矿井主要运输_回风大巷布置浅析

来源：华佗健康网

・10・煤矿设计

1997年第5期

矿井主要运输、回风大巷布置浅析

忻州地区煤炭地质勘测设计研究所　张效实

　　矿井开拓布置基本包括开拓方式的确定、

井筒位置选择、水平划分、井底车场形式、大巷布置(运输及回风大巷)、采区划分与开采顺序,开采计划及水平延深等。其中重要的一环是大巷布置,主要运输大巷是沟通采区与井底车场的交通运输干线,担负矿井运输、通风、排水、行人及布设管线等任务;回风大巷是联通采区与

　表1

井田开拓方式平峒一斜井斜井斜井斜井斜井斜井斜井一立井斜井斜井斜井

回风井的主要回风巷道,担负矿井回风、行人,兼作安全出口通道。二者的合理布置,有机的结合,构成矿井生产的主动脉,所以对其布置方式,合理的位置选择必须加以认真的分析论证。

主要运输大巷及总回风巷在矿井设计概算中所占的投资比例是较大的,现就我们编制的初设加以说明(见表1):

井巷工程投资

(万元)24376843820694252122824572

主要运输大巷及兑回风道在井巷工程投资中所占比例表

项　目　名　称

主要巷道

(万元)9032076104405192939290681530

比例

(%)37104117171436114019271736132119391527163315

河曲大山煤矿扩建初设保德桥头煤矿扩建初设宁武东汾煤矿扩建初设沁源黄土坡煤矿扩建初设高平赵庄煤矿扩建初设宁武陈家半沟煤矿扩建初设柳林贾家沟煤矿扩建初设宁武长城联营煤矿扩建初设区石湖联营煤矿扩建初设宁武东道沟联营煤矿扩建初设合　　　计

计参数。

(6)根据覆岩岩层的位移变形量,分析地表采动裂缝的性质及特点。4　结　语

主要参数文献

1　何万龙,康建荣,山区地表移动与变形规律研究,煤炭学报

　1992.No.4(1～14)

2　余学义,预计地表与覆岩移动变形的数学模型,西安矿业

学院学报,1993.No.3(195～196).

3　余学义,特厚黄土覆盖层采动裂缝控制方法,西安矿业学

地表位移变形影响因素多而复杂,上述主

要介绍YLH-8预计评价软件的结构、功能、特点和实际应用评价方法。该软件功能强、已经在十几个研究项目应用,预计准确性较高,采用理论、技术先进,具有广泛的应用推广价值。

院学报.1996.No.4(7-11)

4　张玉卓,岩压与地表移动计算原理及程度,煤炭工业出版

社,1993.

5　余学义,地表剩余沉陷的预计方法　西安矿业学院学报,

1996.No.1(1-4)

(责任编辑　杨季平)

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(4)上、下两煤层比较稳定,地质构造简单,

　　可见主要运输大巷及总回风巷在设计概算

中有较大的比例,是极其重要的工程。它的布置方式、位置及支护形式将直接影响矿井建设工期及投资效益。如何降低工程造价、缩短工期、提高投资效益,是设计和建设人员面前的重要课题。

“多做煤巷,少做岩巷”的技术,尤其适用于地方及乡镇煤矿,这是由于其资金缺少、技术力量薄弱及自身的特点决定的,但“多”与“少”没有定性指标,是不能以具体的比例数的。在考虑到各项有关影响因素的允许条件下,在设计中能做煤巷以及应该做煤巷的都做了煤巷,能做半煤岩巷和应该做半煤岩而不做全岩巷,就是具体地认真贯彻了煤炭部“多做煤巷、少做岩巷”的技术。根据地方煤矿特点,就主要运输大巷及回风大巷的布置,介绍如下:1　近距离煤层联合布置

维护简单及费用不高;

(5)没有瓦期,煤尘突出和自燃发火危险的矿井;

