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第四章 井田开拓方式


第四章 第一节

井田开拓方式 斜井开拓

斜井开拓时, 根据井田再划分方式和阶段内布置形式可组合成多种开拓方式。 “斜 如: 井单水平分区式”“斜井单水平分带式”“斜井多水平分区式”“斜井多水平分段式” 、 、 、 等。 本节仅举例介绍我国目前常用的几种斜井开拓方式。 一、片盘斜井开拓 片盘斜井开拓是斜井开拓的一种最简单的形式。它是将整个

井田沿倾斜方向划分成若 干个阶段,每个阶段倾斜宽度可以布置一个采煤工作面。在井田沿走向中央由地面向下开 凿斜井井筒,并以井筒为中心由上而下逐阶段开采。图 4—1 为一片盘斜井的示例。井田沿 倾斜方向划分为四个阶段。阶段内按整个阶段布置,即每一阶段斜宽布置一个工作面。 1.矿井开拓程序 在井田沿走向中央,沿煤层倾斜方向向下开掘主斜井 1 和副斜井 2,两井均在煤层之 中,且两井中间留 30m~40m 煤柱。为了掘进通风方便和沟通两井筒间的联系,每隔一段 距离开掘联络巷 8 将两井筒贯通。井筒掘到第一阶段下部时,开掘第一阶段下部车场。从 下部车场向井筒两侧开掘第一阶段运输平巷 4 和副巷 5。为了掘进方便,4、5 之间每隔一 定距离掘联络巷沟通。4、5 之间阶段煤柱根据有关规定留设。与此同时,在第一阶段上部 开甩车场向井筒两侧开掘第一阶段回风巷 6。在井田沿走向边界处沿倾斜方向掘开切眼 7 将 5、6 沟通,并在开切眼内布置采煤工作面开采。

