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1工程概況

1．1采區現狀

千秋煤礦二一采區為二水平下山采區，采區內工作面開采采用雙翼下行、順序開采，標高為+50～－350m。對應地面標高+502．7～+646．5m，采區采深521．5～923．2m，平均采深722．4m。其中二一采區西翼大部分已經回采，東翼上分層已開采，下分層小部分已經回采。二一采區共有四條下山:二一采區軌道下山巷道，擔負二一采區材料、矸石運輸和進風;二水平膠帶運輸大巷、二一采區膠帶下山巷道，擔負二一采區煤炭運輸和進風;二一區纜車下山巷道，擔負二一采區人員運輸和進風;二一采區專用回風下山巷道，擔負二一采區總回風。四條下山均布置在煤層中，其中二一采區纜車下山沿煤層底板布置，其余三條下山沿煤層頂板布置。

1．2煤層賦存條件

本井田含煤地層為義馬組，含煤兩組，3～5層，上部為一煤組，含1－1煤、1－2煤。其中1－1煤被剝蝕殆盡，1－2煤局部可采。下部為二煤組，含2－1煤、2－2煤和2－3煤。2－1煤和2－3煤在+230～+250m合并為一層，合并后統稱2－3煤。二一采區開采煤層為2－1煤和2－3煤，在采區深部2－1煤與2－3煤合并，合并后統稱2－3煤，煤層傾角11～14°，煤層開采標高+50～－350m。2－3煤合并后全煤層厚5．59～37．48m，平均厚16．29m。其中:純煤厚3．89～33．26m，平均厚13．81m。含夾矸一般6～7層，夾矸以砂巖、泥巖及炭質泥巖為主，結構復雜，屬較穩定型厚煤層。二一采區剩余可采儲量3593．7萬t。

1．3地質條件

二一采區位于義馬向斜北翼、千秋井田的南部，基本構造形態為一簡單的單斜構造。地層產狀平緩，走向近東西，傾向南，傾角11～14°，局部發育小褶曲，主要是來自底板的起伏，給回采帶來一定的影響，但影響并不大。二一采區西翼有一寬緩、不對稱的向斜，向斜樞紐傾伏方向330°，傾伏角9～14°，即該向斜樞紐由淺部向深部S30°E延伸，對煤層厚度以及產狀影響較大。煤厚自西向東由厚變薄，煤層基底起伏不平，對回采有一定影響。

1．4沖擊傾向性測定

2009年，煤科總院北京開采研究所巖石力學實驗室對千秋煤礦二煤層及頂板沖擊傾向性進行測定，綜合判定二煤層具有弱沖擊傾向性，但下部分層處煤層具有強沖擊傾向性;二煤層頂板具有弱沖擊傾向性。

2采區巷道損壞情況

回風下山斷面形式為梯形斷面，錨網索噴支護;其余三條下山斷面形式均為拱形斷面，錨網索噴+36U型鋼支架支護。受兩側采空區懸露的大面積巨厚礫巖和采動影響，四條下山均產生了不同程度的變形，巷道頂部網兜現象十分明顯，兩幫掬出，巷道底鼓，支架折損，巷道斷面收縮變形嚴重。在礦井正常生產過程中，四條下山維護工程量巨大，維護頻繁。特別是二一采區纜車下山沿煤層底板布置，巷道位于軟弱煤層中，巷道圍巖穩定性較差，圍巖松動圈范圍大。原巷道頂部多為疏松破碎的煤體，易冒落，所以在多次維修施工中均采取不動巷道頂板擴修的形式進行，擴修難度大，支護效果差。在二一采區纜車下山維護過程中，采用超前卸壓、棚后讓壓和錨網索噴+壁后注漿+36U拱形支架相結合的復合支護技術，根據實測的巷道位移時間序列數據可知，巷道變形量有了一定的減少，但效果不明顯，依然常有煤炮發生，支架變形，卡纜脫落，底鼓嚴重，給正常生產帶來了極大的隱患。隨著采深的不斷增加，礦壓顯現愈加強烈，開采條件急劇惡化，礦井面臨發展困境，技術改造勢在必行。

3技術方案分析

千秋煤礦為沖擊地壓災害嚴重礦井，二一采區下山煤柱屬于高度沖擊危險區，現有三條下山均布置在煤柱內，存在隨時發生沖擊可能，本次對二一采區進行技術改造旨在解決這一問題。根據二一采區地質條件，本次采區技術改造設計在采區下山煤柱兩側采空區下底板巖層內布置下山巷道，利用二水平現有生產系統進行采區下山開拓，采區下山仍然位于采區中部，采用雙翼布置工作面，走向長壁采煤法。

