采矿学(河南理工大学).docx

第一节 准备方式的概念及分类为了采煤,必须在已有开拓巷道的基础上,再开掘一系列准备巷道与回采巷道,构成完整的采准系统,以便人员通行、煤炭运输、材料设备运送、通风、排水和动力供应等正常进行。准备巷道包括采 (盘)区上(下)山,区段石门或斜巷、采(盘)区车场,煤层群开采时的区段集中平巷等。在一定的地质开采技术条件下,怎样去布置准备巷道以及在什么范围内布置,可以有多种方式。准备巷道的布置方式称准备方式。合理的准备方式,一般要在技术可行的多种准备方式中进行技术经济分析比较后,才能确定。准备方式是否适当直接关系着工作面和矿井的生产效果。正确合理的准备方式应遵循以下几项原则： 有利于矿井合理集中生产,使采准巷道系统有合理的生产能力和增产潜力； 保证具备完善的生产系统,有利于充分发挥机电设备的效能,并为采用新技术、发展综合机械化和自动化创造条件 力求在技术和经济上合理,尽量简化巷道系统,减少巷道掘进和维护工程量,减少没备占用台数和生产费用,便于采掘正常衔接； 煤炭损失少,有利于提高采出率； 安全生产条件好,符合煤矿安全规程的有关规定。 准备方式种类很多,可根据不同特点进行分类。一、按煤层赋存条件采区式、盘区式与带区式准备除近水平煤层以外,井田一般按定标高划分成若干个阶段。阶段内可有采区式、分段式及带区式三种准备方式。分段式准备用于走向尺寸很小的井田,目前,我国大多采用采区式准备,即在阶段内沿走向划分成若干生产系统相互独立的采区；倾角在 12以下的煤层也可不划分采区,采用在大巷两侧直接布置工作面的带区式准备。带区式准备时,可以是相邻两个分带组成个采准系统,同采或不同采,合用个带区煤仓；也可由多个分带(如46个)组成一个采准系统,开掘为多分带服务的准备巷道,如带区运煤平巷及煤仓、带区运料斜巷等。在近水平煤层中,由于煤层没有明显的走向,井田内标高差别小,很难沿一定走向、一定标高划分成阶段,因而将井田直接划分为盘区 (或分带)。由于倾角很小,盘区内的准备也有其一定特点,可有上(下)山盘区与石门盘区等不同准备方式。上山盘区准备方式与上山采区准备方式基本相同。由于倾角较小,上山与区段巷道般用倾斜或垂直巷道联系。石门盘区准备方式的主要特点是倾角很小时,可以将盘区运输上山改为盘区运输石门,机车直接进入盘区石门进行装车,取消了上山胶带运煤的运输环节,简化了生产系统。近水平煤层井田直接划分为带区时,其准备方式与阶段内带区式准备基本相同。综上所述并结合我国应用情况,准备的基本方式n归纳为采区式、盘区式及带区式三种。采区式应用最为广泛；盘区式准备应用有一定局限性且与采区式准备有不少相似之处；带区式准备相对较简单,因此本篇内容以阐述采区式准备为主。二、按开采方式上山采 (盘)区与下山采(盘)区准备当煤层倾角较小 (一般小于16)时,可利用开采水平大巷来分别开采上、下山采区。开采水平标高以下的采区称下山采区,采区内布置采区下山等准备巷道,采出的煤通过下山,由下往上至开采水平,反之则称为上山采区。当煤层倾角较大时,采用下山开采、掘进、运输、通风、排水等困难较大,一般只开采上山采区。近水平煤层条件下,大巷照例布置在井田中部,向两侧发展布置盘区。按煤层倾斜趋向分为上山盘区或下山盘区。同样,带区式准备时,开采水平可分别开采上山式带区及下山式带区。三、按采区上 (下)山的布置单翼采区、双翼采区与跨多上山采区准备图61 单采准备的几种方式a-双翼采区 b-单翼采区前上山 c-单翼采区后上山 d-跨多上山采区双冀采区如图61（a)是应用最广泛的一种准备方式。其特点是采区上(下)山布置在采区中部,为采区两翼服务,相对减少了上山及车场的掘进工程量。受自然条件 (如断层)及开采条件(如留有保护地面设施的煤柱)影响,走向长度较短时,可将上(下)山布置在采区侧边界,此时采区只有一翼,称为单冀采区。上(下)山布置在采区近井田边界方向一侧称前上（下）山单翼采区；反之称后上下山单翼采区。采用前上下山时,煤炭运输折返现象,增加了运输工作量,但工作面可跨过上山连续推进。