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煤矿开采学讲义井田开拓方式 2-23 第二章 井田开拓方式 第一节 井田开拓概述 一、开拓方式概念 1、井田开拓由地表进入煤层为开采水平服务所进行的井巷布置和采掘工程称为井田开拓。 2、开拓方式开拓巷道的布置方式，即矿井井筒形式、开采水平数目及阶段内的布置方式的总称。 二、井田开拓方式的分类 1.按井筒（硐）形式 （1）立井 （2）斜井 （3）平硐 （4）综合 图2-1-1 按井筒（硐）形式分类 2．按开采水平的数目 （1）单水平开拓 （2）多水平开拓 3.按开采准备方式 （1）上山式开采水平仅采上山阶段 （2）上下山式开采水平分别开采上山阶段及上山阶段 （3）混合式上山式和上下山式同时使用。 4．按开采水平大巷布置方式 （1）分层大巷每个煤层分别设一条大巷 （2）集中大巷所有煤层共用一条大巷 （3）分组集中大巷分煤组设置大巷 图2-1-2 开拓方式分类 5．举例 （1）单水平上下山开拓用在倾角较小（16），斜长不大的情况 演示 （单水平上下山平面图） （单水平上下山立面图） （2）多水平上山开拓每个水平服务于上山阶段，α较大，开拓水平多，井巷工程量大，多用于急倾斜煤层；演示（多水平上山）； （3）多水平上下山开拓每个水平都服务于上、下山两个阶段，减少工程量，增加下山开采，用于α较小的井田；演示（多水平上下山）； （4）多水平混合开拓上部的水平采上山阶段，最下一个水平开采上下山两个阶段。 演示（多水平混合开拓） 三、确定井田开拓方式的原则 1、井田开拓解决的问题 （1）确定井筒形式、数目及位置，合理选择井筒及工业场地的位置； （2）确定开采水平的数目和位置； （3）布置主要运输大巷布置方式及井底车场形式； （4）确定矿井的开采程序，做好水平接替； （5）确定井筒延伸方式、深部开拓等。 2、基本原则 （1）必须贯彻国家有关煤矿安全生产的规定，创造安全、良好的生产条件； （2）合理开发资源，减少资源损失； （3）符合国家产业政策，多出煤、早出煤、出好煤、为建设高产高效、安全生产矿井创造条件； （4）合理集中开拓布署，简化生产系统，避免生产分散；减少工程量，降低投资，减少建工工期； （5）适应当前生产、技术、装备水平，并为新技术机械化、自动化的推广创条件； （6）考虑煤质、煤种及其他有益矿产的综合利用，提高资源的综合利用率。 四、我国煤矿井田开拓的发展方向 1、生产集中化一矿一井（区）一面或二面，系统高度集中，简单可靠。 2、矿井大型化 生产能力加大1977年，平均53万t/a，1995年78万t/a； 相应的采区尺寸加大水平垂高加大由50年代的60m加大到现在约200m 3、运输连续化煤炭运输胶带；辅助运输卡轨车、齿轨车、单轨吊等。 第二节 立井开拓 立井开拓主、副井均为立井的开拓方式。 一、立井多水平上山式开拓 煤层M1、M5，埋藏深，表土厚、缓倾斜煤层。底板 － 奥灰岩 1、井田内划分两个阶段－260m，－400m，两个开采水平 －260m，－400m，每阶段布置4个采区。 2、巷道布置 如图2-2-1 所示。 3、井巷掘进顺序（学生分析）。原则尽快沟通风路；采用平行作业。 