(6)上、下两煤层之间岩石层稳定,在其中间掘进巷道时支护容易、冒顶、片帮不太严重。2　分煤层布置在开采水平的各煤层中分别开掘运输大巷且均沿煤层布置。有些看似近距离煤层的井田,在开拓设计中联合布置应该说是技术上可行的,但考虑上层煤的地质储量、服务年限达到设计规范时,再以经济上比较、联合布置不尽合理。例如:宁武陈家半沟煤矿,含有侏罗系2#、3#两层煤,2#煤厚5120m、3#煤116m,层间距33m,设计能力30万t󰃗a,井田地质储量4198

两层煤的间距小于25m,煤层总间距小于50m,可考虑联合布置,这样更能适应地方和乡

万t,可采储量2669万t,服务年限70年。开始我们以两层煤联合布置来考虑,运输大巷布置在3#煤层中,以半煤岩巷掘进,后在省计委有关领导建议下,经过认真详细的方案比较后,认为联合布置虽然技术上可行,可为以后开采3#煤提供方便,但考虑到2#煤地质储量3105万t,可采储量1923万t,可服务51年,第一水平可服务24年,完全能满足设计规范第一水平15年要求。故将方案改为2#煤单层布置。经计算联合布置的井巷工程投资比2#煤单层布置方案多200万元,因其岩巷多500m,半煤岩巷多650m、每个采区有200m斜巷及33m煤仓与大巷相联,无形中增加岩巷工程量,且主斜井加长90m。在2#煤服务年限内造成煤的反向运输、成本增加、要支付更多的提升、供电费用、必然会延长建井工期,增加投资,降低经济效益。实践证明,前期单独布置2#煤层的方案是正确的。该矿91年始建,95年末投产,在地方煤矿投资不到位的(或到位不足)情况下,开辟了一条早建井,早出煤,早出效益的捷径。又如保德桥头煤矿、设计能力30万t󰃗二迭a,含有石炭、系可采煤层4层,8#、9#、10#、11#划分为上组煤,8#煤平均厚8168m,下距9#煤20m;9#煤厚1108m,下距10#煤2m;10#煤厚2116m,下

镇煤矿的特点。联合布置时,将主要运输大巷布置在较下一煤层中,煤层底板岩石坚硬无底鼓时应沿煤层底板顺走向掘进;回风大巷则布置在较上一煤层中,煤层顶板稳定时应沿煤层顶板顺走向掘进。详见图11

图　1

　　拟将联合布置的煤层,应具备以下条件、方可联合。

(1)煤层层间距一般小于25m;

(2)上层煤应是薄及中厚煤层,且服务年限小于矿井第一水平服务年限;

(3)下层煤应是中厚煤层及厚煤层,服务年限大于上层煤;

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距11#煤2m;11#煤厚1141m。这四层煤属近距离煤层,技术上优先考虑联合布置,我们将四层煤联合布置拟为一个方案,将8#煤层单层布置拟为另一方案进行比较,结果后者较前者井巷工程多投资230万元,这在以前的“限额设计”中是不允许的。从储量及服务年限看,8#煤可采储量2613万t,可服务62年,远远超过设计之规定年限,所以最后方案确定为前期单层开采8#煤层,在8#煤层中布置主要运输大巷及回风大巷,井底车场也布置在8#煤层中。实践证明,前期单独开采8#煤层,这在投资有限,企业无自筹能力,为节省投资,提高效益、加快建井速度,具有重要的现实意义。

分煤层布置虽总的工程量大,但多为煤巷,可进一步探明煤层赋存状态,对地质勘探程度不高的矿井起到补充勘探作用。而且开拓中的工程煤可有效地回收,从而节省了建设资金。分煤层布置大巷的适用条件:

(1)中、小型矿井优先采用;

(2)煤层层数不多,且层间距大(一般超过25m),石门联络较长(一般超过300m);

(3)煤层比较稳定、地质构造简单,巷道维护费用小;

(4)无瓦斯、煤尘突出和自然发火危险的矿井;

