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采 煤 概 论 河南理工大学 周英 第一章 煤矿地质知识 本章重点及难点分析 1、地质作用 2、岩石的形成与分类 3、年代地层表 4、煤的形成条件 5、煤的性质及工业分类 6、煤层赋存状态（厚度、结构、倾角及稳定性） 7、地质构造（向斜、背斜、断层、陷落柱、岩浆浸入） 8、煤的自燃、瓦斯和水对矿井开采的影响 9、矿井储量。 1 地壳的组成与地质作用 （略） 2 煤的形成 2.1煤的形成和煤系 实践证明，全球煤矿藏的分布是不均衡的。如早古代的石炭纪和二叠纪、中生代的晚三叠世和早侏罗世、新生代的早第三纪等均有煤炭聚集，而其它地质时期则缺少具经济价值的煤炭层。同一个地质时期，有些地区有煤炭聚集，有的地区则没有煤炭聚集；甚至于同一个聚集期内，不同聚煤地区常出现不同的聚煤范围和不同的煤层厚度。由此可以看出，煤层的形成是受某些条件控制的。这些条件常称为成煤的控制因素，如古植物、古气候、古地理及古构造等。当成煤的控制因素配合良好时，就会出现强盛的聚煤时期；否则，是成煤的衰退时期。 2.1.1成煤条件 l 古植物条件 植物是成煤的原始物质。没有大量的植物生长，就不可能形成煤炭。植物的大量生长繁殖是在地球形成数十亿年以后，因此煤炭的形成也是近几亿年植物大量繁殖后才开始的，这就是地球上自植物大量发展以来出现主要聚集期的理由。例如我国三大聚集期即石炭二叠纪、三叠侏罗纪、第三纪等分别与孢子植物、裸子植物及被子植物的繁盛时期相适应。 植物分为高等植物和低等植物两大类。地球上的低等植物是没有根、茎、叶等器官的分化，多生长在水中，是最早出现的生物如细菌、藻类，它们是形成腐泥煤的原始质料。高等植物，具有根、茎、叶等器官分化，主要有蕨类植物，裸子植物和被子植物，它们常形成高大乔木，具有粗大的根、茎、叶，是形成腐植煤的原始质料。 l 古气候条件 植物的大量生长繁殖必须有适宜的气候条件。所谓适宜的气候条件主要是指空气的温度和湿度。这是因为只有在潮湿和温暖的条件下，植物才能大量繁殖。其中，温度既影响植物繁殖的速度，又影响植物遗体的分解速度。如热带地区，植物繁殖的速度很快，为泥炭的生成提供了大量的原始质料，但高温又促使植物遗体快速分解，破坏了泥炭的大量堆积。如果植物遗体在稍有积水的沼泽地带，且遗体能够及时地被掩埋起来，避免氧化分解，即可逐渐聚积起来形成泥炭。因此，潮湿和温暖的气候是成煤的最有利条件。 l 古地理条件 古地理因素是指适宜于大面积沼泽化的自然地理环境。实践证明，符合沼泽化的自然地理环境，主要有滨海的广阔平原、内陆湖泊、广大河谷的河漫滩、河口三角洲、泻湖海湾及山间盆地等较广阔的平坦地带。由于地壳升降引起的海水进退，常常在上述古地形条件下形成大面积的沼泽，我国将含煤岩系划分为陆相含煤岩系及海陆交替相含煤岩系，这是与上述各地形相吻合的。 l 古构造因素 在地质历史时期中，含煤岩系形成必须具有一定的物质来源和一定的沉积场所。这些物质均来源于沉积场所周围隆起区内的碎屑物质及生长在沉积场所之内的大量植物遗体。形成含煤岩系的沉积场所，主要是分布在各个聚煤期内的低洼盆地。这些盆地的形成，大部分属于构造成因的，少部分属于非构造成因的。构造成因的盆地，一般统称为构造盆地或构造坳陷；属于非构造成因的盆地，主要是地表某些部分遭受侵蚀作用后形成的盆地或坳地，一般称为侵蚀盆地。无论是构造坳陷或非构造坳陷，只要在地质历史时期内具有适宜的聚煤条件，都可以形成含煤岩系。 2.1.2煤的形成过程 煤是由植物遗体经过复杂的生物化学、物理化学作用转变形成的。植物从死亡、遗体堆积到转变为煤的一系列演变过程，称为成煤过程。 成煤过程大致可分为两个阶段一是泥炭和腐泥化作用阶段，二是煤化作用阶段。其中，第一阶段是植物在浅海或沼泽及湖泊中不断繁殖，其遗体在微生物作用下不断分解、化合、堆积的过程。当已形成的泥炭和腐泥被覆盖、掩埋时，进入煤化作用阶段，即第二阶段。也就是在以温度和压力为主的作用下变成煤的阶段。 2.2煤质 （重点介绍） 2.2.1 煤的化学组成 煤的化学组成或化学成份主要是有机质和无机质两大类。 