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煤层运输大巷层位选择——黑金刚播报
发布日期:2025-07-31
阅读量:30
作者:黑金刚实业

一、引言

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 在采矿工程领域,煤层运输大巷作为煤炭运输、人员通行、通风以及管线敷设的关键通道,其层位选择犹如为一座宏伟建筑奠定基石,对整个矿井的高效运作、安全生产以及长期经济效益起着决定性作用。这一选择绝非简单的决策,而是一个复杂的系统工程,涉及地质条件、开采技术、维护成本、安全保障等多个维度的考量。合理的层位选择能够确保煤炭运输的顺畅无阻,降低开采成本,提升生产效率,同时为矿井的长期稳定运行提供坚实保障;反之,错误的选择则可能引发一系列问题,如巷道维护困难、运输效率低下、安全隐患增加等,严重影响矿井的正常生产和经济效益。因此,深入探讨煤层运输大巷的层位选择及其影响因素具有重要的现实意义。

二、煤层大巷

(一)优势尽显

在地质条件允许的情况下,煤层大巷的布置具有诸多显著优势。从施工角度来看,由于煤层的硬度相对较低,掘进施工的难度大幅降低,这使得掘进速度得以显著提升。据相关数据显示,在同等施工条件下,煤层大巷的掘进速度可比岩石大巷快 30% - 50%,这对于缩短矿井建设周期、快速实现煤炭资源开采具有重要意义 。同时,煤层大巷的施工工艺相对简单,所需的掘进设备和技术要求也相对较低,这不仅降低了施工成本,还减少了设备投入和维护费用。此外,煤层大巷在掘进过程中,还能起到探巷的作用,通过对煤层的直接揭露,能够更准确地了解煤层的赋存状况,如煤层厚度、倾角、煤质等,为后续的开采工作提供详实的地质资料 。而且,在一些情况下,煤层大巷还可以利用煤层本身的特性,如煤层的自然裂隙等,来优化巷道的支护设计,进一步降低支护成本 。

(二)局限分析

然而,当维护条件困难和瓦斯地质复杂时,煤层大巷的局限性便会凸显出来。由于煤层的稳定性较差,受采动影响和矿山压力的作用,巷道极易发生变形和破坏,这使得巷道的维护难度大幅增加,维护成本也随之攀升。据统计,在维护条件困难的情况下,煤层大巷的维护成本可能是岩石大巷的 2 - 3 倍 。此外,煤层大巷需要留设大量的防护煤柱,以确保巷道的稳定性和安全性,这些煤柱的回收困难,会造成大量的煤炭资源损失 。更为严重的是,当煤层具有自然发火危险时,一旦发生火灾,必须封闭大巷,这将导致全矿停产,而且煤柱受采动影响,封闭效果往往不佳,火灾较难处理,给矿井带来巨大的经济损失和安全风险 。同时,煤层的起伏和褶皱较多时,大巷的掘进方向和坡度难以保持稳定,这会影响运输效率,增加运输成本 。在瓦斯地质复杂的区域,煤层大巷还容易出现瓦斯积聚、突出等问题,严重威胁矿井的安全生产 。

三、岩石大巷

(一)挑战在前

尽管岩石大巷有着诸多优势,但不可忽视的是,其在施工和维护过程中也面临着一系列严峻的挑战。从施工角度来看,岩石的硬度远高于煤层,这使得掘进施工的难度呈指数级增长。在一些地质条件复杂的区域,岩石的硬度系数甚至可达到 8 - 10,给掘进工作带来了极大的阻碍。传统的爆破掘进方式不仅施工工序复杂,需要耗费大量的人力、物力和财力,而且对周围岩层的影响较大,容易引发岩石的破碎和垮落,增加施工安全风险 。据统计,在相同的施工条件下,岩石大巷的掘进速度仅为煤层大巷的 50% - 70%,这大大延长了矿井的建设周期,增加了建设成本 。同时,岩石大巷的掘进需要配备专业的掘进设备,如全液压凿岩钻车、TBM 硬岩掘进机等,这些设备价格昂贵,购置和维护成本高,对施工企业的资金实力提出了很高的要求 。而且,在岩石掘进过程中,还需要解决通风、排水、防尘等一系列问题,进一步增加了施工的复杂性和难度 。

