采煤概论(第3章 井田开拓的基本问题).ppt

第二篇井田开拓第3章井田开拓的基本问题,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,2,本章主要内容,第三章井田开拓的基本问题第一节煤田划分为井田第二节矿井储量、年产量和服务年限第三节井田再划分第四节井田内的开采顺序第五节井田开拓的概念第六节开拓方式的概念及分类,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,3,煤矿是以开采煤炭资源为对象和任务的工业企业，是能够独立完成煤炭资源开采任务的基本生产单元。它有一套完整的、独立的煤炭生产系统。根据煤层的赋存特征和开采技术条件，煤矿床的开采方法有露天开采和地下开采两类。我国煤炭行业大部分为地下开采。,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,4,煤矿采用地下开采时，要从地面开凿通道（井硐）通至地下，再在地下开掘一系列巷道和硐室进入煤体。在煤体中布置出开采场所，并需要建立完善的开采、运输、通风、排水、提升、动力、照明等生产系统，再加上制定出妥善、合理的安全生产技术措施，就构成了一个矿井完备的生产系统，可以保证矿井安全、合理、经济的生产。,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,5,第一节煤田划分为井田,1.煤田在地质历史发展的过程中，含碳物质沉积形成的基本连续的大面积含煤地带称为煤田。2.矿区和矿区开发开发煤田形成的社会区域，成为矿区。矿区根据储量、赋存条件、煤炭市场需求量和投资环境等情况，确定矿区规模、划分井田，规划井田开采方式，规划矿井或露天矿建顺序，确定矿区附属企业的类别、数目和生产规模，建设过程等，总称为矿区开发。3.井田在矿区内，划归给一个矿井开采的那一部分煤田。一般情况下：煤田（矿区）井田（矿井）,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,6,第一节煤田划分为井田,一、划分的原则1井田范围、储量、煤层赋存及开采条件要与矿井生产能力相适应2保证井田有合理的尺寸3充分利用自然等条件划分井田4合理规划矿井开采范围，处理好相邻矿井之间的关系,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,7,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,8,第一节煤田划分为井田,二、井田境界的划分方法（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。（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置边界煤柱。（三）按煤组划分（四）以自然边界（如断层等）划分,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,9,第一节煤田划分为井田,井田边界划分方法1垂直划分；2水平划分；3以断层为界,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,10,图34矿界划分及分组与集中建井1、2浅部分组建斜井；3深部集中建立井,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,11,第二节矿井生产能力和服务年限,一、矿井生产能力矿井设计生产能力（万t/a）即：设计中规定矿井在单位时间（年或日）内采出的煤炭和其它矿产品的数量。矿井核定生产能力：矿井经过技术改造，核定后的生产能力，万t/a。井型：根据矿井设计生产能力不同，我国将矿井分为大、中、小三种类型，称井型。,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,12,第二节矿井生产能力和服务年限,井型划分如下：井型生产能力（万t/a）大型矿井：120、150、180、240、300、400、500及500以上（其中300万t/a及其以上又称特大型矿井）中型矿井：45、60、90。小型矿井：9、15、21、30。,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,13,第二节矿井生产能力和服务年限,二、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的矿井开采年限。三、矿井生产能力、服务年限与储量的关系T=ZK/AKZk矿井可采储量，万吨；T矿井设计服务年限，a；A矿井设计生产能力，万吨/a；K储量备用系数，1.31.5。储量备用系数是为保证矿井有可靠服务年限而在计算时对储量采用的富裕系数。