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1、预备知识 采矿知识简介,预备知识,矿井水文地质工作是为矿井建设和生产服务的。采矿方法的选择、矿井涌水量的大小、疏干措施的设置,都与矿区的水文地质条件有关。采用不同开采方式法和开采方法,会使矿区的水文地质条件受到不同程度的改造,不仅会导致矿井涌水量、采矿难易程度及成本等有很大的差别,还会出现不同的环境地质问题。因此,在学习矿井水文地质时,应具备一定的有关采矿的基本知识。下面以煤矿为例,简单介绍有关知识。,预备知识,一、矿井巷道分类 为了采出煤炭,必须从地面向地下开掘一系列的井巷(右图)。井巷的种类很多,而且有不同的分类方法。,预备知识,(一)按空间位置分 1. 垂直(直立)巷道 (1)立井 1)
2、主井 2)副井 3)风井 (2)小井 (3)暗井(盲井) 1)主暗井 2)副暗井 3)溜煤井,预备知识,立(竖)井有通达地面的出口的垂直巷道,是进入地下的主要垂直通道。一般位于井田的中部。担负矿井主要提煤任务的是主井;担负人员升降、下料和提矸等辅助提升任务的是副井;负担通(排)风的是风井(位于井田边缘)。 小井也有通达地面的出口、但断面和深度较小的垂直巷道,一般在井田的上部边界处,只作为地质勘探或临时提升以及通风等用途。 暗井没有直接通达地面的出口的垂直巷道。根据其所负担的任务的不同可分为:主暗井(下一水平的煤炭提升井);副暗井(下水平的矸石提升、物料及人员的升降等)、溜煤井(煤炭落入下水平巷
3、道的通道)。,预备知识,(一)按空间位置分 2. 水平巷道 (1)平硐 1)主平硐 2)副平硐 (2)平巷 1)集中运输平巷 2)主要运输平巷 3)区段运输平巷 4)回风平巷 (3)石门 1)联络石门 2)运输石门 3)回风石门 (4)煤门,预备知识,平硐有一个通达地面的出口的水平巷道,是人进出地下的主要水平巷道。一般除运煤外,兼作运料、行人、通风、供电和排水等用途。若开两条平硐,根据用途的不同,也可分为主平硐和副平硐。 平巷没有通达地面的出口、在地下的煤层中和岩层中沿其走向开拓的水平巷道(坡度在5度以内)。一般有集中运输平巷、主要运输平巷、区段运输与回风平巷等。 石门没有通达地面的出口、在岩
4、层中开掘的垂直或斜交与岩层走向的水平巷道。一般有联络石门、运输石门、回风石门等。 煤门没有通达地面的出口、在煤层中开掘的垂直或斜交与煤层走向的水平巷道。一般在厚煤层中较常见。,预备知识,(一)按空间位置分 3. 倾斜巷道 (1)斜井 1)主斜井 2)副斜井 (2)上山 1)阶段上山 2)采区上山 3)皮带上山 4)轨道上山 5)人行上山 6)集中溜煤上山 (3)下山 (4)溜煤眼 (5)开切眼 4. 硐室,预备知识,斜井有一个通道地面的出口、是进入地下的主要倾斜巷道。其用途与立井相同并也有主、副井之分。 上山没有通道地面的出口、且位于开采水平之上、沿煤层或岩层从主要运输大巷由下而上开掘的倾斜巷
5、道。根据服务范围的不同,可分为阶段上山、采区上山等。根据用途的不同,可分为输送机上山、轨道上山等。有的采区布置有通风或行人上山、集中溜煤上山等。 下山它的位置和开掘方向与上山正好相反。除溜煤下山、输送机下山是向上运煤和轨道下山是从上向下运料外,其它与上山相似。 溜煤眼专用作溜煤的小斜巷。 开切眼连接区段运输平巷和区段回风平巷斜巷。准备开采的采煤工作面的起始位置。 硐室长度较小、断面较大的特殊巷道。如变电所、水泵房、火药库、电机车库、躲避所、井下调度室、候车室等。,预备知识,根据采矿设计要求,将上述巷道组合起来使用,就构成井巷系统。,预备知识,(二)按巷道的用途和服务范围分 1. 开拓巷道 为全