有机质是煤的主要成份，包括碳、氢、氧和有机硫，少量的磷等，是有益成份，是加工利用的对象。 无机质绝大多数是煤中的有害成份，不能利用，主要是无机质矿物和水份。 2.2.2 煤质 煤的炭化程度越高，其中的水份和挥发份越少，相反，含碳量越高，一般发热量也越高。也可以简单地说，煤的质量不同。这就是为什么有的煤100多元1吨，而有的煤近1000元一吨的原因。 评价煤质的主要因素或主要指标水份、灰分、挥发分、胶质层厚度、发热量、硫和磷的含量及含矸率等。 u 水分和灰分煤中的不可燃部分，含量越少煤质越好。灰分是指煤完全燃烧后所剩下的固体残渣，灰分超过40的煤暂不利用。 u 挥发分指煤与空气隔绝后，加热到900℃左右时所排出的气体物质，主要成份为沼气、氢及其它化合物。 u 固体碳是除去水份、灰分和挥发份后的有机固体可燃物。其含量随煤的变质程度提高而增高。 u 胶质层厚度指粉煤与空气隔绝后加热到85020℃时，煤中的有机质分解、熔融而产生具有粘结性胶体厚度，单位mm。焦炭就是由粘结性好的煤，加热后由胶质层粘结形成的。 u 发热量指质量为1kg的煤完全燃烧时放出的热量，其单位是J/kg，或卡/kg。 u 硫和磷煤中的有害杂质。含硫高的煤，炼钢性脆，质量下降。 u 含矸率指矿井采出的原煤中，大于50mm的矸石量占全部煤量的百分数。含矸率的高低将直接影响煤的质量和售价。 非工业分类主要选择含碳量、水分、挥发分与可燃物的比率和发热量为指标进行划分煤的种类．见表12。 3 煤层的赋存情况 3.1 煤田、矿区和井田 煤田同一地质时期形成并大致连续发育的含煤岩系分布区。范围很大，面积可达数百到数千km2。 矿区统一规划和开发的煤田或其一部分，称为矿区。 一般情况下，煤田大于矿区，一个煤田往往由几个矿区共同开发。当然也有一个大矿区开发几个煤田的情况。 井田划分给一个矿井开采的那一部分煤田，称为井田。井田范围是指井田沿走向的长度和倾向的水平投影宽度。根据目前的开采技术水平，一般小型矿井走向长度不少于1500m，中型矿井走向长度不少于4000m，大型矿井走向长度不少于7000m。 3.2 煤的储量 矿井资源储量是矿井设计和生产建设的主要依据，长期以来，我国用于评价固体矿产资源/储量类型主要依据矿产资源的勘探程度。如原有的储量分类采用A、B、C、D级分类标准，其中，A＋B＋C级储量为平衡表内储量，D级储量为远景储量。目前，我国对固定矿产资源进行了重新分类。 表1－4 固定矿产资源/储量分数表 地质可靠程度 经济意义 查明矿产资源 潜在矿产资源 探明的 控制的 推断的 预测的 经济的 可采储量（111） － － － 基础储量（111b） 预可采储量（121） 预可采储量（122） 基础储量（121b） 基础储量（122b） 边际经济的 基础储量（2M11） － 基础储量（2M21） 基础储量（2M22） 次边际经济的 资源量（2S11） － 资源量（2S21） 资源量（2S22） 内蕴经济的 资源量（331） 资源量（332） 资源量（333） 资源量（334） 说明表中所有编码（111－334） 第1位数字表示经济意义1－经济的，2M－边际经济的，2S－次边际经济的，3－内蕴经济的； 第2位数字表示可行性评价阶段1－可行性研究，2－预可行性研究，3－概略研究； 第3位数字表示地质可靠程度1－探明的，2－控制的，3－推断的，4－预测的，b－未扣除设计、采矿损失的可采储量。 1矿井地质资源量是指地质勘查报告提供的井田内查明的煤炭资源量，即详查地质报告提供的查明煤炭资源的全部。包括控制的内蕴经济的资源量332和推断的内蕴经济的资源量333。 2矿井工业资源／储量是指地质资源量经可行性评价后，其经济意义在边际经济及以上的基础储量及推断的内蕴经济的资源量乘以可信度系数之和。 地质资源量中控制的资源量332，经分类得出的经济的基础储量122b、边际经济的基础储量2M22，连同地质资源量中推断的资源量333的大部，归类为矿井工业资源／储量。 3矿井设计资源/储量指矿井工业资源／储量减去设计计算的断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱、地面建构筑物煤柱等永久煤柱损失量及因法律、社会和环境保护等因素影响而不得开采的煤柱煤量后的资源／储量。 