,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,14,第二节矿井生产能力和服务年限,我国各类井型的矿井和水平设计服务年限,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,15,第三节井田再划分,井田划分阶段,I、II、III阶段序号；h1、h2、h3阶段斜长；H1、H2、H3阶段垂高,一、井田划分为阶段在井田范围内，沿煤层倾斜方向，按一定标高将井田划分成若干长条，每一个叫阶段。,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,16,阶段大小由阶段走向长和阶段斜长来表示，阶段走向长与该阶段处井田走向长一致。阶段斜长由阶段垂高和该阶段处煤层倾角决定。阶段垂高是指阶段上、下边界之间的垂直高度，等于阶段上、下边界面标高之差。一般用水平面作为阶段上、下边界，称作水平。水平位置用标高来表示，如+50m水平，-150m水平等。,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,17,为了逐段开采，需要在阶段的某个界面水平布置井底车场、运输大巷和回风大巷等主要开拓巷道。布置有井底车场和主要运输大巷，并担负该水平开采范围内的主要运输和提升任务的水平叫开采水平。一个开采水平可只为一个阶段服务，也可以为该水平上下两个阶段服务，所以，一个矿井的开采水平数目和阶段数目不一定相等。,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,18,一个井田可以用一个开采水平采完，也可能用几个开采水平才能采完，这要视井田煤层赋存条件和井田尺寸大小而定。前者叫单水平开拓，后者叫多水平开拓。图35所示井田划分为三个阶段，由于一个开采水平最多能为两个阶段服务，所以该矿至少需要两个开采水平，为多水平开拓。,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,19,一个井田划分成几个阶段取决于每个阶段的垂高。阶段垂高直接影响矿井基建工程量、初期投资、建井工期及生产技术和经济合理性，是矿井开拓中的重要问题。阶段垂高的确定取决于煤层赋存特征、地质条件和开采技术条件。根据我国的开采技术条件现状，合理的阶段垂高范围是：缓倾斜、倾斜煤层150m250m急倾斜煤层100m150m,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,20,一般地，矿井只以一个阶段（或开采水平）保证矿井年产量。为了保证矿井稳定、均衡生产，避免水平接替紧张，要求矿井第一水平应有足够的服务年限。,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,21,第三节井田再划分,二、井田划分为盘区当井田内煤层倾角很小，接近水平时，由于煤层沿倾斜方向高差很小，没有必要再按标高划分阶段。这时，可沿煤层主要延展方向布置主要大巷，将井田分为两翼，然后以大巷为轴将两翼分成若干适宜开采的块段，每个块段叫一个盘区。每个盘区通过盘区石门与主要大巷相连构成相对独立的生产系统，见图36。,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,22,第三节井田再划分,图36井田划分盘区1主斜井；2副斜井；3主要石门；4主要运输巷；5、6-盘区运输平巷；7盘区边界；8井田边界,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,23,第三节井田再划分,三、井田分区域划分随着开采技术的发展和煤层埋深的增加，矿井开采强度越来越大，出现了许多特大型、巨大型矿井。有的矿井年产量已超过千万t。这些矿井井田范围广阔,可达上百平方公里,煤层沿走向长可达数十公里。这就势必造成井下运输距离、通风线路、管线敷设过长，给生产和管理带来困难。为此，有的矿井采用了分区域开采的办法,就是将整个井田划分成若干个区域,每个区域相当于一个小井田,进一步划分成阶段、盘区等。每个区域开凿辅助提升井和风井为本区域服务。在井田中央开凿集中提升井为整个井田服务，如图37所示。,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,24,第三节井田再划分,图37分区域建井的井田划分示意图1主斜井；2副斜井；3分区界线；4阶段界线,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,25,第三节井田再划分,四、阶段内再划分1分区式将阶段沿煤层走向划分成若干块段，每个块段叫一个采区，,图38阶段内分区布置H阶段垂高；h阶段斜长,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,26,采区斜长等于阶段斜长。采区走向长度根据开采技术条件和采煤方法确定。