1、复杂条件下采区上山层位选择摘 要：合理的采区上山层位选择，有利于施工进度，减小巷道维护费用，保证煤矿安全生产，进而对矿井生产能力有较大影响。对于底板水压大、水文地质条件复杂、断层构造复杂、煤与瓦斯突出矿井的上山层位选择，需要考虑诸多因素，经多方案比选后确定。本文以河南省梁北二矿为例，通过方案比较，对采区上山层位进行合理选择。 关键词：采区上山；复杂条件；层位选择 一、井田概况 梁北二矿位于河南省禹州市，井田东西走向长约 18.50km，南北倾向宽 0.702.75km，井田面积约 25.76km2。矿井设计生产能力为1.20Mt/a，设计可采储量为 91.05Mt，服务年限为 54.2a。 本
2、矿井为煤与瓦斯突出矿井，矿井相对瓦斯涌出量为 23.96m3/t，绝对瓦斯涌出量为 60.46m3/min。水文地质条件复杂，涌水量大，底板水压大，主采煤层为二 1 煤，二 3 煤层局部可采， 二、地质情况 （一）首采区数目和位置选择。根据开拓方案的确定，矿井移交生产时，投产 11 采区，在二 1 煤层布置一个综采工作面，即一个采区一个回采工作面保证矿井设计生产能力。 （二）首采区地质特征。1.采区尺寸。11 采区设计为初期投产区，位于 F2 断层以南、-700m 水平以上区域，走向长度约 3700m，倾向长度1000m 左右，主采煤层为煤二 1 层。2.构造。首采区构造主要以断层为主，影响工
3、作面布置的断层主要有 F2、F16、F17、F20、F23、F26、F28 等几条断层。3.煤层赋存。首采区二 1 煤层倾角多在 1525之间，局部有小于 15区域，首采区煤层平均厚度 4.9m。上赋二 3 煤层为局部可采煤层，倾角与二 1 煤层相近，平均厚度 1.4m 左右。4.水文地质。首采区水害可能主要有底板灰岩岩溶裂隙水和断层水，即巷道掘进和煤层开采揭露或接近含水层时，地下水通过岩溶裂隙向矿井渗水或以底鼓突水的形式向矿井涌水和断层带以两种形式导致矿井涌水或突水。主采二 1 煤层底板直接充水含水层为石炭系太原组上段石灰岩岩溶裂隙含水层，主要由 L9L7 三层石灰岩组成，水位标高-203.
4、25+85.74m，矿井首采区初期开采-700m 水平以上，首采区后期开采-900m 水平以上，矿井首采区初期开采范围内，底板水压为 H=700-203.25m=496.75m，即 4967.5tf/m2，后期水压为 H=900-203.25=696.75m，即 6967.5tf/m2。本矿井二 1 煤层底板距离寒武系灰岩平均厚度为 82m，最小处为 55.12m，大于 35.7m 的安全厚度。根据现有资料计算，矿井首采区初期-700m 水平开采范围内安全防水岩柱的厚度不能小于 30.1m，矿井首采区后期-900m 水平开采范围内安全防水岩柱的厚度不能小于 35.7m。本区域内二 1、二 3
5、煤层为第三类、第二亚类第二型，即以底板岩溶充水为主的水文地质条件中等矿床。5.其他开采技术条件。二 1 煤层直接顶板主要为泥岩、粉砂岩以及细、中粒砂岩，局部有伪顶零星分布，岩体质量一般为中等差。二 1 煤层底板主要岩性为泥岩、砂质泥岩，其次为炭质泥岩和粉细砂岩，岩体质量一般均差。 三、采区巷道布置层位选择 （一）煤层分组、分层关系和开采顺序。本井田二 3 煤位于二 1 煤层之上平均 12m 左右，为局部可采煤层，平均厚度 1.42m。由于相距较近，且二 3 煤层仅局部可采，二 3 煤与二 1 煤层分成一组，采用联合开采方式，即二 3 煤可采区域内先开采二 3 煤再回采二 1 煤，其它区域直接回
