1、第十八章 井田开拓基本问题分析,18.1 开采水平的划分及上下山开采18.2 开采水平大巷的布置18.3 井筒（硐）形式及位置,第一节 开采水平的划分及上下山开采,根据井田外长(垂高)的大小，开采煤层的多少和煤层倾角的陡缓，井田内可设个或几个开采水平。开采水平垂高是指该开采水平上下边界之间的垂直距离。,1）合理的开采水平垂高,一、合理的水平垂高合理的开采水平垂高应以合理的阶段垂高（斜长）为前提，并使开采水平有合理的服务年限，有利于矿井水平和采区的接替，还要有较好的技术经济效果，并应注意满足以下要求。,（1）具有合理的阶段斜长,煤的运输：缓斜、倾斜（胶带）、急斜（溜煤眼70100m）辅助提升：绞
2、车滚筒直径1.62m（900m）行人条件,（2）具有合理的区段数目,具有合理的区段数目，即保证采区正常生产和接替的区段数：缓斜（35个，垂高150200m）；倾斜（3个，垂高200m）；急斜（23个，100120m）,（3）要有利于采区的正常接替,一个采区的服务年限应大于一个采区的开拓准备时间，由此看出，阶段斜长大，采区储量多，采区服务年限长，对采区的接替有利。,（4）要保证开采水平有合理的服务年限及足够的储量,开拓延深一个新水平一般5-8年；为使开采水平的生产少受开拓延深的干扰，应有合理的最低服务年限。,（5）经济上有利的水平垂高,经济比较的项目包括：水平范围内的开拓工程量及掘进费,相应范围
3、的井巷维护费,煤炭沿井筒的提升费、排水费等。如果采区巷道布置类型和参数不同,还应该比较采区的巷道掘进费、维护费及煤的运输费。根据比较的结果综合考虑技术、管理、安全等因素,最后确定。,二 下山开采的应用,为扩大开采水平的开采范围，有时除在开采水平以上布置上山采区外，还可在开采水平以下布置采区，进行下山开采。下山开采与上山开采的比较是指：利用原有开采水平进行下山开采与另设开采水平进行上山开采的比较。,（1）上、下山开采的比较,运输提升排水掘进通风基本建设投资方面,-200,-400,-500,（2）下山开采的应用条件,倾角16，瓦斯及涌水量不大；当井田深部受自然条件限制，储量不多、深部境界不一，设
4、置开采水平有困难或不经济时，可在最终开采水平以下设一部分下山采区；水平接替困难时，可在井田中央部分布置一个或几个下山采区。,由于要增加开采水平储量和服务年限等原因,有时需设置辅助水平。 辅助水平设有阶段大巷,担负阶段运输、通风、排水等项任务,但不设井底车场,大巷运出的煤需下达到开采水平,由开采水平的井底车场再运至地面。辅助水平大巷离井简较近时,也可设简易材料车场,担负运料、通风或排水任务。主要适用条件如下： (1)水平垂高过大,开采水平以上的上山煤斜长太大,用一个阶段开采,技术上有困难,安全上不可靠时,可将开采水平以上的煤分为两个阶段,利用辅助水平开采上一阶段。图18-2所示为平硐水平以上的上
5、组煤斜长过大,在其上部设辅助水平,利用一对主要上山4、5与辅助水平大巷 6联系,以加快矿井建设(先不开主石门8),并可最大限度地扩大平硐的开采范围,充分发挥平硐开拓的优点。,三、辅助水平的应用,1主平硐 2运煤斜井 3进风斜井 4主要运输上山 5主要轨道上山6辅助水平运输大巷 7辅助水平石门 8后期主石门 9回风石门 10回风平硐,图18-2 用辅助水平开拓平硐以上部分煤层,(2)采用多水平上F山开采的矿井,上开采水平下山采区的排水、通风及采区辅助提升比较困难,下开采水平的回风问题也需妥善解决,矿井和采区生产能力越大,这些问题就 越突出。于是,可在两开采水平之间设辅助水平,使上述问题得到较合理
