井田开拓的基本问题

井田开拓的基本问题第1页，共59页，2023年，2月20日，星期三第十六章井田开拓的基本问题开拓巷道——井筒、大巷、井底车场。本次课讲大巷。大巷有运输大巷、回风大巷、辅助运输大巷等，一般与煤层走向平行，处在水平的运输水平标高上。大巷沿煤层倾斜方向的分布与矿井水平划分有关，这就引出了本次课的一个重点：水平划分。第2页，共59页，2023年，2月20日，星期三划分水平时，又要考虑每个水平是只采上山的水平，还是采上下山都有的水平（看运输大巷处在水平的哪个标高），这又引出本次课的第二个重点：上、下山的比较。在运输水平标高上或回风水平标高上，布置几条大巷，大巷处在什么层位，这又随着煤层赋存条件的不同而不同，这引出了本次课的第三个重点：水平大巷的布置。

第3页，共59页，2023年，2月20日，星期三第一节开采水平划分一、开采水平设置l

开采水平垂高H：开采水平上下边界之间的垂直距离。H=H阶

=H上H=H上+H下H=H上+H辅

H=H上+H辅+H下第4页，共59页，2023年，2月20日，星期三l开采水平划分的意义：影响矿井建设时期的技术经济指标;初期建井工程量；初期建井工期；初期基建投资等;长期影响矿井的生产技术面貌和技术经济效果：产量、效率、安全、采掘关系，元/t等。l确定水平垂高实质上是定:

阶段垂高（阶段斜长）

和要不要上下山开采第5页，共59页，2023年，2月20日，星期三二、开采水平垂高确定合理确定阶段垂高应考虑以下因素：1、具有合理的阶段斜长应考虑在一定设备条件下，能达到的阶段斜长。其影响因素如下：1)合理的区段数目所谓合理的区段数目是指能保证采煤工作面和采区正常生产和接替的区段数。第6页，共59页，2023年，2月20日，星期三（1）阶段斜长/区段斜长=整倍数；合理的采煤工艺及采面参数；（2）采区内同采工作面数：普采23个；当前合理的区段数缓斜煤层—35个，急斜煤层大于23个第7页，共59页，2023年，2月20日，星期三2）煤的运输（1）缓、中倾斜煤层：上山—胶带或铁溜槽：不限制上山斜长。上山—串车：只设一段绞车提升，验算绞车能力每班6小时，运输不均衡系数取1.5。（2）急斜煤层：上山溜煤眼≯70~100m.∵冲垮支架;堵眼事故；煤碎。第8页，共59页，2023年，2月20日，星期三3）辅助提升运输（1）受绞车能力限制，采用一段单钩串车提升。滚筒直径一般≯1.6m。

φ1.6m绞车加宽滚筒:容绳量880m；

φ2.0m绞车：容绳量1130m。（2）无极绳或新型设备—不受限制，适用煤层角度小。（3）盘区上山一般≯2000m，盘区下山一般≯1500m，石门盘区斜长不受此限制。第9页，共59页，2023年，2月20日，星期三2、要保证开采水平有合理的服务年限及足够储量合理水平服务年限：上水平开始减产，新水平应做好准备。一般水平接替需58年延深新水平35年井筒延深1年井底车场、石门及主运大巷1.52年采区准备1.52年水平过渡23年不同井型开采水平服务年限表14-3示。第10页，共59页，2023年，2月20日，星期三3、经济上有利的水平垂高H，N水平，阶段斜长井田开拓巷道（大巷、采区石门、采区硐室等）及相应投资，设备安装及折旧费，元/t.基建费；H，N水平，阶段斜长生产经营费（运煤、通风、维护费等）；第11页，共59页，2023年，2月20日，星期三足够储量水平垂高H的发展趋势—加大。式中：A：矿井生产能力，万吨/年