图 4—1

片盘斜井开拓

1—主井;2—副井;3—片盘车场;4--阶段运输平巷;5—辅巷;6—阶段回风平巷; 7--采煤工作面;8—联络眼 21

该矿工作面由井田边界向井筒方向推进,属于阶段内后退式开采。工作面推至斜井井 筒保护煤柱线时停止开采。井筒两侧保护煤柱宽度一般为 30~40m。 2.矿井生产系统 工作面 7 采出的煤,由工作面刮板输送机送至阶段运输副巷 5,并经联络巷运至阶段 运输巷 4 装入矿车。矿车由电机车牵引至第一阶段下部车场 3 并由主斜井 1 提至地面。 生产所需材料、设备和人员一般由主斜井 1 下放到阶段上部车场,由阶段回风平巷 6 送到工作面上口,然后供工作面使用。副斜井只有在矿井产量大,辅助提升任务重时才作 辅助提升。 新鲜风流由主斜井进入,经阶段下部车场 3、运输平巷 4、联络巷 8、阶段副巷 5 进入 工作面 7。冲洗工作面后的乏风,经阶段回风平巷 6、回风斜巷 9 汇集到副斜井排出地面。 为了避免生产中新鲜风流和乏风掺混及风流短路,通常要在主要进风巷和回风巷交岔处设 置风桥、风门等通风构筑物。 为保证矿井生产正常接替,在开采第一阶段时,及时向下延深井筒对第二阶段进行开 拓并按同样方法布置巷道。生产转入第二阶段后,第一阶段的阶段运输平巷作为第二阶段 的回风平巷。以后每阶段依次类推,直到开采到井田深部边界。 片盘斜井开拓,巷道布置和生产系统简单,井巷施工技术也不复杂,而且初期工程量 小,出煤快。缺点是不能多阶段同时生产,同采工作面最多为两个,矿井生产能力受到限 制。另外,延深工作频繁,生产和掘进之间相互影响较大。工作面整阶段连续推进,对地 质条件变化适应性差。但随着采煤机械化程度的提高,工作面单产水平也会大大增加。因 此,一些埋藏条件好、地质构造简单的大中型矿井也可采用片盘斜井开拓。但就现有生产 经验,采用片盘斜井开拓时,井田走向长不宜大于 1.5km。井田倾斜长度,一级提升时, 不宜大于 800m,两级提升时,不宜大于 1.5km,并且尽可能采用一级提升。 二、斜井单水平分区式开拓 这种开拓方式由斜井进入煤体,由一个开采水平开采整个井田。井田可划分为一个阶 段,也可以划分为两个阶段。阶段沿走向划分为采区。 图 4—2 为一典型的斜井单水平分区式开拓方式。 井田划分为两个阶段, 每个阶段沿走 向划分为六个采区。开采水平在上、下两阶段分界面。上山阶段每个采区沿倾斜划分为五 个区段,下山阶段式分为四个区段。矿井可采煤层为一层中厚煤层,煤层倾角较小。 1.矿井开拓程序 在井田沿走向中部,由地面开掘一对岩层反斜井,主斜井 1 和副斜井 2。主斜井 1 安 装胶带输送机提升煤炭、副斜井 2 安装绞车作辅助提升。斜井井筒掘到开采水平时,在开 采水平布置井底车场和硐室,然后向两侧掘进水平运输大巷 4 和副巷 5。水平运输大巷和 副巷掘至采区中部位置后,在采区下部布置采区下部车场并开掘采区运输上山 6 和轨道上 山 7,当采用中央分列式通风时,在主副井斜井施工同时,在井田浅部沿走向中央开凿回 风井 12 至上山阶段上部车场、区段运输平巷和回风平巷,并掘进开切眼布置工作面回采。 2.矿井生产系统 工作面出煤。经区段运输平巷 8、采区运输上山 6 至采区下部煤仓。煤炭装入矿车后 由机车引经水平运输大巷 4 至井底煤仓,并由井底煤仓装入斜井皮带提至地面。 材料、 设备由副斜井下放至井底车场, 由电机车牵引经水平运输大巷至采区下部车场。
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然后由采区轨道上山经采区中(上)部车场送至区段回风平巷进而到采煤工作面。

图 4—2

斜井单水平分区式开拓

1—主井;2—副井;3—井底车场;4—阶段运输平巷; 5—阶段辅巷;6—采区运输上山; 7--采区轨道上山;8、15—区段运输平巷;9、16—区段回风平巷;10、17—采煤工作面; 11--阶段回风平巷;12--回风井;13—采区运输下山;14—采区轨道下山;18—专用回风上山; 19—采区煤仓;20—井底煤仓;21—行人进风上山;22—回风联络巷

新鲜风流由主、副斜井经井底车场、水平运输大巷、采区下部车场、运输上山和区段 运输巷至工作面。冲洗工作面后的乏风,经区段回风平巷、水平回风大巷由边界风井排至 地面。 阶段内采用前进式开采顺序:首先开采井筒附近的采区,随后逐采区向井田两侧边界 推进。在一个采区结束以前,应准备好下一个采区,做到采区顺利接替。 第二阶段为下山开采。由水平运输大巷在采区中部位置布置采区上部车场并沿煤层向 下做采区下山 13 和 14。然后在采区内掘区段平巷,然后通过采区内侧区段平巷构成工作 面回采。 下山采区工作面出煤向下运至区段运输平巷, 然后通过采区运输下山 13 向上运至采区 煤仓,装车后由水平运输大巷运至井底车场由主斜井提至地面。 下山采区所需材料、设备经采区上部车场,由轨道下山下放并经采区中部车场、区段 回风平巷送到工作面。 新鲜风流经采区上部车场、采区轨道下山、区段运输平巷进入工作面。乏风经区段回 风平巷、采区运输下山、水平副巷、上山阶段保留的回风上山进入水平回风大巷。然后经
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边界风井排出。 斜井单水平上、下山开拓,开采水平少,减少了初期工程量和投资;阶段分采区布置, 对地质条件适应性强,可多采区同时生产、多工作面同时生产,生产能力大。此外,由于 只有一个开采水平,不存在水平接替问题,矿井生产稳定。因此,在开采缓倾斜煤层(倾 角小于 16°) ,沼气含量低,涌水量小时,如果井田倾斜长度满足要求,应优先考虑采用 此种开拓方式。 三、斜井形式选择 斜井形式主要是指其井筒倾角和在地下的空间布置。 斜井倾角主要依据其装备的提升设备确定。根据经验,一般应符合下列范围: 串车提升 α≯25° 箕斗提升,α=20°~35° 胶带输送机提升α≯17° 无极绳提升 α≯10°