4、生产系统 采煤系统采煤工作面出煤经区段运输平巷、区段石门、区段溜煤眼、采区运输上山、采区煤仓,在运输大巷装车,电机车牵引载煤列车至井底车场卸载后,由主井内安装的箕斗将原煤提至地面。 排矸系统掘进巷道所出之矸石,则用矿车装运至井底车场,由副井内安装的罐笼提至地面。 运料系统井下所需之物料、设备,由矿车 或材料车、平板车装载,经副井罐笼下放至井底车场,由电机车拉至采区,转运至使用地点。 通风系统矿井通风采用中央分列式中央边界式,由副井进入的新鲜风流,经井底车场、主要运输大巷、采区车场、采区上山、区段石门、区段运输平巷,清洗采煤工作面后的污风经区段回风平巷、区段回风石门、采区上山至总回风道,再经回风石门,由边界风井排出地面。 排水系统井下涌水经大巷水沟流人井底车场水仓,利用水泵房的水泵,经副井井筒的管道排至地面。 5、开采顺序 沿煤层走向采区前进式，区内后退式；沿倾斜方向阶段下行式；区段下行式； 煤层间下行式。 水平接续一水平生产减产时，二水平准备延深 图2-2-1 立井多水平上山式开拓 二、立井单水平上下山开拓（带区式准备） 条件煤层M1为厚煤层、a 12，埋藏深，表土厚。 井田内划分两个阶段，一个开采水平，阶段内划分成带区。 1、井巷布置及开掘顺序见图2-2-2。 图2-2-2 立井单水平上下山式开拓带区式准备示意图 2、生产系统运输系统、通风系统 图2-2-3 生产系统示意图 一般带区式布置多采用对拉工作面两个工作面共有一条运输平巷（斜巷），两个工作面中的煤相向运输。 3、本示例优缺点、存在问题及适用范围 优点巷道布置及生产系统简单，运输环节少，通风线路短并有建井速度块、投产早。 缺点是上山阶段的分带回风是下行风，应采取措施，防止瓦斯积聚。 问题*箕斗井兼作回风井，装卸装置必须密闭，漏风率不能超15；箕斗提升井兼作井风井，风速不得超过6m/s，且应采取降尘措施（目前国内较少采用）。 适用煤层倾角小于12，地质构造简单，煤层埋藏较深的矿井。 三、立井井筒装备 1、数目立井开拓时，一般装备两（三）个井筒（有时设回风井）。 2、断面井筒断面根据提升容器、井筒装备及通风要求而定。 3、装备 大中型煤矿主井一般用箕斗提煤，副井一般用罐笼辅运、行人、进风等。立井装备可参看表2-2-1； 小型煤矿主副井可各装备一对单层单车（1t）罐笼，或仅装备一个井筒（双层单车或单层单车），实行混合提升。 表2-2-1 我国在中型煤矿立井井筒装备 井型万t/a 主井井筒装备 副井井筒装备 30 一对双层单车（1t）罐笼 一对单层单车（1t）罐笼 60 一对6t箕斗 一对双层单车（1t）罐笼 90 一对9t箕斗 一对双层单车（1.5t）罐笼 120 一对12t箕斗 一对双层单车（3t）罐笼 150 一对16t箕斗 一对双层单车（3t）罐笼 180 一对16t箕斗 一对双层单车（3t）罐笼，带重锤 240 两对12t箕斗 一对双层双车（1.5t罐笼，一对双层单车（5t）罐笼带重锤 300 两对16t箕斗 一对双层双车（1.5t罐笼，一对双层单车（5t或双层双车（1.5t）罐笼带重锤 单层单车罐笼 多煤体演示 第三节 斜井开拓 主、副井均为斜井的开拓方式，称斜井开拓。又分为集中斜井开拓、片盘斜井开拓。 一、集中斜井开拓 条件M1、M2；a25；埋藏深、表土层薄、无流砂层。 井田内划分两个阶段－100m，－280m；两个开采水平 －100m，－280m；每阶段布置4个采区； 图2-3-1 集中斜井开拓示意图 1.