6、矿井或一个开采水平服务的巷道。如井筒(或平硐)、井底车场、回风井、主要石门、主要运输巷道和回风平巷等(图2-2中的18)。 2. 准备巷道 为一个采区或两个以上的回采工作面服务的巷道。如采区车场、采区煤仓、采区上(下)山、区段集中平巷、区段集中石门等(图2-2中的917、2729、10、11) 。 3. 回采巷道 为一个回采工作面服务的巷道。如区段车场、区段运输和回风平巷、工作面开切眼等巷道(图2-2中的1824) 。,预备知识,二、井田开拓 从地面开掘一系列的井巷(开拓巷道)通入煤层,称为井田开拓。 (一)煤田划分为井田 在同一地史发展过程中,由炭质物的沉积并连续发育而造成的大面积的含煤地带
7、称为煤田。煤田的范围、资源储量大小不一,小型煤田的面积不大,资源储量只有数百到数千万吨;大型煤田的面积有数千或数万平方千米,资源储量达数亿到数百亿吨。 煤田范围广、资源储量大、煤层埋藏特征多变,若由一个矿井来开采,经济上往往不合理,技术上往往存在很多困难。因此,在开发煤田时,常有计划、有步骤、合理地将煤田划分为若干个较小的部分,由若干个矿井来开采。划归一个矿井开采的那一部分煤田称为井田。 矿井是一个独立的开采系统的生产单位。,预备知识,预备知识,二、井田开拓 (二)井田再划分 为了有计划地按照一定的顺序进行开采,将井田划分为更小的部分,即为井田再划分。 1. 井田划分为阶段或盘区(按煤层倾角划
8、分) (1)井田划分为阶段 当开采倾斜(煤层倾角3045-55度)、急倾斜(煤层倾角45-55度以上)和部分缓倾斜(煤层倾角330度)煤层时,通常沿倾斜方向,按预定的标高将井田划分为若干个长条形部分,每个长条形部分称为阶段。阶段之间以水平面分界,分界面又称水平。水平用标高来表示。如下图中的0、-150、-300、-450等水平。阶段沿倾斜方向的长度称为阶段斜长。阶段上部和下部分界面之间的垂直高度称为阶段高度或阶段垂高(一般在100150m)。,预备知识,预备知识,二、井田开拓 (二)井田再划分 (1)井田划分为阶段 在生产实践中,为了说明开采位置或顺序以及巷道的用途,对只开采上部分的水平,通常
9、相应地以阶段分界面分为第一水平、第二水平、第三水平或运输水平、回风水平等。 布置有主要运输大巷和井底车场、并负担该水平开采范围内的主要运输和提升任务的水平,称为开采水平。阶段的开采顺序一般是由上而下依次进行,当开采第二阶段时,第一阶段的运输水平就变成第二阶段的回风水平。 在倾角较小(多在16度以下)的煤层中,可以在两个阶段的分界面上布置井底车场和阶段运输大巷,建立开采水平。利用这个开采水平既开采上山部分(水平以上)的煤层,也开采下山部分(水平以下)的煤层。这时,一个开采水平开采两个阶段。 在倾角较大时,通常只在每个阶段的下部边界建立开采水平,只开采上山部分的煤层。这时,一个开采水平只开采一个阶
10、段。,预备知识,预备知识,二、井田开拓 (二)井田再划分 (1)井田划分为阶段 水平高度为两个开采水平之间的垂直距离。当一个水平开采一个阶段时,水平高度等于阶段高度;当一个开采水平既开采上山阶段又开采下山阶段时,水平高度等于这两个阶段垂高之和。 (2)矿井划分为盘区 开采近水平煤层时,采用沿煤层主要延展方向布置主要运输大巷,将运输大巷两侧划分为若干个块段的方法划分井田,每一个块段称为盘区。每个盘区都是一个独立的开采单元,有独立的运输系统和通风系统。,预备知识,二、井田开拓 (二)井田再划分 2. 阶段内的布置方式 (1)连续式布置 当阶段的倾斜长度不大,走向长度较短时,井田的每一翼可沿阶段倾斜
11、全长布置一个回采工作面,即全阶段工作面。回采工作面可以由井田中央向井田边界推进(前进式开采),也可以由井田边界向井田中央推进(后退式开采)。 适用于中、小型矿井。,预备知识,二、井田开拓 (二)井田再划分 2. 阶段内的布置方式 (2)分区式布置 在阶段范围内,沿走向把阶段再划分为若干个部分,每一部分称为采区。一般采区的倾斜长度等于阶段的倾斜长度。采区内有独立的生产系统。 由于采区的斜长较大,沿倾斜方向可布置几个工作面进行回采。因此,再采区范围内沿煤层倾斜方向再划分为若干个长条形部分,每个长条回采。因此,再采区范围内沿煤层倾斜方向再划分为若干个长条形部分,每个长条形部分称为区段,在一个区段的两