在维护方面,虽然岩石大巷相对煤层大巷来说维护难度较小,但在一些特殊的地质条件下,如松软岩层、高应力区域等,岩石大巷也会出现严重的变形和破坏。松软岩层具有松、散、软、弱的特性,地压较大,巷道维护极端困难,采用常规的施工方法和支护形式往往难以奏效。在高应力区域,岩石受到的压力超过其自身的承载能力,容易发生破裂和变形,导致巷道的断面缩小,影响正常的运输和通风。据相关数据显示,在松软岩层和高应力区域,岩石大巷的维护成本可能会比正常情况下高出 30% - 50%,且维护周期缩短,需要频繁进行维护和修复工作 。此外,岩石大巷的维护还需要考虑到地质构造的影响,如断层、褶皱等,这些地质构造会改变岩石的力学性质和应力分布,增加巷道维护的难度 。

(二)应对策略

针对岩石大巷面临的挑战,采矿工程领域不断探索和创新,采取了一系列有效的应对策略。在施工技术方面,随着科技的不断进步,各种先进的掘进技术应运而生,为岩石大巷的高效施工提供了有力支持。综掘技术的应用,实现了掘进、装岩、运输等工序的一体化作业,大大提高了施工效率,减少了人力投入。以某煤矿为例,采用综掘技术后,岩石大巷的月进尺从原来的 80 - 100 米提高到了 150 - 200 米,施工效率提升了近一倍 。TBM 硬岩掘进机的出现更是岩石掘进技术的一次重大突破,其采用旋转刀盘上的滚刀挤压剪切破岩的方式,具有掘进速度快、施工质量高、安全性能好等优点 。山西华阳集团新能股份有限公司在使用 TBM 掘进机施工采区回风大巷时,最大月进尺达到了 641 米,平均日进尺为 17 米,创造了良好的经济效益和社会效益 。同时,为了提高爆破效率和安全性,爆破技术也在不断改进,如采用中深孔爆破光面技术,通过合理设计炮眼深度、间距和装药量,减少了对围岩的破坏,提高了巷道的成型质量 。

在支护方式上,为了确保岩石大巷的稳定性,根据不同的地质条件和岩石性质,选择合理的支护方式至关重要。锚喷支护是一种常用的支护方式,它通过锚杆和喷射混凝土的联合作用,将围岩与支护结构紧密结合在一起,形成一个共同承载的体系,有效提高了围岩的稳定性。在一些围岩条件较好的区域,采用单一的锚喷支护即可满足要求;而在松软岩层、高应力区域等复杂地质条件下,则需要采用联合支护方式,如锚注 + 锚网索喷联合支护技术 。辛置煤矿 310 轨道大巷在采用锚注 + 锚网索喷联合支护技术后,有效解决了巷道围岩破碎、失稳严重的问题,巷道的变形量得到了显著控制,维护成本也大幅降低 。此外,为了及时掌握巷道围岩的变形情况,还需要加强对巷道的监测监控,通过安装位移计、应力计等监测设备,实时监测围岩的位移、应力变化,为支护参数的调整和优化提供科学依据 。

四、影响因素

(一)地质条件

地质条件在煤层运输大巷的层位选择中扮演着最为关键的角色,是整个决策过程的核心考量因素。煤层的稳定性是首先需要重点关注的方面,稳定的煤层能够为大巷的布置提供坚实可靠的基础。在一些煤层赋存条件良好的区域,煤层厚度均匀,倾角变化较小,地质构造相对简单,这种情况下,将大巷布置在煤层中是较为理想的选择。不仅可以充分利用煤层的自然条件,降低施工难度和成本,还能更好地适应煤层的开采顺序和工艺要求。相反,若煤层稳定性差,厚度变化频繁,倾角波动较大,就会给大巷的布置和维护带来极大的挑战。例如,在煤层厚度急剧变化的区域,大巷的掘进可能会面临频繁的调整和变更,增加施工难度和成本。而且,不稳定的煤层在开采过程中容易发生垮塌和变形,对大巷的安全构成严重威胁。