井巷开掘顺序 原则同立井 主斜井、副斜井、井底车场、运输大巷 风井、阶段回风石门、回风大巷 2.生产系统采煤系统、运输系统、通风系统。 对通风要求 主斜井用胶带运煤时，可兼作进风井，但V4m /s。 胶带斜井不得兼作回风井。 主斜井用箕斗运煤时，通风要求同立井。 3、开采顺序 阶段间阶段下行式 阶段内第一水平采区前进式，区内后退；第二水平采区后退，区内后退。 采区内区段下行式； 煤层间下行式。 二、片盘斜井开拓 图2-3-2 片盘斜井开拓示意图 1、特点 矿井相当于一个下山采区； 井田沿煤层倾向按标高划分为若干个分段； 每个分段称一片盘片盘，布置一个采面，整分段回采； 矿井生产能力小，上下片盘接替频繁； 串车提升，车场简单。 2、井巷掘进顺序 自地面向下沿煤层开一对斜井,直至第一片盘下2030m,在第一片盘上部开片盘甩车场及第一片盘回风巷,在第一片盘下部开片盘甩车场及片盘运输巷,然后,经平或斜石门掘进上煤层的超前平巷及开切眼,即可开始第一片盘的回采 3、生产系统采煤系统、运矸系统、通风系统。 4、优点系统简单，工程量小，投资少，工期短，斜井可沿煤层掘进施工便利，能够进一步了解煤层赋存情况。 缺点矿井内不能布置较多的工作面，矿井生产能力小；容易出现掘进与生产相互干扰，对地质变化适应性差。 5、适用范围适用于煤层埋藏稳定，地质构造简单，井田走向长度和倾斜宽度不大，煤层埋藏不深的小型矿井。（目前工作面单产能力提高，片盘斜井可建成大型矿井） 三、斜井井筒层位选择，井筒装备及坡度 （一）斜井井筒层位选择 1.沿煤层布置 适用于煤层赋存稳定，煤质坚硬及地质构造简单的矿井。 2.沿煤层底板岩层布置 斜井布置在煤层底板稳定的岩层中，岩层距煤层距离不小于1520m。一般用于开采倾角较大的煤层或煤层群。 3.穿层布置 当煤层倾角较大或较小时，斜井可采用穿层布置。 （1）顶板穿层斜井、反斜井 倾角小时斜井从顶板穿入煤层的称为顶板穿岩斜井。当斜井掘进方向与煤层倾向相反时，称为反斜井。 图2-3-3 反斜井、顶板穿层斜井 （2）底板穿层斜井 煤层倾角较大斜井从煤层底板穿入煤层称为底板穿岩斜井。 图2-3-4 底板穿层斜井 （二）井筒装备及坡度 数目一般设主斜井、副斜井（回风井）进行开拓，装备两个井筒。 斜井井筒装备由提升方式而定，提升方式又受井筒倾角和生产能力的影响。我国目前装备情况见表2-3-1所示。 主井一般用胶带或箕斗提煤；一般装备如下 胶带机（斜井一侧铺轨道 － 检修）－ A大 箕斗－中型； 双钩串车提升 － 中、小型井； 单钩串车提升 － A小。 副井一般用矿车辅运、行人、进风等。一般装备如下 双钩串车提升 － 大型井 单钩串车提升 － 小型井； 无极绳 a 10； 单轨吊、卡轨车、齿轨车 小型斜井的主副斜井可均装备矿车提升设备，或只装备一个斜井，双钩或单钩串车提升。 表2-3-1 各种斜井提升方式的适应条件 斜井倾角 矿井年产量/万ta－1 提升方式 ＜17 ＞60 普通带式输送机 ＜25 15～60 串车 25～35 15～90 箕斗 ＜10 ＜60 无极绳 第四节 平硐开拓 一、平硐开拓 平硐开拓是最简单最有利的开拓方式。但必须有适合平硐开采的煤层赋存条件。在一些地形为山岭或丘陵的矿区可采用平硐开拓。 