对禾草沟二号煤矿改扩建开拓与开采设计的研究
摘要：近年来，我国先后对一些储量丰富、煤层赋存条件好的生产矿井进行了改扩建，并取得了较好的经济效果。文章根据禾草沟二号煤矿地质资料和矿井现状，对其改扩建过程中的开拓与开采设计部分进行了分析，以供同行参考。
关键词：改扩建；开采设计；开拓 禾草沟二号煤矿有限公司是在原延安市禾草沟煤矿二号井的基础上经扩大资源量后形成的，属单井整合矿井。2010年7月，完成了《延安市禾草沟煤矿二号井（整合区）资源整合开采设计》，设计生产能力为0.21 Mt/a。项目实施后，井下资源赋存情况良好，煤层赋存稳定。为提高矿井机械化程度，提升矿井生产能力，满足市场对稀缺煤种的需求，拟对原开采设计进行变更，矿井生产能力由原设计的0.21 Mt/a提升到0.30 Mt/a。
1 矿井概况
禾草沟二号煤矿有限公司矿井位于子长县城以南11 km处。行政区划隶属子长县余家坪乡所辖，它是将原延安市禾草沟煤矿二号井经单井扩大整合而成，划定整合区面积28.4 998 km2，为延安市国有矿山企业，开采3号煤层，设计生产规模为0.03 Mt/a，实际生产能力0.003～0.02 Mt/a，煤矿面积0.9987 km2，开采标高+1056～+1042 m。原矿井为低瓦斯矿井，生产技术条件简单。煤矿采用竖—斜井联合开拓、房柱式开采、小型割煤机刻槽、人工放煤、0.5 t轨道侧翻自卸矿车运输、并列通风系统、轴流风机送风、多级水泵排水、矿灯照明。
2 井田开拓设计 2.1 原开采设计
禾草沟二号煤矿为单井整合矿井，整合后井田面积为28.4 998 km2（南北长约4.3 km，东西宽约6.5 km。约原井田面积0.9 987 km2的29倍），保有资源开采区及已采区形似酒瓶。
北部资源利用原有混合提升斜井和回风斜井进行开发，混合提升斜井担负北部资源的提煤、下料、出矸、进风、敷设管线兼做安全出口，回风斜井兼做安全出口。井下开拓巷道沿井底向井田东部开掘北区运输石门及回风石门，至3号煤层停采线向井田北部边界开掘北区运输大巷及回风大巷，沿运输大巷向井田西部边界开掘工作面运输巷及工作面回风巷，在井田边界布置开切眼，利用北区原有井底车场、变电所、排水泵房、水仓等硐室改造形成北区生产系统，完成北部资源0.15 Mt/a的生产能力。
矿井南部资源采用斜井单水平带区式开拓。在禾草沟二号煤矿整合区中部新掘三条斜井，分别作矿井主、副斜井及回风斜井。主斜井（采用带式输送机）担负提煤、行人、进风、敷设电缆管线等兼安全出口。副斜井担负全矿材料运输、进风、排水、矸石外运兼安全出口。
井下开拓巷道在主井井底设井底煤仓，主井井筒与煤层底板相交处开掘行人进风巷，副井井底设井底车场。沿煤层走向（南北向）顺煤层顶板卧底以3‰坡度开掘大巷即运输大巷（胶带输送机大巷）和回风大巷（铺设轨道）。在井底设置变电所、水泵房及井底水仓、井底车场、消防材料库、联络斜巷等硐室。形成矿井的提升、运输、通风、排水、供电等生产系统，开采带区。在井田中部由大巷向西部边界开掘1101条带采煤工作面的运输巷和回风巷，开掘至西部边界保安煤柱布置开切眼，形成带区采煤系统。
2.2 新开采设计
禾草沟二号煤矿整合区边界调整主要对井田东部边界进行了扩大，对赋存在井田西部的资源开拓开采无影响，故本次矿井资源整合（变更）方案北部资源维持原开采设计不变，主要对井田南部资源生产系统进行调整，并提高矿井生产机械化水平及矿井生产能力。
新开采设计方案：矿井开拓方式维持原开采设计不变，采用斜井单水平带区式开拓。利用已形成的三条斜井，分别作矿井主、副斜井及回风斜井。主斜井（采用带式输送机）担负提煤、行人、进风、敷设电缆管线等兼安全出口。副斜井担负全矿材料运输、进风、排水、矸石外运兼安全出口。回风斜井承担回风任务兼作安全出口。
井下主要开拓巷道沿煤层布置，在主井井底设井底煤仓，主井井筒与煤层底板相交处开掘行人进风巷，副井井底设井底车场。沿煤层走向（南北向）顺煤层挑顶以3‰坡度开掘大巷即运输大巷（机轨合一大巷）和回风大巷。在井底设置变电所、主排水泵房及井底水仓、井底车场、消防材料库、清理斜巷、永久避难硐室等。根据巷道布置形成矿井的提升、运输、通风、排水、供电等生产系统开采带区。在井田中部由大巷向两翼开掘1101、1102条带采煤工作面的运输巷和回风巷，分别在保安煤柱布置开切眼，形成带区采煤系统。
2.3 水平划分及主要大巷层位
根据井田范围、地质条件、煤层赋存特点和矿井资源条件等因素，全矿井设一个开采水平，水平标高按设计井底车场及大巷确定为+1045 m。
运输大巷沿煤层（半煤岩巷）布置，通过煤仓及行人进风巷与主斜井连通，并通过井底车场与副斜井连通。回风大巷亦沿煤层（半煤岩巷）布置，直接与风井连通。根据矿井施工建设巷道揭露的煤层出现落差2 m左右的小断层，井底附近大巷均沿煤层底板挑顶以3‰坡度布置，过断层后沿煤层顶板卧底以3‰坡度掘进。
