采矿学第十六章.ppt
第十六章 井田开拓的基本问题第一节 开采水平划分,第一节 开采水平划分,开采水平划分的目的是有计划、按顺序、安全合理地开采煤层，减少煤炭损失；布置开采水平大巷、井底车场；减少同时掘进的巷道工程量及减少巷道维护工程量；利于生产组织和管理，获得更好的技术经济效果。水平划分应根据煤层赋存条件、地质条件、开采技术与装备水平、资源/储量和生产能力等因素，综合比较确定。正确划分开采水平要分析合理的阶段斜长、上下山开采条件、辅助水平的应用。,一、开采水平设置,根据井田斜长或垂高大小、开采煤层数目多少、层间距远近和倾角陡缓的不同，井田内可设一个或多个开采水平。开采水平的划分与井田内阶段的划分是密切联系的，井田内划分的阶段数目取决于井田斜长、阶段垂高或阶段斜长。阶段垂高又称阶段高度，是阶段上下边界之间的垂直距离。开采水平垂高又称水平高度，是开采水平服务范围上下边界之间的垂直距离。一个开采水平只采一个上山阶段，阶段垂高就是水平垂高。采用上下山开采时，一个开采水平服务于上下两个阶段，这时水平垂高是两个阶段高度之和。在,一、开采水平设置,极少数情况下，一个开采水平服务于两个上山阶段，其中一个上山阶段下部增设了辅助水平，这时水平垂高就是两个上山阶段的总垂高。对开采近水平煤层的矿井，井田内各煤层的斜长可能很长，但其垂高并不大这样的井田也不划分为阶段，而直接划分为盘区或带区。,二、开采水平垂高确定,1、合理的阶段斜长（1）合理的区段 合理的阶段斜长应保证在采煤工作面长度合理的前提下，能划分出足够的区段数。为保证采煤工作面和采区的正常接替，采区内要有足够的区段数。,二、开采水平垂高确定,（2）煤的运输 缓、中倾斜煤层，上山采用胶带运输机或溜槽，上山斜长不受限制。对急倾斜煤层，溜煤眼高度不宜超过70100m。对于上山采用矿车运煤的小型矿井，上山斜长受绞车能力限制，要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阶段斜长。（3）辅助提升运输 我国目前一般采用一段单卷筒绞车提升。卷筒直径一般不大于1.6m，缠绳四层时可达880m。生产能力大的采区可采用直径2.0m的提升绞车,缠绳四层可达1130米。单实际允许上山斜长还要低于此数值。因此，选用该运输提升方式的,二、开采水平垂高确定,绞车容绳量限制了阶段斜长。在煤层倾角较小的条件下，由于受开采技术和设备限制较小，可以选用无极绳绞车或新型辅助运输设备，阶段斜长可适当加大。对于倾角小于12的煤层，采用带区式准备，1994年发布的煤炭工业矿井设计规范规定为：上山部分倾斜长度宜为10001500m，下山部分倾斜长度宜为7001200m。随着技术的进步，实际的阶段斜长呈增大趋势，2005年发布的煤炭工业矿井设计规范规定为：采用倾斜长壁开采时，带区倾斜长度不小于采煤工作面连续推进一年的长度。,二、开采水平垂高确定,对于开采近水平煤层的盘区，盘区上山长度一般不宜超过2000m，盘区下山不宜超过1500m；采用石门盘区准备时，斜长不受此限制。对于开采近水平煤层的盘区，盘区上山长度一般不宜超过2000m，盘区下山不宜超过1500m，采用石门盘区准备时，斜长不受此限制。2、开采水平的储量及服务年限,二、开采水平垂高确定,2、开采水平的储量及服务年限,二、开采水平垂高确定,3、经济上有利的水平垂高 经济上有利的水平垂高受两方面相互矛盾的因素影响和制约。一方面，开采水平要开掘井底车场及硐室、大巷、采区车场和硐室，配备必要的设备，这些开拓工程量和装备费是不因水平垂高的大小变化而增减的，水平垂高越大，可采煤量越多，分摊于吨煤可采储量的工程费和装备费越小。另一方面，水平垂高越大，阶段斜长也越大，要增加采区上下山的巷道维护工程量，加大开采水平的排水高度和排水费，从而使每吨煤的生产费用有所增加；另外过大的阶段斜长可能需要较大的上下山运输设备，并增加生产管理的复杂性。,二、开采水平垂高确定,4、开采水平垂高的发展趋势 开采水平垂高受煤层地质条件和开采技术条件多因素影响，其取值的变化是开采技术水平和生产集中化程度的综合反映。