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1、井田开拓的基本问题河南理工大学李东印,河南省精品课程采矿学,主要内容,1 井筒（硐）形式及位置2 风井布置3 开采水平的划分及大巷布置4 采掘关系与三量管理,1 井筒（硐）形式及位置,井筒（硐）形式立井斜井平硐,（一）平硐开拓与斜井、立井开拓的比较 平硐的优点：（1）煤由平硐直接外运，运输环节少，设备少，系统简单，费用低；（2）地面工业广场建筑和设施简单；（3）不需留工业广场煤柱；（4）井内不设井底车场，水自流，无水仓，排水费用低；（5）施工条件好，掘进速度快。平硐的适用条件：平硐标高以上有足够储量的山岭地带应优先采用。,（二）斜井与立井比较,斜井的优点1）井筒施工工艺、施工设备和工序简单，掘
2、进快，单价低；2）地面设施和装备简单 3）井底车场设施和装备简单 4）延深方便，生产和延深相互干扰小；5）采用胶带机的主斜井能力大,不受长度限制 6）初期投资少,斜井的缺点 1）井身长，绞车（串车）提升能力受限制；2）通过井筒的各种管线长，通风、动力供应、排水等生产经营费较高；3）井筒维护工程量大；4）对地质条件适应性差。斜井的适用条件适应大中小矿井；煤层埋藏浅；表土层不厚，水文地质条件简单，不需特殊施工法施工的缓斜和倾斜煤层；胶带机可长；串车提升不宜超过三段提升。,（三）立井与斜井比较,立井的优缺点与斜井相反同样采深条件下，井身短，通过井筒的各种管线短；提升速度快，机械化程度高，易自动控制；
3、对辅助提升有利，人员提升快；对深井开采有利；井筒断面大，通风阻力小，提升，排水、动力供应等生产经营费用低；井筒易维护；对各种地质条件适应性强，技术可靠，不受煤层倾角，CH4、水文等限制。,立井的缺点：井筒施工复杂：需较高技术、较多设备、速度慢；井筒装备复杂，基建投资大；井筒延深困难。立井的适用条件煤层埋藏深、表土厚或水文情况复杂，井筒需特殊施工；开采煤层受倾角、厚度、CH4、水文等条件限制；多水平开采的急斜煤层；凡不适合斜井、平硐及综合开拓方式时，均可采用立井开拓。,二、井筒（硐）位置的选择,合理的井筒位置应有利于：井下生产；井筒和井底车场的开掘、维护及使用安全；地面工业广场的布置。要求：不受
4、地面和井下地质条件限制时，井筒应位于井田储量中心附近。,(一)井筒（硐）沿走向方向的有利位置,1、大巷运输工作量,储量 U=L(W/cos)m,l 井筒在井田中央:大巷运输工作量=U/2L/4 2=U L/4在走向方向上井筒位于井田中央大巷运输工作量最小,井筒在井田一侧:大巷运输工作量=UL/2,2、均衡生产及矿井生产能力,井筒在井田中央：两翼能均衡生产，生产能力大。井筒在井田一侧：单翼开采，生产能力小3、通风,井筒在井田中央：两翼风量分配较均衡，风路短，风压小。井筒在井田一侧：风路长，大巷通过风量大，风压大。欲降风压，巷道断面,采掘接替,井筒在井田中央：两翼基本同时结束，较快转入下水平井筒在
5、井田一侧：生产能力相同时，后期一翼生产，运输、通风过分集中，采掘相互干扰，不能较快转入下水平,实际中形成单翼井田的原因：,地质勘探资料不足，井筒需要靠近高级储量范围；受地形限制；后期增产，改建扩大井田范围。如范各庄矿，后把毕各庄扩进去，井型由180320万t/a，井筒位于非储量中心。,井筒（硐）沿倾斜方向的有利位置,1、立井,石门工程量 初期工程量井筒在位置石门长度最短，初期工程量较小,工业广场压煤,煤柱损失与埋深、倾角成正比井筒位于浅部时煤柱损失较小，但要尽量减少第一水平煤柱损失,富含水层限制,C位置不受富含水层限制不受其它条件限制的条件下：,选择立井井筒位置的原则：单水平上下山开拓，上山部
