《煤矿开采方法》前三篇.doc

第一章 井田开拓基本知识第一节 煤层地质及矿井生产概况一、煤田基本概念（一）煤田和矿区1.煤田在地质历史发展过程中，由含炭物质沉积而形成并大致连续分布的含煤地带称为煤田。煤田的范围很大，面积可由数百平方米到数千万平方米，储量从树亿吨到数百亿吨。面积大储量丰富的称为“富量煤田”；储量小限于一个矿井开采的煤田称为“限量煤田”。我国有很多较大的煤田，如神府-东胜煤田、鄂尔多斯煤田、大同煤田、陕西的渭北煤田、平顶山煤田、乌鲁木齐煤田、六盘水煤田、淮南煤田等。2.矿区统一规划和开发煤田或其一部分形成的社会区域，称为矿区。根据国民经济发展需要，利用地质构造、自然条件或煤田的沉积不连续，或按勘探时期先后，可以将一个大煤田划归给几个矿区开发；较小的煤田也可以作为一个矿区来开发；也有一个大矿区开发几个小煤田的情况。图1-1 淮南煤田分布图1舜耕山区；2八公山区；3潘集谢桥区淮南矿区开发淮南煤田的三个区，三个区均分布在淮河两岸（图1-1）。矿区的老区是舜耕山区和八公山区，两区被鸭背埠断层分开，分别由九龙岗矿、大通矿、李郢孜一矿、二矿和谢家集一、二、三矿及新庄孜矿、毕家岗矿、李咀孜矿、孔集矿开采；淮河北岸为淮南矿区新区，目前正在开发潘集、谢桥区，其中潘集一、二、三矿及谢桥矿均已投产，张集矿正在建设中，并计划建设潘四矿及其他矿井。由此可见，一个矿区由很多矿井组成，以便有计划、有步骤、合理地开发整个矿区。为了配合矿井的建设和生产，还要建设一系列辅助企业、交通运输与民用企业，以及其他有关的企业和市政建设。（二）井田煤田的范围很大，还必须把煤田划分为井田（矿田）。划归给一个矿井（或露天）开采的那一部分煤田，称为井田。矿井井田范围大小、矿井生产能力和服务年限的确定，是矿区总体设计中必须解决好的关键问题之一。井田范围，是指井田沿煤层走向的长度和倾向的水平投影宽度。在把煤田划分为井田时，应根据矿区总体设计任务书的要求，结合煤层的赋存条件、地质构造、开采技术条件，保证各井田都有合理的尺寸和边界，使煤田得到合理的开发。根据我国目前开采技术条件，一般小型矿井的走向长度不小于1500m；中型矿井不小于4000m；大型矿井不小于7000m。（三）矿井生产能力矿井生产能力亦称井型，一般是指矿井的设计能力，以万t/a（或Mt/a）表示。有些矿井进行技术改造后，需要对矿井各生产系统的能力重新核定，核定后的综合生产能力，称为核定生产能力。矿井的年产量，是指每年实际生产出来的煤炭量，其数值常常不同于矿井生产能力，而每年的产量也常不相同。根据矿井设计生产能力不同，我国把矿井分为大、中、小三种类型，称为井型。大型矿井：生产能力为1.20Mt/a、1.50Mt/a、1.80Mt/a、2.40Mt/a、3.00Mt/a、4.00Mt/a、5.00Mt/a和5.00Mt/a以上的矿井。3.00Mt/a及其以上的矿井也称为特大矿井。中型矿井：生产能力为45万t/a、60万t/a、90万t/a的矿井。小型矿井：生产能力为9万t/a、15万t/a、21万t/a和30万t/a的矿井。我国原有的国有重点煤矿多为大、中型煤矿；地方煤矿多为中、小型煤矿。矿井井型的大小直接关系到基建规模和投资的多少，影响到整个矿井生产时期的技术经济面貌，所以应正确确定井型的大小。（四）露天开采和地下开采的概念从敞露的地表直接采出有用矿物的方法，叫露天开采。当煤层厚度达到一定值，直接出露于地表，或其覆盖层较薄、剥采比合理，就可以考虑采用露天开采。露天开采与地下开采在进入矿体的方式、生产组织、采掘运输工艺等方面截然不同，它需要先将覆盖在矿体之上的表土或岩石剥离掉（如图1-2）。图1-2 露天开采示意图露天开采一般机械化程度高、产量大、劳动效率高、成本底、工作比较安全；但由于受气候条件影响较大，需采用大型设备和进行大量基建剥离，基建投资较大。只有覆盖层较薄、煤层厚度较大时采用。受资源条件限制，我国露天开采产量比重较小。露天开采是采矿工业的发展方向之一。凡煤田浅部有露天开采条件的，应根据经济合理剥采比并适当考虑发展可能划定露天开采边界。剥采比，是指每采一吨煤需要剥离多少立方米的岩石量。最大经济合理剥采比，就是按该剥采比开采的煤炭成本不大于用地下开采的煤炭成本。它是确定露天煤矿开采境界的主要依据。煤矿地下开采，也称为井工开采。它需要从地表向地下开掘一系列巷道进入煤层，建立完整的生产系统，才能进行回采。由于是地下作业，工作空间受到限制，采掘工作地点不断移动和交替，并且受到地下水、火、瓦斯、煤尘及围岩塌落的威胁。因此，地下开采要比露天开采复杂和困难。二、矿井巷道在地下开采中，为了建立矿井提升、运输、通风、排水、动力供应等需要开掘的井巷和硐室统称为矿山井巷。按其倾角分为三大类：直立巷道、水平巷道和倾斜巷道，如图1-3。