第18章 井田开拓巷道布置

第十八章井田开拓巷道布置

一、学习目的与要求

通过本章的学习，要求学生掌握开采水平的划分，上下山开采、辅助水平的应用，开采水平大巷的布置，井筒位置的确定，矿井通风方式的确定，能够根据具体条件选择确定合理的矿井开采水平、辅助水平、开采水平大巷、井筒位置与矿井通风方式。

二、教学主要内容

1) 开采水平的划分及上下山开采特点

2）开采水平大巷的要求及布置方式

3）井筒的位置

三、教学重点、难点

（一）重点

风井布置及确定开采水平的布置，井筒位置的确定，矿井通风方式的确定。

（二）难点

上下山基本特点、大巷运输方式、矿井通风系统，风井布置方式。

四、教学方法

（1）教学方法：板书，最好有多媒体教学相结合。

（2）辅助教具：采矿模型实验室模型。

（3）重点和难点分析方法：采用理论分析与辅助教具相结合，以利于学生直观掌握。

五、课程详细内容与知识点

第一节开采水平的划分及上下山开采

根据矿井井田斜长(垂高)的大小、开采煤层的多少和煤层倾角的陡缓,井田内可设一个或几个开采水平。开采水平的划分与井田内阶段的划分密切相联系,而井田内划分阶段多少主要取决于井田斜长和阶段尺寸大小。阶段倾斜方向尺寸大小以阶段垂高或斜长表示。开采水平的尺寸以水平垂高(或称水平高度)表示。

水平垂高:指该水平开采范围的垂高。

若一个开采水平只开采一个上山阶段,阶段的垂高就是水平的垂高,通常所说的水平高度,如不附加说明,即指阶段高度。若一个水平开采上山各一个阶段,水平垂高就应是这两个阶段的总垂高。

对开采近水平煤层的矿井,井田内各煤层的斜长可能很长,但其垂高并不大,也不划分为阶段,而是划分为盘区。如开采煤层不多、上下可采煤层的间距不大,可以采用单水平开拓。如开采煤层数目较多,上下可采煤层的间距较大,就要划分煤

组,各煤组分别设置开采水平,实行多水平开拓。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。合理的水平垂高应注意满足以下要求。

一、合理的水平垂高

阶段划分为采区是普遍应用的一种准备方式。由于阶段内沿倾斜可布置几个区段,因此必须考虑以下因素对阶段斜长的影响。

(1)煤的运输对缓斜和倾斜煤层,上山用输送机或溜槽运煤时,上山斜长(即阶段斜长)一般不因运煤而受限制。对急倾斜煤层,过高的溜煤眼在掘进和维护上都比较困难,并且大高度溜煤眼容易冲毁支护,造成堵眼事故,还会使煤破碎,故溜煤眼的高度一般不宜超过70-100m。

对于某些中小型矿井,采区上山用矿车运煤,只设一段绞车提升(两段就不合理了),上山斜长受绞车能力限制,应根据所要求的采区生产能力及采用的绞车型号验算所能达到的最大长度,验算时每班净提升时间按6h计,运输不均衡系数取1.5,除运煤工作量外,还应考虑矸石和物料的运量。

(一)具有合理的阶段斜长

（2)辅助提升采区一般均采用一段单钩串车提升,滚筒直径太大时,在井下运输、安装都不方便,故绞车滚筒直径一般不大于 1.6米。上山斜长受绞车滚筒容绳量限制,一般不超过600m。一些矿区及机厂制造了直径1．6m的加宽滚筒或直径2.Om滚筒,则斜长可达900多米。采区内一般不采用两段提升。

(3)行人条件阶段斜长过大时行人不便,要考虑机械升降人员,并为此增加辅助提升工作量。

因此,应综合考虑上述因素的限制,规定合理阶段斜长的范围。所谓合理的区段数:是指能保证采区正常生产和接替的区段数。由于是在保证工作日长度合理的前提下划分区段,所以区段数目从另一个侧面反映了对阶段斜长的要求。为合理集中生产,减少矿井内同时生产的采区个数,采区的生产能力一般较大,普采采区内同采的工作面数目一般达2--3个。特别当厚煤层采用分层分采、沿空掘巷时,要保证采区内工作面的正常接替,区段数目多一些是比较有利的。但是,区段增

多将导致阶段斜长大,又会遇到前述上山提升运输方面的困难,根据这一对矛盾因素的相互制约和影响,应有一个个比较合理的区段数,在我国目前的技术条件下,缓斜煤层可取3-5,倾斜和急斜不少于2-3个。

(二)具有合理的区段数目

为保证矿井均衡生产,一个采区开始减产,另一个新采区即应投入生产,为此,必须提前准备好一个新采区。所以,一个采区的服务年限应大于一个采区的开拓准备时间。由此看来,阶段斜长大,采区储量多,采区服务年限长,对采区的接替当然是有利的。