如何选择要根据具体情况来定。如采区一侧边界为保护煤柱,则可将上下山布置在煤柱内,以减少煤柱损失。跨多上山（前上山）采区准备是近几年随着机械化采煤、特别是综采的发展而产生的一种布置方式。上山一般布置在煤层底板岩层中,沿走向每 500-l000m(一台胶带机长度)布置一组上山。采煤工作面可跨几组上山连续推进,以减少工作面搬迁。这种由若干个单翼采区组成的大采区的准备方式,一般应用于地质构造较简单的条件下。连续推进几组上山要视地质开采条件确定。条件好时,也可在井田翼连续推进。目前应用的多是跨前上山连续推进的准备方式,即采区和工作面都是由井田中部向井田边界推进。由井田边界向井田中部的跨后上山连续推进的准备方式则比较少见。总的来说,这种方式初期工程量大, 占用设备较多,目前尚未广泛应用。同样,石门盘区准备时,也有双冀和单翼盘区之分,但更多的是双翼盘区；也有跨多石门盘区准备。四、按煤层群开采时的联系单层准备与联合准备单层准备即各煤层独立布置自己的准备巷道,生产系统互相独立。联合准备即几个煤层组成个统的采准系统。准备巷道一般为几个煤层共用,集中成为个采区。联合准备又分为集中上山联合准备和集中平巷联合准备两种基本形式,般情况下后者包含了前者。集中乎巷联合准备方式与厚煤层采用分层同采集中平巷布置方式基本相同,只不过前者足近距离煤层的集中,后者是厚煤层各分层的集中。煤层群相邻分带组成带区时,其分带准备,同样也可有分带单层准备与分带集中斜巷联合准备。综上所述,准备方式分类如图6-2所示。按其不同组合,可有数十种准备方式。例如,准备方式全称可按图中箭头方向所示,可有：上山双翼采区集中上山联合准备方式；上山单翼盘区集中平巷准备方式等。第二节 采区式准备 煤层群开采时,由开采水平大巷每隔一定距离(采区走向长)开掘采区石门,为各煤层服务。主要根据各煤层的间距不同,采区式准备方式有下列几种：一、煤层群单层准备方式 采区石门贯穿的各煤层均独立布置采区上山、装车站和车场(图63)。即按煤层各自布置采区,采区石门贯穿若干采区。单一薄及中厚煤层采区准备较简单,要解决的上要问题是：合理确定采区走向长度,沿煤层合理布置上山,合理划分区段及选择采区车场形式等,其系统参见图3-1。对于单厚煤层,除上述内容外,还要合理确定采区上山的层位,即煤层上山或岩石上山,一般大多用后者,其系统参见图41。由于对上山只为一层煤服务,上述两种方式均称为单层准备方式。二、采区多煤层联合准备方式 1-运输大巷2回风大巷3采区下部车场4运输上山5轨道上山6中部车场7上部车场8采区回风石门9区段运输石门10区段轨道石门11m1区段运输平巷12m1区段回风平巷13m2区段岩石集中运输平巷14溜煤眼15采区煤仓16联络斜巷17联络小石门图64 集中上山联合准备方式图64为煤层群采用采区集中上山的一种联合准备方式。上层煤为中厚煤层,采用单走向长壁采煤法。采煤系统采用区段平巷单巷布置；下层煤为厚煤层,采用倾斜分层走向长壁下行垮落采煤法。采煤系统采用分层同采“机轨合”集中巷布置。两层煤共用一组上山,但不共用区段集中平巷。采准工作由大巷1开掘采区下部车场3,向上开掘采区岩石集中运输上山4,采区集中轨道上山5,与回风大巷2贯通,形成通风系统后,在第1区段上部开掘采区回风石门8,在第1区段下部开掘区段运输石门9与区段轨道石门10,分别与上层煤贯通,在上层煤分别开掘区段运输平巷11,区段回风平巷12至采区边界开掘开切眼,形成工作面即可进行回采。掘进过程中同时开掘中部车场6,上部车场7及采区各种硐室。在上层煤回采的同时,掘进上层煤的区段岩石集中运输平巷 13及其联系巷道,为下层煤生产做好准备。三、生产系统 (1)运煤系统（动画演示）上层煤工作面采出的煤,由区段运输平巷11,区段运输石门9,溜煤眼14,运至采区运输上山4,采区煤仓15,由大巷1运至井底。(2)运料系统（动画演示）材料设备则由大巷经轨道上山,采区上部车场至采区回风石门8,轨道平巷12至工作面。