4设计可采储量矿井设计资源/储量中减去工业场地、井筒、井下主要巷道等保护煤柱煤量后乘以采区回采率。 3.3 煤层的赋存状况位置深度、层数、厚度、倾角、稳定性等 煤层的埋藏深度大小不一，最大垂深可达2000m。 n 世界主要产煤国平均矿井开采深度 德国 1100m （最大采深1700m） 波兰 700m 英国 650m 俄罗斯 600m 美国、南非、印度、澳大利亚在100250m n 目前，我国的开采深度已达到1000m以上。我国平均开采深度为 450-500m， u 沈阳彩屯煤矿 1199m（最深的矿井） u 开滦矿区赵各庄矿 1160m u 山东新汶孙村矿 1055m u 北票冠山 1059m u 河南省平顶山矿区部分矿井开采深度接近和达到1000m。 煤层的层数少则一层，多则几十层。 煤层的厚度煤层一般呈层状，但也有鸡窝状、扁豆状等。 n 薄煤层厚度小于1.3m n 中厚煤层厚度在1.3m3.5m n 厚煤层厚度大于3.5m。 煤层的倾角煤层与水平面之间所夹的最大锐角。 n 近水平煤层58 n 缓斜煤层825 n 倾斜煤层2545 n 急倾斜煤层45 煤层的稳定性补充内容任何煤层的厚度，实际上都是变化的，有时厚有时薄，甚至尖灭。根据厚度变化情况可将煤层分为下列四类 n 稳定煤层这种煤层在整修矿井开采范围内厚度均大于最小可采厚度，且厚度变化有一定的规律性。 n 较稳定煤层在矿井开采范围内绝大多数煤层基本可采，而只有局部煤层不可采。 n 不稳定煤层煤层厚度变化很大 ，有薄有厚，甚至尖灭。经常出现不可采区域。 n 极不稳定煤层煤层常呈鸡窝状，断断续续分布，在井田范围内仅局部可采。 3.4 地质构造 在地壳运动的作用下，煤和岩层改变原始的埋藏状态原始状态一般呈水平或近水平 且在一定范围内连续完整所产生的变形或变位的形迹称为地质构造。地质构造的形态多 种多样。较为常见的有褶曲、单斜、断裂、冲蚀、岩溶塌陷和岩浆侵入等。 3.4.1褶皱构造 岩层或煤层由于地壳升降或水平方向的挤压运动，被挤成弯弯曲曲但保持岩层的连续性和完整性的构造形态称为褶皱。岩层褶皱构造中的每一个弯曲为一基本单位称褶曲，如图14所示。其中，煤层和岩层向上凸起的部分称作背斜。向下凹陷的部分称作向斜。在自然界中，背斜和向斜在位置上往往是彼此相连的。 3.4.2． 单斜构造 当个向斜构造或背斜构造的范围较大时，它的一翼又称为单斜构造。所以说，单斜构造也是招褶皱构造的一部分； 增层和煤层在空间的分布状态和位置通常用产状要素描述，如图15所描述。 1走向。煤层或岩层层面与水平面的相交线称为走向线，走向线的方向称为走向。走向表示倾斜岩层在平面上的延伸方向。 2倾向。在煤层或岩层层面上、与走向线垂直向下的直线称为倾斜线，倾斜线在水平面上的投影称为倾向线，倾向线的方向称倾向，倾向表示倾斜岩层向地下深处延伸的方向。 3倾角。煤层或岩层层面与水平面之间所夹的最大锐角，倾角越小，开采越易；倾角越大，开采越难。 由于受地质构造的影响，在任何一个煤田内，同一煤层在不同的地点向和倾角都不是固定不变的，只不过变化的大小程度不同。 3.4.3．断裂构造 岩层受地质作用力后遭到破坏，失去了连续性和完整性的构造形态称为断裂构造。 断裂面两侧的岩层没有发生明显位移的称为裂隙或节理。裂隙在煤矿的实际生产中对钻眼爆破、回采率、顶板管理、地下水等方面都有直接的影响。 当断裂面两侧的岩层发生了明显的位移时，称之为断层。其断层要素如图I一6所示。 1断层面。岩层发生断裂位移时，相对滑动的断裂面。 2断盘。断层面两侧的岩体称为断盘，如果断层面为倾斜时，通常将断层面以上的断盘称为上盘，断层面以下的断盘称为下盘。如果断层面直立时，就无上、下盘之分； 3断距。断层的两盘相对位移的距离。断距可分为垂直断距两盘相对位移垂直距离和水平断距两盘相对位移水平距离，如图17所示。 根据断层两盘相对运动的方向，断层可分为以下三种类型。图18所示。 解释各种断层形式 3.4.4．冲他、岩溶塌陷和岩浆侵入 1冲蚀。出于古河流在泥炭层或含煤地层中流过而形成的煤层厚度发生变化或形成了无煤带．称为冲蚀。