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第四节井田开拓基本知识 一、煤田与井田的划分 在同一地质发展过程中形成的具有连续发育的含煤岩系，其分布有规律可循，基本连成一片的地区称为煤田。煤田具有较大的范围和丰富的储量，有的面积达数百平方公里，储量达数百亿吨，所含煤层达十几层，甚至几十层。因此，必须把煤田划分为若干部分，每一部分由一个矿井开采。划分为一个矿井开采的那部分煤田称为井田。 煤田划分为井田后，每个井田的范围仍然比较大，还需要把井田划分为许多更小的部分，以便有计划地按照一定顺序开采。 （一）井田划分为阶段和水平 在井田范围内，沿煤层倾斜方向，按预定标高将井田划分为若干平行于走向的并等于井田走向全长的长条形部分，每一个长条形部分称为一个阶段，如图2-27所示。 I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ-阶段；H-水平高度 图2-27井田划分为阶段及水平 阶段范围沿煤层的倾斜方向，上部边界是阶段回风巷，下部为阶段运输巷，沿走向的两侧是井田边界。 阶段回风巷所在的水平面位置叫做回风水平，阶段运输平巷所在的水平面位置叫做运输水平。实际工作中往往把设有井底车场的运输水平以及为其服务的开采范围，叫做开采水平，简称为水平。整个矿井只有一个水平的称为单水平开拓，有两个以上开采水平的称为多水平开拓。 为了安全生产，煤矿安全规程规定井下每一个水平到上一个水平和各个采区都必须至少有2个便于行人的安全出口，并与通达地面的安全出口相连接。未建成2个安全出口的水平或采区严禁生产。 （二）阶段的再划分 井田划分为阶段，而阶段的范围还是很大的，仍不能直接进行回采，必须再进行划分，以适应开采。 1.阶段的分区式划分 阶段的分区式划分就是在阶段范围内，沿走向把阶段划分为若干个具有独立生产系统的块段，每一块段叫一个采区。在图2-28中，井田沿倾斜划分为3个阶段，每个阶段又沿走向划分为4个采区。阶段内的开采工作是按采区分别依次进行。每个采区的倾斜长度等于阶段斜长，采区的走向长度根据回采工艺和井田范围大小的不同，以及地质条件不同，一般为4002000m。随着采煤生产技术的发展，特别综合机械化采煤技术朝着大型化方向发展，可适用于采区或盘区走向长度达到5000m以上，工作面可采储量达1000万t以上的开采条件。 采区沿倾斜一般还要划分为区段，每一区段上下都设置区段平巷，并且用采区上（下）山把区段平巷与阶段运输巷道和回风巷道连接起来，构成畅通的运输、通风系统，以便进行回采。 J1、J2、J3-一、二、三阶段；C1、C2、C3、C4-、二、三、四采区；q1、q2、q3-一、二、三区段 图2-28阶段内的划分 根据采区上（下）山沿采区走向位置的不同，采区可分为两种形式当采区上（下）山位于采区走向的中部时，这种采区称为双面采区；当采区上（下）山位于采区走向的一侧时，则称为单面采区。 当阶段斜长度不大或地质条件简单时，阶段内可不再划分采区，而沿煤层的倾斜方向划分成若干个可布置一个采煤工作面的长条部分，称为分段。分段内采煤工作面沿走向布置，由井田中央向井田边界推进，或者由井田边界向井田中央推进。 2.阶段的带区式划分 如果在阶段内不再划分采区，而沿煤层走向划分成若干个可布置一个采煤工作面的倾斜长条部分，称为条带。