(5)单层煤储量、服务年限达设计要求的;(6)井田走向长度短,服务年限不长(7)运输设备允许大巷弯曲转折,用以进一

急倾斜煤层开采为使运输大巷(或回风大

巷)避开底板滑动影响,为避免更多的煤柱损失,及考虑到防火要求,应将巷道布置在底板滑动线之外,且要留出适当的安全岩柱。其宽度b可取8～12m。底板滑动角Α应根据顶板岩石层、节理裂隙发育程度,岩性稳定程度较好一般在45°～60°以上,见图2。若开采近距离急倾斜煤层时,上层为厚或特厚煤层,下层为薄或中厚层时,可将大巷布置在下层中。例如:宁武车道沟联营矿总回风道原已有,但布置于急倾斜特厚煤层中,在设计中既要考虑到充分利用已有井巷工程,节省投资,又要考虑到采区回采率,采动影响、采空区着火等因素,还是把总回风道改布置于煤层底板岩石中,见图2。

图　2

　　又如静乐邢家沟煤矿,开采急倾斜煤层,倾角60°,5#煤厚15m,为主采层。6#煤厚310m,间距12m,5#煤上部为采空区,已着火,针对该矿的具体情况,我们将主要运输大巷及回风大巷均布置于6#煤层中沿底板掘进,这样可有效地避开5#煤主采层的采动影响范围,提高采区回收率、防止采空区着火而威胁回风大巷的安全。为“多开煤巷、少开岩巷”提供了技术捷径,为节省投资,早见成效奠定了基础,见图3。312　在煤层底板岩层中布置

在煤层底板岩层中布置主要运输大巷,具有:①服务年限长,维护费用少;②减少煤柱损失、提高煤炭回收率;③可长距离直线掘进、易于掌握工程质量;④掘进时容易保持一定的方向和坡度,便于提高运输速度,提高运输能力等。

步探明煤层赋存情况;

(8)井底车场或平峒布置在煤层顶板;

(9)大巷煤柱损失不致大幅度影响矿井回采率;

(10)产量、风量均大、单运输巷不能满足,需要疏解的;

(11)煤质牌号不同、售价不同,用途不同,要求分采分运;

(12)各煤层底板,均有稳定坚硬岩层。3　在煤层底板岩层中布置311　急倾斜煤层开采大巷布置

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大巷难以克服的缺点,又采用光爆锚喷技术,节

省投资,同时减少巷道维护费用。经财务统计,砂岩中光爆锚喷巷道成本,比煤层中布置大巷处理局部冒顶的巷道成本要少160元󰃗m。而且施工进度月平均加快20m。

另外,煤层沿走向波浪起伏,褶曲多,而大巷按运输方式需要一定的方向和坡度,这时考虑应将大巷布置于煤层底板岩层中,见图4。

图　3在地方煤矿、特别是乡镇煤矿设计中,我们一般不主张布置岩层大巷、尽管几年来对山西地方煤矿倾斜,投资增加,但投资不到位,到位率低还是常见的,需要建设的矿大多资金奇缺,无自筹能力,一味追求技术上可行,而把经济上合理置于次要地位,这很难实现的。我们不乏看到有的矿井由于投资不到位,企业无自筹能力,建设工程量大而面临重重困难,加之地质构造、人为因素等影响而延长建设工期或中途停止建设、被迫下马。作为设计人员应该认真总结经验、吸收教训,怎样从优化设计,有效地提高投资效益,适应地方煤矿的特点中脱颖出来,既原则地贯彻执行有关技术,设计规范、积极推广采用新技术、新成果,又不被某些条条框框,设计手册等,还必须结合实际情况,具体地灵活地分析问题。

不提倡,不主张岩层大巷布置,但也不是十分绝对的,还要具体问题具体分析:例如原平龙宫煤矿,5#煤层厚814m,稳定可采,其下6#煤层2181m,局部可采,层间距18m,5#煤有自然发火现象,发火期为3～6个月,且该煤层松软易碎,巷道掘进时,常出现大面积冒顶,6#煤不稳定,厚度0127～4m,局部可采,且顶板有一层厚315m炭质页岩,极易破碎冒落、实难管理,在这种情况下,经煤岩层对比分析,方案比较,确定将主要运输大巷布置于5#煤层底板以下8～12m的稳定坚硬的中、细砂岩中,光爆锚喷,发挥该矿岩巷掘进的优势。这不仅避免了煤层

图　4

图　5

　　井田断裂构造发育、地堑地垒普遍,煤层沿走向时起时伏,大巷很难一直在煤层中掘进时,可考虑将大巷布置于最下一个地堑煤层中,其它为岩石巷道,见图5。煤层底板岩石中布置大巷的适用条件为:

(1)设计生产能力大,煤层群联合开采的;(2)煤层或煤层组底板一般有坚硬岩层;(3)煤层有瓦斯、煤尘突出危险和自燃发火严重的矿井;

(4)运输大巷要求呈直线布置;(5)要求提高矿井回采率;

(6)大巷服务年限长,围岩压力小,容易维护;

(7)煤层本身松软,掘进时冒顶,片帮严重,

支护困难,费用高的;

(8)煤层波浪起伏,褶曲多,大巷很难在煤层中按一定方向、坡度掘进的;

(9)断裂构造发育、煤层沿走向时起时伏。选择岩石大巷的合理位置:其到开采煤层的最小水平距离Xmin,应满足以下两式要求,见图6。

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与开采要求,可将总回风道设于最下一层薄及中厚煤层内或煤层底板岩石中,用石门联络,用以运输、通风。

(5)近距离煤层群联合开拓布置时,总回风巷应设于最上一可采煤层内,便于通风。

(6)当煤层埋藏较浅,露头发育,冲积层不厚或不含水时,可在每个采区建立小风井分区通风或两三个采区联合共用一个风井通风,这时可不设或只设部分总回风巷。

(7)为避免下行风,总回风巷布置在上部煤层内,分阶段开采时,应布置在阶段上部。

(8)回风大巷与运输大巷成双巷并列布置时,一般运输大巷沿煤层底板、回风大巷沿煤层顶板、并应将回风大巷设于煤层倾斜方向的上侧,使其略高于运输大巷,同时尽量避免平面或立体交叉,以减少漏风和设置必要的通风构筑物,若必须交叉时,则应将回风大巷压运输大巷交叉。

(9)若可采煤层两层以上时,且层间距大于10～15m,回风大巷可与运输大巷上下重迭布

图　6

)Xmin≥L(cosΑ+tgΒo・sinΑ　　S+(b+h)cosΑsinΑ(m)式中:L-煤柱的斜长、

-煤层倾角(度)ΑXmin≥h-围岩巷道的高度(m)b-巷道冒落拱的高度,b=2,(m)B-巷道宽度的1󰃗f-大巷所处围岩普氏系数

s-大巷位于煤层底板岩石的法线基数(可靠数),一般取8～10m

B(m)f

～55°Β0-内错角,一般取50

根据地方煤矿的经验,运输大巷至煤层底

板的法线距离一般为12～18m。4　回风大巷布置(总回风道)

置以减少大巷煤柱损失,提高回采率。5　在不同运输条件下大巷坡度设计

大巷采用无极绳绞车牵引矿车运输时,一

般允许沿中线有8～10°以内的坡度变化,考虑到局部排水,大巷应朝向井底轩场下坡。6　结论

回风大巷布置原则上同主要运输大巷,但

也有一定的区别,其布置原则一般如下:

(1)井田范围较大,煤层露头不明显的缓倾斜和水平煤层,回风大巷与主要运输大巷应并列布置,并设于煤层中沿顶板掘进,两巷间距约30m。

(2)缓倾斜,倾斜煤层分阶段开采时,为便于通风,总回风道应设于阶段上部(有的靠近露头),在煤层中沿顶板掘进。

(3)当冲积层覆盖很厚,含水丰实的矿井、要在井田上部,沿煤层侵蚀带留设防水煤柱,这种情况下,可将回风大巷设在防水煤柱内,以减少煤柱损失。

(4)对于急倾斜或倾斜煤层,根据围岩情况

改革矿井开拓布置,是一个系统的、综合性很强的工程,它与井田范围、储量、服务年限、地质构造、煤层间距、开采技术条件、井筒、井底车场布置、采区设置、资金等因素有关,所以必须理论与实际相结合,具体地、实事求是地分析论证,既要技术上先进、可行,满足运输、通风要求,又要充分考虑矿井实际情况,经济上必须合理,把资金因素列为重要方案比较内容,争取用较少的投资得到较大的效益,真正体现煤炭部关于改革矿井开拓部署的技术。

(责任编辑　杨季平)

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