图2-4-1 平硐开拓示意图 示例条件（图2-4-1）煤层 a 8 ，山区、地形复杂 1．开拓方式平硐单水平盘区开拓。 主平硐垂直煤层走向，位于井田走向中央，可双翼生产，35％0的坡度（向外）。 井内不设井底车场，硐口设工业广场。 单水平盘区式准备，上下山盘区布置方式 上山部分6个盘区，下山部分6个盘区 平硐垂直煤层走向相当于主石门。 2、开掘顺序 原则尽快沟通风路，尽量采用平行作业。 3、生产系统 主平硐运煤、矸、料、进风、排水，铺设管线。 风井回风（斜井、立井） 二、平硐分类 平硐开拓可有走向平硐、垂直走向平硐及阶梯平硐等方式。 1、走向平硐 图2-4-2 走向平硐 特点主平硐平行于煤层走向；单翼生产。 2、垂直或斜交走向平硐 图2-4-3 垂直斜交走向平硐 图2-4-4 垂直/斜交走向阶梯平硐平硐 特点主平硐垂直（或斜交）于煤层走向，一般双翼生产。 3、阶梯平硐 当地形高差大，主平硐水平以上煤层垂高过大时，可将主平硐水平以上煤层划分为数个阶段，每个阶段各自布置平硐的开拓方式。 特点可分期建井，分期移交生产，便于通风和运输；但地面生产系统分散、装运系统复杂、占用设备多、不易管理。 三、平硐装备 最简单的开拓方式，技术经济最有利 （1）煤由平硐直接外运，多用矿车（底卸式、普通箱式）也用胶带，运输环节少，设备少；能力大 （2）不设井底车场，水自流，无水仓。 （3）平硐坡度35‰ 四、适用条件 具备开平硐的标高以上赋存有足够的煤炭资源 （1）山岭、丘陵沟谷地区，煤层赋存山中，在山麓开平硐开拓； （2）有些煤层埋于山岭中，上山部分相当一个阶段的煤量，平硐以下用下山阶段开采。 第五节 井筒（硐）形式分析及选择 一、平峒开拓方式的优缺点（与斜井、立井开拓比较）及适用条件 （一）优点 最简单的开拓方式，在技术上和经济上最有利 （1）煤由平硐直接外运，运输环节少，设备少，系统简单，费用低； （2）地面工业广场建筑和设施简单（无井架、绞车房）； （3）不需留工业广场煤柱； （4）井内不设井底车场及其硐室，水自流，无水仓，排水费用低、安全程度好； （5）施工条件好，掘进速度快。 （二）适用条件地形条件合适、平硐标高以上有足够储量。 二、斜井开拓的优缺点（与立井比）和适用条件 1.斜井的优点 1）井筒施工工艺、施工设备和工序简单，掘进快，单价低； 2）地面设施和装备简单 3）井底车场设施和装备简单 4）延深方便，生产和延深相互干扰小； 5）采用胶带机的主斜井能力大,不受长度限制 6）初期投资少 2.斜井的缺点 1）井身长，绞车（串车）提升能力受限制； 2）通过井筒的各种管线长，通风、动力供应、排水等生产经营费较高； 3）井筒维护工程量大； 4）对地质条件适应性差。 3.斜井的适用条件 煤层埋藏浅 ；表土层不厚，水文地质条件简单，不需特殊施工法施工的缓斜和倾斜煤层； 胶带机可长；串车提升不宜超过三段提升。 三、立井开拓的优缺点与斜井比和适用条件 立井的优缺点与斜井相反。 （一）立井的优点 1、同样采深条件下，井身短，通过井筒的各种管线短； 2、提升速度快，机械化程度高，易自动控制；对辅助提升有利，人员提升快；对深井开采有利； 3、通风线路短，提升，排水、动力供应等生产经营费用低； 4、井筒易维护； 5、对各种地质条件适应性强，技术可靠，不受煤层倾角，CH4、水文等限制。 （二）立井的缺点 1、井筒施工复杂需较高技术、较多设备、速度慢； 2、井筒装备复杂，基建投资大； 3、井筒延深困难。 （三）立井的适用条件 1、煤层埋藏深、表土厚或水文情况复杂，井筒需特殊施工； 2、开采煤层受倾角、厚度、CH4、水文等条件限制； 3、多水平开采的急斜煤层； 凡不适合斜井、平硐及综合开拓方式时，均可采用立井开拓。 四、井筒（硐）形式选择的原则 先平硐，后斜井，再立井。 第六节 综合开拓 一、 综合开拓的类型 综合开拓矿井主、副井分别采用立井、斜井、平硐等任何两种以上井硐形式开拓井田的方式。 （一） 斜井-立井综合开拓 主斜井（强力带式输送机）副立井的开拓方式适合于大型矿井。 1-主斜井，2-副斜井，3-斜风井，4-新立井，5，6，7-运输大巷 图2-6-1 斜井-立井综合开拓 斜井优点主斜 － 胶带运输，A大，不受长度限制； 缺点副斜 － 辅提难，线路长，阻力大，通风难； 改为副立井则辅提快、线路短、通风容易。 主斜副立的问题井口或井底位置不集中。 问题为什么现代化大型矿井常采用主斜－副立井综合开拓方式 （二）平硐－立井综合开拓 平硐垂直于煤层走向掘进，开副立井作为进风、升降人员、提矸和深部煤层的辅助提升。 图2-6-2 平硐立井开拓 主要是利用立井的优点，解决通风困难和井田深部辅助提升问题。 图2-6-3 前期平硐、后期立井开拓 （三）平硐－斜井综合开拓 图2-6-4 平硐斜井开拓 二、 综合开拓的适应条件 对于地面形式和煤层赋存条件复杂的井田，如果主、副井筒均为一种形式，可能会给井田开拓造成生产技术上的困难，或者是经济上不合理。在这种情况下可采用综合开拓的方式。 第七节 多井筒分区域开拓 多井筒分区域开拓方式大型井田划分为若干具有独立通风系统的开采区域，并共用主井的开拓方式。 1－主斜井；2－岩石运输大巷；3－各分区水平运输大巷；4－分区煤层；5－采煤工作面； 6－煤层露头；7－分区境界；8－井田边界；No2、No3、No4、No5－分区副立井 图2-6-5 多井筒分区域开拓 一、分区域开拓示例 1．条件 走向24km，倾斜16km，面积250 km2,煤厚2～3.5m，倾角3～5,埋深250～1300m 问题深井、井田尺寸大，辅提任务重；CH4大，通风难； 解决途径多井筒分区域开拓。 2．开拓方式 5个分区，每个区域生产能力200万t/a，各分区布置一对立井，为各分区进、回风和辅助运输。井田中部设置两个集中斜井，统一出煤。 3．分区巷道布置 1-胶带大巷 2-运料行人大巷 3-回风大巷 图2-6-6 分区巷道布置 二、特点 1.将井田划分为若干个分区，每个分区采用采区式，盘区式或带区式准备； 2.每个分区各有井筒，独立担任进、回风及辅提任务； 3.各分区的煤集中于服务全矿的主井集中运出； 4.各分区间有一定开采顺序 三、评价及适用 1．评价 1）主井集中出煤效率高； 2）解决了大型井辅提及通风困难； 3）生产集中； 4）分区分期建井，建井快。 2．适用条件 1）A＞300万t/a； 2）井田走向＞10km； 3）矿井CH4大，通风线路长的矿井； 4）采深H＞600m。 作业 1、矿井开拓及开拓方式的概念。 2、斜井井筒布置方式有几种各有何特点及其适应条件 3、简述几种平硐开拓的类型及适应条件。 4、简述综合开拓的类型及适应条件。 5、分区域开拓有何特征及其适应条件。