2005年发布的煤炭工业矿井设计规范规定：在大中型矿井中，缓倾斜、中倾斜煤层阶段垂高为200350m，急倾斜煤层的阶段垂高为100250m。,三、上、下山开采的应用,对倾角不大的缓倾斜煤层，为扩大开采水平的垂高和服务范围，增加水平可采储量，可以考虑采用上、下山相结合开采。1、上、下山开采的比较指的是：利用原有开采水平进行下山开采与另设开采水平进行上山开采的比较。如图16-1所示，上山开采和下山开采在采煤工作面生产方面没有多大差别，但在采区运输、提升、通风、排水和掘进等方面有许多不同之处。,三、上、下山开采的应用,三、上、下山开采的应用,（1）运输和提升方面 上山开采时，煤矸向下运输，运输能力大，耗费动力少，但从全矿看，煤矸在上山中和井筒中的运输方向相反，存在这番运输。下山开采时，煤矸向上运输，全矿没有折返运输，总的运输工作量较少。但用普通胶带输送机运煤时，下山的倾角不得大于18；用矿车运煤时，运输能力小。（2）排水方面 上山开采时，采区内涌水可直接流入井底水仓，一次排至地面，排水系统简单，排水费用低。下山开采时排水系统复杂，排水装备，硐室多，排水费用高。,三、上、下山开采的应用,（3）掘进方面 下山掘进期间的装载、运输、排水等工序比上山掘进时复杂，因而掘进速度较慢、效率较低、成本较高，尤其当下山坡度大、涌水量大时，下山掘进更为困难。另外，下山掘进要比上山掘进需要采取更多的安全技术措施，特别是要采取防止跑车的技术措施。（4）通风方面 上山开采时，沿倾斜方向，新鲜风流风路较短。下山开采时，存在下行风问题，通风线路长；易于漏风，通风管,三、上、下山开采的应用,理复杂；当瓦斯涌出量大时，下山通风更为困难，往往还要多开一条通风下山。上山开采的主要优点是能充分利用原有开采水平的井巷和设施，一个开采水平为两个阶段服务，从而减少了开采水平的数目，节省了开拓工程量和建设费用，增加了开采水平储量，延长了水平服务年限。总体来看，上山开采在生产技术方面较下山开采优越得多，故一般多采用上山开采。下山开采的缺点和弊病随开采煤层的倾角变小而弱化，在一定的条件下，实行上、下山开采在技术上是可行的，在经济上则是有利的。,三、上、下山开采的应用,2、下山开采的应用 下山开采一般是与上山开采配合应用，并且一般是先采上山部分，而后转入下山开采。应用下山开采有不同的情况和条件，要采取相适应的措施。倾角16以下的煤层，瓦斯含量低，涌水量不大，下山开采的缺点并不严重，而节约开拓工程量、加大开采水平垂高的有点则十分突出，应采用上下山相结合的开采方式。当井田深部受自然条件限制，可采储量不多、深部境界高低不一、设置开采水平有困难或不经济时，可在最终开采水平以下设一部分下山采区。多水平开拓的深井，深部开,三、上、下山开采的应用,采的条件比较恶劣，如煤层倾角不大，最终水平可采用上、下山开采。有时通过一些下山采区来勘探井田深部的煤层。一些多水平开采的矿井，由于开采强度大、井田走向长度短、水平接替紧张、原有生产水平保证不了矿井产量时，可在井田内靠近井筒部分布置一个或几个下山采区，担负一部分产量任务。同时通过采区下山开掘一部分下水平的大巷、车场及硐室，以加快下水平的开拓延深。这种下山采区是生产水平过渡的临时措施，待大部分生产转入下水平时，将改为上山开采。这种方式对完成当时的矿井产量任务可开拓延深有利，但会减少下水平的可采储量，缩短下水平服务年限。,三、上、下山开采的应用,这是一种非常规的应急方法，使用时慎重。上、下山开采时，为尽可能使下山采区利用上山采区的车场、装车站、煤仓等巷道和硐室，上、下山的采区划分应尽可能一致，相对应的上、下山尽可能靠近。上、下山开采时，应将下山掘到下山采区底部，并完善水仓之后，再准备回采巷道进行采煤。区段按下行式顺序回采，避免下山掘进与回采同时进行，防止通风不良而发生瓦斯事故。,三、上、下山开采的应用,3、主下山开采与下山开采的区别 如图16-2所示，主要下山指的是集中下山、中央下山或主副暗斜井，往往是布置在井田某一开采水平中央，向下延深至下一水平开采，而后布置井底车场和大巷，该开采水平之上的各采区仍为上山开采，这与下山开采有本质的区别。,三、上、下山开采的应用,3、主下山开采与下山开采的区别,四、辅助水平的应用,辅助水平是在开采水平内，因生产需要而增设有运输大巷的水平位置及所服务的开采范围。