6、的解决。,(3)开采急斜煤层的矿井,由于受溜煤、运料、上下人员等技术和安全条件的限制,阶段垂高较短、水平储量较少、水平服务年限达不到规定要求,一些矿井加大了开采水平的垂高,一次延深两个阶段的高度,在两个阶段之间设置辅助水平,上阶段出煤利用设在井筒附近的溜煤眼溜放到下阶段,集中提出地面。很明显,这种方式增加了阶段运煤的环节和总的提升工作量,长距离溜煤易使块煤破碎,井有堵眼的危险,而节约的工程量并不多,如非迫不得已,一般不宜采用。,1-主井2副井 3煤仓 4主石门 5600m胶带运输大巷 6600m轨道运输大巷7450m辅助水平轨道巷8采区上山 9边界风井10总回风道 11850m辅助水平轨道巷1
7、2二水平胶带暗斜井 13二水平轨道暗斜井 14二水平大巷,图18-3 用辅助水平配合上下山开采,(4)一些开采近水平煤层的矿井,采用分煤层开拓,即在主采层设开采水平,布置为全矿井服务的井底车场及设施,而在主采层以上或以下的煤层分别设辅助水平,开掘较简单的车场和煤层运输大巷、布置盘区,进行开采。辅助水平和开采水平之间用暗井或暗斜井联系,煤经溜井下放或暗井提升,矸石及物料要多段转运,井下运输环节较多,生产比较分散,对矿井合理集中生产不利,随盘区联合布置的发展,这种方式的应用月益减少。但如煤层距开采水平较远,而储量不甚丰富,不足以设开采水平时,这种方式也可以考虑采用。 如上所述,应用辅助水平能加大开
8、采水平垂高。但设置辅助水平又增加了井下的运输环节,使生产系统复杂化,这是本质上的缺点。因此,除上述等条件外,一般不考虑采用。,合理划分开采水平应综合考虑前面分析的因素,并且要适应井田地质和开采技术特点。 对开采急斜煤层的矿井,每个开采水平只开采一个上山阶段,而阶段垂高主要决定于采煤方法和采区准备的合理性,其可供选择的范围是较小的。 对开采倾斜和缓斜的矿井,首先应研究煤层开采特点,从适合该煤层的采煤方法、准备方式及合理参数出发,结合井型大小、机械化程度要求,研究有利的阶段斜长及垂高。由于矿井地质构造的复杂性,井田各部分的倾角大小可能不同,一定的阶段垂高不一定能使阶段每一部分都有合理的斜长,这就只
9、能照顾主要部分,并结合能否应用辅助水平等因素,综合考虑。对倾角小于16的缓斜煤层,要结合上下山开采综合考虑。,四、合理划分开采水平,研究合理的阶段垂高为合理划分开采水平提供了最主要的根据。具体划分时,还必须结合井田地质构造的特点,适当地进行调整。例如,煤层沿倾向倾角变化较大或有较大的走向断层切割,就可在基本上满足合理阶段垂高的基础上,以这些自然条件划分开采水平,以便为水平的开采创造较好的条件。 对开采近水平煤层的矿井,主要考虑开采水平在煤组内的合理位置及标高。对上下可采煤层相距不远、采用单水平开拓的矿井,一般应将开采水平设在煤组的底部,或者布置集中运输大巷及联合准备的盘区,或者在其上部设置辅助
10、水平、分层布置大巷及盘区。如井田内可采煤层数目较多、上下可采煤层相距较远,就要划分煤组,分煤组设置开采水平。但应保证开采水平有足够的储量,满足关于水平服务年限的要求。,一、对大巷布置的一般要求,主要任务：担负煤矸、物料和人员的运输，以及通风、排水、敷设管线等。基本要求：便于运输、利于掘进和维护、能满足矿井通风安全的需要。,第二节 开采水平大巷的布置,1）阶段运输大巷的运输方式,轨道矿车运输（600mm、900mm）优点：可同时解决煤炭、矸石、物料和人员的运输问题；机动性强；能满足不同煤种煤炭的分采分运要求；对巷道直线度要求不高。缺点：不连续运输；井型越大，列车的调度工作越大。,胶带输送机,优点
11、：实现大巷连续化运输，运输能力大；操作简单，比较容易实现自动化；装卸载设备少，卸载均匀。不足之处：不适应按不同煤种的分采分运，并要求大巷直。,大巷的断面要能满足运输、通风、行人和管缆敷设的需要,符合煤矿安全规程的规定。,(二)大巷的巷道断面和支护,大巷的方向应与煤层的走向大体一致。当煤层因褶曲、断层等地质构造影响,局部走向变化频繁时,为了提高列车运行速度,便于电机车行驶,也为了缩短线路及巷道长度,节约开拓工程量,要避免大巷转弯过多,使大巷尽量取直。但应注意,不要因取直巷道而造成大巷维护不利及煤层开采上的困难(如距厚煤层过近、穿至开采煤层的顶板等)。铺设胶带输送机的大巷更要求巷道取直,当大巷不能
