劉全勝

（潞安化工集團(tuán)寺家莊煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045000）

煤礦安全高效生產(chǎn)及智能化礦山建設(shè)是煤礦近年來的一個(gè)重要發(fā)展目標(biāo)[1-3]，各大煤礦企業(yè)不斷升級生產(chǎn)機(jī)械，引入先進(jìn)技術(shù)，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，取得了事半功倍的生產(chǎn)實(shí)效。煤礦安全高效生產(chǎn)及智能化礦山建設(shè)是以良好的生產(chǎn)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的，專家學(xué)者針對在設(shè)計(jì)之初及后期升級改造中煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)的合理性規(guī)劃問題進(jìn)行了大量研究。朱學(xué)龍[4]針對古城煤礦的生產(chǎn)系統(tǒng)線路長、環(huán)節(jié)多、巷局部失修，給生產(chǎn)系統(tǒng)的安全運(yùn)行及可靠性帶來隱患等問題，提出了采用安全高效生產(chǎn)高速線的理念，用以解決多水平礦井復(fù)雜生產(chǎn)系統(tǒng)的現(xiàn)狀。王飛飛[5]在充分考慮井下既有巷道布置方式的基礎(chǔ)上，充分利用舊巷，實(shí)現(xiàn)新舊巷道的有序銜接，提出了盤區(qū)巷道優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。目前，由于各礦區(qū)在地質(zhì)條件、工藝、產(chǎn)量等方面存在較大的差異性，對不同條件下生產(chǎn)系統(tǒng)的再優(yōu)化設(shè)計(jì)工作的重要性日益凸顯。

寺家莊煤業(yè)公司小斷面巖巷設(shè)計(jì)較多，生產(chǎn)系統(tǒng)中高抽巷、低位抽放巷單進(jìn)水平低，無法達(dá)到煤巖分離，產(chǎn)矸量大；出矸系統(tǒng)維護(hù)時(shí)間長，影響掘進(jìn)進(jìn)度。為增產(chǎn)提效，礦井選用綜掘機(jī)械化系統(tǒng)對巖巷掘進(jìn)設(shè)備進(jìn)行了升級，對高抽巷、低位抽放巷支護(hù)方案設(shè)計(jì)從支護(hù)排距、支護(hù)材料兩方面進(jìn)行了優(yōu)化，但這些措施使得巖巷單進(jìn)水平提高至180～200 m/月，依然無法解決工程銜接緊張問題。同時(shí)，因受到經(jīng)濟(jì)和地質(zhì)條件的限制，前期不完善的生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)造成了人力、物力資源的大量浪費(fèi)。因此亟需進(jìn)一步優(yōu)化巷道生產(chǎn)系統(tǒng)，完成特定環(huán)境下的煤巖分離排矸系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以提高礦井的生產(chǎn)效益。

1 工程概況

寺家莊煤業(yè)公司北一盤區(qū)為雙翼盤區(qū)，兩翼共用一組盤區(qū)準(zhǔn)備巷道。回采巷道中的進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷、進(jìn)風(fēng)底抽巷從北一盤區(qū)輔助運(yùn)輸巷或帶式輸送機(jī)巷開口，低位抽放巷與回風(fēng)巷連通，高抽巷獨(dú)立系統(tǒng)。該巷道設(shè)計(jì)方案存在諸多問題：1）高抽、低位抽放巷存在多次揭煤；2）回風(fēng)巷與低位抽放巷共用回風(fēng)系統(tǒng)；3）無法滿足掘進(jìn)過程中的煤巖分離；4）每日皮帶檢修2～3 h，無法滿足掘進(jìn)機(jī)的連續(xù)掘進(jìn)。