辅助水平也要布置大巷及车场，有上山或下山与开采水平连通，承担辅助水平开采的运输、通风等任务，但不直接向井底运煤，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。辅助水平的车场、硐室及设施等均较简单。1、阶段辅助水平 当矿井水平垂高有必要而又划分得很大时，开采水平以上的煤层如划为一个阶段，则阶段斜长过大，上山辅助运输设备选型困难，安全上不可靠，可将开采水平以上的煤层划,四、辅助水平的应用,分为两个阶段，在两个阶段间设辅助水平，利用辅助水平开采上一阶段。如图16-3,四、辅助水平的应用,2、中间辅助水平 采用多水平上、下山开采的矿井，上水平下山采区的掘进、排水、通风及辅助提升比较困难，下水平的回风问题也需要妥善解决，可在两开采水平之间设辅助水平，也称中间水平，使这些问题得到较合理的解决。,四、辅助水平的应用,2、中间辅助水平,四、辅助水平的应用,3、急（倾）斜煤层阶段间辅助水平 对于开采急（倾）斜煤层的矿井，由于受溜煤、运料、人员上下等技术和安全条件的限制，阶段垂高较小，水平可采储量少，水平服务年限短；如果井田走向长度短，则水平接替将更为紧张，频繁的水平延深和生产过渡将给生产技术管理增加许多困难。,四、辅助水平的应用,3、急（倾）斜煤层阶段间辅助水平 为此，一些矿井加大了开采水平的垂高，一次延深两个阶段的高度，如图16-5所示，在两个阶段间设辅助水平，上阶段出煤利用设在井筒附近的溜井下放到下阶段，再从下阶段提至地面。很明显，这种方式增加了上阶段出煤的运输环节和总的提升工作量，长距离溜煤使煤破碎，并存在堵塞溜煤眼的危险，而节约的工程量不多，除非迫不得已，一般不宜采用。,四、辅助水平的应用,3、急（倾）斜煤层阶段间辅助水平,四、辅助水平的应用,4、近水平煤层煤组（层）间辅助水平 如图16-6所示，一些开采近水平煤层的矿井，采用分煤组（层）开拓，即为主采煤组（层）设开采水平，布置为全矿井服务的大巷、井底车场及设施，而在主采煤组（层）以上或以下的煤组（层）设辅助水平，开掘为该煤组（层）开采服务的辅助水平巷道，并用暗井与开采水平连通，煤经溜井下放或暗井提升。采用这种方式使井下运输转载环节增多，生产分散，对矿井集中生产不利。如煤组（层）间距较远、储量不甚丰富或只是局部可采，盘区或带区内既不能联合布置开采，又不宜单设开采水平时，这种方式仍是合理的。,四、辅助水平的应用,4、近水平煤层煤组（层）间辅助水平采用这种方式使井下运输转载环节增多，生产分散，对矿井集中生产不利。如煤组（层）间距较远、储量不甚丰富或只是局部可采，盘区或带区内既不能联合布置开采，又不宜单设开采水平时，这种方式仍是合理的。综上所述，应用辅助水平能加大水平垂高，但设置辅助水平却增加了井下的运输环节，使生产系统趋于复杂，在具体矿井条件下，如果没有明显的技术经济优越性，一般不宜采用。,四、辅助水平的应用,4、近水平煤层煤组（层）间辅助水平,五、开采水平及位置选择划分,1、近水平煤层开采水平划分 主要考虑开采水平在煤组内的合理位置及标高。若上下可采煤层相距不远，井田内可以只设一个开采水平，采用单水平开拓，一般将开采水平设在煤组的底部；布置集中运输大巷及联合布置盘区或带区。如井田内可采煤层数目较多、上下可采煤层相距较远，就要划分煤组，分煤组设开采水平。分煤组开采水平一般设在分每组的底部。2、缓（倾）斜、中斜煤层开采水平划分 结合井型大小、采煤机械化要求，从保证采煤工作面、,五、开采水平及位置选择划分,采区有合理的尺寸出发，研究合理的阶段斜长及垂高。对倾角小于16以下的缓（倾）斜煤层，宜按上、下山开采考虑。以合理的水平垂高划分开采水平时，还必须结合井田的地质构造特点适当地进行调整。确定开采水平的标高位置时还应考虑与相邻矿井的关系。3、急（倾）斜煤层开采水平划分 通常每个开采水平只采一个上山阶段，而急（斜）煤层的阶段垂高主要取决于煤层的赋存条件、所选用的采煤方法及采区巷道布置。一般采区只划分23个阶段，相应的阶段垂高可在设计规范内调整，再考虑开采水平储量的要求，其可供选择的范围是较小的。,