图1-3 矿山井巷1立井；2斜井；3平硐；4暗立井；5溜井；6石门；7煤层平巷；8煤仓；9上山；10下山；11风巷；12岩石平巷1.直立巷道巷道的长轴线与水平面垂直，如立井、暗井、溜井等。立井：与地面直接相通的直立巷道，又称为竖井。主要用于提升煤炭的叫做主井；主要用于提升矸石、下放材料、升降人员等辅助提升的叫做副井。另外，还有一些专门或主要用于通风、排水、充填等工作的立井，均按其主要任务来命名。暗立井：与地面没有直接出口的直立巷道，又称为盲立井或盲竖井。其用途与立井相同。溜井：与地面不直接相通，专门用于溜放煤炭的暗立井。在采区内，高度不大、直径小的叫做溜煤眼。2.水平巷道巷道长轴线与水平面近似平行，如平硐、平巷、石门等。平硐：与地面直接相通的水平巷道。作用类似立井，有主平硐、副平硐、排水平硐、通风平硐等。但平硐由于通过量大，不必铺设排水管道等，对于中小型矿井可不设副平硐。平巷与大巷：与地面不直接相通的水平巷道。其长轴线与煤层走向大致平行，为开采水平服务的平巷通常称为大巷，如运输大巷、通风大巷。布置在煤层内的平巷称为煤层平巷；布置在岩石内的平巷称为岩石平巷。服务于工作面的煤层平巷，称为运输或轨道平巷（顺槽）。石门与煤门：其长轴线与煤层走向垂直或斜交的水平巷道。位于岩石内的称为石门；位于煤层内的称为煤门。服务于开采水平的石门叫做主石门；服务于采区的石门叫做采区石门；服务于区段的石门叫做区段石门。3.倾斜巷道巷道长轴线与水平面成一定夹角，如斜井、上下山、斜巷等。斜井：与地面直接相通的倾斜巷道。作用与立井、平硐相同。分为主斜井、副斜井。与地面没有直接出口的斜井称为暗斜井（或斜溜井）。上山与下山：服务于一个采（盘）区的倾斜巷道，称为采（盘）区上山或下山。位于水平运输大巷以上称为上山；反之称为下山。运输煤炭的称为运输上山或下山；作为辅助运输的称为轨道上山或下山。上山开采煤炭由上向下运输，具有反向运输；下山开采煤炭由下向上运输，是正向运输。另外，还有专门用于通风、行人的上下山。主要上下山：为一个开采水平服务的倾斜巷道。主要用于阶段内采用分段式划分的条件。也可分为主要运输上下山和主要轨道上下山。硐室：与地面不直接相通，长、宽、高相差不大的地下特殊用途巷道。如绞车房、变电所、煤仓等。三、矿井生产系统（一）矿井生产系统矿井生产系统是指煤矿生产过程中的提升、运输、通风、排水、动力供应等生产系统。由于地质条件、井型和设备不同而各有特点。以图1-4为例，简要说明矿井生产系统的主要内容。图1-4 矿井生产系统示意图1主井；2副井；3井底车场；4主要运输石门；5运输大巷；6风井；7回风石门；8回风大巷；9采区运输石门；10采区下部车场底板绕道；11采区下部材料车场；12采区煤仓；13行人进风巷；14运输上山；15轨道上山；16上山绞车房；17采区回风石门；18采区上部车场；19采区中部车场；20区段运输平巷；21下区段回风平巷；22联络巷；23区段回风平巷；24开切眼；25采煤工作面矿井巷道开掘顺序如下：首先自地面开凿主井1、副井2进入地下；当井筒开凿到第一阶段下部边界开采水平标高时，即开凿井底车场3、主要运输石门4，然后向井田两翼掘进开采水平阶段运输大巷5；直到采区运输石门位置后，由运输大巷5开掘采区运输石门9通达煤层；到达预定位置后，开掘采区下部车场11；然后，沿煤层自下而上掘进采区运输上山14和轨道上山15。与此同时自风井6、回风石门7，开掘回风大巷8；向煤层开掘采区回风石门17、采区上部车场18、绞车房16，与采区运输上山14及轨道上山15连通。当形成通风回路后，即可自采区上山向两翼掘进第一区段的区段运输平巷20、区段回风平巷23、下区段回风平巷21，当这些巷道掘到采区边界后，即可掘进开切眼24形成工作面。安装好机电设备和进行必要的准备工作后，即可开始采煤。采煤工作面25向采区上山后退回采，与此同时需要适时地开掘第二区段的回采平巷，保证采煤工作面正常接替。矿井主要生产系统如下：1.运煤系统从工作面25采落的煤炭，经区段运输平巷20、采区运输上山14到采区煤仓12，在下部车场10装车，经水平运输大巷5、主要运输石门4，运到井底车场3，由主井1提升到地面。2.通风系统新鲜风流从地面经副井2进入井下，经井底车场3、主要运输石门4、运输大巷5、采区下部车场11、轨道上山15、中部车场19、运输平巷20进入工作面25。清洗工作面后，污风经区段回风平巷23、采区回风石门17、回风大巷8、回风石门7，从风井6排入大气。3.运料排矸系统采煤工作面所需材料和设备，用矿车由副井2下放到井底车场3，经主要运输石门4、运输大巷5、采区运输石门9、采区下部车场11，由采区轨道上山15提升到区段回风平巷23，再运到采煤工作面5。采煤工作面回收的材料、设备和掘进工作面运出的矸石，用矿车经由与运料系统相反的方向运至地面。4.