005第五章 井田开拓中的几个主要问题.ppt

,第五章井田开拓中几个主要问题,第二篇井田开拓,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,主要内容,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。,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、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。,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。,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，尽可能使井筒靠近储最中央。,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,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,（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)要有足够的场地。(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。(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；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,（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；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。,（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、电缆所需的长度较大、有条件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；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；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。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。,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35，倾斜和急斜不少于23。,一、合理的水平垂高（三）要有利于采区的正常接替阶段斜长大，采区储量多，采区服务年限长、对采区的接替当然是有利的。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。每掘一米这类巷道(如大巷)所获得的可采煤量就增多。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35年，从上水平过渡到下水平也需要23年以上，故水平接替时间一般需58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。,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。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。,二、下山开采的应用当阶段高度一定时，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：运输:上山开采时，煤向下运输，上山的运输能力大，输送机的铺设长度较长，倾角较大时还可采用自溜运输，运输费用较低，但从全矿看，它有折返运输。下山开采时，向上运煤，没有折返运输，总的运输工作量较少。排水:采区上山开采的排水系统简单，采区内的涌水可以直接由采区上山道自流到阶段平巷。而采区下山开采的排水就复杂得多。下山采区排水可以采用各区段逐段排水的方法，也可以采用由采区下部集中一次排水的方法。和上山开采比较，无论哪一种排水方法都要增加排水设备和排水费用。此外，如果排水系统出现故障，将影响下山采区的生产，而上山采区则不存在这个问题。,（一）上下山开采的比较掘进：下山掘进的装载、运输、排水等工序比较复杂，因而掘进速度较慢、效率较低、成本较高、尤其当下山坡度大，涌水量大时，下山掘进更为困难。而上山掘进则方便的多。通风：上山开采时，新鲜风流由进风上山进入采区，清洗工作面后的污风经回风上山流入回风道，新风和污风均向上流动，沿倾斜方向的风路较短；而下山开采时，新鲜风流由进风下山进入采区、清洗采煤工作面后的污风经回风上山到回风道，风流在进风下山和回风下山内流动的方向相反，采区范围内沿倾斜方向的风路长，在通风最困难时，约比上山采区长一倍。并且，进风下山和回风下山相距一般约2030m，下山之间有巷道连通，用风门控制风流两下山之间的风压差较大，漏风较大，通风管理比较复杂，当瓦斯涌出量较大时，通风更困难。下山开采的主要优点是充分利用原有开采水平的井巷和设施，节省开拓工程量和基建投资，可延长水平报务年限，推迟矿井下一水平延深的期限。,（二）下山开采的应用条件(1)对倾角小于16的缓斜煤层，瓦斯及水的涌出量不太大。(2)当井田深部受自然条件限制，储量不多、深部境界不一、设置开采水平有困难或不经济时，可在最终水平以下设一部分下山采区。例如井田深部境界以斜交断层划分，将不可避免地要采部分下山煤。对某些用多水平开采的矿井，最下一阶段如仍采用上山开采，需延深井筒和开掘井底车场、大巷，并需掘较长的石门，厂程量大、投资多、工期长，如煤层倾角不大，就可采用下山开采。(3)一些多水平开采的矿井，出于开采强度大、井田走向长度短、水平接替紧张、原有生产水平保证不了矿井产量时，可在井田中央部分(靠近井筒部分)布置一个或几个下山采区，安排一部分生产任务，同时通过采区下山掘一部分下开采水平的大巷、车场及峒室，以加快下水平的开拓延伸。这种下山采区是生产水平过渡的临时措施，待大部分生产转入下开采水平时，将改为上山开采。,第三节阶段大巷布置,第三节阶段大巷布置,一、阶段运输大巷的运输方式阶段大巷的运输方式主要有轨道运输和胶带输送机运输两种。轨道运输时，大巷断面由电机车和矿车尺寸决定。