(3)通风系统（动画演示）新鲜风流由大巷1至采区轨道上山5,区段轨道石门10至上层煤下区 段轨道平巷12,由联络巷至区段运输平巷11,冲洗工作面后由区段回风平巷12,采区回风石门8至回风大巷2排出。下区段生产时,区段轨道石门10、上区段岩石集中运输平巷13做为回风用,因此要求 轨道石门10也要与运输上山4相贯通。上区段生产时,在轨道石门10与运输上山4的连 接处设风门；下区段生产时应将风门移设到轨道石门10与轨道上山5的连接处附近。或如图6-5所示,增加一小段回风石门18,实现上下区段过渡时期同采。 上下区段同采时,上区段已采到m2下分层,通风系统同前,在轨道石门10中间设风门,使新风由中部车场6进入岩石运输集中平巷13；下区段开采m1,工作面污风由回风巷12排出,经轨道石门10,进入区段回风石门18,排至回风上山4。回风石门18与集中巷13的连接处需设风桥,或两巷不在一个平面内,擦顶而过。图65 上下区段过渡时期同采的通风系统四、煤层群分组集中采区联合准备方式 主要按层间距大小将煤层群分成若干组,每个组内采用集中联合准备,而各个组由于组间距较大,则不采用联合准备。采区石门贯穿若干组煤层。图6-6为两个分组的准备方式示意图。这种方式实际是上述两种准备方式的结合应用。 这种方式也可理解为煤层群内有若干独立的采区,每个采区均为联合准备。五、示例 开滦范各庄矿,矿井的全部可采煤层有自m5,到m12共七层煤,除m7,和m12是厚煤层采 用倾斜分层走向长壁下行垮落采煤法外,其余薄及中厚煤层均采用单一走向长壁采煤法,倾角11-15。该矿南三采区采平用集中上山,分组集中平巷联合准备,如图7-7所示。其巷道布置特为：采区输送机集中上山和轨道上山布置在叫底板岩层内,通风上山布置在m12b中。上组煤集中平巷16 、17布置在 m9。中,为开采 m5 、 m7 、 m9 服务,下组煤集中轨巷18布置在 m12b ,集中运输平巷19 布置在底板岩层中,为开采 m11 、m12 服务。区段集中平巷与各煤层间,门35的双斜巷联系,一条溜煤,一条运料和行人。在运料斜巷内设有小绞车和简易的架空人车。采区的走向长度为1000-1200m ,倾斜长度为700-800m ,划分为5个区段开采,采区设计生产能力为 90万ta ,服务年限8-10a 。这种联合准备方式,由于煤层倾角小,采用35双斜巷联系较采用双石门联系,工程量节约70,减少了投资和设备。但溜煤斜巷总长度达130m ,即使分段,每段长度也有60-70m ,因煤流重力加速度大,对斜巷破坏很大且斜巷受工作面超前压力和煤柱集中压力的影响,损坏严重,维修较困难。倾角35的斜巷,行人不便,大型设备运输困难回风下行,双斜巷断面小坡度大,不适应综采、综掘及新型辅助运输设备的应用。五、缓斜、倾斜煤层采区准备方式的选择 采区准备方式的选择主要取决于层间距及技术装备条件。普通机械化采煤条件下,当层间距较小(如小于2030 m),各煤层可采用共用集中上山的联合准备；当层间距进一步减少 (如1015 m)时,可进一步采用共用区段集中平巷的联合准备方式。这是 60年代以来,不断总结经验,改革发展的结果。上述经验参数可供参考。由于影响选择准备方式的因素较多,在具体选择时应根据条件,进行经济技术比较后确定。联合准备的主要优点是：(1)在采区内可适当布置较多的工作面同时生产,有利于提高采区生产能力,减少矿井同时生产采区数目,生产集中。与同样多的工作面数分散布置相比可减少辅助生产环节、设备和人员,提高劳动生产率。(2)各煤层共用组集中上山、比单一煤层布置巷道要减少组至几组上山。采区上山一般较多布置在煤层底板岩层中,掘进费高一些,但维护费用大量减少,并为生产创造了良好条件。当各煤层共用一条区段集中平巷,各煤层内的区段平巷采取超前采煤工作面掘进的方法随采随掘,且采后报废,巷道的维护时间大大缩短,因而使区段干巷的维护费用大大降低。(3)可提高采出率、降低煤炭损失。在单层开采时,由于每个煤层都要布置上山,并在其两侧留设煤柱煤柱一般至少要留60一80m宽,故增加厂煤炭损失。