12、翼或一翼各布置一个回采工作面进行回采。 适用于地质条件复杂的矿井。多用于大、中型矿井,预备知识,二、井田开拓 (二)井田再划分 综上所述,井田再划分的顺序为:,预备知识,三、开采方式 利用露天开采和地下(井工)开采的方式,有的则采用这两种方式联合开采。 (一)露天开采 矿床埋藏浅、覆盖层较薄,或开采由浅延至深部矿床的浅部矿体时,宜采用露天开采,就是从地面以较大的面积直接向深处挖掘露天沟道,形成工作面开采矿石的方式。我国北方许多大型煤矿、某些金属矿床及建材等,都采用露天方式开采。,预备知识,预备知识,三、开采方式 (二)地下(井工)开采 采用前述井巷系统进行的开采。通常以井筒形式为依据,将矿井开
13、拓方式划分为斜井开拓方式、立井开拓方式和平硐开拓方式,各适用于不同的地形、地质条件下。开拓巷道在井田内的总体布置方式称为井田开拓方式。,预备知识,四、开采步骤 一般依次采用开拓、采准和回采三个步骤。 1. 开拓 开采的第一步,根据设计从地面到煤层开掘一系列的开拓巷道,建立运输、通风、排水、供水等工程系统。在开拓期,主要开掘竖(斜)井、平硐、暗井、石门、阶段平巷、主溜井及井底车场等。 2. 采准(开采准备的简称) 在已开拓的阶段或盘区中,进一步切割形成采区或区段(工作面),为回采作准备;同时作行人、通风、运输等用途。 3. 回采 从完成的采准的采区或区段(工作面)大量采出煤炭的生产过程,包括采煤
14、、运输及顶板管理等项作业。采煤工作面又称回采面或掌子面,回采后的空间称为采空区。,预备知识,五、地下开采方法简介 地下开采方法是指地下开采时对采区的采准、回采所采用的开采方法。根据回采时对顶板的管理方法,可分为以下开采方法 1. 房柱法(自然支撑开采法) 在煤层和围岩(顶板)稳定的矿区开采时,利用未开采的煤岩柱支撑采空区,把采区中大部分的煤炭回采出来;同时,未采的煤岩层不会自行垮落。具体做法是:先将采区划分为先行开采的部分和煤柱,先采先行开采的部分,后采煤柱,采空区利用永久煤柱或临时煤柱支撑。为了开采下阶段的安全,仍需对回采后的采空区进行处理。,预备知识,预备知识,五、地下开采方法简介 2.
15、充填法(人工支撑开采法) 随着回采工作面的推进,采用水砂、矸石等回填至采空区的方法支撑顶板,控制矿压(地压)和保护地下采场的方法。优点是:顶板下落移动量较小、可在基本上不改变上覆岩层水文地质条件的情况下进行开采。适用于:接近或埋藏在地表水体下或重要建筑物下的煤层或其他矿体,或顶板内部分布有丰富地下水,不允许产生地面塌陷、开裂或能沟通水源的矿区;露天与地下同时开采,需要保护露天矿坑不塌落的矿区;开采稀有、贵重或高品位矿床或有自燃危险的矿区。充填法有水砂或尾矿(煤矿中即为矸石)充填采矿法和胶结充填采矿法等。,预备知识,五、地下开采方法简介 3. 垮落法 随着回采工作面的推进,采用自行或强制地冒落顶
16、板岩层,由其充填采空区,使岩体应力达到新的平衡,以控制矿压和采空区,确保安全生产的采矿方法。煤矿及顶板不稳定的其它矿产的矿区常用。由于塌落体的渗透性远高于塌落前,且塌落及裂隙带上升到较高的高度(甚至可达到地面),在地面形成较深的塌陷坑,在城市地区一般不准使用,波及上部强含水层或地表水体时,要经过调查和科学论证后,决定是否采用以及作好防治水的工作。,预备知识,预备知识,六、煤层顶板类型 矿床的顶板特征及类型,决定了矿床的开采方法、开采中及回采后巷道的管理方法,对一个矿区的地下水活动和矿区环境的改变有决定性的作用。煤层的顶板可分为: 1. 伪顶 煤层之上、厚度较薄(几厘米至几十厘米)的炭质页岩层。极易破碎。在煤层开采过程中随采随落(往往混在原煤中)。 2. 直接顶 位于伪顶之上,多由粘土岩、页岩、砂质页岩或节理发育的砂岩组成。厚度较伪顶岩层大得多,一层或数层组成。不很坚硬,回采后短期内垮落。 3. 老顶 分布在直接顶之上的厚度较大、强度较高的坚硬岩层,多为砂岩、砾岩和灰岩等。回采后,不随直接顶一起垮落,可以在较长时