它对巷道坡度要求较高，不允许有大的起伏，但对巷道平面弯度限制不大，只要弯道曲率半径能满足电机车和运行要求即可。胶带运输时，巷道断面一般比轨道运输要小。但为了机器检修，必须另开一条轨道巷与其并行。有时可将轨道与输送机布置在一条巷道内（称为机轨合一），但巷道断面要增加。,大巷运煤采用矿车或胶带输送机各有不同的特点：矿车:可同时统一解决煤、矸、物料和人员的运输问题，能适应矿井两翼生产的不均衡性，且能满足井下不同煤种的煤层分采分运的要求，对巷道弯曲没有多大限制，运煤过程中产生的煤尘较少，对通风安全较为有利。另外，长距离运输没有什么困难。胶带输送机:连续运输，运量大、效率高，易于实现自动化，对巷道坡度没有严格要求，但要求巷道直。其设备能力要考虑两翼产量分配不均的因素和每一翼运输的不均衡系数(后者可取1.25)，因而每翼设备均应留有较大的富裕能力。这样可能使设备利用不够充分。另外，为解决辅助运输问题,还需另开一条轨道辅助运输大巷或机轨合一巷。,沈阳煤矿设计院通过对国内一些矿井大巷运输方式的调查分析，主要对3t底卸式矿车与钢芯胶带输送机的基建费和生产经营费的分析比较：矿井一翼年产量为1.50Mt，运距在3km以内时，采用胶带运输优越，运距大于3km，采用矿车运输优越。因此，矿车运输适于运距长、拐弯多、不同煤种分运等条件。胶带运输则适于运量大、不存在多煤种分运、巷道又比较直等条件。目前，国有煤矿运输主要使用胶带运输，辅助运输是要使用电机车运输，特大型矿井多使用胶轮车做为辅助运输工具。,二、运输大巷的布置方式根据运输大巷所服务的煤层数，它的布置形式有分层运输大巷、集中运输大巷和分组集中运输大巷三种。1、分层运输大巷在开采水平各煤层中分别开掘运输大巷，并用阶段石门或溜井与井底车场相通的叫分层运输大巷。分层运输大巷可以沿煤层掘进，也可以在煤层底板中开掘。在煤层中开掘施工容易。掘进速度快，成巷费用低，并有助于进一步探明煤层赋存状况，补充地质资料，这对勘探程度较差，地质构造复杂的矿井有重要意义。,图55分层运输大巷布置方式示意图1主井；2副井；3主要石门；4分层运输大巷；5分层回风巷；6回风石门；7回风井；8含水岩层,2集中运输大巷集中运输大巷的特点是：减少了大巷的掘进量和维护量，增加了联系各煤层的采区石门，有利于采区巷道联合布置，实现合理集中生产。建井初期需要在掘进阶段石门、运输大巷和采区石门以后才能进行上部煤层的准备与回采，建井期较长。当煤层间距很大时，采区石门的长度大，采区石门的总工程量大，以致造成技术上经济上不合理。因此，这种方式适用于煤层数目较多，煤层间距不大的矿井。,3、分组集中大巷：当井田内各煤层的层间距有大有小，用一条集中运输大巷服务于全部煤层在技术经济上都不合理时，可以各煤层的间距及煤层特点将煤层分为若干煤组，每一煤组布置一条运输大巷担负本煤组的运输任务，称为分组集中大巷。分组大巷以采区石门联系本煤组各煤层。,三、运输大巷的位置运输大巷在煤层群或煤组中的具体位置直接关系到大巷掘进和维护的难易程度。一般地，对服务年限较长的大巷（如水平服务年限长的集中大巷、分组集中大巷等），最好布置在不受采动影响的煤层或煤组底板岩石中。当大巷服务年限不太长，煤组下部煤层为薄及中厚煤层，煤质坚硬、围岩稳定且自燃倾向不严重和煤与瓦斯突出危险较小时，也可沿该煤层布置。,四、回风大巷布置对于开采急倾斜、倾斜和大多数缓倾斜煤层的矿井，第一阶段的回风巷可设在煤组稳定的底板岩石中。有条件时，可设在煤组下部煤组坚硬，围岩稳定的薄及中厚煤层中。当井田上部冲积层较厚，且含水丰富时，井田上部边界必须留设防水煤柱，第一阶段的回风平巷可以布置在防水煤柱中。,第四节井底车场,井底车场位于开采水平，井筒附近的巷道和硐室的总称，是连接井筒提升与大巷运输的枢纽。包括巷道、硐室和线路。煤、矸、材料、通风、排水、供电、检修、调度的中心。,底卸式矿车,立井刀式环行井底车场1-主井；2-副井；3-翻车机硐室；4-煤仓；5-箕斗装载硐室；6-清理井底撒煤硐室；7-中央变电所；8-水泵房；9-等候室；10-调度室；11-人车停车场；12-工具室；13-水仓；14-主井重车线；15-主井空车线；16-副井重车线；17-副井空车线；18-材料车线；19-绕道回车线；20-调车线；N1N6-道岔编号,9,一、井底车场巷道（储车线、调车线）（一）储（存）车线储车线容纳空重车辆的专用线路主井空、重车线副井空、重车线,调车方式,主井空、重车线大型矿井：主井空、重车线各长1.52.0列车长；中小型矿井：主井空、重车线各长1.01.5列车长。副井空、重车线大型矿井：副井空、重车线各为1.01.5列车长；中小型矿井：副井空、重车线各为0.51.0列车长。副井空、重车线一般不小于1.0列车长小型矿井：副井空、重车线有时可按0.5列车长,l材料车线大型矿井材料车线一般为1520个材料车中小型矿井材料车线一般能容纳510个材料车（二）调车线调动空重车辆运行的线路，一般为1列车长度（辅助线路，可利用主石门或运输大巷）,二、井底车场硐室,1、主井系统的硐室：底卸式矿车卸载站、翻笼卸载站、井底煤仓、箕斗装载硐室2、副井系统硐室：马头门、中央变电所、水泵房、水仓、等候室、信号室3、其他硐室：调度室、机车库及修理间、爆破材料库、工具室,三、井底车场的类型：环行式、折返式,环行式井底车场,特点：列车在车场中环行单向运行。环行车场可分为：卧式、斜式和立式卧式环行车场空重车线与主运输巷（大巷或主石门）平行斜式环行车场空重车线与主运输巷（大巷或主石门）斜交立式环行车场空重车线与主运输巷（大巷或主石门）垂直,（一）立井卧式环行井底车场,特点：主、副井存车线与主要运输巷道5（大巷或石门）平行，并利用主要运输巷道作为绕道回车线及调车线。,调车三角岔道入场法：u煤（空）列车：左翼N2，机车停车反向顶煤列车入主井重车线。机车反回经54，牵引空列车驶向采区。右翼N1，机车停车反向顶煤列车入主井重车线。,折返式井底车场,特点：空、重列车在车场内同一巷道的两股线路上折返运行。（一）立井梭式车场,调车通过能力小、用于中小型井，井筒距大巷较近。,（二）立井尽头式车场,调车井筒距大巷较远，用于中小型井。,折返式车场的优点,优点：巷道工程量小，巷道交叉点和弯道少，施工容易缺点：通过能力小，固定矿车一般用于中、小型矿井。大型矿井底卸式矿车较方便。,底卸式矿车卸煤原理,二、井底车场形式选择,首要问题是合理选择车场形式。1、主要影响因素：井田地质条件；井筒和大巷布置；大巷运输方式及井型大小；提升运输方式（分提分运）；地面生产系统布置等因素。罐笼提升井地面车场及进出车方向与各开采水平车场一致。,2、选择合