6、分略大于下山部分；或井筒位于井田中央。多水平开拓，可采总厚度大，要求保护井筒及工广煤柱少；初期工程量小；井筒煤柱不占初期投产采区。井筒沿倾斜适当靠近井田上部“中偏上”，位置处于高级储量之中心。,斜井,井筒沿倾斜方向的位置主要选择层位、适合的倾角，利于运输。,井筒位置一般选用原则：,井筒位置一般选用原则：选择工业广场不太困难，先考虑井下开采合理的井筒位置；选择工业广场困难，先“工广”合理，并结合井下一并考虑。冲积层很厚，水文复杂，结合井下有利位置和冲积层较薄的地点进行。,2风井位置,一、风井布置方式风井：回风井瓦斯等级井型大小井田走向长度煤层条件（埋深）通风系统方式等合理确定。,中央并列式通风：
7、,布置：进、回风井布置在一个工业广场内；两井相距中小型井3050m，大型井60150m。,优点:工业广场集中，管理方便；保护井筒煤柱少。缺点：通风线路长，风阻大，漏风多。适用：井田尺寸、能力不很大、低瓦斯矿井，矿井投产早期。,中央边界式通风（中央分列式）,布置：主、副井位于井田中央，风井设在井田中央上部边界。风井深度小。,使用：副井进风，风井回风；优点：风路短，风阻小，井下漏风少；缺点：开采深部时，要维护较长的上山回风巷道；工业广场分散。适用：煤层赋存不太深的缓、中倾斜煤层矿井；煤层赋存深，瓦斯大的矿井。,对角式通风,两翼对角式 布置：进风井位于井田中央，风井成对角布置在井田两翼上部边界。使用
8、：1主井，2进风井，5回风井,优点：风路变化小，风压变动小，风机工作稳定。当一翼发生灾变时，另一翼可以正常工作。缺点：风机和通风设备多，工业广场分散，建井时间长，主副井与风井贯通距离长。,对角式通风适用：对通风要求很严格的矿井，高瓦斯矿井、煤层易自燃的矿井、煤和瓦斯突出矿井井田一翼长达6-8km，后期风路长,采区风井通风布置：风井设在各采区使用：中央井筒进风，各采区回风井回风。,优点：通风线路短；各采区通风方便、灵活；风阻小。可不设回风大巷。建井可平行施工，建井期短。缺点：风井及设备多，管理分散。适用：井田上部距地表浅（50100m），采区尺寸大的采区。,混合式通风,中央边界式与对角式，中央并
9、列式与对角式，风井布置应因地制宜，灵活运用。如:a、矿井表土浅，可开采第一水平设小风井；第二水平改其他方式。b、井田走向大的矿井（6 8km），初期用中央并列式，后期用中央对角式。c、风井有效半径：一个专用风井的有效半径大致控制在3km左右。,分区域通风,多井筒分区域开拓的特大型井布置：每个分区域设一对进、回风井，独立进回风。适用：各区域开采范围及生产能力很大时用。优点：通风线路短；各分区通风方便、灵活；风阻小。缺点：风井及设备多，管理分散。,3 开采水平的划分及大巷布置,一、开采水平划分 阶段：(horizon)沿一定标高划分的一部分井田。开采水平：（mining level）：运输大巷及井
10、底车场所在的水平位置及所服务的开采范围。开采水平垂高H：开采水平上下边界之间的垂直距离。,H=H阶=H上 H=H上+H下 H=H上+H辅 H=H上+H辅+H下,l 开采水平划分的意义：,影响矿井建设时期的技术经济指标;初期建井工程量；初期建井工期；初期基建投资等;长期影响矿井的生产技术面貌和技术经济效果：产量、效率、安全、采掘关系，元/t等。,确定水平垂高实质上是确定:阶段垂高（阶段斜长）是否上下山开采,（一）合理的开采水平垂高 1、合理的阶段斜长合理的采区巷道布置及生产系统；合理的区段数；合理的采煤工艺及采面参数；在一定设备条件下，能达到的阶段斜长。,1）运煤（1）缓、中倾斜煤层：i、上山胶
11、带或铁溜槽不限制上山斜长。ii、上山串车：只设一段绞车提升，验算绞车能力每班6小时，运输不均衡系数取1.5。（2）急斜煤层：上山溜煤眼70m.(3)近水平煤层，盘区 一般上山斜长2000m，下山斜长1500m，有加大的趋势石门盘区斜长不受限制,2）辅助运输（1）受绞车能力限制，采用一段单钩串车提升。1.6m绞车:容绳量600多m；2.0m绞车：容绳量960m；2.5m绞车：容绳量1100m。(2）单轨吊不受限制，适用。,3）行人方便。4）合理的区段数目阶段斜长/区段斜长=整倍数；（但区段斜长不一定相等）采区内同采工作面数：1 2个；,2、利于采区正常接替,一个采区开始减产，新采区应投产。一个采