T：水平服务年限，年

K：储量备用系数，1.2~1.4S：井田的走向长，米

M：阶段内可采煤层厚度，mr：煤的密度，吨/立方米可取1.3~1.4C：采区采出率

α：煤层的倾角第12页，共59页，2023年，2月20日，星期三4、利于采区正常接替一个采区开始减产，新采区应投产。一个采区的服务年限＞新采区开拓准备时间.斜长,储量Z.利于接替。随阶段斜长增大，开拓准备工程量相对减少，有利于接替。5、行人方便。第13页，共59页，2023年，2月20日，星期三6、近水平煤层开采的水平垂高近水平煤层，盘区一般上山斜长≯2000m，下山斜长≯1500m，有加大的趋势。石门盘区斜长不受限制第14页，共59页，2023年，2月20日，星期三三、下山开采的应用下山及下山开采下山采区：开采水平之下的采区。下山开采：利用原开采水平的井巷和设施，开采该开采水平之下的采区，煤从下向上运输。上下山开采：一个开采水平既采上山阶段又采下山阶段。第15页，共59页，2023年，2月20日，星期三（一）上下山开采的比较比较：利用原有开采水平进行下山开采；另设开采水平进行上山开采。第16页，共59页，2023年，2月20日，星期三开采方式上山开采上下山开采中的下山开采1、开拓工程量（井筒、井底车场、石门、运输大巷等）大（井筒、井底车场、石门、运输大巷等）小2、基建投资大小3、水平服务年限及接替T短，井筒延深多次；接替紧张T长；井筒延深次数少；利于接替4、运输煤（矸）下运，能力大，费用低；全矿有折返运输煤（矸）上运，能力低，费用低；全矿无折返运输5、掘进工序简单，方便，成本低工序复杂，装运困难，速度慢，成本高；水大时困难上山开采与上下山开采中的下山开采比较第17页，共59页，2023年，2月20日，星期三6、通风新风、泛风均向上，线路短；漏风少；通风设施少；管理方便，费用低。①两下山相距近，负压大，漏风大;②通风线路长，最困难时期比上山采区长一倍;③通风交叉点和设施多，④管理复杂,CH4大时，费用高。7、排水水自流入仓，系统简单费用低①每个区段设临时水窝，安小水泵排水至大巷—水小时②将采区下山一次掘至终深，在采区下部设水仓及硐室，安泵排水.总工程量大，费用高技术上基建投资生产经营费优高低可行低高上山开采与上下山开采中的下山开采比较第18页，共59页，2023年，2月20日，星期三l

总之，上山开采在技术上优越，但在一定条件下配合下山开采在经济上有利。下山开采在技术上的问题随煤层倾角变小而变弱。第19页，共59页，2023年，2月20日，星期三（二）下山开采的应用条件1、煤层16，CH4低，涌水量小，最优。2、井田深部边界不一，储量不足，不宜再延深或设水平。3、多水平开采矿井，开采强度大，井田走向短，上下水平接替紧张，可用上水平巷道，在井田中央划下山采区（设剃头下山采区）担负生产任务。通过下山掘一部分下水平的大巷、车场、水仓等，加快下水平开拓延深。4、煤系底板为奥灰岩（富含水），井筒不能延深，有时不得不开下山。5、井田深部境界煤层勘探程度低，需补充勘探又困难，可用下山开采，起勘探煤层作用。第20页，共59页，2023年，2月20日，星期三（三）下山采区巷道布置1、上下山采区划分一致，对应的上、下山尽量靠近，以便利用上山采区装车站、煤仓、车场2、产量大、CH4大，可用三条下山。3、下山采区回风：对单水平开采的矿井或多水平开采的矿井第一水平，维护上山采区上山及总回风道，风井及通风设施为下山采区通风。利用运输大巷配风巷回风，使配风巷与风井连通。多水平上下山开采的第二水平的回风，可在一、二水平之间设辅助水平，利用上山或石门直通第一水平回风系统；第21页，共59页，2023年，2月20日，星期三（四）下山开采与主要下山开采的区别主要下山：集中下山，中央下山、暗斜井。在井田某一开采水平中央布置主要下山；在主要下山下部设立开采水平；主要下山下部的开采水平仍为上山开采。第22页，共59页，2023年，2月20日，星期三四、辅助水平的应用辅助水平（中间水平）—在开采水平内，因生产需要（局部阶段斜长过大）而增设有运输大巷的水平位置及所服务的开采范围。一个开采水平开采两个上山阶段，在两上山阶段间设辅助水平，其水平垂高H=H1+H2第23页，共59页，2023年，2月20日，星期三辅助水平设石门、阶段大巷、不设井底车场。辅助水平的煤运到开采水平，由开采水平井底车场运至地面。任务：只担任辅运、通风及人员升降等任务。当辅助水平距井筒近时，可设简易井底车场直通井筒，担任辅运。第24页，共59页，2023年，2月20日，星期三辅助水平的适用条件1、水平垂高过大，开采技术困难。2、多水平上下山开采的矿井，上水平下山采区辅运、通风、排水困难，下水平需要解决回风问题。3、急斜煤层矿井，阶段垂高较小，当∑M较小时，水平的T不满足,要求加大H，在两开采水平间设辅助水平，现少用。第25页，共59页，2023年，2月20日，星期三4、近水平煤层，开采水平置于主采煤层中，主采煤层以上或以下的煤层设辅助水平，开设简易车场担任辅运、通排等任务。煤通过井筒附近的溜眼到达开采水平提至地面。应用原则—辅助水平增加井下运辅环节，生产系统复杂化。有明显的技术经济优越性方可使用。第26页，共59页，2023年，2月20日，星期三五、合理划分开采水平1、急斜煤层：一个开采水平只采上山阶段。阶段垂高主要取决于采煤方法和采区准备的合理性。2、缓、中倾斜煤层：从采煤方法、准备方式及合理参数、井型、机械化研究阶段斜长—照顾主要块段；当16时，上下山开采；3、近水平煤层：开采水平在煤组内的合理位置及标高。煤层间距近—开采水平设底部煤层中煤层间距远—分组设开采水平。第27页，共59页，2023年，2月20日，星期三第二节开采水平大巷布置第28页，共59页，2023年，2月20日，星期三第29页，共59页，2023年，2月20日，星期三第30页，共59页，2023年，2月20日，星期三一．对大巷布置的要求（一）阶段运输大巷运输方式和设备矿车――大巷可以弯曲，少量胶带――直、仅可以有少量折点