按冲蚀的时间分为同生冲蚀和后生冲蚀两种，如图19所示 2岩溶塌陷。当煤层下部分布有可溶性的石灰岩、白云岩，并且有发育的岩溶时，岩溶可能发生坍塌而引起上覆煤层和岩层垮落、从而破坏了煤层的完整性，通常称为陷落柱。陷落柱定义在煤层底板以下的石灰岩中，由于酸性水的作用会形成许多溶洞。而且随酸性水的不断补给，溶洞会不断增大。最后导致其上部的岩层整体陷落，形成一个下部大、上部小的破碎柱体叫陷落柱。其直径从几米到几百米大小不等，其中陷落的岩层杂乱无章、极其破碎。而且其中大都有水，对煤矿安全生产不利。 3岩浆侵入。由于地质作用，使岩浆侵入煤层俗称火成岩侵入，煤层被破坏．不但降低煤质，同时也给生产带来困难。 第二章 煤矿地质图 4 矿图的基础知识 4.1 煤矿常用图的种类矿井测量图和矿井地质图。 如井上下对照图，煤层底板等高线图、储量计算图、采掘工程平面图、剖面面，巷道素描图、测量导线图、机械配备图、开拓方式布置图、运输系统图、通风系统图、供电系统图、避灾线路图等等。 4.2 坐标系统 l 地理坐标地球表面上通常用经度和纬度表示某一点的位置，叫地理坐标。 l 平面直角坐标与数学上的平面直角坐标类似，不同的是x正方向向上，表示北，y的正方向向右表示东。 l 高程在煤矿各种上常称作标高。表示该点到水准面的垂直距离。有绝对和相对之分。我国的大地水准面是以黄海平均海水面为起算面。 4.2 煤层底板等高线图 等高线是高程相同的若干点依次相连所形成的曲线。 以煤层底板高程相同的点依次相连所形成的曲线，就是煤层底板等高线。是矿井设计和生产期间必备的一份图纸。有时煤矿也采用煤层顶板等高线图作为依据。 一张图中的信息是非常丰富的。以采掘工程平面图为例，一般可显示巷道之间的关系、巷道与煤层之间的关系、巷道的标高、长度、倾角等，平面图与相应剖面图相结合，可以显示出空间的基本关系。举例说明讲解图1-11、1-12、1-13、1-14、1-15 利用煤层底板等高线求煤层的产状的方法图1-16 向斜与背斜的识别方法图1-17 盆地与穹窿的识别方法图1-18 正断层和逆断层的定义与识别，断层落差的计算。图1-20 补充 煤矿生产概况 1 矿井生产系统 矿井的生产系统由于地质条件、井型和设备的不同而各有特点。一般均由井下生产系统和地面生产系统组成。 1.1 井下生产系统重点对图2-2进行讲解 l 提升运输系统包括主提升运输系统和副提升运输系统。主提升运输系统指煤炭的运输和提升，负责将采煤工作面的采下为煤炭，通过运输设备和提升设备，运到地面的系统。 n 结合图2-2分析，煤炭自采煤工作面25的刮板输送机，经过转载机，至运输顺槽20的胶带输送机，转至运输机上山14的皮带运输机，卸至采区煤仓，经过装载闸门，经下部车场10、运输大巷5、运输石门4和井底车场，由主井1提到地面，完成由井下到地面的煤炭运输任务，接到地面煤炭的运输系统中。 n 副提升运输系统主要指井下矸石、材料和设备的提升和运输。中小型矿井中，由于提升任务有限，常与主提升共用一个系统。大型矿井由于主、副提升的任务都很重，故常设两套以上的提升运输系统。结合图2-2分析。 l 通风系统是指利用各种通风设备主要通风机、局部通风机和通风设施风门、风桥、风帘、风筒等，不断把场面的新鲜风流空气按一定的路线、一定的风量送到井下各用风地点，同时，把井下产生的乏风排至地面，并将井下各种有害气体稀释到煤矿安全规程所允许的浓度以下，保证井下工作人员身心健康和设备的正常运转，调节井下温度，改善井下作业环境。规程规定矿井必须由完整可靠的通风系统。 n 煤矿安全规程第100条规定井下有害气体的最高允许浓度CO为0.0024，NO2为0.00025，SO2为0.0005，H2S为0.00066，NH3为0.004。 l 供电系统指利用各种设备变压器和开关和电缆，将地面变电所的高压电，按矿井用电设备的要求进行降压和变流后送到井下用电地点，以保证用电设备的正常运转。井下设备电压一般为660v、380v和127v等。 l 排水系统其作用是利用排水设备，将井下涌水排到地面，以维护矿井正常、安全生产。要求水泵必须有工作、备用和检修，工作滴水成冰的能力，应能在20h内排出矿井24h的正常涌水量；备用滴水成冰的能力应不小于工作水泵能力的70。