矿井多水平多采区颠覆性规划研究与实践

王庆杰 王传振

（新矿集团协庄煤矿，山东新泰 271200）

1.课题提出

协庄煤矿位于新泰市境内，新汶向斜西端南翼，南起各煤层露头，北至F10断层（与翟镇矿相邻）及-1500m等高线，东以F3断层与良庄矿为邻，西至各煤层剥蚀边界。东西走向长约9km～12km，南北宽1.1km～4.2km，面积约41.5109km2。矿井于1962年12月正式投产，原设计生产能力为120万t/a，1989年矿井开始改扩建，扩建后生产能力为180万t/a，2020年5月9日山东省能源局公布的全省“两类”生产煤矿名单中核定生产能力为120万t/年。可采煤层共有6层，即2、4、6、11、13、15煤层。矿井开拓方式为主斜副立联合式开拓，混合式通风，采煤方法为走向长壁后退式采煤法，垮落法管理顶板。矿井分4个水平，即-50m水平、-300m水平、-550m水平和-850m水平，其中-50m水平、-300m水平已开采完毕。

目前，-550和-850水平为生产水平，采场布局比较分散，巷道占用多，地面至-550水平的斜井系统主要布置在十一层顶板以上层位，现有生产系统已无法满足矿井下组煤炭资源回收，为深化找煤扩量确保采场有序衔接，回收矿井煤炭资源需重新进行系统规划布置。兼顾千米深井限采深政策，为应对深部采场转移，促进矿井高效优质生产，需进行矿井技术改造。根据生产布局变化情况，在全面摸排分析矿井现有生产系统基础上，谋划矿井长远可持续发展，简化目前复杂生产系统，缩短运输、排水、供电等系统战线，计划对原煤主运系统、供电系统、辅助运输系统、排水系统进行优化改造，实现矿井合理集中生产，实现减系统、减环节、减人员目标。结合矿井生产系统现状，采用颠覆矿井多水平、多采区布置模式，按照盘区“集中、简单”布置思路，将分散水平、采区进行集中、合并，进行老区矿井多水平多采区颠覆性大系统改造规划与实践[1-2]。

2.生产系统技术改造

（1）新建立井。在管子井工业广场建设混合井筒，通过暗斜井将-50水平与-850暗斜井联系起来，满足运人、运料及提升运煤的需要。释放-850水平至-50水平所有压覆各煤层的煤炭资源。井下对应-50井底车场南部区域，与-50井底车场压煤区域重合；与-50强力皮带位置较近，运输系统配套方便、简单。

（2）通风系统。二号副井断面在7.5m2左右，扩修断面至14.6m2，采用锚网喷支护，对-300水平中部风井进行改造。重新施工锁口、防爆门、风道、风机房、测试风门房、主风机、电机及2道风门、扩散塔。将二号副井改造为回风斜井，借用原二号副井上部（-50水平以上）回风。新安设的主要通风机风量在5000～15000m³/min之间，风机型号GAF25-25-1型轴流式主要通风机。

（3）运输系统。撤除-550m西翼系统（第一、二、三部）皮带、-550m强力皮带、-300钢缆皮带及上下转载机等，安装三部永磁直驱电机式皮带机及一部转载皮带，主运系统为-850m～-50m永磁强力皮带三部，-50m一部转载皮带以及-50m至地面主运皮带。改造运输暗斜井巷一段全长2700m，平均倾角16°，选用2部DTL1000/400×4永磁电机型皮带机，每部1350m，胶带选用ST3500s型钢丝绳芯胶带，带宽1m。

（4）辅助运输系统系统改造完成，剩余-50m、-850m两个水平大巷。

运人系统：-50水平至-850水平，采用RJY160、RJY110型架空乘人装置运人。

运料系统：运料采用单轨吊机车，将各采区单轨吊线路全部联网，采区设置换装站将物料运送至各采掘工作面。

（5）供电系统。新建立井供电：改造河北6kV配电所、电厂配电所，增加电厂至河北1路架空线路；撤除副立井降压站、西立井降压站35kV供电系统，通过1#、2#线供电，电厂通过1#、2#线上网；井下供电：新立井下车场建井底配电所，在新立井井筒内敷设4根185mm2电缆；撤除井下原-300水平、-550水平中央配电所。

（6）排水系统。技术改造后，井下共剩余4个水平中央泵房，分别设在-50m、-300m、-850m、-850m一采区水平，见表1。

表1 水平涌水量

3.技术改造服务煤量

系统优化解放地质储量5442.7万t，有效可采煤量1841.1万t。其中二煤层有效可采储量183.1万t，四煤层有效可采储量206.7万t，六煤层有效可采储量305.3万t，十一煤层有效可采储量296.2万t，十三煤层有效可采储量554.2万t，十五煤层有效可采储量295.6万t。

（1）-550水平西大巷及周围区域：地质储量1899.8万t，其中十一层364.5万t，十三层300.7万t，十五层511.2 万 t。

（2）副立井煤柱：地质储量989万t，其中二层407.6万t，四层581.4万t。

（3）-300水平以浅：地质储量1205.6万t，二层煤81.7万t，四层92.9万t。六煤层75万t，十一层140.1万t，十三层347.5万t，十五层468.4万t。

4.解放资源储量情况

矿井技术改造解放地质储量1987.7万t，有效可采储量859.5万t。主要为-550水平西大巷煤柱、-550副立井工广煤柱以及-300～-50煤柱。

5.效果效益

（1）片盘式多层位分区布局。立足当前矿井多煤层开采布局情况，结合构造摆布走向，将剩余块段回收方式调整为片盘分区模式，实现资源高效回收。

（2）一体化系统改造。技术改造后的生产系统既可以作为矿井的大系统，又可以兼顾分煤层资源回收。

（3）资源整合回收。可利用新系统对浅部周边8个煤矿剩余资源有效整合。

（4）系统换煤。借助新系统回收老系统压覆煤量，既实现了系统的更新换代，又增加了矿井有效可采量。

（5）深罐短箕混合式立井。井筒内既布置箕斗又布置罐笼，采用箕斗运煤与-50水平皮带联系，罐笼运人运料直接到立井工广，节约大量人力、物力和财力。

6.结语

技术改造将矿井原煤运输、行人、通风、排水和辅助运输五方面问题整合在一起进行解决，做到统筹兼顾、谋久调优，大大提升矿井安全高效生产的保障能力，满足矿井可持续发展的长远要求，在技术可行性、经济合理性、安全可靠性方面都具有较明显的优势，为老区矿井改造长远发展提供了很好的借鉴资料。