1、两种设备的优点缺点对比：矿车运输优点：主辅运输统一解决，胶带要分开辅助巷；能适应矿井两翼不均衡生产，胶带多富余，浪费；适应分采分运，胶带不能；煤尘少，胶带煤尘多；适应长距离适应长距离，胶带否；第31页，共59页，2023年，2月20日，星期三矿车运输缺点：运力有限制，胶带主运输能力大；效率低，

胶带主运输效率高。短，运量大，煤种单一，用胶带。长，用架线。具体矿井具体比较。低瓦斯矿井——可用架线机车或蓄电池机车；高瓦斯矿井——可用防爆型蓄电池机车，也可用架线，但要满足安全规程中的4条规定；喷出和突出矿井——蓄电池机车。要推广底卸式，包括0.6Mt/a的矿井。如西鸡西立井。

第32页，共59页，2023年，2月20日，星期三2、矿车轨道（机车运输）轨距：600mm，900mm矿车：固定箱式1t，3t

底卸式3t，5t第33页，共59页，2023年，2月20日，星期三（二）大巷断面和支护

1、断面要求：满足运输、通风、行人、安全和铺管线的要求。大中型矿井—一般双轨巷道断面；中小型井—单轨巷道断面。设单轨时，要在井底车场与采区车场之间设双道错车线，其长度≮1列车长；能力富裕系数为1.3。2、风速①矿车运输≯8m/秒,设计时最大用6m/秒.②胶带运输V4m/s.第34页，共59页，2023年，2月20日，星期三3、大巷数目：轨道运输大巷一般一条，有时加配风巷（副巷）如通风。断面不满足，断面又不能过大，地温高；可用两条，平八矿。胶带运输大巷新设计矿井，一般2条a、一条胶带大巷，一侧设600mm检修道b、另一条辅助运输。两条大巷布置：胶带运输大巷一般与轨道辅运大巷平行布置，同水平或略高，胶带大巷可高于轨道大巷410m，便于处理交叉。第35页，共59页，2023年，2月20日，星期三配合形式：胶带输送机大巷设检修道，轨道大巷为单轨或双轨；不设检修道，轨道大巷要辅双轨。4、支护：

一般锚喷或砌碹，大巷位于自燃煤层中必须砌碹，煤层大巷也可U型钢支架或锚锚喷。中小型井可用砼装配支架、锚喷等。

第36页，共59页，2023年，2月20日，星期三（三）大巷的方向和坡度1、大巷的方向：与煤层走向（近水平煤层煤层主要延展方向）基本一致，应尽量取直或分段取直，但要考虑维护和煤仓高度胶带运输大巷必须取直或分段取直轨道运输大巷虽能适应弯道，但应尽量取直，以利减少工程量。轨道运输大巷要求：600mm轨距，R＞12m,900mm轨距,R＞15m。2、大巷的坡度：利于运输和泄水。一般：i=3~5‰向井底下坡。第37页，共59页，2023年，2月20日，星期三（四）大巷应用情况：国内：基本上用机车运输；大型矿井用胶带。国外：西德：大巷胶带：占30%且认为：井田面积10(km)2时，胶带运输；井田面积30(km)2时，用机车运输；

1030(km)2,具体分析比较。我国，通过基建费和生产经营费分析比较，认为：矿井一翼A=150万t/a，运距3km，采用胶带运输优越。总的趋势：胶带运输增加。第38页，共59页，2023年，2月20日，星期三二、开采水平大巷的布置方式开采水平布置的中心问题是：运输大巷的布置。据煤层赋存条件（数目和层间距）和准备方式（单煤层采区和联合布置采区）不同，有以下几种：单层布置集中布置