从开拓准备工程量来看,运输大巷、采区石门、采区硐室等的掘进工程量随着阶段斜长增大,分摊到每一吨煤上的这部分工程量则减少。换句话说,每掘一米这类巷道(如大巷)所获得的可采煤量就增多。应该指出,这一类巷道一般为岩石巷道,断面大,要求高,掘进速度较慢,—般不能与其它采区巷道平行施工,往往成为影响采区准备时间的主要因素。因掘进每米这类巷道获得的煤量较多,对缓和接替紧张大有好处,这也是近年来我国许多矿井采用较大的阶段垂高的主要原因。

(三)要有利手采区的正常接替

开拓一个水平要掘进许多巷道,基建投资较大,为了充分发挥这些设施和投资的效理应有合理的水平服务年限。很明显,井型越大,开采水平的工程量也越大,设施也更复杂,投资也越多,水平服务年限应更长。

从有利于矿井均衡生产和水平接替来看,开拓延深一个新水平一般需要3-5a,从上水平过渡到下水平也需要2—3a以上,故水平接替时间一般需5—8a,为使开采水平的生产少受开拓延深的干扰,也应有合理的最低服务年限。计算开采水平的设计服务年限Ts时,也应考虑储量备用系数K,可按下式计算

T S =Z S /A K或T S =(Z SC -P)/A K（18-1）式中：Z S——水平内的可采储量；

Z SC ——水平内的工业储量。

(四)要保证开采水平有合理的服务年限及足够的储量

要保证必要的水平可采储量,可以加大井田的走向长度或水平垂高。对新建矿井,在矿区总体设计时已考虑了这一要求,使矿井有合理的参数。对生产矿井,由于生产发展水平储量相对不足或者原来定的井田走向长度偏短,都要求增加水平的可采储量。如能扩大井田走向长度,将是比较有利的,但如两翼受到限制,则只有

加大水平垂高。

从技术与经济统一的观点来看,技术上合理的水平垂高,应能获得较好的经济效果,可以通过经济比较的方法,选择有利的水平垂高。在实际工作中,一般是针对矿井具体条件提出几个方案,进行技术分析和经济比较。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。

(五)经济上有利的水平垂高

综上所述,水平垂高受一系列因素的影响,它也是井下开采技术发展和生产集中程度的综合反映, 50年代矿井生产技术及集中化程度较低,水平垂高一般不超过100m。随着生产技术的发展,开采强度不断加大,相应地要求加大阶段斜长,所以不少矿井的水平垂高已达150-250m。根据1994年设计规范规定：缓斜、倾

斜煤层阶段垂高为150～250m；急斜为100-150m。对于开采近水平煤层的矿井,用盘区上(下)山准备时,盘区上山长度一般不宜超过1500m,盘区下山不宜超过000m。用石门盘区准备时,斜长不受此限。采用带区式准备(倾斜长壁采煤法)时,

采煤工作面推进方向的长度可达到1000m。不难看出,前表所列数字是一个相当大的范围,在具体条件下选用多大的垂高,还要根据上述因素,井结合是否采用下山开采,是否设置辅助水平等,进行具体的划分。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下山采区,进行下山开采。下山开采与上山开采的比较指的是：利用原有开采水平进行下山开采与深部另设开采水平进行上山开采的比较。

二、下山开采的应用

上山开采和下山开采在采煤工作面生产方面没有多大的差别,但在采区运输、提升、通风、排水和上山(下山)掘进等方面却有许多不同之处,其比较如图18-1所示。

(一)上下山开采的比较

1、上山开采时,煤向下运输,上山的运输能力大,输送机的铺设长度较长,倾角较大时还可用自溜运输,运输费用较低,但从全矿看,它有折返运输。下山开采时,向上运煤,没有折返运输,总的运输工作量较少。

2、上山开采时,井下涌水可直接流人井底水仓,排水系统简单。下山开采时,各采区都要解决采区内的排水问题。如涌水量不大,可在每区段下部设临时排水硐室及小水仓,随采掘工作的向下发展,在相应的区段安装排水设备,将采区涌水排至大巷,这样就要多掘硐室及安装排水设备。较常用的做法是,将采区下山一次掘至终深,在其下部掘排水硐室、水仓和安装排水设备,这样将增加总的排水工作量和排水费用。此外,如排水系统发生故障(如水仓淤塞、管路损坏、水泵损坏等),将影响下山采区的生产,而上山开采则没有这个问题。

3、上山开采时,新鲜风流由进风上山进入采区,清洗工作面后的污风经回风上山流入回风道,新风和污风均向上流动,沿倾斜方向的风路较短；而下山开采时,新鲜风流由进风下山进入采区,清洗采煤工作面后的污风经回风下山到回风道,风流在进风下山和回风下山内流动的方向相反,采区范围内沿倾斜方向的风路长,在通风最困难时,约比上山采区长一倍。且进风下山和回风下山相距一般约20一30m,下山之间有巷道连通,用风门控制风流,两下山之间的风压差较大,漏风较大,通风管理比较复杂,当瓦斯涌出量较大时,通风更困难。