排水系统采掘工作面涌水，经由区段平巷、采区上山排到采区下部车场，经水平运输大巷、主要运输大巷、主要运输石门等巷道排水沟，自流到井底车场水仓，由中央水泵房排到地面。5.动力供应系统包括井下电力供应系统和压缩空气供应系统。（二）矿井开拓、采区准备和工作面准备根据巷道的作用和服务范围不同，可将矿山井巷分为开拓巷道、准备巷道和回采巷道三种类型。开拓巷道：服务于全矿井、一个水平或若干个采区的巷道叫做开拓巷道。如井筒、井底车场、主要石门、运输大巷和回风大巷（或总回风道）、主要风井。开拓巷道是为全矿井或阶段服务的，服务年限比较长，一般在1030年。准备巷道：服务于一个采区或数个区段的巷道叫做准备巷道。如采区上下山、采区车场、采区硐室。准备巷道是为全采区服务的，服务年限一般为35年。回采巷道：服务于采煤工作面的巷道叫做回采巷道。如区段运输平巷、区段回风平巷、开切眼（形成初始采场的巷道）。回采巷道服务年限较短，一般在0.51.0年。开拓巷道的作用在于形成新的或扩展原有的阶段或开采水平，为构成矿井完整的生产系统奠定基础。准备巷道的作用在于准备新的采区，以构成采区的生产系统。回采巷道的作用在于准备出新的采煤工作面并进行生产。开拓、准备、回采是矿井生产建设中紧密相关的三个主要程序，解决好三者之间的关系，对保证矿井正常生产具有重要意义。第二节 煤田划分为井田一、井田划分原则井田划分是确定矿区建设规模与矿区布局的基础，也是合理开发煤炭资源，取得稳定发展和较好经济效益的重要条件，煤田划分为井田应遵循以下原则。（一）充分利用自然条件划分井田煤田划分为井田时，应尽可能利用大断层等自然条件作为井田边界，或利用河流、铁路、城镇下面留设的安全煤柱作为井田边界。如图1-5所示。图1-5 利用自然条件作为井田边界1河流；2煤层露头；3城镇；4铁路；5大断层；6小煤窑一、二、三、四、五、六、七、八、九划分矿井在地形复杂地区，划定的井田范围要便于选择合理的井筒位置及布置工业场地。对于煤层煤质、牌号变化较大的地区，如果需要，也可以考虑不同煤质、牌号按区域划分井田。（二）保证井田有合理的尺寸井田范围必须与矿井生产能力相适应，保证矿井有足够的储量和合理的尺寸，特别是要使井田有合理的走向长度。一般情况下，井田走向长度应大于倾斜长度，以便于安排井下生产，如井田走向长度过短，则难以保证矿井各个开采水平有足够的储量和服务年限，造成水平接替紧张；若为了保证矿井各个开采水平有足够的储量和服务年限，必然要加大水平垂高，这样会给矿井生产带来困难。如走向长度过大，又会给通风和运输带来困难。因此，在矿井生产能力一定的情况下，井田走向长度过短，将降低矿井的经济效益。根据我国目前开采技术条件，一般小型矿井的走向长度不小于1500 m；中型矿井不小于4000m；大型矿井不小于7000m。（三）合理规划矿井开采范围，处理好相邻矿井之间的关系划分井田边界时，通常把煤层倾角不大，沿倾斜延展很宽的煤田，分成浅部和深部两部分。一般应先浅后深，先易后难，分别开发建井，以节约初期投资，同时避免浅、深部矿井形成复杂的压茬关系。浅部矿井井型及范围可比深部矿井小。当需加大开发强度，必须在浅、深部同时建井或浅部已有矿井开发需在深部另建新井时，应考虑给浅部矿井的发展留有余地，不使浅部矿井过早地报废。（四）为矿井发展留有余地划分井田时，应充分考虑煤层赋存条件、技术发展趋势等因素，适当将井田划得大一些或者是为矿井留一个后备区，为矿井的发展留有适当的余地。二、井田的划分方法（一）垂直划分相邻矿井以某一垂直面为界，沿境界线各留井田边界煤柱，称为垂直划分。井田沿走向两端，一般采用沿倾斜线、勘探线或平行勘探线的垂直面划分，如图1-6所示。一、二矿之间及三矿左翼边界。近水平煤层井田无论是沿走向还是沿倾向，都采用垂直划分法，如图1-7所示。（二）水平划分以一定标高的水平面为界，即以一定标高的煤层底板等高线为界，并沿该煤层底板等高线留设边界煤柱，这种方法称为水平划分，如图1-6所示。三矿井田上部及下部边界就是分别以-300m和-600m等高线为界的，这种方法多用于划分倾斜和急倾斜煤层以及倾角较大的缓斜煤层井田的上下部边界。图1-6 井田境界划分方法1垂直划分；2水平划分；3以断层为界图1-7 近水平煤层井田境界划分方法（三）按煤组划分按煤层（组）间距的大小来划分矿界，即把煤层间距较小的相邻煤层划归一个矿井开采，把层间距较大的煤层（组）划归另一个矿井开采，这种方法一般用于煤层或煤组间距较大、煤层赋存浅的矿区，如图1-8中的矿与矿即为按煤组划分矿界并且同时建井。另外，矿界还可以按地质构造条件来划分，例如以断层为矿界，各矿沿断层线留矿界煤柱。如图1-8中，矿与、矿的矿界，如图1-6中二、三矿右翼边界。图1-8 矿界划分及分组与集中建井1、2浅部分组建斜井；3深部集中建井第三节 井田内再划分煤田划分为井田后，井田的范围仍然很大。其走向长度可达数千米甚至万余米，斜长可达数千米。