分组布置

第39页，共59页，2023年，2月20日，星期三1、单层布置（分层布置）1）特点：各分煤层中都布置大巷，各煤层大巷间用主要石门或溜井（近水平图18~5）联系。第40页，共59页，2023年，2月20日，星期三2）适用：煤层间距大。一般不采用。但现在多采用。

第41页，共59页，2023年，2月20日，星期三3）分层大巷布置方式优缺点：优点：初期工程量少，投资少；施工技术及装备简单； 掘进速度快，投产早； 主石门工程量不大；缺点：总掘进工程量大； 维护费高，维护工作量大； 占管线设备多，采区数目多、采区能力低，生产不集中，管理不方便； 煤柱多，煤损大。第42页，共59页，2023年，2月20日，星期三2、集中布置1）特点：开采水平内只设一条或一对集中运输大巷，用采区石门联络各煤层。第43页，共59页，2023年，2月20日，星期三2）集中大巷布置优缺点：优点：总的大巷掘进量小，占用轨道管线少；开采顺序灵活，能力大；生产集中，便于管理；岩巷方向坡度易保证；易维护，总维护工作量少；煤损少第44页，共59页，2023年，2月20日，星期三缺点：初期工程量大，建井期长。采区石门工程量大，岩石掘进量大。当下部为薄及中厚煤层，围岩稳定时，大巷可置于下煤层中。减少岩石工程量。3）适用：井田走向距离大，煤层数目多、层间距小，层间距50m的矿井。

第45页，共59页，2023年，2月20日，星期三3、分组布置1）分组布置特点：据煤层间距，分为若干煤组；每组煤布置一条分组集中大巷，用主要石门联系分组大巷，各煤组分别布置采区。兼有分层大巷和集中大巷的部分特点。第46页，共59页，2023年，2月20日，星期三2）分组布置优缺点：介于上述二种之间3）适用：间距大小不一；煤层组间距70m。4）分与合的选择：

间距近——合；对于间距大的局部可采快段——合；需要分煤种、分煤质——可能分；（不一定大巷分，采区上山分也能实现分采分运。）瓦斯差异，涌水差异——可能分。第47页，共59页，2023年，2月20日，星期三5）分不分组比较内容：总工程量和初期工程费，利息维护费运输费煤柱量图18-8为早出煤而分组。不分组区段石门折返量大。

第48页，共59页，2023年，2月20日，星期三4、运输大巷布置发展趋势国内：50年代，分层布置方式60年代后，分组集中大巷和集中大巷现在：当前设计新井，向分层大巷布置发展国外趋势：向分层大巷布置发展。原因：综采发展，生产集中，回采工作面少，可能采一个煤层就能保证产量第49页，共59页，2023年，2月20日，星期三回采工作推进快，要求巷道掘进快，维护时间短；巷道普遍采用可缩性支架，支护问题已解决。如：60年代，西德27%可缩性支架；70年代，西德90%可缩性支架；现在，西德100%可缩性支架。岩巷掘进机械化不过关。运输大巷布置发展趋势第50页，共59页，2023年，2月20日，星期三三、阶段运输大巷位置选择

要求：服务时间长；处于不受或少受采动影响的位置。位置：岩石大巷，煤组的底板岩石中；煤层大巷，煤组最下部煤质坚硬，围岩稳定的薄及中厚煤层中。第51页，共59页，2023年，2月20日，星期三1、煤层大巷位置：分煤层大巷沿煤层布置；集中大巷布置在煤组最下部稳定的薄及中厚煤层中分组集中大巷布置在煤组最下部稳定的薄及中厚煤层中煤层大巷施工：

按腰线沿煤层掘进—适合机车运输；按中线沿煤层掘进—适合胶带运输；按中线及腰线掘进大巷—适合机车和胶带（可能穿层）第52页，共59页，2023年，2月20日，星期三2、岩层大巷（岩石大巷）位置至煤层法线距：1530m；岩性稳定的岩层中,躲开含水层；不受上煤层采动影响，布置在压力传播影响角之外；利于布置采区煤仓和车场；岩层大巷施工：按中线及腰线取直或分段取直；煤层内设副大巷—探巷，超前勘探，及时为岩石大巷定向。煤层稳定时不设副大巷，隔一定距离用探巷或钻孔探煤层位置；第53页，共59页，2023年，2月20日，星期三3、急斜煤层大巷位置底板滑动线之外1020m。4、大巷的保护掘前预采—先开卸压工作面，在采空区维护大巷；跨大巷回采—采区最下一个区段布置回采工作面，跨大巷回采第54页，共59页，2023年，2月20日，星期三5、煤层大巷与岩层大巷的比较

项目煤层大巷岩石大巷掘进及工期施工技术、设备简单，速度快，工期短，费用低；超前勘探煤层变化。岩石工程量大，速度