斜井采用串车和箕斗提升时,其提升能力受井筒斜长影响较大。近年来,随着胶带输 送机技术的不断发展,斜井提升能力大大加强,其应用更加广泛。 斜井在地下的空间布置形式主要受煤层赋存条件、地面地形和提升方式影响。 煤层斜井 斜井沿煤层开掘,施工容易、速度快、投资少。但当煤层较厚、煤层松 软、构造复杂及煤层有自燃倾向时,不宜沿煤层布置。此外,沿层斜井需要留设井筒保护 煤柱,资源浪费大。 底板斜井 穿层斜井 为了避免上述问题,可以将井筒布置在煤层底板中。但当煤层倾角小于 当煤层倾角小于井筒倾角时,为了减少水平石门工程量或免受地面因素 井筒倾角时,水平石门工程量太大。优点是井筒易维护,不需保护煤柱。 影响,斜井可穿越煤层布置。 除此之外,还有反斜井、沿煤层伪斜井和折返式斜井等。

第二节
斜井相同。 一、立井单水平分带式开拓

立井开拓

立井开拓也是广泛采用的一种进入煤体的方式。除井硐形式外,其它开拓巷道布置与

这种开拓方式如图 4—3 所示,井田划分为两个阶段,阶段内采用分带式布置。 1.矿井开拓程序 在井田中央从地面开凿主井 1 和副井 2,当掘至开采水平标高后,开掘井底车场 3、主 要运输大巷 4、回风石门 5、回风大巷 6,当阶段运输大巷向两翼开掘一定距离后,即可由 大巷掘行人进风斜巷 12、运料斜巷 11 进人煤层,并沿煤层掘分带运输巷 7、煤仓 10、分 带回风巷 8。最后沿煤层走向掘进开切眼即可进行回采。 2.矿井生产系统 由工作面采出的煤装人刮板输送机运至分带运输巷;经转载机至胶带输送机运至煤仓 在运输大巷装车,由电机车牵引至井底车场,通过主井提至地面。工作面所需物料及设备 经副井下放至井底车场, 由电机车牵引至分带材料车场, 经斜巷 11 由绞车提升至分带回风
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巷,然后运至采煤工作面。 新鲜风流自地面经副井、井底车场、运输大巷、行人进风斜巷,从分带运输巷分两股 进人两个工作面。清洗采煤工作面后的污风,由各自的分带回风巷至总回风巷,再经回风 石门进人主井排出地面。 这种开拓方式的生产系统比较简单,运输环节少,建井速度快,投产早,但其上山阶 段的分带风巷是下行风,应采取措施,防止分带回风巷中瓦斯积聚,保证安全生产。另外, 示例中没有单独开凿回风井,而采用箕斗井兼作回风井。根据《煤矿安全规程》规定,箕 斗提升井兼作回风井时,井上下装卸载装置及井塔必须采取密闭措施,并加强管理,漏风 率不得超过 15%,并应有可靠的降尘设施。箕斗提升井若兼作进风井时,箕斗提升井的风 速不得超过 6 m/s,并应有可靠的降尘措施,保证粉尘浓度符合工业卫生标准。目前国内 很少应用箕斗井进风。 这种开拓方式一般适用于煤层倾角小于 12°,地质构造简单,煤层埋藏较深的矿井。