采煤工作面可沿煤层倾斜方向连续推进，也就是由阶段的下部边界向阶段上部边界或者由阶段上部边界向阶段下部边界连续推进。 二、矿井的开拓方式 煤田划分成井田后，井田的范围一般是很大的，走向长度可达数千米到上万米；倾斜长度也可达数千米。对这样大范围的井田，在目前的技术条件下，必须再划分成适于开采的较小部分，有计划、按顺序地进行回采，达到技术上和经济上都比较合理的要求。由地表进入煤层为开采水平服务所进行的井巷布置和开掘工程称为井田开拓。 开拓巷道如井筒、井底车场、主要石门、运输大巷和回风大巷（或总回风道）、主要风井在井田内的总体布置方式，称为矿井开拓方式。由于井田范围、储量、煤层的数目、倾角、厚度以及地质、地形等条件不同，进入煤体的方式也不同。一般根据井筒形式划分开拓方式，可分为立井开拓、斜井开拓、平硐开拓和综合开拓4类。 （一）立井开拓 当井田的冲积层较厚，有时含有流砂层，地质和水文地质条件比较复杂或煤层埋藏较深时，一般采用立井开拓，如图2-29所示。由于开采水平设置不同，立井开拓可有多种方案。 1-主井；2-副井；3-运输石门；4-回风石门；5-回风井 图2-29立井开拓 1.立井单水平上、下山开拓 井田采用立井开拓，沿倾斜划分两个阶段，在两个阶段之间设置一个开采水平，为整个井田的两个阶段服务，在水平以上的阶段称为上山阶段，水平以下的阶段称为下山阶段。开拓程序如下在井田中央，平行间隔3040m向下开掘主、副立井，到达设计深度的水平时，开掘井底车场、运输大巷，运输大巷掘进超过中央采区上山口50100m后，从运输大巷向上开掘采区运输上山和轨道上山，直到井田的上部边界与回风大巷或风井贯通，构成通风系统，即可开掘其他巷道准备采煤工作面。 在井底车场的水平面上，除运输大巷以外，还有为生产服务的各种硐室和联络各煤层的石门。它们担负着整个矿井的运输、提升、通风、排水、动力和材料供应、指挥调度等任务，是井下的生产中心。 这种开拓方式多用在煤层倾角较小，或近水平煤层中。当煤层倾角较大时，要用多水平开拓。 2.立井多水平分区开拓 当井田范围比较大，煤层倾角较小时，可以沿井田倾斜方向划分为多个阶段，设置两个以上开采水平，采用立井多水平分区式上下山开拓。当煤层的倾角比较大时，例如在倾斜和急倾斜煤层中，下山阶段的通风和煤炭向上运输比较困难，可以采用多水平上山进行开采，从而避免下山采煤。 1井巷开掘程序 在井田走向中央，平行间隔3040m向下开掘主、副立井。主井用于提煤，副井用于提升矸石、运料和运送人员，同时兼作进风井。主、副井掘至第一开采水平标高后开掘井底车场，然后向井田两翼开掘阶段运输大巷。阶段运输大巷开在岩层中，不仅有利于大巷的维护，也可不留护巷煤柱，提高资源回采率。 除上述开拓巷道外，还要开掘回风井。当回风井掘至回风水平标高后，沿底板岩层向井田两翼开掘回风大巷，然后掘进采区回风石门进入煤层。当阶段运输大巷掘过第一个采区的上山开口位置后，开掘石门进入煤层，然后开掘第一个采区的准备巷道和回采巷道。 采区的准备巷道主要有输送机上山、轨道上山和采区煤仓等。两条上山在采区中央由下向上沿煤层掘进，如果在煤层中维护上山困难，也可把上山开掘在底板岩层中，如图2-30所示。 1-主井；2-副井；3-井底车场及石门；4-260m运输大巷；5-采区下部车场；6-采区运输上山；7-采区轨道上山；8-边界风井；9-总回风巷；10-区段集中运输平巷；11-区段集中运输石门；12-区段运输平巷；13-区段回风联络巷；14-区段回风石门；15-区段回风平巷；16-采煤工作面；17-400m运输大巷 图2-30立井多水平上山式开拓示意图 回采巷道有区段运输平巷（刮板输送机道）、区段回风平巷（材料道）和开切眼。