地质构造的复杂程度也是影响大巷层位选择的重要因素。断层、褶皱等地质构造的存在会改变煤层的原始赋存状态,增加大巷布置的难度和风险。断层会使煤层发生错动和位移,导致煤层的连续性被破坏,在断层附近,岩石破碎,地压增大,巷道的支护和维护难度显著增加。如果大巷穿越断层,可能会引发巷道的坍塌、涌水等事故,严重影响矿井的安全生产。据统计,在有断层存在的区域,巷道维护成本可能会比正常区域高出 50% - 100% 。褶皱构造则会使煤层产生弯曲和起伏,影响大巷的掘进方向和坡度,降低运输效率 。在褶皱轴部,岩石受力集中,容易发生破裂和变形,对大巷的稳定性造成不利影响 。因此,在地质构造复杂的区域,通常优先考虑将大巷布置在岩石中,以避开地质构造的影响 。通过对地质构造的详细勘查和分析,选择在相对稳定的岩层中掘进大巷,能够有效降低施工风险,提高巷道的稳定性和安全性 。

(二)维护与瓦斯

维护条件和瓦斯地质对大巷层位选择有着至关重要的影响,是不可忽视的关键因素。当维护条件困难时,煤层大巷的弊端便会充分显现。由于煤层的力学性质相对较弱,在矿山压力的作用下,巷道容易发生变形和破坏。巷道的变形会导致断面缩小,影响通风、运输和行人的安全。为了维持巷道的正常使用,需要频繁进行维护和修复工作,这不仅耗费大量的人力、物力和财力,还会影响矿井的正常生产。在一些松软煤层中,巷道的变形速度较快,维护周期短,维护成本高,给矿井的经济效益带来了很大的压力。相比之下,岩石大巷在维护方面具有明显的优势。岩石的强度和稳定性较高,能够承受较大的矿山压力,巷道的变形和破坏相对较小。在相同的地质条件下,岩石大巷的维护成本通常比煤层大巷低 30% - 50% ,且维护周期长,能够为矿井的长期稳定生产提供有力保障 。

瓦斯地质情况也是大巷层位选择必须考虑的重要因素。在瓦斯含量高、瓦斯压力大的区域,煤层大巷存在着严重的安全隐患。瓦斯积聚可能会引发爆炸和窒息事故,对矿工的生命安全构成巨大威胁。煤与瓦斯突出是一种极其危险的现象,一旦发生,会造成严重的人员伤亡和财产损失。因此,在瓦斯地质复杂的区域,为了确保矿井的安全生产,应优先选择岩石大巷。岩石大巷可以有效隔离瓦斯,减少瓦斯对巷道的影响,降低瓦斯事故的发生概率。通过合理的通风系统和瓦斯抽采措施,能够更好地控制瓦斯浓度,保障矿井的安全。在一些高瓦斯矿井中,采用岩石大巷结合瓦斯抽采技术,成功地解决了瓦斯治理难题,实现了矿井的安全高效生产。

(三)运输方式

辅助运输方式和设备的不同,会对大巷与煤层底板等高线相对位置产生显著影响,进而影响大巷的层位选择。在采用轨道运输时,为了保证运输的平稳和安全,大巷需要保持一定的坡度和直线度。当煤层底板起伏较大时,如果大巷沿煤层布置,就需要频繁调整坡度和方向,这不仅增加了施工难度和成本,还会影响运输效率。在这种情况下,将大巷布置在与煤层底板等高线相对位置较为稳定的岩层中,能够更好地满足轨道运输的要求。通过合理设计大巷的坡度和曲率,确保轨道的铺设质量,能够提高运输的安全性和可靠性。而采用胶带输送机运输时,对大巷的坡度要求相对较低,更注重巷道的连续性和直线性。此时,大巷可以根据煤层的赋存情况,选择在煤层中或与煤层底板等高线相对位置合适的岩层中布置。在煤层赋存稳定、地质条件较好的情况下,将大巷布置在煤层中,能够减少岩石掘进工程量,降低成本。同时,利用胶带输送机的连续运输特点,可以实现煤炭的高效运输。

在一些现代化的矿井中,采用无轨胶轮车等新型辅助运输设备,对大巷的布置提出了新的要求。无轨胶轮车具有运输灵活、速度快等优点,但对巷道的宽度、高度和地面平整度有较高的要求。为了适应无轨胶轮车的运行,大巷需要具备足够的空间和良好的地面条件。在这种情况下,大巷的层位选择需要综合考虑煤层和岩层的条件,以及无轨胶轮车的运行要求。通过优化大巷的设计和布置,合理选择层位,能够充分发挥无轨胶轮车的优势,提高辅助运输效率。因此,在选择大巷层位时,需要根据不同的辅助运输方式和设备,综合考虑各种因素,优化运输布局,以实现矿井运输系统的高效运行。