12、成一直线时,可布置成段数较少的折线,由此要增加胶带输送机铺设的台数,从而涉及采用胶带输送机运煤是否合理的问题,应在选择大巷运输方式时合理确定。,(三)大巷的方向和坡度,2）阶段运输大巷的布置方式,开采水平布置的核心问题是运输大巷的布置，根据煤层的数目和层间距的大小，运输大巷布置有三种基本形式，即单层布置、分组布置和集中布置。,（1）单层布置分煤层大巷与主要石门布置,适用于井田走向不太长、煤层数目少、间距大，采用高度集中化生产时（一矿一面或两面）。,（2）集中布置集中大巷与采区石门布置,适用于走向长度大、服务年限长、煤层数目多、层间距不大的矿井。,（3）分组布置分组集中大巷与主要石门布置,适用于
13、可采煤层数较多，层间距大小不等的矿井。,采用分组集中布置大巷时,必须伴随解决如何划分煤组。对煤层群进行分组应注意以下问题： (1)层间距较近的煤层可以划为一组,以减少采区石门的掘进工程量。 (2)有些煤层的间距虽较大,但煤层受断层切割或赋存不稳定,只有局部块段可采,储量较少,不宜单独设大巷,可根据情况与其邻近煤层划为一组。 (3)根据国家需要和用户要求,对不同煤种和煤质的煤层可分别划组,以便分采分运分别提升,保证原煤质量。 (4)对瓦斯涌出量差异很大的几个煤层,有技术安全上的必要时,可分别划组,以便于风量分配和管理；对涌水量大、有突水威胁的煤层可分层布置,便于采取防治水患的措施。 (5)为实现
14、合理集中生产,同时生产的煤组一般不多于两个。,2）阶段运输大巷位置的选择,大巷布置在煤层优点：容易施工，掘进速度快，掘进费用低，便于机械化作业，掘进中可以进一步探明煤层变化情况和地质构造。缺点：巷道受采动影响，维护困难，维护费用高，大巷两侧要留3040m煤柱，煤柱损失较大；采区发生火灾时，不易封闭。,就我国目前情况而言,在某些条件适合的情况下,可考虑使用煤层大巷。如： (1)煤层赋存不稳定、地质构造复杂的小型矿井,尤其是地方小煤矿或生产勘探井,煤层大巷对探明地质情况、及早布置和准备采区有重要意义； (2)井田走向长度不大或煤组中距其它煤层甚远的单个薄或中厚煤层,储量有限,服务年限不长； (3)
15、煤系基底有近距离富含溶洞水的岩层,不宜布置底板岩层大巷,而该煤层又有较坚硬的顶板,有设置大巷的条件(4)煤组底部有煤质坚硬、围岩稳固、无自然发火危险的薄或中厚煤层,经技术经济比较,也可在该煤层中设运输大巷。,大巷布置在岩层,优点：巷道维护条件好，维护费用低，巷道施工能按要求保持一定方向和坡度；少留煤柱或不留煤柱，减少煤炭损失，便于设置煤仓；在有瓦斯突出和自然发火危险的矿井中，采区封闭好。缺点：岩石工程量大，掘进施工困难，掘进速度慢，掘进费用高。主要考虑因素：大巷的距离；岩层层位。,总回风巷布置,布置原则与阶段运输大巷相同。矿井第一水平总回风巷的设置应根据不同情况区别对待：将总回风巷布置在放水煤
16、柱内；标高宜一致。上水平的运输大巷常作为下水平的总回风巷。,第三节 井筒（硐）形式及位置,一、 井筒（硐）形式的选择,二、 井筒（硐）位置的选择,重要性：合理确定井筒（硐）位置，对井下开拓部署、地面实施布局及运输线路布置有着决定性影响。不仅能减少初期井巷工程量，缩短建井工期，减少占地面积，降低运输费用，节省投资，而且对矿井迅速达产和正常生产接替，提高矿井技术经济效益起着十分重要的作用。,一、对井下开采合理的井筒（硐）位置,1）井筒（硐）沿井田走向方向的有利位置井田走向中央（规则、储量均匀）储量中央（储量不均匀分布）可使沿井田走向的井下运输工作量最小，通风网路较短，通风阻力小。应尽量避免其偏向一
