年產(chǎn)千萬噸級礦井折返式采區(qū)上山布置方案分析

王 飛

(山西西山晉興能源有限責(zé)任公司 斜溝煤礦， 山西 呂梁 033600)

1 礦井概況

斜溝煤礦年設(shè)計產(chǎn)能1 500萬t，正在開采一水平11、15采區(qū)和二水平21采區(qū)。為了保證礦井持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)，為二水平平穩(wěn)有續(xù)生產(chǎn)創(chuàng)造條件，需盡快開展25采區(qū)的建設(shè)工作。25采區(qū)位于井田東北部，上覆15采區(qū)(正在采掘)。25采區(qū)東側(cè)、北側(cè)為礦界，南側(cè)為嵐漪河、岢瓦鐵路、218省道及21采區(qū)北翼(正在采掘)，西側(cè)為二水平北翼3條開拓巷及26采區(qū)(規(guī)劃區(qū))。13號煤層蓋山厚度最薄47 m，亦位于采區(qū)東南角；13號蓋山厚度最厚為543 m，位于采區(qū)西側(cè)保德縣與興縣縣界附近,地面標(biāo)高為+950～+1 217 m. 采區(qū)內(nèi)地勢總體呈現(xiàn)為東高西低，中部高南北低，井田內(nèi)及其相鄰關(guān)停礦井8個。

目前，該礦使用無軌膠輪車進(jìn)行輔助運(yùn)輸，對巷道坡度及運(yùn)輸距離有一定的要求，同時采區(qū)輔助運(yùn)輸上山巷道的布置直接影響到保護(hù)煤柱留設(shè)的范圍及工作面的布置，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上也希望采區(qū)輔助運(yùn)輸上山巷道布置最優(yōu)。因此，對25采區(qū)輔助運(yùn)輸上山巷道的布置設(shè)計技術(shù)研究對該礦后續(xù)采掘銜接具有重大的戰(zhàn)略意義。

2 采區(qū)輔運(yùn)上山折返式設(shè)計分析

根據(jù)25采區(qū)13號煤層的賦存條件，并對煤層傾角進(jìn)行分析，結(jié)合該礦正在使用的采掘和運(yùn)輸設(shè)備(主運(yùn)輸采用帶式輸送機(jī)，輔助運(yùn)輸采用無軌膠輪車)，制約25采區(qū)巷道布置方案的主要因素是輔助運(yùn)輸，坡度不能大于6°，現(xiàn)提出4種解決方案。

1) 方案Ⅰ。在25采區(qū)0702鉆孔南側(cè)560 m處，沿13號煤層向北偏東33°布置25采區(qū)上山巷道。由北向南依次分別為25采區(qū)回風(fēng)上山、25采區(qū)帶式輸送機(jī)上山和25采區(qū)輔助運(yùn)輸上山。采區(qū)上山布置在采區(qū)中部，將采區(qū)劃分為兩翼，使兩翼儲量均衡，利于工作面正常接替；25采區(qū)輔助運(yùn)輸上山沿煤層底板布置；25采區(qū)回風(fēng)上山沿煤層頂板布置；25采區(qū)帶式輸送機(jī)上山沿煤層中部布置；3條上山均為煤巷。輔助運(yùn)輸上山角度設(shè)計為6°，帶式輸送機(jī)上山角度為4.2°～6.5°，回風(fēng)上山角度為4.2°～6.5°. 采區(qū)上山布置方案Ⅰ見圖1.

圖1 方案Ⅰ圖

2) 方案Ⅱ。在25采區(qū)1503鉆孔北側(cè)150 m處，沿13號煤層南偏東51°布置25采區(qū)上山巷道。由北向南依次分別為25采區(qū)回風(fēng)上山、25采區(qū)帶式輸送機(jī)上山和25采區(qū)輔助運(yùn)輸上山。采區(qū)上山布置在采區(qū)中部，將采區(qū)劃分為兩翼，使兩翼儲量均衡，利于工作面正常接替；25采區(qū)輔助運(yùn)輸上山沿煤層底板布置；25采區(qū)回風(fēng)上山沿煤層頂板布置；25采區(qū)帶式輸送機(jī)上山沿煤層中部布置；3條上山均為煤巷。輔助運(yùn)輸上山角度設(shè)計為6°，帶式輸送機(jī)上山角度為4.2°～6.5°，回風(fēng)上山角度為4.2°～6.5°. 采區(qū)上山布置方案Ⅱ見圖2.