还需将井田进一步划分为若干更小的部分，才能有计划地进行开采。一、井田划分为阶段和水平1.阶段在井田范围内，沿着煤层的倾斜方向，按一定标高把煤层划分为若干个平行于走向的长条部分，每个长条部分叫做阶段，如图1-9。每个阶段均有独立的生产系统。在阶段下部布置运输大巷，在阶段上部布置回风大巷。2.水平广泛意义上讲，水平是具有某一标高的水平面。水平用标高来表示，如图1-9中的0m、-150 m、-300 m等。在矿井实际生产中，为了说明水平的位置、顺序，相应的称其为0水平、-150水平、-300水平等；也可称为第一水平、第二水平、第三水平等。在矿井中，通常将布置有井底车场、阶段运输大巷的水平，称为“开采水平”，简称为“水平”。井田内阶段和水平的开采顺序是：一般先采上部阶段和水平，后采下部阶段和水平。这样做建井时间短，生产条件好。图1-9 井田划分为阶段和水平J1，J2，J3第一、二、三阶段；h阶段斜长；l1，L2，L3第一、二、三水平1阶段运输大巷；2阶段回风大巷二、阶段内再划分井田划分为阶段后，阶段的范围仍然很大，要再划分到开采基本单元，以适应开采技术的要求。按阶段内准备方式，阶段内的划分一般有三种方式：即采区式、分段式、带区式。1.采区式划分在阶段范围内，沿煤层走向划分为若干个具有独立生产系统的块段，每一块段称为采区，图1-10中，沿倾向划分为3个阶段，在每个阶段内沿走向划分为4个采区。采区范围：其斜长与阶段斜长相等，走向长度取决于开采工艺。斜长一般为6001000m，走向长度一般为5002000m。若要采用走向长壁采煤法，还要沿倾向将采区划分为若干个长条部分，每一个长条部分叫做区段。如图1-10中A，采区内划分为3个区段，每个区段斜长布置一个工作面，工作面沿走向推进。通常把上山（或下山）布置在采区走向中央，使其形成双翼采区。每个区段下部边界布置区段运输平巷，上部边界布置区段回风平巷；各区段平巷通过采区运输上山（或下山）、轨道上山（或下山）与开采水平大巷连接，构成生产系统。图1-10 采区划分J1，J2，J3第一、二、三阶段；C1，C2，C3，C4第一、二、三、四采区；Q1，Q2，Q3第一、二、三区段1阶段运输大巷；2阶段回风大巷；3采区运输上山；4采区轨道上山；5区段运输平巷；6区段回风平巷2.分段式划分在阶段范围内，沿倾向把煤层划分为若干个平行于走向的长条部分，每个长条部分称为分段，每个分段斜长布置一个工作面，这种划分称为分段式。分段范围：走向长度与阶段走向长度相等，斜长为布置一个工作面的长度。采煤工作面沿走向由井田中央向边界连续推进，或由井田边界向井田中央推进，如图1-11所示。分段平巷通过主要上（下）山与开采水平大巷联系，构成生产系统。分段式划分与采区式划分相比，减少了采区上（下）山及硐室工程量；采煤工作面可以连续推进，减少了搬家次数，生产系统简单。但是，分段式划分仅适用于地质构造简单、走向长度较短的井田。因此，分段式划分应用上受到限制，在我国很少使用。3.带区式划分在阶段范围内沿煤层的走向划分为若干个具有独立生产系统的倾斜条带，每个条带叫做一个带区，带区内又划分为若干个倾斜分带，每个分带布置一个采煤工作面（或对拉形式），如图1-12所示。分带内，工作面沿煤层倾斜（仰斜或俯斜）推进，既由阶段下部边界向上边界或者由阶段上部边界向下部边界推进。一般26个分带组成一个带区。分带布置工作面适用于倾斜长壁采煤法，巷道布置系统简单，比采区式布置掘进工作量小，但分带工作面两侧分带斜巷掘进困难、辅助运输困难。目前，我国大量应用的是采区式。在煤层倾角小于120的条件下，带区式的应用正在扩大。图1-11 分段式划分 图1-12 带区式划分J1，J2，J3阶段；D1、D2、D3分段； J1，J2，J3阶段；1阶段运输大巷；2风井；3、4主要运输上山； F1,F2,F6带区；5分段运输平巷；6分段回风平巷 分带三、井田直接划分为盘区或带区开采近水平煤层时，由于煤层倾角很小，井田沿倾向的高差很小，这时不再划分为阶段，而是将井田直接划分为盘区或带区。通常，在近水平煤层中，沿煤层主要延展方向布置大巷，在大巷两侧划分成若干个具有独立生产系统的块段，每个块段称为盘区或带区，如图1-13所示。盘区内巷道布置方式及生产系统与采区布置相同；划分为带区时，则与阶段内的带区式布置基本相同。图1.13 井田直接划分为盘区P1，P2，P3，P4第一、二、三、四盘区采区、盘区、带区的开采顺序一般采用前进式，即从井田中央块段向边界块段顺序开采。如果在中小型矿井中，井田的走向长度较短，为了减少巷道的采动影响，也可采用采区、盘区、带区后退式开采，即从井田边界块段向中央块段顺序开采。