进风巷、回风巷、进风底抽巷从北一盘区辅助运输巷或带式输送机巷开口，低位抽放巷与回风巷连通，高抽巷独立系统。该巷道设计方案存在诸多问题：1）高抽、低位抽放巷存在多次揭煤；2）回风巷与低位抽放巷共用回风系统；3）无法满足掘进过程中的煤岩分离；4）每日皮带检修2～3 h，无法满足掘进机的连续掘进。

煤业公司15114 工作面出矸系统设计是通过进料系统进行出矸。原设计安装了两部800 mm 皮带、一部1 m 皮带，对15114 工作面回风巷、低位抽放巷、高抽巷掘进期间进行排矸（煤），3 个迎头一圆班出矸（煤）420.03 m3，出矸（煤）量较大。其中，15114 工作面高抽巷日掘进8～10 m，断面4.2 m×3 m=12.8 m2；15114 工作面低位抽放巷日掘进7～8 m，断面4.8 m×3.3 m=15.84 m2；15114 工作面回风巷日掘进7 m，断面4.8 m×3.3 m=19.68 m2。原设计排矸仓深11 m，有效容积188.4 m³。此设计方案存在如下问题：1）无法满足掘进过程中的煤岩分离和排矸量要求；2）每日皮带检修2～3 h，无法满足掘进机的连续掘进。

基于上述问题，为了满足生产接续及生产需要，寺家庄煤业公司在进行北一盘区及15114 工作面巷道系统设计时，需充分考虑该工作面区域内原有巷道的布置情况，优化15114 工作面出矸系统巷、北一盘区高抽集中巷施工方案，以期实现煤岩分离排矸系统设计。

2 排矸系统优化设计

2.1 北一盘区排矸系统优化设计

北一盘区设计时在原有准备巷道基础上，增加高抽集中进、回风巷。低位抽放巷、高抽巷从北一盘区高抽集中巷开口（形成出矸及运料系统），如图1。在高抽集中巷施工仓深29 m、直径10 m、有效容积2000 m3的矸仓，矸仓设计如图2。

图1 北一盘区高抽集中巷出矸系统设计

图2 北一盘区高抽集中巷矸仓设计（mm）

北一盘区排矸优化路线：盘区工作面高抽巷或低位抽放巷经高抽集中进风巷到达矸仓，然后通过下方的矿车经辅助运输大巷到北翼风井（副立井）提升至地面，最后排到矸场。

北一盘区运煤路线：盘区工作面煤巷、回采煤炭经相应煤巷或煤仓到达北一盘区带式输送机巷，然后通过皮带运输至北一盘区大煤仓，最后经北翼带式输送机大巷、主斜井运输至井上煤场。

现有北一盘区高抽集中巷内同时4 条巷道进行掘进，分别为15303 工作面高抽巷、15303 工作面低位抽放巷、15309 工作面高抽巷、15309 工作面低位抽放巷。系统设计优点：1）一次性实现北一盘区20 个工作面高抽、低位抽放巷不揭煤。2）掘进过程中的煤岩分离，减少运输系统和选煤厂的负荷，降低选煤费用。3）检修可以根据生产需要进行调整，掘进机不受大皮带影响，每天多开2 h，满足掘进机的连续掘进。4）北一高抽集中进风出矸系统煤仓投用后，低位抽放巷比原来增加进尺39 m/月，高抽巷增加进尺71 m/月。低位抽放巷施工后基本能够满足巷道超前回风巷（回风巷单进180～200 m/月）4～5 个月以上，满足回风巷连续掘进要求，保证工作面根据衔接要求出煤，减少回风底抽巷2000 m。

2.2 15114 工作面排矸系统优化设计

为了实现15114 工作面在掘进过程中的煤岩分离及掘进机的连续掘进，特设计出矸系统巷，使15114 工作面低位抽放巷和15114 工作面高抽巷掘进过程中的岩石经15114 工作面出矸系统巷、煤仓（仓深34.7 m，直径6 m，有效容积608 m3）至15116 工作面进风巷口，如图3。

图3 15114 工作面优化排矸系统设计

15115 排矸系统巷排矸优化路线：15115 工作面高抽巷、低位抽放巷施工所出矸石经排矸系统巷到达矸仓，然后通过下方的矿车经辅助运输巷到中央副立井提升至地面，最后排到矸场。矸仓设计如图4。

图4 15114 工作面矸仓设计（mm）

该系统的优点为：1）掘进过程中的煤岩分离，减少运输系统和选煤厂的负荷，降低选煤费用。2）检修可以根据生产需要进行调整，满足掘进机的连续掘进，掘进机不受大皮带影响每天多开2 h。3）通过进尺对比，低位抽放巷比原来增加进尺35 m/月，高抽巷增加进尺127 m/月。低位抽放巷施工后基本能够满足进尺超前回风巷4～5 个月以上，满足回风巷连续掘进要求，保证工作面根据衔接要求出煤，同时减少一条回风底抽巷。

3 设计应用效益分析

北一盘区排矸系统优化设计后，18 个工作面按照平均2000 m 计算，减少底抽巷36 000 m，节省费用26 280 万元；减少选煤厂筛选矸石255.96 万t，节省费用4 607.28 万元；进尺增加后每个工作面减少设备使用时间3 个月，18 个工作面可减少使用时间54 个月，租赁费用节省12 130.56 万元；施工北一盘区高抽集中进、回风巷及矸仓掘进期间投入费用9 352.23 万元。节支总额为33 665.61 万元。

15114 工作面排矸系统优化设计后，工作面按照3500 m 计算，减少底抽巷2000 m，节省费用1460 万元；减少选煤厂筛选矸石20 万t，节省费用360 万元；进尺增加后减少设备使用时间13 个月，租赁费用节省324.48 万元；施工15114 工作面出矸系统巷及矸仓掘进期间投入费用703.34 万元。节支总额为1 441.14 万元。

此外，煤岩分离排矸系统的设计构建，满足了连续化掘进要求，保证了工作面之间生产的正常衔接，矿井多岩巷排矸系统工作效率低、成本高、难维护等系列问题得到解决，经济与安全生产效益得到有效提升。

4 结论

1）寺家庄煤业公司在北一盘区原有准备巷道基础上通过增加高抽集中进、回风巷，从高抽集中巷开口施工矸仓，在15114 工作面通过增设出矸系统巷和煤仓，设计构建了煤岩分离排矸系统。

2）煤岩分离排矸系统的设计应用，优化了矿井生产系统，实现了掘进过程中的煤岩分离，降低选煤成本，实现了掘进机的连续掘进，低位抽放巷与高抽巷施工增加进尺分别为35～40 m/月、70～120 m/月，经济效益显著；解决了多岩巷矿井出矸系统问题，有助于进一步推动煤矿安全高效生产及智能化矿山建设。