多煤层联合开采方案的优化设计

缓斜、倾斜近距离煤层群的联合开采方式,根据煤层数目、层间距离、地质条件、煤层底板岩石性质、煤层厚度及倾角、采区巷道布置的总体合理性等因素,分为采区集中上(下)山联合布置、采区集中上(下)山区段集中平巷联合布置。

(1)采区集中上(下)山联合布置

如图5.33所示,该采区开采两个煤层,上层煤为中厚煤层,下层煤为薄煤层,两层煤之间相距15 m,煤层倾角为15°,煤层顶底板岩层中等稳定,地质构造简单,瓦斯涌出量较小。采区双翼走向长度为1 000 m,倾斜长度为600 m,划分为三个区段。

1)采区巷道掘进顺序

由于下层煤顶底板岩层比较稳定,可将采区运输上山和轨道上山布置在下层煤中,两条上山相距为20 m,上层煤和下层煤之间用区段石门及溜煤眼联系。

掘进顺序为:在采区走向长度的中央,由运输大巷1掘进采区石门2和采区下部车场11,由此沿下层煤向上掘进采区运输上山3和轨道上山4,掘至第一区段下部边界后,由上山向上层煤开掘第一区段的区段石门9′。与此同时,在采区上部边界处自地面向下开掘采区风井15到下层煤第一区段回风平巷标高,并由此开掘采区上部车场和区段石门9、绞车房13。同时要掘出采区煤仓12、采区变电所14。待采区上山3、4掘至采区上部车场后,便可掘进上下两层煤的回采巷道。上层煤第一区段运输平巷5和第二区段回风平巷6′为双巷掘进。当上层煤第一区段的平巷5和6掘到采区边界后,在上层煤掘进工作面开切眼,形成第一区段上层煤的采煤工作面和生产系统。在第一区段上层煤工作面采煤期间,根据开采程序的要求,准备下层煤第一区段工作面或上层煤第二区段工作面,以保证采区内采煤工作面正常接续。

图5.33　采区集中上山联合布置

1—运输大巷;2—采区石门;3—运输上山;4—轨道上山;5—上层煤区段运输平巷;6—上层煤区段回风平巷;7—上层煤区段运输平巷;8、8′—下层煤区段回风平巷;9、9′—区段石门;10—溜煤眼;11—采区下部车场;12—采区煤仓;13—绞车房;14—采区变电所;15—采区风井

2)采区生产系统

①运煤系统

上层煤工作面采出的煤炭自运输平巷5,经区段溜煤眼10、运输上山3到采区煤仓12,在运输大巷1中装车运出采区。下层煤工作面采出的煤,经运输平巷7直接运到采区运输上山3,装入采区煤仓。

②通风系统

工作面所需的新风,由大巷1经采区石门2、下部车场11、轨道上山4和区段石门9′,经上层煤第二区段回风平巷6′及联络巷分两翼经运输平巷5到达采煤工作面。从工作面出来的污风,经回风巷6、区段回风石门9到采区风井15排出。下层煤工作面的新风直接由采区上山进入到工作面平巷,污风也直接由工作面回风平巷到采区风井排出。

掘进工作面通风由布置在轨道上山中的局部通风机供给。采区变电所和采区绞车房所需的新鲜风流由轨道上山直接供给,利用调节风窗控制风量。

③运料排矸系统

采煤工作面所需材料和设备,自采区下部车场11,经轨道上山4,到采区上部区段石门9进入到下分层区段回风平巷8,再经区段石门9到上层煤回风平巷6,送到上层煤采煤工作面。下层煤工作面所需的材料和设备,直接由巷道8送到工作面。

掘进工作面所需材料和设备,由轨道上山4经区段石门9′运到上层煤和下层煤的掘进工作面。

掘进工作面所出的煤和少量的矸石,用矿车从区段石门9或9′经轨道上山4运到下部车场11,由采区石门2经运输大巷1运出。

④供电系统

高压电缆由井底中央变电所经大巷1、运输上山3到采区变电所14,降压后通过电缆分别送到采煤和掘进工作的配电点及运输上山、轨道上山、绞车房等用电地点。

⑤供水系统(www.xing528.com)

采掘作业点和运输转载点所需要防尘喷雾用水,由地面水池通过采区风井用专用管道送到用水地点的。也可以从井底净化水池经过水泵加压后,通过专用管道经大巷、采区石门、运输上山送到用水地点。