联合准备的采区上山如布置在底板岩层中,则可不留保护煤柱,或者只在布置上山的下部一层煤中留设。此外,在采用区段岩石集中平巷时,由于改善了区段巷道的维护条件,采区走向长度可以增加,相对地减少丁采区边界煤柱损失,并且为取消区段煤柱进行沿空掘巷创造了条件, 这样又可以大量降低煤炭损失。(4)联合准备时的集中上山和集中平巷,可布置在比较坚固稳定的岩层中,可按设计坡度和方向施工,巷道规格质量易于保证,也便于高效能运输设备的采用、安装和运转。联合准备的缺点,主要是岩石巷遭的掘进工程量大,准备新采区的时间较长,巷道之间的联系和生产系统比较复杂,并且要求具有较高的生产管理水平。70年代发展综采以来,采区准备又有单层化布置的趋势,这是由于：(1)综采单产高,一般为普采的23倍以上,炮采的45倍以上,采区内不需要多工作面同采,往往一个综采工作面就能达到采区生产能力；近期发展的大功率综采设备日产达万吨以上。(2)综采推进度快,丽岩巷掘进技术发展较慢,掘进速度低,掘进跟不上采煤。因此,要 求尽量少开岩巷,不开岩巷。(3)由于支护技术手段的改进,一般煤巷维护困难问题已逐步解决。(4)由于综采生产能力大平巷采用可伸缩胶带机运输,输送能力大,铺设距离长。 所有这些,使得没有或很少有必要再来布置很多岩巷的联合准备采区。因此,些开理及装备条件较好的矿区,如潞安矿务局一些矿井的厚煤层中已成功地采用了单层的全煤层采准巷道布置方式。就我国目前情况来看,大多数矿井采区上山仍布置在底板岩层中,因此集中上山的联合准备方式无沦综采、普采用得仍较多。而集中乎巷的联合准备方式在综采时的应用已日趋减少。当区段平巷采用无煤柱沿空留巷时,通常不采用区段集中平巷准备。 第三节 盘区式准备开采进水平煤层时,盘区准备有下山盘区和石门盘区方式。同时也有单层准备盘区和联合准备盘区之分。一、上 (下) 山盘区 (一)上(下)山盘区单层准备开采近水平薄及中厚单一煤层,可采用上(下)山盘区布置方式。盘区上(下)山多沿煤层布置,上(下)山之间相距1520m,两侧各留宽2030m的煤柱。运输上(下)山可采用刮板或胶带输送机,可以采用无极绳矿车运输。担负辅助运输的轨道上山,一般采用无极绳运输。为了便于无极绳轨道运输,中部车场处将铺设道岔的一段轨道上山调成平坡并与区段平巷顺向相联接,即中部车场为顺向平车场的布置形式。开采单一厚煤层时,盘区上(下)山一般布置在底板岩层中,用溜煤眼和斜巷与区段巷道相联,其特点与下面介绍的联合准备方式相似。(二)上山盘区集中上山联合准备巷道布置如图6-10 所示。盘区内开采两个煤层,自上而下为m1,和m2 ,厚度均为1.0-2.0m, 层间距离15mz 左右,煤层平均倾角5,地质构造简单,低瓦斯矿井。由于m1和m2 两煤层间距不大,故进行盘区；联合准备。盘区走向1200m ,为双翼开采,倾斜长1000m,划分为6个区段采用走向长壁采煤法,对拉工作面布置。巷道布置的特点是：水平运输大巷开在m2 煤层底板岩层中,当倾角很小时,可允许污风下行,总回风巷也可位于运输大巷一侧,并列布置,可开在m2中；盘区上山沿煤层布置：运输上山布置在m2中,轨道上山布置在m1中；区段煤层平巷为单巷布置,两层有关巷道以溜煤眼和斜巷相联系,大巷与轨道上山之间开掘一条盘区斜巷。1-岩石运输大巷2总回风巷 3盘区材料斜巷4盘区轨道斜巷5盘区运输上山6下部车场7进风斜巷8回风斜巷9煤仓10m1区段进风巷11m1区段运输巷12m2区段进风巷13m2区段运输巷14区段材料眼或斜巷15区段溜煤眼16甩车道17绞车房18无极绳尾轮19盘区材料斜巷绞车房20绞车房回风巷图610 上山盘区集中上山联合准备21下煤层回风眼盘区准备时,自岩石运输大巷1开掘盘区材料斜巷3和甩车道16,进入m1后,掘进盘区无极绳运输的轨道上山4,同时从下部车场6开掘进风斜巷7和盘区煤仓9,通达m2 。沿m2 掘进盘区运输上山5,并开掘回风斜巷8至m1。自轨道上山4分别开掘m1一二区段的进风巷10和运输巷11。