煤業(yè)公司15114 工作面出矸系統(tǒng)設(shè)計(jì)是通過進(jìn)料系統(tǒng)進(jìn)行出矸。原設(shè)計(jì)安裝了兩部800 mm 皮帶、一部1 m 皮帶，對15114 工作面回風(fēng)巷、低位抽放巷、高抽巷掘進(jìn)期間進(jìn)行排矸（煤），3 個(gè)迎頭一圓班出矸（煤）420.03 m3，出矸（煤）量較大。其中，15114 工作面高抽巷日掘進(jìn)8～10 m，斷面4.2 m×3 m=12.8 m2；15114 工作面低位抽放巷日掘進(jìn)7～8 m，斷面4.8 m×3.3 m=15.84 m2；15114 工作面回風(fēng)巷日掘進(jìn)7 m，斷面4.8 m×3.3 m=19.68 m2。原設(shè)計(jì)排矸倉深11 m，有效容積188.4 m3。此設(shè)計(jì)方案存在如下問題：1）無法滿足掘進(jìn)過程中的煤巖分離和排矸量要求；2）每日皮帶檢修2～3 h，無法滿足掘進(jìn)機(jī)的連續(xù)掘進(jìn)。

基于上述問題，為了滿足生產(chǎn)接續(xù)及生產(chǎn)需要，寺家莊煤業(yè)公司在進(jìn)行北一盤區(qū)及15114 工作面巷道系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需充分考慮該工作面區(qū)域內(nèi)原有巷道的布置情況，優(yōu)化15114 工作面出矸系統(tǒng)巷、北一盤區(qū)高抽集中巷施工方案，以期實(shí)現(xiàn)煤巖分離排矸系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2 排矸系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 北一盤區(qū)排矸系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

北一盤區(qū)設(shè)計(jì)時(shí)在原有準(zhǔn)備巷道基礎(chǔ)上，增加高抽集中進(jìn)、回風(fēng)巷。低位抽放巷、高抽巷從北一盤區(qū)高抽集中巷開口（形成出矸及運(yùn)料系統(tǒng)），如圖1。在高抽集中巷施工倉深29 m、直徑10 m、有效容積2000 m3的矸倉，矸倉設(shè)計(jì)如圖2。

圖1 北一盤區(qū)高抽集中巷出矸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖2 北一盤區(qū)高抽集中巷矸倉設(shè)計(jì)（mm）

北一盤區(qū)排矸優(yōu)化路線：盤區(qū)工作面高抽巷或低位抽放巷經(jīng)高抽集中進(jìn)風(fēng)巷到達(dá)矸倉，然后通過下方的礦車經(jīng)輔助運(yùn)輸大巷到北翼風(fēng)井（副立井）提升至地面，最后排到矸場。

北一盤區(qū)運(yùn)煤路線：盤區(qū)工作面煤巷、回采煤炭經(jīng)相應(yīng)煤巷或煤倉到達(dá)北一盤區(qū)帶式輸送機(jī)巷，然后通過皮帶運(yùn)輸至北一盤區(qū)大煤倉，最后經(jīng)北翼帶式輸送機(jī)大巷、主斜井運(yùn)輸至井上煤場。

現(xiàn)有北一盤區(qū)高抽集中巷內(nèi)同時(shí)4 條巷道進(jìn)行掘進(jìn)，分別為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。系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)：1）一次性實(shí)現(xiàn)北一盤區(qū)20 個(gè)工作面高抽、低位抽放巷不揭煤。2）掘進(jìn)過程中的煤巖分離，減少運(yùn)輸系統(tǒng)和選煤廠的負(fù)荷，降低選煤費(fèi)用。3）檢修可以根據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行調(diào)整，掘進(jìn)機(jī)不受大皮帶影響，每天多開2 h，滿足掘進(jìn)機(jī)的連續(xù)掘進(jìn)。4）北一高抽集中進(jìn)風(fēng)出矸系統(tǒng)煤倉投用后，低位抽放巷比原來增加進(jìn)尺39 m/月，高抽巷增加進(jìn)尺71 m/月。低位抽放巷施工后基本能夠滿足巷道超前回風(fēng)巷（回風(fēng)巷單進(jìn)180～200 m/月）4～5 個(gè)月以上，滿足回風(fēng)巷連續(xù)掘進(jìn)要求，保證工作面根據(jù)銜接要求出煤，減少回風(fēng)底抽巷2000 m。

2.2 15114 工作面排矸系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)15114 工作面在掘進(jìn)過程中的煤巖分離及掘進(jìn)機(jī)的連續(xù)掘進(jìn)，特設(shè)計(jì)出矸系統(tǒng)巷，使15114 工作面低位抽放巷和15114 工作面高抽巷掘進(jìn)過程中的巖石經(jīng)15114 工作面出矸系統(tǒng)巷、煤倉（倉深34.7 m，直徑6 m，有效容積608 m3）至15116 工作面進(jìn)風(fēng)巷口，如圖3。