工作和备用水泵的总能力，应能在20h内排出矿井24h的最大涌水量。 l 压风系统利用空气压缩机对空气加压，然后用风管供给井下各种风动工具，如风镐、风钻、混凝土喷射机等，为其提供动力。 1.2 地面生产系统 l 从井下开采出来的煤炭称为原煤。原煤并为是单一物质，而是包含有用的可燃体和有害的杂质如灰分、水分、硫分、磷等。如果原煤中的有害成分过多，不仅增加了煤炭的无效运输，大大降低了煤炭的使用价值，甚至在某些工业部门根本无法使用。因此，必须对原煤进行加工和洗选。 一般在工业广场内均设有选煤楼，对原煤进行加工和洗选。 l 排矸和运料系统矿井在建设和生产期间，由于掘进和回采，随时都要补充大量的材料，更换和维修各种机电设备。同时，还有大量的矸石运出矿井，在地面往往形成矸石山。因此，正确设计地面排矸系统，合理确定材料运输线路是十分必要的。 l 地面管线系统又称地面管网。主要有给排水管路、电力、压气、热力等管路。 2 地面工业广场 矿井地面布置生产系统、建筑物、构筑物和井筒位置的场所，一般称作工业广场，简称工广。其位置的选择主要应考虑 n 场地内应有一定的平整地面，平整场地的土石方量或挖方、填方量不宜太大。 n 场地位置应便于和铁路、公路衔接，方便煤炭的外运。 n 地面不受洪水威胁，应在历年最高洪水位之上，雨水和污水能够顺利排出，供电、供水方便。 n 场地附近便于建设居住区、排矸和综合利用的设施。 一般以主井、副井及铁路装车站作为布置中心，然后考虑一些建筑物，如变电所、锅炉房、通风机房、压风机房、机修厂、材料库、坑木加工房、办公室、灯房和浴室等。 3 矿井巷道分类结合图2-1进行分析 l 按照巷道的用途和服务范围划分 n 开拓巷道从地面到采区的通道，为全为全矿井和阶段服务。如井筒、井底车场、主要石门、运输大巷和回风大巷、主要风井等。服务年限一般在1030a以上。 n 准备巷道一定时期内为全采区服务。为一个采区或两个以上工作面服务的巷道。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。 n 回采巷道为一个回采工作面服务的巷道。一般指开切眼和工作面上下顺槽。 开拓巷道的作用在于形成新的或扩展原有的阶段或开采水平，为构成矿井完整的生产系统奠定基础。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。回采巷道的作用在于切割出新的采煤工作面并进行生产。 l 按照空间的位置关系划分 n 垂直巷道 u 立井有通达地面的出口，是进入地下的主要垂直巷道。担负矿井煤炭提升的为主井；担负人员升降、下料和提矸的称为副井。 u 暗井没有直接通达地面出口的垂直巷道。又称盲井。有主盲井和副盲井之分。 n 水平巷道 u 平硐有通达地面的出口，是进入地下的主要水平巷道。除煤炭运输外，还兼作运料、行人、通风、供电和排水之用。也有主平硐和副平硐之分。 u 平巷没有直接通达地面出口的水平巷道。如图中的8、20、21、23等。 u 石门没有通达地面的出口，在岩层中开掘的垂直或斜交于岩层走向的水平巷道。如图中的6、4、9等。 u 煤门没有通达地面的出口，在煤层中开掘的垂直或斜交于煤层走向的水平巷道。 n 倾斜巷道 u 斜井有一个通达地面的出口中，是进入井下的主要倾斜巷道。有主斜井和副斜井之分。 u 上山没有通达地面的出口，且位于开采水平之上的倾斜巷道。 u 下山没有通达地面的出口，且位于开采水平之下的倾斜巷道。 u 溜煤眼专作溜煤用的小斜巷。 u 开切眼连接上下顺槽之间的巷道，是工作面的起始位置。 n 硐室长度较小，断面较大的特殊巷道。一般有中央变电所、采区变电所、中央水泵房、井下炸药库、电机车库、井下调度室、候车室等。 第三章 井田开拓的基本问题 第一节 煤田划分为井田 煤田的范围相当广阔。大的煤田面积可达数千平方公里，储量可达数百亿吨。对于这样大的煤田，如果用一个矿井来开采，无论从技术上，经济上和安全上都是不合理的。因此，在开发一个煤田时，应将煤田划分成若干较小的部分。由若干个矿井进行开采。划归一个矿井开采的那部分煤田称为井田。有时煤田不很大，也可不划分井田。 