自运输上山5开掘m2区段进风巷12,并从12向上掘区段材料斜巷隆14与m1区段进风巷10联通,开掘区段溜煤眼15通达运输上山。区段平巷掘至盘区边界后掘进工作面开切眼。盘区的煤炭运输和通风系统（动画演示）二、石门盘区集中平巷联合准备 自水平大巷开掘石门作为盘区主要运煤巷道的盘区称石门盘区。石门盘区的区段平巷布置、层间联系等问题与上下山盘区基本相同。图611为开采近距离煤层群的石门盘区集中平巷联合准备的巷道布置。 盘区巷道的掘进顺序是：自运输大巷1开掘盘区石门3（按0.3% 的坡度）,盘区轨道上山4（距煤层底板10m左右）,与回风大巷2连通。同时开掘车场绕道19和无极绳绞车房20。然后在区段上下边界位置,开掘盘区区段煤仓8 、进风巷9和材料绕道17,在距m38m 左右于底板岩层中掘进区段运输集中巷6和区段轨道集中巷7。自区段集中巷每隔一定距离(100-150m)分别掘进回风运料斜巷11,进风行人斜巷10和溜煤眼12,穿透三个煤层,自盘区边界沿m1掘进超前运输平巷13,回风平巷14和开切眼。与此同时开掘盘区其他的联络巷道和硐室。随着上部煤层工作面的开采,再随时掘进下部煤层或分层的超前运输平巷15和超前回风平巷16等。盘区生产系统（动画演示）:(1)运煤系统 自工作面采出的煤炭,由煤层(或分层)运输平巷13(或15),经溜煤眼12到运输集中巷6,运至区段煤仓8,在盘区石门3内装车外运。(2)运料系统 工作面所需的材料和设备,由运输大巷1经车场绕道19,通过无极绳运输的轨道上山4送至轨道集中巷7,然后由回风运料斜巷11提到各煤层或分层的回风平巷14(或16),而运至工作面。(3)通风系统 由运输大巷1来的新鲜风流,经盘区石门3、进风巷9进入运输集中巷6。再经进风行人斜巷10到各煤层(或分层)超前运输平巷13(或15)冲洗工作面。自工作面出来的污风,由煤层(或分层)回风干巷14(或16)经回风运料斜巷11到轨道集中巷7,再经轨道上山4到盘区回风大巷2,通向风井,排至地面。当采用对拉工作面布置时如图6-12所示。图612 采用对拉工作面时巷道布置图1运输大巷 2回风大巷 3盘区石门 4轨道上山 5区段岩石运输集中巷 6区段岩石轨道集中巷7煤仓 8进风行人斜巷 9材料斜巷 10溜煤眼 11煤层运输平巷 12煤层回风平巷 当煤层倾角很小,煤层稳定,有的矿将区段岩石运输集中平巷布置再于石门同一水平的标高上,使电机车经盘区石门直接进入区段集中平巷内在各溜煤眼下装车,如图613所示。这种布置方式具有运输系统简单,运输环节和设备少,有利于盘区施工准备等有点,但区段集中平巷的断面比较大,岩石工程量多。图613 电机车进入区段集中平巷时的巷道布置1岩石运输大巷 2盘区石门 3区段岩石运输集中巷 4进风行人巷 5进风联络巷 6煤层运输平巷 7采煤工作面 8煤层回风平巷 9回风联络巷 10回风运料斜巷 11区段岩石轨道集中巷 12溜煤眼 三、上山盘区与石门盘区的选择石门盘区主要是改善了盘区上山的运输和维护条件,具有以下优点：(1) 将盘区上山的倾斜运输变为盘区石门的水平运输,给使用电机车创造了条件,简化了运输系统,减少了运输环节,运输能力大,而且不受运输长度的限制,运输费用低。(2) 采用盘区石门后,各工作面的煤运至溜煤眼,后又入区段煤仓可起到缓冲和调节运输的作用,加之石门中电机车运输又不易发生故障,几个煤仓即使同时装车也不互相干扰,有利于工作面连续生产。(3) 岩石巷道维护工作量小,维护费用低,有利于改善工作条件和降低煤柱损失。石门盘区的主要问题是岩巷掘进工程量较大,掘进速度较慢,掘进费用较高。特别是在煤层倾角相对稍大、盘区倾斜长度大时,上部区段溜煤眼的高度也要随之增加 (高度较大的溜煤眼,仅在下部一段设煤仓)。因此,它仅适用于倾角很缓的近水平煤层。盘区巷道布置方式和类型的选择,应根据煤层地质条件、盘区生产能力大小和技术装备水平,通过方案比较分析加以确定。采用石门盘区时,应特别注意溜煤眼的高度不宜过大。根据窑街、阳泉区的经验认为,溜煤眼的高