五、实际案例深度剖析

(一)案例一:煤层大巷的成功应用

某现代化矿井,开采近水平煤层,煤质中硬,顶板较为坚硬。井田走向长度适中,地质条件相对简单,煤层赋存稳定,倾角较小,平均厚度为 3 - 4 米 。在矿井建设初期,经过详细的地质勘查和技术经济论证,决定采用煤层大巷的布置方式 。由于煤层硬度适中,采用综掘技术进行施工,掘进速度得到了显著提升,月进尺可达 200 - 250 米 。在施工过程中,通过对煤层的直接揭露,准确掌握了煤层的厚度变化、倾角以及煤质等情况,为后续的开采工作提供了可靠的地质依据 。

在巷道支护方面,采用了锚杆 + 锚索 + 喷浆的联合支护方式,有效保证了巷道的稳定性 。同时,为了减少巷道变形对运输的影响,对巷道进行了壁后充填处理,进一步增强了巷道的支护效果 。在煤炭运输过程中,由于煤层大巷坡度相对平缓,且沿煤层走向布置,采用胶带输送机进行运输,实现了煤炭的高效、连续运输 。与采用岩石大巷相比,不仅减少了岩石掘进工程量,降低了施工成本,还缩短了矿井的建设周期,提前实现了煤炭资源的开采 。在矿井投产后,通过合理的开采布局和高效的生产组织,该矿井的煤炭产量逐年递增,经济效益显著提升 。

(二)案例二:岩石大巷的明智抉择

另一矿井,煤层赋存不稳定,地质构造复杂,存在多条断层和褶皱。煤层瓦斯含量高,具有煤与瓦斯突出的危险。在矿井开拓设计阶段,充分考虑到这些因素,决定采用岩石大巷的布置方式。由于岩石硬度较高,采用 TBM 硬岩掘进机进行施工,虽然初期设备投入较大,但掘进速度快,施工质量高 。在掘进过程中,通过加强地质勘探和超前探测,及时掌握前方地质构造情况,采取有效的支护措施,确保了巷道的安全掘进 。

在巷道支护方面,针对松软岩层和高应力区域,采用了锚注 + 锚网索喷联合支护技术 。通过向围岩中注入水泥浆,提高了围岩的强度和整体性,再结合锚杆、锚索和喷射混凝土的联合作用,有效控制了巷道的变形 。同时,为了防止瓦斯泄漏,对巷道进行了严格的密封处理,并建立了完善的瓦斯监测和抽采系统 。在煤炭运输方面,采用胶带输送机和刮板输送机相结合的运输方式,确保了煤炭运输的安全和顺畅 。由于岩石大巷能够有效避开地质构造和瓦斯的影响,保障了矿井的安全生产,避免了因煤层大巷可能引发的瓦斯事故和巷道变形问题 。虽然岩石大巷的建设成本较高,但从长期来看,其安全性和稳定性为矿井的可持续发展奠定了坚实基础 。

六、小结

煤层运输大巷的层位选择是一个多因素交织、相互影响的复杂决策过程,其重要性不言而喻。煤层大巷在地质条件允许时,凭借施工便捷、掘进速度快、能探清煤层赋存状况等优势,成为一些矿井的首选。但在维护条件艰难以及瓦斯地质复杂的情况下,其巷道维护成本高、需留大量煤柱、易受瓦斯威胁等缺点也不容忽视。岩石大巷虽然施工难度大、成本高,但在适应地质构造变化、保障安全生产方面具有显著优势。

地质条件是大巷层位选择的关键因素,煤层的稳定性、地质构造的复杂程度直接影响大巷的布置和维护。维护条件和瓦斯地质同样重要,困难的维护条件和复杂的瓦斯地质会增加大巷的维护成本和安全风险,此时岩石大巷更为合适。辅助运输方式和设备的差异也会对大巷与煤层底板等高线的相对位置产生影响,进而影响大巷的层位选择。

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