第四节 矿井储量、生产能力和服务年限一、矿井储量（一）矿井储量分级分类2003年3月1日起，按国家现行标准固体资源储量分类（GBT17766）及煤、泥炭地质勘查规范（DZT0215）划分矿井资源储量类型，计算“矿井地质资源储量”、“矿井工业资源储量”、“矿井设计资源储量”和“矿井设计开采储量”。依照该规范，煤炭储量按可行性评价阶段分为概略研究、预可行性研究和可行性研究储量；从经济意义上分为经济的、边经济的、内蕴经济的和经济意义未定的基础储量；从地质可靠程度上分为探明的、控制的、推断的、预测的储量，如表1-1。表1-1 固定矿产资源储量分类表经济意义地质可靠程度查明矿产资源潜在矿产资源探明的控制的推断的预测的经济的可采储量（111）基础储量（111b）预可采储量（121）预可采储量（122）基础储量（121b）基础储量（122b）边经济的基础储量（2M11）基础储量（2M21）基础储量（2M22）次边经济的资源量（2S11）资源量（2S21）资源量（2S22）内蕴经济的资源量（331）资源量（332）资源量（333）资源量（334）？说明：表中所用编码（111334）：第1位数表示经济意义：即1经济的，2M边经济的，2S次边经济的，3内蕴经济的；？经济意义未定的；第2位数表示可行性评价阶段：即1可行性研究，2预可行性研究，3概略研究；第3位数表示地质可靠程度：即1探明的，2控制的，3推断的，4预测的，b未扣除设计、采矿损失的可采储量。 煤炭资源量估算指标见表1-2所示：表1-2 煤炭资源量估算指标表炼焦用煤长焰煤、不粘煤弱粘煤、贫煤无烟煤褐煤煤层厚度（m）井采倾角2500.70.81.52504500.60.71.44500.50.61.3露天开采1.01.5最高灰分Ad(%)40最高硫分St.d(%)3最低发热量Qnet.d(MJ/kg)17.022.115.71.矿井预可行性研究资源/储量类型及计算（以详查地质报告为基础）（1）矿井地质资源量：详查地质报告提供的查明煤炭资源的全部。包括控制的内蕴经济的资源量332、推断的内蕴经济的资源量333。（2）矿井工业资源/储量:地质资源量中控制的资源量332，经分类得出的经济的基础储量122b、边际经济的基础储量2M22，连同地质资源量中推断的资源量333的大部，归类为矿井工业资源量/储量。矿井工业资源/储量依据表1-1和表1-2的分类原则和指标，对控制的资源量进行预可行性综合评价和经济意义分类；对推断的资源量作资源量可靠性评价后乘以可信度系数。见矿井工业资源/储量归类框架： 经济基础储量122b 控制的资源量332 边际经济的基础储量2M22 边际经济的基础储量2S22 工业资源/储量地质资源量 推断的资源量333 333k注：k-可行度系数，取0.70.9。地质构造简单、煤层赋存稳定的矿井，k值取0.9；地质构造复杂、煤层赋存不稳定的矿井，k值取0.7。矿井工业资源/储量按下式计算：矿井工业资源/储量=122b+2M22+333k （1-1）（3）矿井设计资源量/储量：矿井工业资源/储量减去设计计算的断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱、地面建（构）筑物煤柱等永久煤柱损失量后的资源/储量，称矿井设计资源/储量。（4）矿井设计可采储量：矿井设计资源/储量减去工业场地和主要井巷煤柱的煤量后乘以采区回采率，为矿井设计可采储量。2.矿井预可行性研究资源/储量类型及计算（以勘探地质报告为基础）（1）矿井地质资源量：勘探地质报告提供的查明煤炭资源的全部。包括探明的内蕴经济的资源量331、控制的内蕴经济的资源量332、推断的内蕴经济的资源量333。（2）矿井工业资源/储量:地质资源量中探明的资源量331和控制的资源量332，经分类得出的经济的基础储量121b 和122b、边际经济的基础储量2M21和2M22，连同地质资源量中推断的资源量333的大部，归类为矿井工业资源量/储量。矿井工业资源/储量依据表1-1和表1-2的分类原则和指标，对探明的和控制的资源量进行预可行性综合评价和经济意义分类；对推断的资源量作资源量可靠性评价后乘以可信度系数。见矿井工业资源/储量归类框架： 经济基础储量121b 探明的资源量331 边际经济的基础储量2M21 次边际经济的基础储量2S21 经济基础储量122b地质资源量 控制的资源量332 边际经济的基础储量2M22 次边际经济的基础储量2S22 工业资源/储量 推断的资源量333 333k矿井工业资源/储量按下式计算：矿井工业资源/储量=121b+122b+2M21+2M22+333k （1-2）（3）矿井设计资源量/储量：矿井工业资源/储量减去设计计算的断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱、地面建（构）筑物煤柱等永久煤柱损失量后的资源/储量，称矿井设计资源/储量。