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1、河南理工大学 采煤概论 精品课程 第二篇井田开拓第五章井田开拓中几个主要问题 本章主要内容 第五章井田开拓中的几个主要问题第一节井筒位置及数目的确定第二节开采水平的确定第三节阶段大巷布置第四节井底车场第五节矿井开拓延深 第一节井筒位置及数目的确定 一般地 一个矿井至少应有一主一副两个井筒 主井担负煤炭提升 副井担负辅助提升任务 所谓井筒位置 主要是指两个方面 一是井口和井底沿井田走向和倾斜方向的位置 二是井筒本身所通过的岩层层位 第一节井筒位置及数目的确定 选择井筒位置应从地下因素 地面因素和技术经济因素等三方面进行论证和比较 一 对井下开采合理的井筒位置对井下开采有利的井筒位置应使井巷工程量
2、 井下运输工作量 井巷维护工作量较少 通风安全条件好 煤柱损失少 有利厂井下的开采部署 一 对井下开采合理的井筒位置1 井筒沿井田走向的位置井筒沿井田走向的有利位置应在井田中央 当井田储量呈不均匀分布时 应在储量分布的中央 1 井下运输工作量最小 2 两翼产量分配 风量分配比较均衡 通风网路较短 通风阻力较小 井田偏于一侧时 一翼通风距离长 风压增大 当产量集中于一翼时 风量成倍增加 风压按二次方关系增加 3 两翼分担产量比较均衡 各水平两翼开采结束的时间比较接近 如井筒偏于一侧 一翼过早采完 然后产量集中于另一翼 将使运输 通风过分集中 采煤掘进互相干扰 甚至影响全矿生产 一 对井下开采合理
3、的井筒位置2 井筒沿煤层倾向的位置 立井井筒沿井田倾斜方向布置方案1 井筒 2 石门 3 富含水层 4 井筒及工业场地煤柱 一 对井下开采合理的井筒位置2 井筒沿煤层倾向的位置 急倾斜煤层开拓的井筒位置1 井筒位于煤层底板 2 阶段石门 3 井筒位于煤层顶板 4 工业场地煤柱边界线 一 对井下开采合理的井筒位置2 井筒沿煤层倾向的位置 原则 1 单水平缓倾斜煤层 从有利于井下运输出发 井筒应座落在井田中部 或者使上山部分斜长略大于下山部分 这对开采是有利的 2 对多水平开采缓斜或倾斜煤层群的矿井 如煤层的可采总厚度大 为减少保护井筒和工业场地煤柱损失及适当减少初期工程量 可考虑使井筒设在沿倾斜
4、中部靠上方的适当位置 并应使保护井筒煤柱不占初期投产采区 3 对开采急斜煤层的矿井 井筒宜靠近煤层浅部 或布置在煤系底板 4 对开采近水平煤层的矿井 无所谓深部 浅部 应结合地形等因素 尽可能使并筒靠近储最中央 二 对掘进与维护有利的井筒位置 为使井筒的开掘和使用安全可靠 减少其掘进的困难及便于维护 应使井筒通过的岩层及表土层具有较好的水文 围岩和地质条件 尽可能不通过或少通过流砂层 较厚的冲积层及较大的含水层 为便于井筒的掘进和维护 井筒不应设在受地质破坏比较剧烈的地带及受采动影响的地区井筒位置还应使井底车场有较好的围岩条件 便于大容积硐室的掘进和维护 三 便于布置地面工业场地的井筒位置 1
5、 要有足够的场地 便于布置矿井地面生产系统及其工业建筑物和构筑物 2 要有较好的工程地质和水文地质条件 尽可能避开滑坡 崩岩 溶洞 流沙层 采空区等不良地段 这样既便于施工 也可防止自然灾害的侵袭 3 要便于矿井供电 给水和运输 并使附近有便于建设居住区 排矸设施的地点 4 要避免井筒和工业场地遭受水患 井筒位置应高于当地最高洪水位 在平原地区还应夸虑工业场地内雨水 污水排出的问题 在森林地区 工业场地和森林间应有足够的防火距离 5 要充分利用地形 使地面生产系统 工业场地总平面布置及地面运输合理 并尽可能位平整场地的工程量较少 综上所述 选择井筒位置既要力求做到对井下开采有利 又要注意使地面
6、布置合理 还要便于井筒的开掘和维护 而这些要求又与矿井的地质 地形 水文 煤层赋存情况等因素密切联系 在具体条件下 要同时满足这些要求往往是很困难的 因此 必须深入调查研究 分析影响因素 分清主次 寻求较合理的方案 四 井筒 硐 形式分析及选择 1 平硐开拓是最简单最有利的方式 采用平硐开拓的优点是 井下出煤不需提升转载即由平硐直接外运 因而运输环节和运输设备少 系统简单 费用低 平硐的地面工业建筑较简单 不需结构复杂的井架和绞车房 不需设井底车场 更无须在平硐内设水泵房 水仓等硐室 减少许多井巷工程量 平硐施工条件较好 掘进速度较快 可加快矿井建设 平硐无须排水设备 对预防井下水灾也较有利
7、因此 在地形条件合适 煤层赋存较高的山岭 丘陵或沟谷地区 只要上山部分煤的储量大致能满足同类井型的水平服务年限的要求时 都应采用平硐开拓 四 井筒 硐 形式分析及选择 2 斜井与立井相比的优点 井筒掘进技术和施工设备比较简单 掘进速度快 地面工业建筑 井筒装备 井底车场及碉室都比立井筒单 同类井型的斜井提升绞车也较立并需用的绞车型号小 因而初期投资较少 建井期较短 在多水平开采时 斜井 不包括反斜井 的石门总长度较用立井开拓时为短 因而掘进石门的工程量和沿石门的运输工作量较少 延深斜井井筒的施工比较方便 对生产的干扰少 我国研制和使用新型强力胶带输送机 增加了斜井开拓的优越性 扩大了其应用范围
8、 采用胶带输送机斜井开拓时可以布置中央采区 利用主副斜井兼作中央采区的上山 从而可节约初期建井工程量 加快矿井建设 胶带斜井可以同时为几个水平提煤 这对扩大提升能力时 更换胶带机也是比较容易的 上下水平过渡时期的提煤或多水平同时生产的提煤都是有利的 四 井筒 硐 形式分析及选择 3 斜井与立井相比的缺点 在自然条件相同时 斜井要比立井长得多 围岩不稳固时 斜井井筒维护费用高 采用绞车提升时 提升速度较低 能力较小 钢丝绳磨损严重 动力消耗大 提升费用较高 当井田斜长较大时 采用多段绞车提升 转载环节多 系统复杂 更要多占用设备和人力 由于斜井较长 沿井筒敷设管路 电缆所需的管线长度较大 有条件