图 4-3 立井单水平上下山开拓(带区式准备)示意图
1—主井;2—副井口—井底车场;4—运输大巷;5—回风石门;6—回风大巷;7—分带运愉巷; 8—分带回风巷; ,—采煤工作面;l()—带区煤仓;11—运料斜巷;12—行人进风斜巷

二、立井多水平分区式开拓 图 4—4 为立井多水平分区式开拓。该井田有两层可采煤层 m1 和 m2,两层煤间距不大, 采用联合开采的方式,在 m2 煤层底板岩石中布置阶段运输大巷和回风大巷,为两层煤所共 用。井田内设两个开采水平。 采区内巷道布置与斜井分区式开拓相同。 两层煤间的开采顺序应保证相互不受采动影响。对多水平开拓,一定要注意水平间的 接替,在上水平采完以前,要将下水平开拓准备完毕。同时也要注意采区间、区段间的接 替,以保证矿井稳定生产。
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立井开拓可以适应各种水平划分方式和阶段内布置形式。

图 4—4

立井多水平分区式开拓

1—主井;2—副井;3—井底车场;4—运输大巷;5—回风大巷;6—回风井;7—采区下部车场;阶段运 输大巷;8—采区运输上山;9--采区轨道上山;10—m1 区段运输平巷;11—m1 区段回风平巷;12--m2 区段 运输平巷;13--m2 区段回风平巷;14—回风石门; 15—采区上部车场;16—区段运输石门;17—区段溜 煤眼;18—采区煤仓;19—行人进风斜巷;20--区段回风石门;21—下区段回风平巷;22—第二水平井底 车场;23--第二水平主要石门;24--第二水平运输大巷

立井开拓的优点是井筒长度短、提升速度快、提升能力大及管线敷设短、通风阻力小、 维护容易。此外,立井对地质条件适应性强,不受煤层倾角、厚度、沼气等条件限制。立 井开拓的缺点是井筒掘进施工技术要求高,开凿井筒所需设备和井筒装备复杂,井筒掘进 速度慢,基建投资大等。 斜井开拓和立井开拓各有所长和所短。要结合煤层赋存特征、地质条件、地面地形、 技术装备和经济因素综合分析和比较来确定最合适的井硐形式。

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第三节

平硐开拓

在山岭和丘陵地区,往往在矿井地面工业场地标高以上埋藏有相当储量的煤炭。开采 这部分煤炭最简单、经济的开拓方式就是平硐开拓。见图 4—5。

a— 走向平硐 1—主平硐 2—盘区上山

b—垂直平硐

图 4—5

平硐开拓示意图

平硐开拓,就是从地表开掘水平巷道进入山体或丘陵内的煤层。一般地,以一条主平 硐担负运煤、运料、出矸、行人、排水、进风和敷设管线等任务。在井田上部回风水平开 回风平硐或回风井担负回风任务。 平硐的布置方式与地表地形和煤层产状有关。主要布置方式有: 走向平硐:一般沿煤层走向开掘在底板岩石中。条件适合(如煤层不厚、煤质坚硬、 服务年限不长)时,也可以沿煤层掘进。走向平硐近似于立井和斜井开拓中的阶段运输大 巷。从走向平硐掘石门进入每个采区。走向平硐工程量小、投资省、出煤快,但只能单翼 开采,限制了矿井生产能力。 垂直平硐:先从地面垂直煤层走向掘平硐到达煤层或煤层底板,然后沿煤层或底板岩 石向井田两侧掘运输大巷,并准备采区。垂直平硐与立井开拓和斜井开拓中的阶段运输石 门相似。根据地表地形。垂直平硐可以从煤层底板进入煤层,也可以从煤层顶板进入煤层。 有时由于地表地形及地质条件的影响,平硐也可以与煤层走向斜交掘进,称为斜交平硐。 垂直平硐和斜交平硐初期工程量大、投资多、出煤慢,但可以两翼开采,矿井生产能 力大。 当地形高差较大,主平硐以上煤层垂高过大时,可以把其分为几个阶段,分别用不同 标高的开硐开拓,称为阶梯平硐,见图 4—6。