6、采二 1 煤。后期四 6 及七 2 煤层均为局部可采的薄煤层，平均煤厚分别为 1.33m 和 1.14m。其中七 2 煤距离四 6 煤平均 231m，四 6 煤距离二 3煤平均 171m。两层煤距离二 3、二 1 煤层较远，满足上行开采的条件，可待全矿井二 3 煤、二 1 煤层回采完毕后再对这两层煤进行回采。 （二）采区巷道布置。矿井初期仅有 1 个采区进行采掘工作，为满足通风与运输需要，首采区布置 4 条上山，其中即轨道上山、输送机上山各 1 条，专用回风上山 2 条。后期采区接替时，矿井有 2 个采区或其它用风地点，故矿井后期采区上山为 3 条即运输上山、轨道上山和回风上山。本矿井煤层为突
7、出煤层，上山巷道不宜沿煤层布置。经分析，距二 3 煤层顶板约 20m 处香炭砂岩层及距二 1 煤层底板约 15m 处的 L8 灰岩层中较为适合布置巷道。如果将上山巷道布置在二 1 煤层与二 3 煤层之间的大占砂岩中，上山巷道倾角须按照煤层倾角的变化而调整 34 次，且仍难以避免局部区域穿越二 3 或者二 1 煤，因此不可行。 根据分析，提出了以下五个采区上山巷道布置方案：方案一：四条上山全部布置在二 1 煤层底板 L8 灰岩中；方案二：四条上山全部布置在二 3 煤层顶板香炭砂岩中。方案三：轨道上山及两条回风上山布置在二3 煤层顶板香炭砂岩中，运输上山布置在二 1 煤层底板 L8 灰岩中。方案四
8、：轨道上山、运输上山布置在二 1 煤层底板 L8 灰岩中，两条回风上山布置在二 3 煤层顶板香炭砂岩中。 方案五：轨道上山、运输上山、一条回风上山布置在二 1 煤层底板 L8 灰岩中，另一条回风上山布置在二 3 煤层顶板香炭砂岩中。 五个方案优缺点比较如下：方案一：全部把巷道放在二 1 煤层底板L8 灰岩中，预计本矿井底板水压较高，从安全性考虑，不推荐此方案。方案二：四条上山全部布置在二 3 煤层顶板香炭砂岩中优点是受底板灰岩水影响较小，缺点是工作面运输顺槽须起坡上接至运输上山搭接，不易做顺槽溜煤眼，中车场工程量最大。方案三：把运输上山放至二 1 煤层底板 L8 灰岩中，使工作面运输顺槽与运输
9、上山通过溜煤眼联系方便。优点是只有一条运输上山放在二 1 煤层底板 L8 灰岩中受寒武系灰岩水影响。缺点是在掘进工作面底板瓦斯抽放巷时，需要揭两次煤。方案四：把轨道上山、运输上山放在煤层底板，优点是可减少中车场的工程量；缺点底板两条上山巷道距离灰岩较近，增加突水风险，另外采区下车场中轨道上山需要揭煤。方案五：优点是在掘进工作面底板瓦斯抽放巷时，不用揭煤，中车场工程量少；缺点是三条巷道在底板，受底板水影响较大。经比选，最终推荐方案四，原因如下： 1.中车场工程量小；2.若底板放 1 条胶带运输巷，受底板承压水影响不能施工，同样影响全矿井工期，和 2 条放底板对建井工期影响效果相当；3.本矿井、首
10、采区、上山位置断层均较为发育，即使放在煤层顶板，底板承压水同样也会通过断层导水来影响顶板巷道。因此水害必须通过疏水降压、底板注浆加固等措施来治理才能安全生产；4.邻近梁北矿井亦为瓦斯突出、有水害矿井，现有采区上山巷道布置在二 1 煤层底板 L8 灰岩中。布置二 1 煤层底板瓦斯抽放巷进行瓦斯治理。同时通过疏水降压、底板注浆加固等措施治理水害，取得了较好的效果；5.井筒落底后，可尽快对二 1 煤层上部的二3 瓦斯突出性进行鉴定，若二 3 煤不是突出煤层，则可作为解放层进行回采，不需要布置瓦斯底抽巷，此时 2 条回风上山布置在煤层顶板非常有利。 四、结论 对于底板水压大、水文地质条件复杂、断层构造复杂、煤与瓦斯突出矿井的上山层位选择，需要考虑诸多因素，本文经多方案比选，对复杂条件下采区上山层位进行合理选择。 作者简介：刘剑锋（1978-） ，男，安徽宿州人，2003 年毕业于西安科技大学采矿工程专业，工程师，现在中煤科工集团武汉设计研究院工作。