（4）矿井设计可采储量：矿井设计资源/储量减去工业场地和主要井巷煤柱的煤量后乘以采区回采率，为矿井设计可采储量。3.矿井可行性研究资源/储量类型及计算（以勘探地质报告为基础）（1）矿井地质资源量：勘探地质报告提供的查明煤炭资源的全部。包括探明的内蕴经济的资源量331、控制的内蕴经济的资源量332、推断的内蕴经济的资源量333。（2）矿井工业资源/储量:地质资源量中探明的资源量331和控制的资源量332，经分类得出的经济的基础储量111b 和122b、边际经济的基础储量2M21和2M22，连同地质资源量中推断的资源量333的大部，归类为矿井工业资源量/储量。矿井工业资源/储量依据表1-1和表1-2的分类原则和指标，对探明的和控制的资源量进行预可行性综合评价和经济意义分类；对推断的资源量作资源量可靠性评价后乘以可信度系数。见矿井工业资源/储量归类框架： 经济基础储量111b 探明的资源量331 边际经济的基础储量2M11 次边际经济的基础储量2S11 经济基础储量122b地质资源量 控制的资源量332 边际经济的基础储量2M22 边际经济的基础储量2S22 工业资源/储量 推断的资源量333 333k矿井工业资源/储量按下式计算：矿井工业资源/储量=111b+122b+2M11+2M22+333k （1-3）（3）矿井设计资源量/储量：矿井工业资源/储量减去设计计算的断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱、地面建（构）筑物煤柱等永久煤柱损失量后的资源/储量，称矿井设计资源/储量。（4）矿井设计可采储量：矿井设计资源/储量减去工业场地和主要井巷煤柱的煤量后乘以采区回采率，为矿井设计可采储量。为了便于学习理解，能够换算新旧煤炭储量分级和储量分类，有必要将2003年之前采用的煤炭储量分级和储量分类方法简介如下：1.储量分级2003年之前采用的储量分级，是根据煤田的地质勘探程度和研究程度，分为A、B、C、D四级。A、B级称为高级储量，C、D级称为低级储量。储量级别越高，表明煤层地质情况被查明的程度越高，储量的可靠性越高。2.储量分类储量分类则是根据当时的能源政策和煤炭资源状况，按当时的开采技术水平和煤炭储量被查明的程度，将矿井储量分为：可采储量工业储量（A+B+C） 能利用储量（A+B+C+D） 设计损失量矿井地质储量 远景储量（D）尚难利用储量（1）矿井地质储量矿井地质储量，是指矿井技术边界范围内的全部煤炭的储量。包括能利用的储量和尚难利用的储量。（2）能利用的储量又称平衡表内储量，是指煤层的赋存情况及煤质符合当前矿井开采技术经济条件，且在目前技术条件下可以开采的储量。包括工业储量和远景储量。（3）尚难利用储量又称平衡表外储量，是指由于煤层灰分高、厚度薄、地质条件复杂，在目前技术条件下暂时不能开采的储量。但是随着科学的发展，开采技术提高，今后有可能开采和利用。确定能利用储量和尚难利用储量界线的最基本条件，是煤层的厚度和灰分。国家确定了对煤层最低可采厚度和最高灰分的要求。在缺煤地区，为了满足当地工业用煤和民用煤的需要，充分合理地利用煤炭资源，在确定能利用储量及尚难利用储量的边界时，对煤层最低开采厚度和最高灰分的要求可以放宽，制定适合本地区的标准，经上级有关部门批准后执行。（4）工业储量指能利用储量中的A+B+C级储量总和。小型矿井可按能利用储量中的A+B+C+0.5D计算。工业储量可直接作为矿井设计和投资的依据。（5）远景储量指能利用储量中的D级储量。由于被查明的程度不够，有待于今后做进一步勘查提高储量级别。（6）可采储量指能利用储量中可以采出的那一部分储量。其计算式为ZK=(ZG-P)C (1-4)式中： ZK可采储量，万t； ZG工业储量，万t； P全矿性煤柱损失及构造地质和水文地质损失，万t； C设计采出率（二）对煤炭采出率的规定采区采出率：薄煤层不小于85%，中厚煤层不小于80%，厚煤层不小于75%；水力采煤的采区采出率：厚煤层、中厚煤层、薄煤层分别是70%、75%和80%。采煤工作面采出率：薄煤层不小于97%，中厚煤层不小于95%，厚煤层不小于93%。(三)储量损失在开采过程中，由于各种原因，不可能把全部储量开采出来，而要损失掉一部分储量，这部分损失为储量损失。储量损失分为设计损失和实际损失两部分。1.设计损失根据煤层赋存条件、所采用的采煤方法以及保证开采安全的需要，在设计中规定永远遗留在地下的一部分储量为设计损失。设计损失如下：(1)全矿性损失。包括矿界隔离煤柱、工业广场煤柱、井筒煤柱、建筑物下水体下及铁路下的煤柱、防水煤柱及长期使用的巷道煤柱；由于地质构造复杂及水文地质条件复杂不能开采的损失；采区设计损失。(2)采区损失。包括采煤工作面的设计损失与采煤方法有关的损失。(3)采煤工作面损失。包括面积损失、厚度损失和落煤损失。