煤矿矿井设计及采区优化分析

煤矿矿井设计及采区优化分析

摘要：本文从煤矿工作实际情况出发，分析了煤矿矿井设计优化方法，并简要

阐述了采矿区优化设计模型的建立，探讨了采矿区设计优化具体内容与方法，提

出了保证煤矿矿机设计和采区优化的措施，意在为今后的煤矿矿井和采区优化设

计积累更多经验。

关键词：煤矿矿井设计；采区优化；分析

近些年，我国煤矿开采工作的科学性不断提高，很多先进设备和开采技术被应用在具体

的开采工作中。同时，煤矿矿井的设计更加优化，采矿区优化变得更加重要，为更准确地进

行煤矿矿井设计及煤矿开采区域，需要对其进行相应的研究，学习更多知识，积累更多经验，进而为煤矿开采积蓄更多力量，使用科学的方法提高煤矿开采率和质量。

1 煤矿矿井设计的优化

1.1 近水平煤层的矿井优化设计

煤矿开采中难免会遇到近水平煤层的矿井，针对此类煤矿，必须设计系统化的开拓方案，优化矿井设计方案。首先要了解此种类型煤矿的特点，与倾斜角度较大的煤层相比较，此类

型矿井特点显示以下特征：其一，井田的边界及形状不是很规则。有一些是长方形，但大部

分都是不规则多边形。其二，不能确定出水平划分区域及大巷位置。很多矿井并不能依照煤

层等高线表明开采水平，只能依照条件布置，还因为煤层的层次多，依照煤层分组可将大巷

布置出来；还有一些因为倾斜的长度比较大，需要设定不同的水平进行开采，一般不会超出

两个水平；大巷方位并不一定依照煤层走向为准，大巷可能是不平行的，可能表现为放射状。其三，灵活布置采区的巷道以及灵活划分采区[1]。想要设计出更高通用性的近水平煤层的矿

井开采方案，就需要有整体优化的模型及程序，这样就会为今后此类型煤层的煤矿矿井设计

方案提供基础数据，形成典型的开采方案结构模型，见图1。

图2 缓斜煤层矿井典型开拓系统结构

1.3 通风井设计优化

煤矿开采工作需要在地下进行，因此，就会有很多坑口，比如大河滩坑口、长夜坑口等等，每个坑口会与地面相连，此时通风井设计科学性就显得非常重要，如果设计有纰漏，可

能会出现风流不畅或者漏风的问题，所以一定要全面地考虑通风井的设计，提前进行预想与

设计[2]。譬如，不同坑口均要划分到不同的类别，将其中几个设定为进风井，而其他的可设

置成回风井，这可以保证形成风向回流。通风地方设置通风设置，不通风地方要有密闭设置。切不可出现因为通风井设计不科学而出现的风流短路的问题。

2 采矿区优化设计模型的建立

为保证矿区设计更加合理，提高采矿区的安全性和稳定性，就需要提前进行模型建立，

然后从安全、科学、经济等角度进行采矿区设计，以提供出最优化的设计方案。

2.1 建立系统结构

因为采矿区处于特殊的、复杂的地理位置，所以模型建立之前，要有相应的系统结构。

设置的结构要从煤矿所处位置的水文情况、地质条件、煤层情况、预计开采量等方面进行限

定，可事先给出设计方案，进而使得煤矿开采具有计划性、步骤性，提供合适的开采设备选

择建议、开采顺序意见、支护方式方案等。建立的系统结构必须科学接近实际情况，这需要

专业勘查团队获取的勘查结果，有需要模型设计专业人员。

2.2 系统的分析功能

通常情况下，对于模型进行分析的方法是数值分析法，对于开采系统是否具备较高的稳

定性，可以从三个指标维度上进行判断：第一，应力、塑性区、位移和破坏区的综合指标的

分析；第二，平衡状态指标的分析，包含能量分析、运动分析；第三，破坏概率指标的分析，对可靠度进行分析，然后判定出系统稳定状态。

3 采矿区设计优化具体内容与方法

我国的煤矿矿井设计以及采区优化，与煤矿开采率有着极大的关系。在现代化技术不断

发展的背景下，为有效地解决煤炭需求大量增加的问题，必须对矿井设计和采区进行优化设计，下面内容就采区优化设计的具体内容以及所用的方法做简要分析：

3.1 优化的具体内容

矿区设计以及采区优化，应当包含采煤方法创新、开采所用机械设备合理选择等，而这

些都是以矿井优化模型以及矿井的内部巷道的布置为基础，收集并整体这些方面的数据，才

能确定出具体的开采方案，选择合适的机械设备，给出设备参数的标准[3]。

3.2 使用的优化方法

以矿井设计优化模型和采矿区优化模型为基础，提出简单的采区优化方法，可优化矿井

设计，并提高采取优化的效率。

首先，运用联合布置的方式。这种方式有利于减少岩巷，可使得岩巷的掘进率降低，在

一层组并入到二层组的时候，运用联合布置的方式，并进行可行性的论证，如果地质条件良好，许可这样的布置，就要让二层组的大巷道掘进石门，连接到一层组。

其次，一巷多用的实现。通过各个巷道实施布置、设计，就应当综合利用原有巷道，做

到应用尽用，并从本矿区的现有条件出发，开展相应的改造，节约开采资源，一巷多用的实施，就会降低成本，同时提高采矿效率。

再次，特殊情况可取消岩石集中大巷合理。如果地质结构相对简单，煤层的赋存也非常

稳定，并且两煤层是单一层情况，所以煤层巷道布置的时候，可以不用底板的岩石集中大巷，运用沿集中石门自然层的一条龙形式进行巷道布置[4]。

最后，对走向的长度以及阶段高度，可以进行适当地加大。如果增加阶段高度，能够适

当地提升煤矿的生产率，所以提前确定开采条件，选择技术设备，假设情况许可，就可适当

地对阶段高度进行提高，也可以增加采取走向长度，延长采煤工作面的长度，进而就会让分

段个数减少，阶段服务年限严格，用低成本获取更高开采量，进而发挥出机械化的最大优势。

4 保证煤矿矿机设计和采区优化的措施

为了确保煤矿矿井的设计、采区优化的实现，从而提高开采效率，就需要保证优化过程

的合理性和科学性，因此，可采用以下保证措施提供保障。

4.1坚持正确理念思想

在设计优化工作中，煤矿设计人员一定要坚持正确的理念思想，那就是安全第一。实际

工作中要坚持此理念思想，在意识上和行为上都要重视。比如，强化安全意识的教育，不断

提高煤矿员工的安全意识，促使他们对工作负责，肩负起自身的工作责任。因此，意识影响