由于行政或经济上的原因，往往将邻近几个井田划归为一个行政机构管理，而将这邻近的井田和起来称为矿区。 在煤田划分为井田时，以矿区总体规划为依据，要保证各井田有合理的尺寸和境界，使煤田各部分都能得到合理的开发。 一、划分的原则 1．井田范围、储量、煤层赋存及开采条件要与矿井生产能力相适应 对一个生产能力较大的矿井，尤其是机械化程度较高的现代化大型矿井，应要求井田有足够的储量和合理的服务年限。生产能力较小的矿井，储量可少些。矿井生产能力还要与煤层赋存条件、开采技术装备条件相适应，并要为矿井发展留有余地。随着开采技术的发展，根据当前技术水平划定井田范围，可能满足不了矿井长远发展的要求。因此，井田范围应适当划得大些，或在井田范围外留一备用区，暂不建井，以适应矿井将来发展的需要。对于煤层总厚度较大，开采条件好，为加快矿井建设和节约初期投资而建设的中小型矿井，更应如此。 2．保证井田有合理的尺寸 一般情况下，为便于合理安排井下生产，井田走向长度应大于倾斜长度。如井田走向长度过短，则难以保证矿井各个开采水平有足够的储量和合理的服务年限，造成矿井生产接替紧张；或者在这种情况下为保证开采水平有足够的服务年限使阶段（水平）高度加大，将给矿井生产带来困难。井田走向长度过长，又会给矿井通风、井下运输带来困难。因此，在矿井生产能力一定的情况下，井田走向长度过长或过短，都将降低矿井的经济效益。 我国煤矿生产实践表明，井田走向长度应达到小型矿井不小于1 ．5 km；中型矿井不小于4．0 km；大型矿井不小于7．0 km；特大型矿井可达10．015．0 km。 3．充分利用自然等条件划分井田 例如，利用大断层作为井田边界，或在河流、国家铁路、城镇等下面进行开采存在问题较多或不够经济，须留设安全煤柱时，可以此作为井田边界。这样，既降低了煤柱损失，又减少了开采技术上的困难。见图31。 图31 井田境界划分示意图 在煤层倾角变化很大处，可以其作为井田边界，便于相邻矿井采用不同的采煤方法和采掘机械，简化生产管理。其他如大的褶曲构造也可作为井田边界。 在地形复杂的地区，如地表为沟谷、丘陵、山岭的地区，划定的井田范围和边界要便于选择合理的井筒位置及布置工业场地。对于煤层煤质、牌号变化较大的地区，如果需要，也可考虑依不同煤质、牌号按区域划分井田。 4．合理规划矿井开采范围，处理好相邻矿井之间的关系 划分井田边界时，通常把煤层倾角不大，沿倾斜延展很宽的煤田，分成浅部和深部两部分。一般应先浅后深，先易后难，分别开发建井，以节约初期投资，同时也能避免浅、深部矿井形成复杂的压茬关系，给开采带来困难。浅部矿井井型及范围可比深部矿井小。如煤层赋存浅、层（组）间距大，上下煤层（组）开采无采动影响，为加速矿区建设也可在煤田浅部分煤组同时建井，然后再在深部集中建井。 当需加大开发强度，必须在浅、深部同时建井或浅部已有矿井开发需在深部另建新井 时，应考虑给浅部矿井的发展留有余地，不使浅部矿井过早地报废。 二、井田境界的划分方法 井田境界的划分方法有垂直划分、水平划分、按煤组划分及按自然条件形状划分几种。 （一）垂直划分 相邻矿井以某一垂直面为界，沿境界线各留井田边界煤柱，称为垂直划分。井田沿走向两端，一般采用沿倾斜线、勘探线或平行勘探线的垂直面划分，如图32所示。一、二矿之间的边界即是。近水平煤层井田无论是沿走向还是沿倾向，都采用垂直划分法，如图33所示。 图32 深浅部井田划分示意图 （二）水平划分 图33近水平煤层井田边界划分方法 以一定标高的水平面为界，即以一定标高的煤层底板等高线为界，并沿该煤层底板等高线留置边界煤柱，这种方法称作水平划分。如图32中，三矿井田上部及下部边界就是分别以一250 m和一650 m等高线为界的，这种方法多用于划分倾斜和急斜煤层以及倾角较大的缓斜煤层井田的上下部边界。 图34矿界划分及分组与集中建井 1、2浅部分组建斜井；3深部集中建立井 （三）按煤组划分 按煤层（组）间距的大小来划分矿界，即把煤层间距较小的相邻煤层划归一个矿开采，把层间距较大的煤层（组）划归另一个矿开采。这种方法一般用于煤层或煤组间距较大、煤层赋存浅的矿区，如图3-4中I矿与II矿即为按煤组划分矿界并且同时建井。 