面积损失是指在开采过程中，部分地段不能开采所造成的损失；厚度损失是指在采煤工作面上遗留顶煤或底煤，厚煤层分层开采时留设过多的煤皮假顶所造成的损失等；落煤损失是指工作面在开采过程中遗留在采煤工作面或巷道中的浮煤。2.实际损失指在开采过程中实际发生的煤量损失，根据其发生的范围，也可分为采煤工作面损失、采区损失和全矿井损失。由于管理和技术等方面的影响，储量实际损失往往大于合理的设计损失。其中，凡是符合设计规定的煤炭损失均为合理损失；凡是设计上没有规定或生产过程中不应有的煤炭损失均为不合理损失。不合理损失主要包括：1)违反开采顺序所造成的损失(1)先采下层煤或下分层，破坏了上层煤或上分层所造成的损失。(2)先采下水平或下阶段，破坏了上水平或上阶段所造成的损失。2)不按设计规定开采所造成的损失(1)超过设计规定尺寸留设煤柱的煤量。(2)超过设计规定厚度留设的煤皮的煤量。(3)超过设计规定的落煤损失量。(4)乱采巷道煤柱造成的损失煤量。3)采用不合理的巷道布置所造成的损失4)采用非正规的采煤方法所造成的损失5)井下水灾所造成的损失(1)采区或巷道被水淹没后，不能再进行开采的煤量。(2)在被淹采区或巷道下部的邻近煤层，因受上部水的威胁，不能开采的煤量。6)井下火灾所造成的损失(1)在火区内已被燃烧掉的煤量。(2)由于火灾不能开采的煤量。7)巷道或工作面冒顶所造成的损失(1)巷道或工作面冒顶后，必须重开巷道或开切眼从而损失在新开巷道与冒顶区间的煤量。(2)采区巷道冒顶后，造成行人、通风困难，由于经济上或技术上的不合理没有必要另开巷道，从而损失的煤量。 8)在矿区或采区内，按技术经济条件完全可以开采而未能采出的煤量二、矿井生产能力矿井生产能力是煤矿生产建设的重要指标，在一定程度上综合反映了矿井生产技术面貌，是井田开拓的一个主要参数，也是井田开拓方式的重要依据之一。大型矿井的产量大、装备水平高、生产集中、效率高、服务年限长，能较长时间的供应煤炭，是我国煤炭工业的骨干。但是大型矿井的初期工程量大，施工技术要求高，需要较多的设备，特别是现代化的先进设备和重型设备，建井工期较长，生产技术管理也比较复杂。小型矿井的初期工程量和基建投资比较少，施工技术要求不太高，技术装备比较简单，建井期短，能较快地达到设计能力。但其生产比较分散、效率低，矿井服务年限较短，而且占地相对较多。矿井设计生产能力，应根据资源条件、外部建设条件、国家对煤炭资源配置及市场需求、开采条件、技术装备、煤层及采煤工作面生产能力、经济效益等因素，依照投资少、出煤快、经济效益好的原则合理确定。1.井田储量矿井设计生产能力应与其储量相适应，以保证有足够的矿井和水平服务年限。因此，井田储量是确定矿井设计生产能力的一个重要因素。通常，井田储量越大，矿井生产能力越大；反之，则矿井生产能力应小。我国对各类井型的矿井和水平的设计服务年限要求如表1-3所列。表1-3 我国各类井型的矿井和第一水平设计服务年限矿井设计生产能力Ma.t-1矿井设计服务年限a第一开采水平设计服务年限煤层倾角25煤层倾角2545煤层倾角456.00及以上70353.005.0060301.202.40502520150.450.9040201515扩建后的矿井设计服务年限为:见表1-4。表1-4 扩建后的矿井设计服务年限矿井设计生产能力Ma.t-1矿井设计服务年限a6.00及以上603.005.00501.202.40400.450.90302.地质与开采条件地质与开采条件是确定矿井设计生产能力的基本条件。煤层赋存稳定、构造简单、开采条件好，则为采用先进工艺、技术、设备以及建设现代化大型矿井提供了客观条件。根据我国矿区生产建设实践和经验，对于煤田范围大，储量丰富、地质构造简单、煤层生产能力大、开采技术条件好的矿区，宜建设大型矿井，如神府东胜矿区。对于煤层赋存深、构造较简单、资源丰富、冲积层厚且含水丰富，井筒需用特殊施工法时，为扩大井田开采范围，减少开凿井筒数目，降低吨煤投资，也宜建大型矿井，如兖州矿区、开滦矿区等。对于地形地貌复杂、构造简单、资源丰富、煤层生产能力较大的矿区，因井筒、工业场地的选择和布置比较困难，井田范围也宜划得大些，以建设大型矿井为宜，如古交矿区等。对于地质构造比较复杂、储量不很丰富、煤层生产能力不大或储量较丰富，但多为薄煤层、开采条件较差的矿区，宜建设中小型矿井。此外，煤层瓦斯涌出量、煤与瓦斯突出与否、冲击地压、涌水量与突出威胁及自然发火因素均制约着矿井设计生产能力，设计时必须综合考虑这些不利因素。为了实现生产集中化，提高经营效益，减少初期工程量和基建投资，并及早投产，根据地质和开采条件，一般以一个开采水平保证矿井设计能力，且每翼同时生产的采区数目一般不宜超过2个。目前，现代化矿井已大多实现一矿一井一面（或两面）的高度集中生产。3.技术装备水平技术装备是提高矿井生产能力的技术手段，因此，决定矿井生产能力最主要的因素是采掘技术和机械装备。