9、时可采用钻孔下管路排水供电 但要为此留保安煤柱 增加煤柱损失 另外 斜井的通风风路较长 对瓦斯涌出量大的大型矿井 斜井井筒断面小 通风阻力过大 可能满足不了通风的要求 不得不另开专用进风或回风的立井兼做辅助提升 当表土为富含水的冲积层或流砂层时 斜井井筒掘进技术复杂 有时难以通过 四 井筒 硐 形式分析及选择 4 斜井的适用条件 因此 当井田内煤层坤藏不深 表土层不厚 水文地质情况简单 井筒不需特殊法施工的缓斜和倾斜煤层 般可采用斜井开拓 对采用串车或箕斗提升的斜井 般以一段提升进行开采有利 也可采用两段开采 但不宜采用三段 随新型强力相适用于25度倾角的胶带输送机的发展 大型斜井的开采深度将
10、大为增加 斜井应用的范围将更加广泛 四 井筒 硐 形式分析及选择 5 立井的优点及适用条件 立井开拓的适应性很强 一般不受煤层倾角 厚度 瓦斯 水文等自然条件的限制 立井的井筒短 提升速度快 提升能力大 对辅助提升特别有利 对井型特大的矿升 可采用大断面的立井井筒 装备两套提升设备 井筒的断面很大 可满足大风量的要求 由于井筒短 通风阻力较小 对深井更为有利 因此 当井田的地形地质条件不利于采用平硐或斜井时 都可考虑采用立井开拓 对于煤层赋存较深 表土层厚 或水文情况比较复杂 井筒需用特殊法施工 或多水平开采急斜煤层的矿井 一般都应采用立井开拓 对于倾斜长度大的井田 采用立井多水平开拓能较合理
11、地兼顾浅部和深部的开采 也是较为有利的 第二节开采水平的确定及上下山开采 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 水平垂高是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 若一个水平开采上下山各一个阶段 水平垂高就应是这两个阶段的总垂高 一 合理的水平垂高 一 具有合理的阶段斜长 1 煤的运输 2 辅助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
12、大于1 6m 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2m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 一 合理的水平垂高 二 具有合理的区段数目所谓合理的区段数 是指能保证采区正常生产和接替的区段数 由于是在保证工作面长度合理的前提下划分区段 所以区段数目从另一个侧而反映了对阶段斜长的要求 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
13、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 一 合理的水平垂高 三 要有利于采区的正常接替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 而且 这一类巷道一般为岩石巷道 断面大 要求高 掘进速度较慢 一般不能与其它采区巷道平行施工 往
14、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 一 合理的水平垂高 四 要保证开采水平有合理的服务年限及足够的储量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果 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 5年 从上水平过渡到下水平也需要2 3年以上 故水平接替时间一般需5 8年 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
15、年限 一 合理的水平垂高 五 经济上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 辅助提升费等 如果采区巷通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 一 合理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小化程度较低 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科长
16、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 2006年设计规范分别为 缓斜 倾斜煤层阶段垂高为200 350m 急斜为100 250m 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1000m 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 二 下山开采的应用在多水平开拓的井田中 每一个水平可以只开采上山阶段 也可以开采上 下山两个阶段 决定是否采用下山开采的因素很多 最主要的是矿井基本建设的工程量和基本建设投资的大小以及生产技术条件等 当阶段高度一定时 采用上 下山开采比只用上山开采水平数目少 井底车场 硐室等工程量及有关设备相应减少 因而基本建设投资也相应降低 同时 由于水平数目减少 每个水平的服务年限增长 这有利于矿井生产的均衡 上下山开采比较 二 下山开采的应用 一 上下山开采的比较从生产技术上讲 采区上山开采与采区下山开采在运输 排水 通风 掘进等方面都有各自的特点