其开掘顺序为，先从上山向采区两翼分别掘区段运输平巷和区段回风平巷至采区边界，然后由运输平巷沿煤层倾斜向上掘开切眼。 2生产系统 回采工作面采出的煤，经区段运输平巷、输送机上山（皮带上山）运至采区煤仓，再由输送机运至主井煤仓，由主井提至地面。 材料和设备由副井下放到井底车场，经水平运输大巷、轨道上山和材料道，运至工作面。 采区内的运煤设备主要有回采工作面采用刮板输送机；输送机道采用带式输送机或刮板输送机；材料道采用小绞车，或无极绳绞车；或胶轮车运输；轨道上山采用液压绞车等运输；水平运输大巷，一般采用电机车和矿车运输或安设带式输送机运输。 （二）斜井开拓 主、副井均为斜井的开拓方式，称斜井开拓。斜井开拓是一种常用的开拓方式。根据井筒位置及开拓巷道布置方式的不同，主要可分为片盘斜井开拓和斜井多水平分区式开拓。 1.片盘斜井开拓 片盘斜井开拓是斜井开拓的一种最简单的形式，多用于煤田的浅部，井田的范围比较小。它是将整个井田沿倾斜方向划分成若干个阶段，每个阶段倾斜宽度可以布置一个采煤工作面。在井田沿走向的中央由地面向下开凿斜井井筒，并以井筒为中心由上而下开采，如图2-31所示。 1-主斜井；2-副斜井；3-车场；4、8-运输平巷；5-回风平巷；6-工作面；7-风井；9-水仓 图2-31斜井开拓 这种开拓系统的布置特点是系统简单，建井工程量小；投产快，投资少；每一片盘服务年限短，需要经常进行井筒延深工作；在遇到地质条件发生变化时，难以保证正常生产。因此在煤田浅部地质构造简单时，可采用这种方式。 2.斜井多水平分区式开拓 在埋藏深度不大的缓倾斜煤层中，用斜井多水平分区式开拓井田的方式。这种开拓方式将井田划分为几个阶段，每个阶段有若干个采区。井巷的开掘方式为在井田走向中央，从地面沿底板岩层开凿一对斜井通入地下。两井简之间的距离一般为3050m。当主、副井开掘到第一开采水平标高后开掘井底车场、运输大巷、采区上山、回采巷道等。其开掘方式和生产系统与立井多水平开拓基本一致，最大的区别在于主、副井的运输方式不同。副斜井内用绞车和矿车运输材料和矸石，主斜井的提升设备种类较多，主要有绞车、无极绳绞车、钢丝绳带式输送机、箕斗等。 （三）平硐开拓 在山岭和丘陵地区，往往在矿井地面工业广场标高以上埋藏有相当储量的煤炭。开采这部分煤炭最简单、最经济的开拓方式就是平硐开拓，如图2-32所示。平硐就是水平的岩石巷道，因为它通达地面又为矿井服务，所以叫平硐。利用平硐开拓时，在阶段内的巷道布置与立井开拓时是一样的。平硐一般位于煤层的底板或顶板，并且交叉煤层的走向开掘，有时也可沿煤层开掘，这主要取决于煤层的赋存条件和地形条件。 图2-32平硐开拓 （四）综合开拓 在某些条件下，为了充分利用地形或考虑煤层埋藏深浅等特点，避免大量提前投资，以及单纯用一种开拓方式在技术上和经济上不合理时，主、副井可采用不同的井筒开拓形式，称为综合开拓。如平硐-斜井、平硐-立井、立井-斜井等，如图2-33所示就是立井-斜井综合开拓。 1-主立井；2-副斜井 图2-33立井-斜井综合开拓 总之，开拓方式的选择应综合考虑多方面因素，因地制宜，最大限度地考虑地质、设备、人员、开采技术、效益等方面的因素，合理开发利用煤炭资源，提高经济效益。 