17、侧，造成单翼开采的不宜局面。2）井筒（硐）沿井田倾斜方向的有利位置斜井开拓主要选择合适的层位和倾角立井开拓需进行方案筛选,有利于矿井初期开采的井筒（硐）位置尽量不压煤或少压煤合理布置井筒（硐）地质及水文地质条件对井筒（硐）布置的影响,二、对掘进与维护有利的井筒位置,为使井筒的开掘和使用安全可靠,减少其掘进的困难及便于维护,应使井简通过的岩层及表土具有较好的水文、围岩和地质条件。虽然用特殊凿井法可以在水文地质情况复杂的条件下掘砌井简,但所需的施工设备较多,掘进速度慢,掘进费用高。因此,井简应尽可能不通过或少通过流砂层、较厚的冲积层及较大的含水层。 为便于井筒的掘进和维护,井筒不应设在受地质破坏比
18、较剧烈的地带及受采动影响的地区。井筒位置还应使井底车场有较好的围岩条件,便于大容积硐室的掘进和维护。,三、便于布置地面工业场地的井筒位置,为合理布置工业场地,在选择井筒位置时,应贯彻农业为基础的方针,充分利用荒山、坡地、劣地,尽可能不占良田或少占农田,不妨碍农田水利建设,避免拆迁村庄及河流改道,也不要占用重要文化古迹和园林。并且应注意符合下列要求。 (1)要有足够的场地,便于布置矿井地面生产系统及其工业建筑物和构筑物,如主、翻井绞车房及井口棚、井口车场,受煤仓,筛选厂 (选煤厂)等。根据需要,还应考虑为以后扩建留有适当的余地。 (2)要有较好的工程地质和水文地质条件,尽可能避开滑坡、崩岩、溶洞
19、、流沙层、采空区等不良地段,这样既便于施工,也可防止自然灾害的侵袭。 (3)要便于矿井供电、给水和运输,并使附近有便于建设居住区、排矸设施的地点。,三、便于布置地面工业场地的井筒位置,(4)要避免井简和工业场地遭受水患,井筒位置应高于当地最高洪水位,在平原地区还应考虑工业场地内雨水、污水排出的问题。在森林地区,工业场地和森林间应有足够的防火距离。 (5)要充分利用地形,使地面生产系统、工业场地总平面布置及地面运输合理,并尽可能使干整场地的工程量较少。 综上所述,选择井筒位置既要力求做到对井下开采有利,又要注意使地面布置合理,还要便于井筒的开掘和维护,而这些要求又与矿井的地质、地形、水文、煤层赋
20、存情况等因素密切联系。在具体条件下,要同时满足这些要求往往是很困难的因此,必须深入调查研究,分析影响因素,分清主次,寻求较合理的方案。 在一般情况下,如地面工业场地选择不太困难,应首先考虑井下开采有利的位置；如井田地面为山峦起伏、地形复杂的山区,则应首先考虑地面运输和工业场地的有利位置,并兼顾井下开采的合理性；如表土为很厚的冲积层,水文地质条件复杂,则应结合井下开采有利的位置及冲积层较薄的地点综合考虑。总之,要从实际情况出发,抓住主要矛盾,综合比较,合理确定。,四 风井布置方式,风井布置应根据瓦斯等级、井型大小、煤层赋存情况与地质地形条件，结合开拓与通风方式合理确定。按进风与回风的相对位置，有
21、以下几种布置方式：,1)中央并列式,2)中央边界式,3）对角式通风,4）采区风井通风,任何风井布置方案，都应在满足风量和合理通风断面的条件下。力求缩短风路，减少风阻，降低负压，使通风机选型容易，提高通风效率。,风井布置形式选择,第十九章 井底车场,井底车场是连接井筒和井下主要运输巷道的一组巷道和硐室的总称，是连接井下井下运输和井筒提升两个生产环节的枢纽，是矿井生产的咽喉，直接影响着矿井的安全和生产。井底车场线路多、设备多，设计、施工复杂，工程量大。,井底车场形式及其选择,井底车场类型：按主运煤列车在井底车场内运行方式不同，分为环形式和折返式；按井底车场卸载方式不同，可分为：底卸式矿车井底车场、