应当指出，无论用何种方法划分井田境界，都应力求做到井田境界整齐，避免犬牙交错，造成开采上的困难。 第二节 矿井生产能力和服务年限 一、矿井生产能力 矿井生产能力系指矿井一年内能生产煤炭的数量。又称矿井年产量或井型。由于煤矿的特殊性，其井巷工程和设备必须标准化、系列化、通用化，为规划、设计、制造和管理提供便利。我国目前按设计生产能力将煤矿矿井分为大、中、小三种类型，每种类型，又分若干个等级。除规定的标准井型外，在矿井设计中不得出现中间井型。目前我国井型系列如下 大型矿井 120、150、180、240、300、400及以上 万t/a 中型矿井 45、60、90 万t/a 小型矿井 9、15、21、30 万t/a 近年来，随着开采技术的不断发展，煤矿井型有不断扩大的趋势，出现了500万t/a以上甚至1000万t/a的矿井。 矿井生产能力是确定矿井其它许多技术和经济参数的重要依据，在一定程度上反映了矿井的整体面貌和特征。 矿井生产能力大小各有利弊。大型矿井生产集中，机械化程度高，因此劳动生产率高，成本低，产量大，服务年限长，产量均衡稳定，是国民经济发展必须依靠的骨干。但装备复杂，初期工程量大，建井周期长，占用投资多。小型矿井装备简单，施工技术要求较低，初期工程量小，投资少，见煤快。但产量小，服务年限短，生产不稳定，劳动生产率低。 矿井生产能力要根据煤层赋存条件，开采技术条件，国家对煤炭的需求状况及当地经济发展状况等并结合国家有关技术政策综合分析，认真进行技术经济比较来确定。一般地，井田储量丰富，煤层赋存条件好，煤层生产能力大时应建大型矿井。对煤层埋藏深，地面地形复杂不利建大型矿井。或当煤层埋藏较浅，储量不太丰富或煤层赋存不太稳定、地质构造复杂时，宜布置工业场地的矿井，为了充分发挥井筒和地面工业场地的投资效果，也宜建小型矿井。 二、矿井服务年限 煤矿企业和其它企业不同，它的工作对象是埋藏在其井田范围内地下有限的煤炭资源，一旦其井田内储量开采殆尽，矿井也就随之报废。所以，一个矿井有一个从投产到报废的开采年限，称为矿井的服务年限。 矿井设计服务年限、矿井生产能力和矿井储量之间的关系如下 T Zk/AK 31 式中 T矿井设计服务年限，a； A矿井设计生产能力，t/a； Zk矿井设计可采储量 K储量备用系数。 设立储量备用系数是为了避免因地质条件和煤层赋存特征变化，使得矿井储量减少而影响矿井的服务年限。储量备用系数应视井田内地质条件而定，一般为1.2～1.4。地质条件简单时取小值，地质条件得复杂时取大值。 矿井储量一定时，其服务年限和生产能力应相适应，有一个合理的匹配关系。煤矿开采需要开掘大量的井巷工程，这些井巷工程都是不可回收工程。煤矿开采还需要大量大型的专用设备。投资巨大。在确定矿井服务年限时应考虑能够充分发挥井巷工程、地面建筑物和构造物、技术装备的能力，使投资效果达到最佳。 如果矿井生产能力大而服务年限过短，会造成井巷工程、地面建筑物以及技术装备用期过短，经济上不合理。同时也会造成新老矿井之间频繁接替，不能稳定、均衡地为国民经济发展提供煤炭资源。如果矿井生产能力小而服务年限太长，会造成井巷工程和技术装备使用期过长，效率降低，维护维修费增加。同时，也不能满足国家对煤炭资源的需求和充分利用已探明的煤炭资源。为此，我国煤炭工业设计规范规定了不同井型的矿井相应的服务年限，见表31。 表31 我国各类井型的矿井和水平设计服务年限 井型 矿井设计生产能力（t/a） 矿井设计服务年限（a） 水平设计服务年限 开采0～25煤层的矿井 开采25～45煤层的矿井 开采45～90煤层的矿井 特大 300及以上 70 30～40 大 120、150、180、240 60 20～30 20～30 15～20 中 45、60、90 50 15～20 15～20 12～15 小 9、15、21、30 各省自定 大型矿井第一水平服务年限应不低于30a 随着科学技术的发展，各种新技术、新工艺、新装备、新材料不断出现，使矿井的开采技术和装备条件不断改善，再加上国民经济对煤炭的需求和能源结构的变化，矿井井型和服务年限之间的合理关系不是一成不变的。 第三节 井田再划分 煤田划分成井田后，可以布置一套完全独立的生产系统。