三、井筒及井型种类 井筒是从地表开掘进入地下的工程，通常作运输煤炭的主井、辅助运输（运输人员、材料、设备、矸石等）的副井或通风井使用。按井筒的形式将井型分为立井、斜井和平硐。 按矿井的生产能力（万t/a将井型划分为 大型矿井120、150、180、240、300、400、500万t/a及500万t/a以上的矿井。其中300万t/a及其以上称为特大型矿井； 中型矿井45、60、90万t/a; 小型矿井9、15、21、30万t/a。 四、巷道掘进 井巷工程包括井筒、井底车场及硐室、主要石门、运输大巷、采区巷道及回风巷道等全部工程。这些工程中有些工程构成连锁工程项目，也可以称为矿井建设关键线路或主要矛盾线，也就是决定矿井建设最短总工期的，只能按顺序施工的路线。该线路上的各单位工程统称关键工程。其中包括井筒、井底车场重车线、主要石门、运输大巷、采区车场、采区上山、风井等。 矿井巷道的开掘顺序如下首先自地面开凿主井、副井，进入地下；当开凿到第一阶段下部边界开采水平标高时，即开凿井底车场、主要运输石门，然后向井田两翼掘进开采水平阶段运输大巷；到达采区运输石门位置后，由运输大巷开掘采区运输石门通达煤层；到达预定位置后，开掘采区下部车场底板绕道，采区下部材料车场。然后，沿煤层自下而上掘进采区运输上山和轨道上山。与此同时自风井、回风石门开掘回风大巷；向煤层开掘采区回风石门、采区上部车场、绞车房，与采区运输上山及轨道上山连通。当形成通风回路后，即可自采区上山向采区两翼掘进第一区段的区段运输平巷、区段回风平巷、下区段回风平巷，当这些巷道掘到采区边界后，即可掘进工作面开切眼，形成采煤工作面。 五、巷道的种类及用途 为了开采煤炭，从地面向地下开掘的各类通道和硐室（变电所、泵房等）都叫巷道。开掘这些通道和硐室所采用的作业方法叫巷道掘进。掘进有爆破落煤（岩）、装运、支护三大工序，也叫爆破掘进法。随着掘进技术的发展，大中型矿井的煤巷掘进普遍采用掘进机破煤，甚至岩巷也采用掘进机破岩，称为综合机械化掘进法，运煤（岩）全部由掘进机和带式输送机或梭车来完成。为方便理解和记忆，根据巷道空间位置和形状，以及服务范围和用途的不同，有以下划分方法。 （一）按空间位置和形状划分（图2-34 1-立井；2-斜井；3-平硐；4-暗立井；5-溜井；6-石门；7-上山；8-下山；9-风井；10-岩石平巷；11-煤层平巷 图2-34井田巷道分类示意图 1垂直巷道，包括立井、暗立井、溜井。 2倾斜巷道，包括斜井、暗斜井、上山、下山。 3水平巷道，包括平硐、石门、煤门、平巷。 立井，又称竖井，为直接与地面相通的直立巷道。专门或主要用于提升煤炭的叫做主井；主要用于提升矸石、下放设备器材、升降人员等辅助提升工作的叫做副井。 暗立井，又称盲竖井、盲立井，为不与地面直接相通的直立巷道，其用途同立井。此外，还有一种专门用来溜放煤炭的暗立井，称为溜井。位于采区内部，高度不大、直径较小的溜井称之为溜煤眼。 平硐，为直接与地面相通的水平巷道。它的作用类似立井，有主平硐、副平硐、排水平硐和通风平硐等。 平巷与大巷是与地面不直接相通的水平巷道，其长轴方向与煤层走向大致平行。平巷布置在煤层内的称为煤层平巷，布置在岩层中的称为岩石平巷。为开采水平服务的平巷常称为大巷，如运输大巷。直接为采煤工作面服务的煤层平巷，称为运输或回风平巷。 石门与煤门是与地面不直接相通的水平巷道。