图 4—6 阶梯平硐 采用平硐开拓的关键条件是工业场地标高以上要有足够的储量可供较长时间开采。此 外,在选择平硐硐口时,要考虑以下因素: 1.硐口地势平缓,有足够的面积布置工业场地。
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2.硐口交通要便利,以利于煤炭外运和设备、材料运输。 3.硐口要安全,不受洪水、滑坡、雪崩等威胁。

第四节

综合开拓

通常情况下,一个矿井的主、副井都是同一种井硐形式。然而,有时常因某些条件的 限制,采用同种井硐形式会带来技术上的困难或影响矿井的经济效益。在这种情况下,主、 副井可采用不同的井硐形式,称为综合开拓。 综合开拓根据地质条件和生产技术条件而定。根据井硐的三种基本形式,组合后理论 上有六种综合开拓方式,即立井—斜井、斜井—立井、平硐—立井、立井—平硐、平硐— 斜井和斜井—平硐开拓方式。不论哪一种综合开拓方式,其确定的原则都是尽可能充分发 挥各种井硐形式的优越性。 一、立井—斜井综合开拓 立井—斜井综合开拓是使用广泛的一种综合开拓方式。 4—7 为某小型矿井采用的立 图 井——斜井综合开拓方式。它利用立井井筒短,提升速度快,比斜井串车提升能力大优点, 用立井作为主井担负提煤任务。又利用斜井施工简单,掘进快,井筒装备简单、人员上下 方便和安全等优点,用斜井作副井担负辅助提升和兼作安全出口。

图 4—7 二、斜井—立井综合开拓

立井-斜井综合开拓
1—立井;2—副井

图 4—8 为某特大型矿井采用的斜井——立井综合开拓方式。该矿井田范围大 (250km2) ,年产量高(设计生产能力 1000 万 t/a) 。为了合理开采,矿井采用分区域布置, 将整个井田划分为五个独立的区域。每个区域再象一个井田一样划分为两个水平、四个阶 段,阶段内分带布置。 对这样的特大型矿井,为了充分发挥胶带输送机连续运输、能力大、不受深度限制等 优点,在井田走向中央开凿一对主斜井,安装运输能力达 2000t/h 的斜井钢丝绳胶带输送 机,为整个井田服务。在各个分区域,又利用立井井筒短、管线敷设距离短、提升速度快 等优点,各开凿一对立井井筒作为分区辅助提升井。 三、平硐—立井综合开拓 某矿井,主运输利用平硐。由于地面地形影响,主平硐长达 2km。加上该矿沼气含量 大,需要很大的通风量。利用主平硐进风在技术、经济上都不合理。为此,另开凿一个立 井作为专用进风井。这样可大大缩短通风线路长度。另外,该立井延深后还可以担负后期 主平硐水平以下煤炭的提升任务,将煤提至处平硐后经主平硐外运,如图 4—9 所示。
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图 4—8

斜井—立井综合开拓

1—主斜井;2--分区域辅助立井;3—底板岩石胶带输送机大巷;4—联络斜巷; 5—阶段胶带输送机及运料运人大巷;6—大煤仓

图 4—9

平硐—立井综合开拓

1—平硐;2—立井;3—暗斜井;4—回风平硐;5—回风小井 29

四、平硐—斜井综合开拓 条件适合时,采用平硐开拓的矿井,可以在煤层露头开掘浅部斜井做安全出口和回风 井,构成平硐—斜井开拓方式,如图 4—10 所示。

图 4—10

平硐—斜井综合开拓

1—主平硐;2—副斜井;3—阶段运输大巷;4—阶段辅巷



考 题

1.片盘斜井开拓的优点、缺点和适用条件是什么? 2.斜井单水平分区式开拓的优点、缺点和适用条件是什么? 3.立井开拓的优点、缺点和适用条件是什么? 4.简述平硐开拓有几种方式,说明其布置特点及适用条件? 5.什么叫综合开拓?通常有哪几种综合开拓方式?

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