但这套生产系统仍不可能把整个井田内的煤一下子全采出来，还需要一步一步，一块一块有计划，有步骤地开采。这就需要把井田进一步划分成若干宜于开采的较小部分，对每一个较小部分还可以根据情况再进一步划分为更小的区域，直到能满足开采工艺要求为止。这个工作叫井田再划分。 目前，我国常见的井田再划分方式有以下几种。 一、井田划分为阶段 在井田范围内，沿煤层倾斜方向，按一定标高将井田划分成若干长条，每一个叫阶段，见图35。 图35 井田划分为阶段示意图 I、II、III阶段序号；h1、h2、、h3阶段斜长；H1、H2、H3阶段垂高 阶段大小由阶段走向长和阶段斜长来表示，阶段走向长与该阶段处井田走向长一致。阶段斜长由阶段垂高和该阶段处煤层倾角决定。阶段垂高是指阶段上、下边界之间的垂直高度，等于阶段上、下边界面标高之差。 一般用水平面作为阶段上、下边界，称作水平。水平位置用标高来表示，如50m水平，-150m水平等。 为了逐段开采，需要在阶段的某个界面水平布置井底车场、运输大巷和回风大巷等主要开拓巷道。布置有井底车场和主要运输大巷，并担负该水平开采范围内的主要运输和提升任务的水平叫开采水平。 一个开采水平可只为一个阶段服务，也可以为该水平上下两个阶段服务，所以，一个矿井的开采水平数目和阶段数目不一定相等。 一个井田可以用一个开采水平采完，也可能用几个开采水平才能采完，这要视井田煤层赋存条件和井田尺寸大小而定。前者叫单水平开拓，后者叫多水平开拓。图3–5所示井田划分为三个阶段，由于一个开采水平最多能为两个阶段服务，所以该矿至少需要两个开采水平，为多水平开拓。 一个井田划分成几个阶段取决于每个阶段的垂高。阶段垂高直接影响矿井基建工程量、初期投资、建井工期及生产技术和经济合理性，是矿井开拓中的重要问题。阶段垂高的确定取决于煤层赋存特征、地质条件和开采技术条件。根据我国的开采技术条件现状，合理的阶段垂高范围是 缓倾斜、倾斜煤层 150m250m 急倾斜煤层 100m150m 一般地，矿井只以一个阶段（或开采水平）保证矿井年产量。为了保证矿井稳定、均衡生产，避免水平接替紧张，要求矿井第一水平应有足够的服务年限。 二、井田划分为盘区 当井田内煤层倾角很小，接近水平时，由于煤层沿倾斜方向高差很小，没有必要再按标高划分阶段。这时，可沿煤层主要延展方向布置主要大巷，将井田分为两翼，然后以大巷为轴将两翼分成若干适宜开采的块段，每个块段叫一个盘区。每个盘区通过盘区石门与主要大巷相连构成相对独立的生产系统，见图36。 图36 井田划分盘区 1主斜井；2副斜井；3主要石门；4主要运输巷；5、6--盘区运输平巷； 7盘区边界；8井田边界 当大巷沿煤层走向布置时，上山部分斜长应稍大于下山部分斜长。一般地，上山部分斜长不宜超过1500m，下山不宜超过1000m.。 三、井田分区域划分 随着开采技术的发展和煤层埋深的增加，矿井开采强度越来越大，出现了许多特大型、巨大型矿井。国外已出现了年产量超过千万t的矿井。这些矿井井田范围广阔，可达上百平方公里，煤层沿走向长可达数十公里。这就势必造成井下运输距离、通风线路、管线敷设过长，给生产和管理带来困难。为此，有的矿井采用了分区域开采的办法，就是将整个井田划分成若干个区域，每个区域相当于一个小井田，进一步划分成阶段、盘区等。每个区域开凿辅助提升井和风井为本区域服务。在井田中央开凿集中提升井为整个井田服务，如图37所示。 采用区域划分，各分区域即可同时建井，缩短建井工期，又可各区域分期建井，分期投产，减少初期投资。采用集中主提升，分区域辅助提升和通风的模式，即可以采用大型提升设备、降低运营费，又可以大大降低辅助生产环节费用。 井田分区域划分适合井田范围大、储量丰富、生产能力大的矿井。通风困难的大型矿井尤宜采用此法。 图37 分区域建井的井田划分示意图 1主斜井；2副斜井；3分区界线；4阶段界线 四、阶段内再划分 井田划分为阶段是我国目前使用最广泛的井田再划分方式。井田划分为阶段后，仍需进一步划分成适合开采的更小单元。根据煤层赋存特征和开采技术条件，阶段再划分可有以下几种形式。 1．分区式 将阶段沿煤层走向划分成若干块段，每个块段叫一个采区，见图38。 采区