圖3 15114 工作面優(yōu)化排矸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

15115 排矸系統(tǒng)巷排矸優(yōu)化路線：15115 工作面高抽巷、低位抽放巷施工所出矸石經(jīng)排矸系統(tǒng)巷到達(dá)矸倉，然后通過下方的礦車經(jīng)輔助運(yùn)輸巷到中央副立井提升至地面，最后排到矸場。矸倉設(shè)計(jì)如圖4。

圖4 15114 工作面矸倉設(shè)計(jì)（mm）

該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)為：1）掘進(jìn)過程中的煤巖分離，減少運(yùn)輸系統(tǒng)和選煤廠的負(fù)荷，降低選煤費(fèi)用。2）檢修可以根據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行調(diào)整，滿足掘進(jìn)機(jī)的連續(xù)掘進(jìn)，掘進(jìn)機(jī)不受大皮帶影響每天多開2 h。3）通過進(jìn)尺對比，低位抽放巷比原來增加進(jìn)尺35 m/月，高抽巷增加進(jìn)尺127 m/月。低位抽放巷施工后基本能夠滿足進(jìn)尺超前回風(fēng)巷4～5 個(gè)月以上，滿足回風(fēng)巷連續(xù)掘進(jìn)要求，保證工作面根據(jù)銜接要求出煤，同時(shí)減少一條回風(fēng)底抽巷。

3 設(shè)計(jì)應(yīng)用效益分析

北一盤區(qū)排矸系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，18 個(gè)工作面按照平均2000 m 計(jì)算，減少底抽巷36 000 m，節(jié)省費(fèi)用26 280 萬元；減少選煤廠篩選矸石255.96 萬t，節(jié)省費(fèi)用4 607.28 萬元；進(jìn)尺增加后每個(gè)工作面減少設(shè)備使用時(shí)間3 個(gè)月，18 個(gè)工作面可減少使用時(shí)間54 個(gè)月，租賃費(fèi)用節(jié)省12 130.56 萬元；施工北一盤區(qū)高抽集中進(jìn)、回風(fēng)巷及矸倉掘進(jìn)期間投入費(fèi)用9 352.23 萬元。節(jié)支總額為33 665.61 萬元。

15114 工作面排矸系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，工作面按照3500 m 計(jì)算，減少底抽巷2000 m，節(jié)省費(fèi)用1460 萬元；減少選煤廠篩選矸石20 萬t，節(jié)省費(fèi)用360 萬元；進(jìn)尺增加后減少設(shè)備使用時(shí)間13 個(gè)月，租賃費(fèi)用節(jié)省324.48 萬元；施工15114 工作面出矸系統(tǒng)巷及矸倉掘進(jìn)期間投入費(fèi)用703.34 萬元。節(jié)支總額為1 441.14 萬元。

此外，煤巖分離排矸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)構(gòu)建，滿足了連續(xù)化掘進(jìn)要求，保證了工作面之間生產(chǎn)的正常銜接，礦井多巖巷排矸系統(tǒng)工作效率低、成本高、難維護(hù)等系列問題得到解決，經(jīng)濟(jì)與安全生產(chǎn)效益得到有效提升。

4 結(jié)論

1）寺家莊煤業(yè)公司在北一盤區(qū)原有準(zhǔn)備巷道基礎(chǔ)上通過增加高抽集中進(jìn)、回風(fēng)巷，從高抽集中巷開口施工矸倉，在15114 工作面通過增設(shè)出矸系統(tǒng)巷和煤倉，設(shè)計(jì)構(gòu)建了煤巖分離排矸系統(tǒng)。

2）煤巖分離排矸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用，優(yōu)化了礦井生產(chǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)過程中的煤巖分離，降低選煤成本，實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)機(jī)的連續(xù)掘進(jìn)，低位抽放巷與高抽巷施工增加進(jìn)尺分別為35～40 m/月、70～120 m/月，經(jīng)濟(jì)效益顯著；解決了多巖巷礦井出矸系統(tǒng)問題，有助于進(jìn)一步推動煤礦安全高效生產(chǎn)及智能化礦山建設(shè)。