郭二庄煤矿二坑带压开采设计方案研究

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[摘 要]针对带压开采的特殊性，结合矿井实际情况，提出矸石粉煤灰充填采空区以及注浆加固煤层底板隔水层的技术手段，有效保障矿井安全生产。

[关键词]带压开采；双翼布置；矸石粉煤灰充填；注浆加固

中图分类号：TD327.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）35-0111-01

1、概况

郭二庄煤矿二坑于1958年动工建井，1960年7月部分投产，1997年二坑上组煤开采完毕并进入煤柱回收阶段。2002年，随着奥灰水水位持续下降，在不带压的基础上，郭二庄煤矿二坑利用原有生产系统逐级对+73m、+20m和±0m以浅部分下组煤进行了试采。2012年，郭二庄煤矿二坑进行改扩建工程，生产能力提升为0.45Mt/a。现有井筒5个，分别为混合井、五一立井、管子井和三个回风井，其中混合井装备主副提升系统各一套，担负煤炭及辅助提升任务；五一立井担负原+73m水平排水任务；管子井担负强排系统排水任务；风井担负矿井回风任务。该技改工程一采区已基本开采完毕，二采区接替已非常紧迫。

二采区位于郭二庄煤矿二坑井田北翼-100水平，设计开采9#煤。9#煤位于太原组底部，煤层总厚度2.08～6.00m，平均3.78m，平均倾角为12°。9#煤底板下距奥灰顶界面厚度17.40～36.04m，平均28.09m，期间以粉砂岩、泥岩、铝土质泥岩，铝土泥岩为主，为相对隔水层。目前奥灰水水位为±0m左右，该区9#煤层处于奥陶系灰岩含水层水位以下，整个采掘过程将受到底板突水的威胁，属于带压开采。

郭二庄煤矿二坑为瓦斯矿井；9#煤属于不易自燃煤层、无爆炸危险性；地温地压正常。二采区地质储量为673.69万吨，设计生产能力为0.45Mt/a，服务年限为7.7年。

2、带压开采的可行性分析

按照矿山压力的观点，煤层开采后接近煤层底板的岩石失去阻水能力，称为底板导水破坏带；接近含水层顶板，由于水压、岩性和构造的原因，高压水进入隔水层一定深度称为导升高度；只有介于上述两个带之间的岩石才能起到阻止承压水进入矿井的作用，称之为有效保护带。计算有效保护带岩石的阻水能力，可以预测下组煤的开采条件。

该区9#煤底板下距奥灰界面厚度平均为28.09m，期间以粉砂岩、泥岩、铝土质泥岩，铝土泥岩为主，为相对隔水层。另外，奥灰顶部八段岩溶一般不发育，相对增加了隔水层厚度。采掘过程中，采用矸石粉煤灰充填采空区，减少底板扰动破坏深度；对于导升造成的隔水层厚度较薄地段要采取注浆加固手段，恢复安全厚度。改造后，-100m以浅9#煤带压开采奥灰水突水系数小于0.06MPa/m，符合《煤矿防治水规定》的要求。但由于9#煤与奥灰之间有些区段存在两层本溪灰岩，极易生成奥灰水的水力通道，掘进开采时应采取相应措施防治奥灰水涌入采掘工作面。

3、采区巷道布置方案

依据矿井现开拓系统、采区开采范围及位置、采区煤层赋存条件，设计轨道大巷（兼疏水巷）布置于深部-100m水平，井底车场通过暗斜井与-100m运输大巷相连接，辅助运输采用电机车牵引矿车的运输方式；煤炭的运输采用上运方式，采区皮带上山经采区煤仓运至采区皮带运输巷，再由采区皮带运输巷经转载仓运至上仓皮带巷，通过该系统进入井底煤仓提升至地面；在二采区的浅部边界设一回风立井，通过回风石门与采区回风上山联通，形成二采区回风系统。

1）双翼布置方案

双翼布置方案：上山位于采区的中部，共设三条，均位于煤层中，坡度12度；采用顶板绕道式中部车场与工作面顺槽相连；工作面沿煤层伪倾斜布置方式，仰斜开采。

2）单翼布置方案

单翼采区方案：上山位于采区的南部，沿F1断层煤柱线布置，共设三条，均位于煤层中，折线式布置，坡度为6-0度，工作面沿煤层伪倾斜布置方式，仰斜开采。

3）方案比较及选择

双翼采区方案主要优点：有利于回采工作面生产接替及采掘安排；条件成熟开采三采区时，可以利用轨道、皮带和矸石大巷延伸后进行开采。主要缺点：工作面推进长度短，搬家次数较单翼采区布置频繁。

单翼采区方案主要优点：工作面推进长度长，有利于矿井的稳产和高产。主要缺点：采掘接替相互影响；对构造适应能力差；上山系统为折线形布置，设备多，管理复杂；扩大开采三采区时工程量大。

综合比较两个方案，考虑到深部及北部下组煤的开采，推荐采用双翼布置方案。

4、采煤方法的选择

带压开采有其特殊性，主要为控制底板奥灰水突出对矿井开采的影响，而设计开采的二采区危害因素尤为突出，其一是底板隔水层厚度相对较薄，但奥灰顶部八段岩溶一般不发育，相对增加了隔水层厚度，对导升造成的隔水层厚度较薄地段要采取注浆加固手段恢复安全厚度，其二是煤层直接顶为厚度17m左右的火成岩，坚硬且不易垮落，一旦垮落极易造成灾害性事故，即使采用强制放顶，其对底板的扰动破坏亦非常严重，对底板隔水层的完整性和隔水能力亦有较大的破坏，不利于下组煤的开采。

经综合分析，结合矿井实际情况，设计推荐采用综合机械化矸石粉煤灰充填回采工艺，辅以超高水材料充填，提高充填率。

5、结语

1）下组煤开采防治奥灰水是关键，须采取防治水措施的前提下安全开采。

2）采取填开采工艺，减少煤层底板扰动破坏深度。

3）建立充填开采地表移动观测站和底板破坏深度观测系统，监测带压开采的安全性。

参考文献

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