对新矿井设计来说，是根据矿井生产能力的需要选用合适的技术装备水平，一般不成为限制生产能力的因素。但如果设备供应条件限制，则有可能按限定的设备能力来确定矿井生产能力。新设计矿井的各生产环节都有30%50%的富裕能力，足以保证矿井开采的要求。当煤层条件较好，或因采用了新技术、新工艺，采煤工作面单产和采区生产能力有了大幅度的提高，增加矿井产量受到原有生产环节能力限制时，则可进行矿井改建或扩建，改造生产环节，保证矿井有较高的综合生产能力。煤炭工业的发展历史，在一定意义上讲，也是采掘技术和机械准备的发展历史。各种自然因素对生产能力的限制，将随着技术和设备的不断发展而日益减少，采掘机械的革新是提高矿井生产能力的核心。4.安全生产条件主要指瓦斯、通风、水文地质等因素的影响。如矿井的瓦斯涌出量大，所需风量大，则通风能力成为限制井型的因素。生产矿井有不少因通风能力不足而改造通风系统，以满足矿井增产需要。涌水量很大时，为了减少矿井排水的年限，可适当加大开采强度，缩短开采年限。恶劣的自然条件对采区生产有极大的影响，势必限制了矿井生产能力的提高。在上述四个方面中，储量是基础，开采能力是关键。对开采能力估计过高，矿井投产后，长期达不到设计生产能力；对开采能力估计过低，矿井投产后，迅速突破设计能力。技术装备水平是主导因素，必须不断提高机械设计制造水平。安全生产条件必须保证，可以采取多种措施，如果需要风量大，可以增大巷道断面，增开巷道，实行分区通风。因此，矿井生产必须根据具体情况，进行综合比较后才确定。科学地确定矿井井型，要具体分析，尽量选择有利于加快矿区建设的井型方案。做到该大则大，该小则小，实行大、中、小相结合的方针。一方面，择优技术大型矿井；另一方面，在条件合适的地方多建设中小型矿井。三、矿井服务年限矿井服务年限是指按矿井可采储量、设计生产能力，并考虑储量备用系数计算出矿井服务年限。一般来说，矿井服务年限一定要与矿井的生产能力相适应，即各类井型都有适宜的服务年限。矿井储量Zk,矿井设计生产能力A和服务年限T三者之间的关系为：T=式中 Zk矿井可采储量，万t；T矿井设计服务年限，a；A矿井设计生产能力，万ta；K矿井储量备用系数，一般取1.31.5。储量备用系数是为保证矿井有可靠的服务年限而在计算时对储量采用的富裕系数。考虑储量备用系数的原因是：矿井生产环节有一定的储备能力，矿井投产后，产量迅速提高；局部地质条件变化，使储量减少；有的矿井由于技术原因，使采出率降低，从而减少了储量。为保证有合理的服务年限，确定井型时，必须考虑储量备用系数。矿井服务年限参照表1-3。矿井设计生产能力及服务年限大小，体现矿井开采强度的大小，不只是影响一个矿井的开采技术经济效果，而且影响整个矿区。如果矿井设计生产能力确定过小，矿井服务年限可能过长，将使大量煤炭积压不能满足对煤炭的需求；相反，如果矿井设计生产能力确定过大，可能会造成矿井长期达不到设计产量，或生产分散、接替紧张，以致服务年限过短，矿井很快报废，进而影响其他工业的协调发展。当井型一定时，其服务年限必须与之相适应，才能获得很好的技术经济效果。一般来说，井型大的矿井，基建工程量大，准备水平高，基本建设投资多，吨煤投资高，为了发挥投资的效果，矿井的服务年限就应长一些。小型矿井的准备水平低，投资少，服务年限可以短一些。对于缺煤地区，为了加大煤炭资源开发强度，矿井服务年限可适当短一些。随着煤炭开采技术的进步，煤炭科学技术更新步伐加快，设备更新周期逐步缩短，矿井服务年限有缩短的趋势。我国兴隆庄、东滩、大兴、济宁三号等矿井，年生产能力为3.005.00Mt，服务年限为81139 a，而英国、美国、德国的一些矿井，年生产能力为3.0011.00Mt，服务年限为2545a。在具体矿井设计中，为求得合理的矿井生产能力和服务年限，往往提出几个方案进行技术经济比较，从中选择合理的方案。复习思考题1.解释矿区、煤田和井田的概念。2.煤田划分为井田要考虑哪些主要因素？3.井田境界的划分方法有哪几种？4.绘图说明阶段和水平的概念。5.阶段内是如何再进行划分的？6.确定矿井服务年限时为什么考虑储量备用系数？第二章 井田开拓在煤矿建井过程中，合理确定矿井生产能力，井田范围，进行井田内的划分，确定井田开拓方式，井筒数目及位置；选择主要运输大巷布置方式及井底车场形式；确定井筒延深方式及井田开采顺序等。这些问题关系到矿井生产系统的总体部署，既影响着矿井建设时期的技术经济指标，又将影响到整个矿井生产时期的技术面貌和经济效益。因此，对矿井开拓方式的选择要综合考虑各种因素的影响。第一节 井田开拓概述一、井田开拓的概念及分类（一）井田开拓的概念由地表进入煤层为开采水平服务所进行的井巷布置和开掘工程称为井田开拓。由于不同条件下的煤层赋存状态、地质构造、水文地质、地形及技术水