3)巷道布置的优缺点及适用条件

多煤层采区集中上山联合布置方式,其巷道布置简单,生产系统简单,工程量较小。但各煤层的区段平巷需要全长一次掘出,巷道维护时间长,维护费用高,而且各煤层的区段运输平巷都要沿巷道全长铺设输送机,占用设备台数多,设备搬迁频繁,如果煤层走向变化较大,则不利于输送机的铺设和运行。

这种布置方式适合于煤层层数少,层间距较大,多为薄或中厚煤层,或者是厚煤层分层分采,由于采煤机械化程度高,工作面单产高,采区内同时开采的工作面数目只有1～2个的开采技术条件下。

(2)集中上(下)山,上层煤无区段集中平巷、下层煤有区段集中平巷的联合布置

如图5.34所示,上层煤为中厚煤层采用单一走向长壁采煤法开采,利用集中上山通过区段石门8、9、10在本层煤中布置区段平巷。下层煤为厚煤层,采用倾斜分层走向长壁下行垮落采煤法,利用运输集中平巷13和联络斜巷16同下层煤各分层平巷联系。两层煤共用一组上山,但不共用区段集中平巷。

1)采区巷道掘进顺序

从运输大巷1开掘采区下部车场3,向上掘进采区运输上山4和轨道上山5,与回风大巷2相通。在第一区段上部开掘采区回风石门8和绞车房等巷道,在第一区段下部掘出区段运输石门9和区段轨道石门10,分别与上层煤贯通后,在上层煤分别开掘区段运输平巷11、区段回风平巷12,到达采区边界后掘采煤工作面的开切眼,形成上层煤工作面。同时在第一区段下部,掘采区中部车场6,并由此通过轨道石门10,在下层煤的底板岩层中掘进下层煤区段运输集中平巷13,每隔一部相当于输送机长度的距离掘一条联络斜巷16,与下层煤的各分层运输平巷联系,掘下层煤上分层的超前运输平巷和开切眼,同时利用回风大巷2和回风石门17,在下层煤的上分层掘超前回风平巷,超前回风平巷与开切眼贯通后,形成下层煤上分层工作面。

2)采区生产系统

①运煤系统

图5.34　采区集中上山,下层煤区段集中平巷联合布置

1—运输大巷;2—回风大巷;3—采区下部车场;4—运输上山;5—轨道上山;6—中部车场;7—上部车场;8—采区回风石门;9—区段运输石门;10—区段轨道石门;11—上层煤区段运输平巷;12、12′—上层煤区段回风平巷;13—下层煤区段运输集中平巷;14—溜煤眼;15—采区煤仓;16—联络斜巷;17—回风石门

上层煤工作面采出的煤,由区段运输平巷11通过区段运输石门9、溜煤眼14,运到采区运输上山4、采区煤仓15,由大巷1运到井底车场。下层煤分层工作面的煤,则由分层超前运输平巷,经联络斜巷16运到区段运输集中平巷13,再经溜煤眼14、运输上山4、采区煤仓15到运输大巷。

②通风系统

新鲜风流从运输大巷1进入,经采区轨道上山5、区段轨道石门10到上层煤轨道平巷12′,由联络巷到区段运输平巷11,冲洗工作面之后的污风由区段回风平巷12到采区回风石门8排进回风大巷2。下层煤采煤工作面的新风,则是从采区中部车场6经区段轨道石门10、联络斜巷16到分层超前运输平巷,冲洗工作面后的污风,从分层超前回风平巷到回风石门17,排进回风大巷2。

③运料系统

材料和设备由大巷1经轨道上山5,到采区上部车场7后,从采区回风石门8到上层煤的轨道平巷12,送到上层采煤工作面。下层工作面则是通过采区回风石门8进入回风大巷2,再从回风石门17到下层煤各分层超前回风平巷,送到下层采煤工作面。

这种联合布置方式,除了采区集中上(下)山为各煤层共用之外,还在下组煤层内布置区段运输集中平巷和区段回风集中平巷。

3)巷道布置的优缺点

采区集中上(下)山区段集中平巷联合布置,与采区上(下)山联合布置相比较,生产更为集中,可布置多个采煤工作面同时生产,采区生产能力大。各煤层平巷超前掘进,随采随掘,缩短了采煤工作面的准备时间,巷道维护工程量小。每个区段只在区段集中平巷布置带式输送机,各煤层或分层超前运输平巷只需铺设一台刮板输送机,占用设备台数少,减少了设备安装、拆卸、搬迁等工作。但这种布置方式的岩巷工程量大,通风、运输、排矸等系统复杂,生产和准备之间相互干扰大,采区上山、区段集中巷和联络巷等要承受多次采动影响,维护长度大,维护时间长,维护费用高。