3．1改造方案

考慮礦井實際情況，本設計提出三個采區下山巷道布置方案。方案一:兩巖一煤巷道布置。該方案在采區下山煤柱東側采空區下底板巖層內布置新軌道下山、新膠帶下山兩條運輸巷，將采區原軌道下山(沿煤層頂板布置在煤層中)改作采區回風下山。三條下山從西向東依次為:回風下山、膠帶下山和軌道下山?；仫L下山與膠帶下山平面間距244m，膠帶下山與軌道下山平面間距40m。采區新軌道下山布置在2－3煤層底板以下10m巖層中，巷道長度為1330m，傾角13°，通過采區上部車場與二水平軌道運輸大巷連接，構成采區軌道運輸系統。采區新膠帶下山布置在2－3煤層底板以下10m巖層中，巷道長度為1409m，傾角13°，下部與采區下部車場和采區延伸下部車場連通，上部與二水平膠帶延伸大巷直接連接，形成采區膠帶運輸系統，并通過甩車場與二水平軌道運輸大巷連通。采區回風下山利用采區原軌道下山巷道，向下延伸與采區技改后下部車場和采區延伸下部車場連接，并對采區原軌道下山上部回風聯絡巷進行修護，在原軌道上山上部車場構筑風門，構成新的采區回風系統。工作面上下巷通過采區中部車場、聯絡巷分別與采區3條下山巷道連通，形成獨立回風系統，以滿足通風要求。方案二:三條巖巷同側布置。該方案在采區下山煤柱東側采空區下底板巖層內，布置軌道下山、膠帶下山和回風下山三條巷道，從西向東依次為:回風下山、膠帶下山和軌道下山。回風下山與膠帶下山平面間距40m，膠帶下山與軌道下山平面間距40m。采區軌道下山、膠帶下山布置同方案一。采區回風下山布置在2－3煤層底板以下16～18m巖層中，設計長度1248m。方案三:三條巖巷兩側布置。該方案在采區下山煤柱東側采空區下底板巖層內布置軌道下山、膠帶下山兩條巷道，在采區下山煤柱西側采空區下底板巖層內布置回風下山巷道，從西向東依次為:回風下山、膠帶下山和軌道下山?；仫L下山與膠帶下山平面間距420m，膠帶下山與軌道下山平面間距40m，膠帶下山與采區下山煤柱平面間距20m。采區軌道下山、膠帶下山布置同方案一。采區回風下山布置在2－3煤層底板以下16～18m巖層中，設計長度為1344m。

3．2兩條巖石下山距煤柱距離估算

以方案一為例，根據《采礦工程師手冊》要求，巖層下山距離煤層底板不小于8m，考慮千秋煤礦目前現場實際，回風下山將暫用原來煤層巷道，膠帶下山和軌道下山選距離煤層底板10m層位，必要時可通過石門連接。兩條巖石下山均布置在二一采區東翼工作面采空區下方，兩條巖石下山多數區域處于低應力狀態，但是在巖石下山每次穿越工作面區段煤柱區域段必定存在一定的應力集中，為了盡量減少現場工作量和下山煤柱對巖石下山的影響，特對兩條巖石下山距離煤柱合理距離進行初步計算。根據千秋煤礦21141工作開采現場微震實測數據和地表鉆孔探測的巖層分布結構分析，得到了下山煤柱區覆巖空間結構如圖1所示，且二一采區為從東向西煤層深度逐漸增加，因此，采區東翼位于底板內的巖石下山在一定范圍相當于已有上解放層。根據估算結果，二一采區東翼距離下山煤柱177m，開始出現采空區增壓，即自煤柱位置至177m處采空區留有的底煤，受到上覆巖層的壓力逐漸增加，并形成采空區增壓區(工作面采空區在走向和傾向均存在增壓原理)，設計巖石下山位于底板內，考慮十六采區開拓、炸藥庫、絞車硐室等多方面因素，決定設計巖石下山巷道距離煤柱60m，且兩條巖石下山間距40m，因此，最東側巖石下山距離煤柱約100m，雖然壓力較高，但是可以滿足現場開采實際。

3．3方案比較

通過上述方案比較，方案一利用了采區原有一條巷道，技改工程量最小，工期最短，初期投資最小，部分巷道能重復利用。方案二、方案三采區三條下山均布置在巖層內，穩定性好，采區下山煤柱回收難度大，技改工程量大，工期長，初期投資高，二水平大巷和井筒運輸壓力大。綜合比較，本次采區技改采用方案一。

4技術改造效果分析

1)采區膠帶下山與采區軌道下山均布置在巖層內，穩定性好，后期巷道維護量小，維護成本低。2)利用采區原有一條巷道回風，能有效減少技改巷道工程量，縮短技改工期。3)采區二分層工作面聯絡巷可以利用上一區段聯絡巷道，減少了區段工作面掘進工程量。

5結語

二一采區技術改造，從根本上解決了采區下山沖擊地壓對礦井發展的制約，為礦井正常生產接替和企業的蓬勃發展創造了良好的條件。

作者:方建廠 單位:河南大有能源股份有限公司