长轴线与煤层直交或斜交的岩石平巷称为石门，为开采水平服务的石门称主要石门，为采区服务的石门称采区石门；在厚煤层内，与煤层走向直交或斜交的水平巷道，称为煤门。 斜井为与地面直接相通的倾斜巷道，其作用与立井和平硐相同。不与地面直接相通的斜井称为暗斜井或盲斜井，其作用与暗立井相同。 斜巷为不直通地面且长度短的倾斜巷道，用于行人、通风、运料等，此外，溜煤眼和联络巷有时也是倾斜巷道。长度较长的斜巷被称为上山，如轨道上（下）山、回风上（下）山、运输上（下）山等。 硐室为巷道在空间3个轴线长度相差不大且又不直通地面的地下巷道，如绞车房、变电所、煤仓、水仓等。 （二）按服务范围及其用途划分 1开拓巷道。开拓巷道的作用在于形成新的开采水平，或在矿井原有的阶段基础上继续开拓新的阶段，为构成矿井完整的生产系统奠定基础。它是为全矿井或一个开采水平服务的巷道。如井筒（或平硐）、井底车场、主要石门、运输大巷和回风大巷（或总回风道）、主要风井等巷道。开拓巷道是从地面到采区的通路，这些通路在较长的时期内为全矿井或阶段服务，服务年限一般在1030年。 2准备巷道。准备巷道的作用在于准备新的采区，以便构成采区的生产系统。它是为一个采区或数个区段服务的巷道。如采区车场、采区煤仓、采区上（下）山、区段集中平巷、区段集中石门等巷道。准备巷道是在采区范围内从一开拓好的开拓巷道起到达区段的通路。这些通路在一定时期内为全采区服务，服务年限一般在35年。 3回采巷道。回采巷道的作用在于切割出新的采煤工作面并进行生产。它是为一个采煤工作面服务的巷道，如区段车场、区段运输和回风平巷、工作面开切眼等巷道。回采巷道服务年限较短，一般在0.51.0年，与工作面所采用的回采工艺和工作面走向长度有关。 从以上划分方法可以看出，开拓、准备、回采是矿井生产建设中紧密相关的3个主要程序，解决好三者之间的关系，对于保证矿井持续、稳定生产具有重要意义。 六、巷道的断面形状 巷道的断面形状，主要由围岩性质、井巷服务年限和支护材料来决定。我国煤矿井下采用的巷道断面形状有梯形、拱形、矩形、圆形（椭圆形）、不规则形等几种，如图2-35所示。 图2-35井巷断面的形状 虽然巷道断面越小稳定性相对越好，但最终确定巷道断面合理大小时，要兼顾施工技术、巷道的用途和断面利用率。煤矿中巷道的净断面，应满足行人、运输、通风要求，满足设备安装、检修以及施工的需要。设计巷道断面尺寸，应首先确定巷道的净断面尺寸，并进行风速和优化验算。最后，根据支架参数、道床参数，计算出巷道的设计掘进断面尺寸，并按允许加大值（超控值），计算出巷道的掘进断面尺寸。对于软岩巷道，深厚表土层以及受采动影响的井筒，其断面形状与尺寸要经计算、研究后确定。 七、巷道支护方式 井巷支护的目的是为了防止围岩破坏巷道，因此，一般巷道掘进出空间后，都要进行临时支护或永久支护。巷道支护方式按使用的支护材料分为坑木支护、金属支架支护、混凝土或料石砌碹、锚喷支护、锚网（索）支护等形式，如图2-36所示。 图2-36 巷道支护方式 坑木支护是矿井采用最早而一度被广泛应用的一种支护方式，但由于它易腐朽、强度低、易自燃等缺点，逐渐被金属支架、混凝土支架、锚杆及锚喷支护所取代。在服务年限长、矿压较大的巷道内多采用锚喷支护或砌碹，由于砌碹劳动强度高、施工复杂、难度大等原因，现在很少使用。现在大中型矿井主要使用锚（喷）杆支护或锚网（索）支护，以上支护方式具有施工简单、施工速度快、主动支护的特点。