12、区的服务年限新采区开拓准备时间.斜长，采区或阶段储量Z，利于接替。3、经济上有利的水平垂高H，N水平，阶段斜长，井田开拓巷道（大巷、采区石门、采区硐室等）及相应投资，设备安装及折旧费，元/t，基建费；生产经营费（运煤、通风、维护费等）；,4、合理的水平服务年限及足够储量,下山开采的应用,下山采区：开采水平之下的采区。下山：为下山采区服务的主要倾斜巷道。如：运输下山，轨道下山，通风行人下山等。下山开采：利用原开采水平的井巷和设施，开采该开采水平之下的采区，煤从下向上运输。上下山开采：一个开采水平既采上山阶段又采下山阶段。,下山开采在技术上的问题随煤层倾角变小而变弱下山开采在经济上有利，上山开采在
13、技术上优越。,上下山开采的比较,上山开采与上下山开采中的下山开采比较,上山开采与上下山开采中的下山开采比较,下山开采的应用条件,煤层16，CH4低，涌水量小，最优。井田深部边界不一，储量不足，不宜再延深或设水平。多水平开采矿井，开采强度大，井田走向短，上下水平接替紧张，可用上水平巷道，在井田中央划下山采区（设剃头下山采区）担负生产任务。煤系底板为奥灰岩（富含水），井筒不能延深，有时不得不开下山。如彩屯矿，平顶山局。井田深部境界煤层勘探程度低，需补充勘探又困难，可用下山开采，起勘探煤层作用。,阶段运输大巷及布置(layout of roadway in mining level),大巷为整个开采
14、水平或阶段服务的水平巷道。运输大巷为整个开采水平或阶段运输服务的水平巷道。担负煤、矸、物料和人员的运输，通风、排水及铺设管线等。是矿井的“动脉”。,矿车轨道（机车运输）轨距：600 mm，900 mm矿车：固定箱式1t，3t 底卸式3t，5t胶带运输,阶段运输大巷的布置布置方式,据煤层赋存条件（数目和层间距）和准备方式（单煤层采区和联合布置采区）不同，有以下几种：单层布置集中布置 分组布置,集中布置,分组布置（分组集中大巷）,岩层大巷（岩石大巷）位置,至煤层法线距：15 30m；岩性稳定的岩层中；不受上煤层采动影响，布置在压力传播影响角之外；利于布置采区煤仓和车场；,煤层大巷与岩层大巷的比较,
15、4 采掘关系与三量管理,矿井采掘关系 矿井采煤与掘进（开拓、准备和回采巷道掘进）的关系。矿井生产的基本矛盾。技术政策：“采掘并举，掘进先行”。,开采计划 根据矿井地质、技术条件，统筹安排采区及工作面的开采与接替。开采计划内容：采煤工作面年度接替计划；采煤工作面5 10年接替计划；采区接替计划。,三、三量管理,三量：开拓煤量、准备煤量和回采煤量开拓煤量Zd：井田范围内已掘开拓巷道所圈定的尚未采出的可采储量。Zd=(ZogZgPdd)CZd开拓煤量Zog 已开拓范围内的地质储量；Zg 已开拓范围内的地质损失；Pdd 临时及永久煤柱。,准备煤量,准备煤量ZP：开拓煤量范围内已掘出的准备巷道所圈定的煤
16、量。ZP=（ZPgZgZd）C式中：ZP准备煤量；ZPg 各采区所圈定的工业储量；Zg 采区内的地质损失。Zd 呆滞煤量。回采煤量：准备煤量范围内回采巷道和开切眼所圈定的可采煤量,2、三量可采期计算及规定,开拓煤量可采期（年）=期末开拓煤量/当年计划产量或设计能力准备煤量可采期（月）=期末准备煤量/当月计划产量或平均月设计能力,回采煤量可采期（月）=期末回采煤量/当年平均月计划产量,四、采掘比例关系指标及计算方法,1、采掘工作面个数比：采掘工作面个数比=年平均采煤工作面个数/年平均掘进工作面个数。我国通常在1：1.5 1:2.5，一般1：22、掘进率：生产掘进总进尺生产掘进率（m/万t）=生产掘进率/矿井产量开拓掘进率（m/万t）=开拓巷道总进尺/（矿井产量+工程出煤）生产矿井全部掘进率：（m/万t）=生产矿井全部井巷掘进总进尺/（矿井产量+工程出煤）,我国井田开拓发展方向,生产集中化：一矿一面或两面。巷道布置简单、生产系统简单。矿井大型化：加大矿井生产能力、水平垂高及采区尺寸。运输连续化：煤从采面到地面胶带连续运输。,