22、带式输送机井底车场和固定矿车井底车场。,1）环形式井底车场,根据井底车场存车线路与主要运输巷道平行、斜交或垂直的位置关系，环形式车场可分为卧式、斜式及立式（刀式）三种基本类型。,立井卧式,立井斜式,立井刀式,特点：空重列车在车场内不在同一轨道上作相向运行，即环形单向运行。,2）折返式井底车场:空、重列车在车场内同一巷道的两股线路上折返运行,主井空车线,主井重车线,副井重车线,副井空车线,通过线,材料车线,特点：利用主要大巷或石门作为存车线和调车线，车场巷道工程量小，巷道交叉点和弯道少，施工容易，但车场通过能力较小。,3）底卸式矿车运煤井底车场,底卸式矿车卸煤原理,4）大巷采用胶带输送机运煤的井
23、底车场,大巷用胶带输送机的井底车场线路布置图l主井；2副井；3中央煤仓；4中间煤仓；5轨道主石门；6西翼轨道巷；7东翼轨道巷；8中区轨道巷；9中、西上仓胶带机斜巷；10东翼上仓胶带机斜巷；11机车绕道；12西翼胶带机斜巷；13中区胶带机斜巷,五、影响选择井底车场形式的因素,（1）井田开拓方式井底车场形式随井筒形式改变，同时还取决于主、副井筒和主要运输巷道的相互位置。距离近时：卧式环形车场或梭式折返车场。距离远时：刀式环形车场或尽头式折返车场。,五、影响选择井底车场形式的因素,（2）大巷运输方式及矿井生产能力年产90万t及其以上矿井，大巷通常采用底卸式矿车运煤，应选择折返式车场；特大型矿井可布置
24、两套卸载线路。当大巷采用胶带输送机运煤时，车场结构简单，仅设副井环行车场即可。中、小型矿井通常采用固定式矿车运煤，可选择环行或折返式车场。（3）地面布置及生产系统（4）不同煤种需分运分提的矿井,六、 选择井底车场形式的原则,(1) 车场的通过能力，必须满足矿井设计生产能力，且有30以上的富裕系数，使矿井具备一定的增产潜力； (2) 调车简单，机车运行可靠，操作安全，管理方便，符合有关规程、规范的要求；(3) 车场井巷工程量小，建设投资省；车场应开掘在易于维护的岩层内，便于维护；生产成本低；(4) 车场施工方便，各井筒间、车场巷道与主要运输巷道间能迅速贯通，缩短建设时间；(5) 合理布置各种硐室
25、，尽可能减少巷道的交叉点。,第二十章 矿井开拓延伸和技术改造,采煤与掘进是煤矿生产的两个基本环节，采煤必须先掘进，掘进为采煤做准备。要保持矿井的稳产高产，必须根据采煤的需要，合理安排掘进工作。通常将采煤与掘进的配合关系称为采掘关系“采掘并举，掘进先行” 。,3、矿井三量 可采储量中已开拓和准备的那部分储量分为开拓煤量、准备煤量和回采煤量，即矿井“三量”。开拓煤量：是井田范围内已掘进的开拓巷道所圈定的尚未采出的可采储量。准备煤量：已掘进的采区上山及车场等准备巷道所圈定的尚未采出的开采储量。回采煤量：在准备煤量范围内，已掘进的回采巷道及开切眼所圈定的尚未采出的可采储量。三量可采期计算：开拓煤量可采
26、期期末开拓煤量/当年计划产量或设计能力 （35a以上）；准备煤量可采期期末准备煤量/当年平均月计划产量或平均月设计能力 （1a以上）；回采煤量可采期期末回采煤量/当年平均月计划回采煤量 （46个月以上）。,第二十章 矿井开拓延伸和技术改造,矿井开拓延深就是多水平开拓的生产矿井为接替生产而进行的下一开采水平的井巷布置及开掘工程。技术改造：矿井改扩建、合理集中生产和生产系统薄弱环节的技术改造。,矿井开拓延深方式,降深速度10m/a特点：矿井开拓延深在施工条件和施工方法上比新建矿井复杂；在施工过程中，延深水平与生产水平互相干扰，给施工技术组织和管理带来一定困难。,1）直接延深,2）暗斜井延深,3）直接延深结合暗井延深,4）新开一个井筒，延深一个井筒,充分利用原有设备、设施和开拓巷道，挖掘现有生产潜力；尽量减少对现有生产水平的影响，并有利于下水平的延深；力求生产系统简单，同时要使新老开采水平交替生产时间最短；临时性辅助工程量要小，投资少，工期短，生产费用低；,延深方式的确定原则,延深方式的确定原则,必须满足安全少产和易于施工的要求，并尽量减少煤炭资源的丢失；应充分考虑当前国家的技术水平和设备供应情况，同时，还要为采用新技术和发展机械化、自动化建设高产高效矿井创造条件。,