3 带区划分与布置 3.1 带区划分
①原开采设计带区划分。原禾草沟煤矿二号井及周边小煤窑开采集中在井田中北部，井下3号煤层采空区集中，造成采空区将井田资源分成两部分。保有资源开采区主要分布在井田的南部，保有资源量为4.16 Mt，占井田资源量的82.70%，且南部井田边界规整。北部保有资源量0.87 Mt，仅占17.30%，边界多为不规则形且油井压覆多。按照井田地质特征及煤层赋存条件，结合原禾草沟二号井开采情况，将3号煤层划分为2个带区即南部带区及北部带区。
②新开采设计带区划分。带区划分维持原开采设计，本次矿井资源整合（变更）方案主要针对南部带区的生产系统及生产工艺进行变更。3.2 开采顺序
①原开采设计。井田划分为南、北两个带区。井田北部带区储量鉴于其资源储量小（可采储量0.44 Mt），勘查程度低（全部为333），带区服务年限短（2.1 a）。为避免北部带区巷道长期搁置，以减少巷道维护费用和运营费用，设计提出在矿井整合建设期间，采用原系统经改造后对北部资源储量进行回收。
②新开采设计。本次资源整合开采设计（变更）带区开采顺序维持原开采设计方案不变。
带区内条带采用两翼同时接替回采，工作面接替顺序为1101→1103→1105→1107→1109→1111→……→1135；1102→1104→1106→1108→1110→……→1136，条带间两翼交替前进、条带内后退的开采顺序。
3.3 带区巷道布置
根据井田开拓方式及主要大巷的位置，将井田南部带区资源沿大巷两侧划分为28个条带，在条带内布置回采巷道即工作面运输巷和回风巷，至两翼保护煤柱布置开切眼，形成条带巷道系统。
3.4 采掘关系
该矿井生产能力为0.30 Mt/a，拟定全矿井采用两个普采工作面、两个综掘工作面和一个炮掘工作面共同完成年生产原煤任务的生产模式，即安排两个长度为80 m的采煤工作面和三个半煤岩回采巷道掘进工作面，形成的采掘比为1∶1.5。
4 采煤方法 4.1 采煤方法
采煤方法维持原开采设计不变，原开采设计确定采用单一煤层倾斜长壁采煤法，普通机械化采煤工艺。采煤工作面采用MG100—KD型采煤机割煤和装煤，循环进度0.8 m，人工开缺口；采用SGB—620/2×22型可弯曲到板输送机送煤，液压推溜器移溜。选用DZ10—25/80型单体液压支柱配HDJB—800型金属铰接顶梁支护顶板，三.四排支柱管理顶板。全部垮落法管理顶板。
4.2 工作面参数的确定
达产时布置两个工作面，分别位于1101条带和1102条带。采煤工作面沿3号煤层走向布置、沿3号煤层倾斜推进，采煤工作面运输巷与回风巷沿3号煤层倾斜布置。
①工作面长度及条带宽度。结合该矿井生产规模（0.30 Mt/a），开采技术条件及合理的年推进度等因素，设计考虑两个工作面分别布置在井田1101条带和1102条带，采煤工作面长度确定为80 m。条带宽度100 m，扣除工作面运输巷及回风巷宽度，条带间煤柱12 m。
②采高。该矿可采煤层为3号煤层，煤层分布全区比较稳定，为唯一可采煤层。首采带区煤层厚度0.73～
0.90 m，平均厚0.80 m，煤层倾角1°～3°。1101工作面采高为0.85 m（根据钻孔ZK303），1102工作面采高为
0.80 m（根据煤层平均厚度）。 ③采煤工作面循环。设计采用“四·六”工作制度、“三班采煤，一班准备”作业形式，工作面最大控顶距为
3.4 m，最小控顶距为2.6 m。每天一个工作面完成9个循环，循环进尺为0.8 m，正规循环率取75%。
④采煤工作面年推进度。3号煤层赋存稳定、倾角较小、地质构造简单，巷道布置为长壁式体系，两个采煤工作面年推进度共3 5 m。
4.3 采煤机械设备配备
煤电钻：MZS—12B型，功率1.2 kW；采煤机：采用MG100—KD型采煤机，功率100 kw，采高0.7～1.3 m，生产能力100～200 t/h，滚筒转速82 r/min；可弯曲刮板输送机：SGB620/2×22型，功率2×22 kW；要求铺设长度
80 m；支护设备：工作面选DZ10—25/80型单体液压支柱配合HDJB—800型铰接顶梁；DZ10—25/80型单体液压支柱最大支撑高度1 000 mm，最小支撑高度655 mm，额定工作阻力250 kN，经计算可满足工作面支护要求。超前及端头支护选DZ22—30/100型单体液压支柱配合HDJB—1000型铰接顶梁及长梁进行支护。
5 结 语
通过禾草沟二号煤矿改扩建得出，矿井改扩建设计一定要结合生产矿井的实际，不仅要分析透地质资料，更重要的还要掌握矿井生产现状及长远规划，充分利用现有生产设施，简化开拓布置。只有这样，才能实现合理生产，集中管理，提高劳动生产率，从而达到投资少、工期短、高产高效、安全可靠的目的。
参考文献：
[1] 曹自由.改扩建矿井开拓方式的选择[J].煤矿设计，1990，（3）.