圖2 方案Ⅱ圖

3) 方案Ⅲ。在1503鉆孔南側(cè)約455 m處垂直二水平北翼大巷布置25采區(qū)帶式輸送機(jī)上山和25采區(qū)回風(fēng)上山，在25采區(qū)帶式輸送機(jī)上山和25采區(qū)回風(fēng)上山兩側(cè)約150 m范圍內(nèi)折返式布置25采區(qū)輔助運(yùn)輸上山，折返5次，延伸至25采區(qū)東部邊界；25采區(qū)輔助運(yùn)輸上山沿煤層底板布置；25采區(qū)回風(fēng)上山沿煤層頂板布置；25采區(qū)帶式輸送機(jī)上山沿煤層中部布置；3條上山均為煤巷。輔助運(yùn)輸上山角度設(shè)計為6°，帶式輸送機(jī)上山角度為9°，回風(fēng)上山角度為9°. 采區(qū)上山布置方案Ⅲ見圖3.

圖3 方案Ⅲ圖

4) 方案Ⅳ。在鉆孔1503鉆孔南側(cè)約447 m處布置25采區(qū)帶式輸送機(jī)上山和25采區(qū)回風(fēng)上山，采區(qū)巷道布置由北向南依次為25采區(qū)回風(fēng)上山和25采區(qū)輔助運(yùn)輸上山；在鉆孔0702南側(cè)約90 m處布置25采區(qū)輔助運(yùn)輸上山開口，向北偏東方向29°偽斜布置25采區(qū)輔助運(yùn)輸上山；25采區(qū)輔助運(yùn)輸上山在25采區(qū)帶式輸送機(jī)上山和25采區(qū)回風(fēng)上山兩側(cè)390 m范圍內(nèi)折返，折返2次，延伸至25采區(qū)東部邊界。

主運(yùn)輸上山和回風(fēng)上山垂直北翼大巷布置，輔助運(yùn)輸上山沿13號煤層底在主運(yùn)輸上山和回風(fēng)上山兩側(cè)折返式布置。采區(qū)上山布置方案Ⅳ見圖4.

圖4 方案Ⅳ圖

3 經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)研究分析

對4種不同方案的前期投資費(fèi)用、消耗工期等進(jìn)行對比，方案Ⅰ和方案Ⅱ技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較見表1,方案Ⅲ和方案Ⅳ技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較見表2.

表1 方案Ⅰ和方案Ⅱ技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表

表2 方案Ⅲ和方案Ⅳ技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表

由表1可知，方案Ⅱ比方案Ⅰ在工期上多2個月，井巷工程投資方案Ⅱ比方案Ⅰ要多5 857.04萬元，煤柱損失在正常回采時方案Ⅱ比方案Ⅰ要損失234 960萬元，帶式輸送長度相比價格差異不大，方案Ⅱ比方案Ⅰ要多投資481萬元，合計方案Ⅱ比方案Ⅰ要節(jié)省228 622萬元，方案Ⅱ優(yōu)勢明顯。

由表2可知，方案Ⅳ比方案Ⅲ在工期上能少0.9個月，井巷工程投資少1 354.4萬元，煤柱損失在正?；夭蓵r要少損失113 520萬元，合計方案Ⅳ比方案Ⅲ要少114 904.4萬元，從經(jīng)濟(jì)角度比較，方案Ⅳ優(yōu)勢明顯。

從技術(shù)角度分析，無軌膠輪車在回采工作面搬家時屬重載運(yùn)行，連續(xù)爬坡并連續(xù)拐彎折返，對運(yùn)輸司機(jī)駕駛技術(shù)要求較高，對行車安全造成一定影響。結(jié)合技術(shù)和經(jīng)濟(jì)分析推薦方案Ⅳ作為優(yōu)選方案。

對以上兩種擇優(yōu)選出的方案Ⅱ和方案Ⅳ進(jìn)行比較，見表3.

表3 方案Ⅱ和方案Ⅳ技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表

通過比較，方案Ⅳ相對于方案Ⅱ投資節(jié)省92 826萬元，工期少0.7個月，確定出方案Ⅳ作為本次設(shè)計理想方案。

為了使方案對比更科學(xué)，基于統(tǒng)計理論聚類分析法，建立判別函數(shù)Y=a1x1+a2x2+…+anxn，其中:Y為判別分?jǐn)?shù)(經(jīng)濟(jì)成本值);x1,x2…xn為反映研究對象特征(即采區(qū)巷道工程造價成本)的分變量;a1,a2…an為權(quán)重系數(shù)。利用判別函數(shù)判別巷道工程量、每延米造價、膠輪車成本等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對總經(jīng)濟(jì)成本的影響，遴選權(quán)重占比較顯著的指標(biāo)，進(jìn)而驗證確定出方案Ⅳ為最終合理方案。4種方案的聚類分析見圖5.

圖5 4種方案聚類分析圖

4 結(jié) 論

1) 在煤柱損失正常前提下，基于工期、投入成本比較返式上山布置方案最為理想。

2) 采用折返式布置有效降低了上山巷道坡度，保證了行車安全，尤其是保證了重載車輛的安全運(yùn)行。

3) 折返式上山在斜溝煤礦成功布置對其他采用無軌膠輪車作為輔助運(yùn)輸?shù)牡V井有一定的借鑒意義。