每个采区都有独立的运输和通风系统，由采区上（下）山道与主要运输巷、回风巷相连。由于采区倾斜长度等于阶段倾斜长度，可达数百米甚至上千米，还需将采区沿倾斜方向划分成若干条带，每个条带倾斜宽度用来布置一个采煤工作面。条带走向长度与采区走向长度相等。这些条带叫区段。,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,27,在区段上部沿煤层走向开掘煤层巷道作回风、运料用，称为区段回风平巷，在区段下部沿煤层走向掘煤层平巷作进风、运煤用，叫区段运输平巷。区段回风平巷和区段运输平巷分别通过采区车场和溜煤眼与采区上（下）山相连。区段回风平巷和运输平巷掘至采区边界后沿煤层倾斜方向开掘开切眼将二者贯通后既可装备工作面开采。开采工作沿煤层走向推进。,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,28,一般地，上一个区段的运输平巷和下一个区段的回风平巷之间要留一定宽度的区段煤柱。这样，区段宽度（倾斜长度）等于采煤工作面长度、区段运输和回风平巷宽度以及区段煤柱宽度之和。随着开采技术的发展，沿空留巷、沿空送巷等无煤柱护巷技术等得到越来越广泛的应用。这时，区段宽度就等于工作面长度再加上两条或一条区段平巷宽度。,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,29,在采区内要开掘沿倾斜方向的巷道将阶段主运输平巷和回风平巷沟通构成生产系统为整个采区服务。这种倾斜巷道叫采区上（下）山。担负运煤任务的上（下）山叫运输上（下）山，担负运送材料、设备任务的叫轨道上（下）山。采区上（下）山可以沿煤层布置，也可以沿煤层底（或顶）板岩石布置。,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,30,采区上（下）山可以布置在采区沿走向中央，也可以布置在采区沿走向边界。前者在采区上（下）山两侧均可布置工作面回采，称为双面采区，后者只能在采区上（下）山的一侧布置工作面回采，称为单面采区。,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,31,阶段内划分为采区，各个采区有相对独立的生产系统，可以在同一阶段内同时布置多个采区开采。在一个采区内，又可以几个工作面同时开采。因此，它布置灵活，对地质条件的变化适应性强，便于调控和管理，是我国目前应用最多的阶段内划分方法。一个矿井由几个采区同采来保证矿井生产能力，要由采区生产能力来确定。一般地，大型矿井为24个，小型矿井为12个。,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,32,2分带式布置该划分方式是将整个阶段沿走向方向划分成若干倾斜长条，沿走向宽度用来布置一个采煤工作面，工作面沿煤层倾斜方向推进。这种划分方式叫分带式布置，其采煤方法称为倾斜长壁采煤法。条带沿倾斜长度等于阶段斜长，见图310。每个条带在沿走向两侧开掘煤层斜巷分别担负条带的运煤、运料和通风任务并与阶段运输巷和回风巷相连。,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,33,每个条带在沿走向两侧开掘煤层斜巷分别担负条带的运煤、运料和通风任务并与阶段运输巷和回风巷相连。,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,34,分带式布置省去了采区上（下）山及其生产环节，系统简单，运输环节少，井巷工程中小，建井工期短，煤柱损失小。但分段式布置斜巷掘进量大，特别是下山掘进时，如果煤层倾角较大和涌水量大时，掘进困难，效率低。此外，分带式布置辅助运输复杂，工作面沿倾斜方向推进对采煤机械稳定性要求高。根据目前的实际经验，分带式布置对煤层平缓（倾角1216），煤厚不大（薄及中厚煤层）和地质构造简单的井田适应性也好。,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,35,3分段式这种方式实际上就是将整个阶段看作一个采区，沿走向方向不再划分，而是沿倾斜方向划分为若干区段，每个分段（相当于采区内的区段）斜长用来布置一个工作面，走向长等于阶段走向长。整个阶段布置一套阶段上（下）山，其它回采巷道同区段巷道布置完全一样。,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,36,由于整个阶段作为一个采区，可大大减少准备工作量。工作面走向长度大，减少了工作面搬家次数并且大大简化了生产系统。但对地质条件变化的适应性较差。根据以上分析，分段式布置适合于井田走向较短，煤层埋藏稳定，倾斜构造少的矿井。,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,37,4整阶段布置当井田走向、倾斜尺寸都较小时，可直接将井田沿倾斜方向划分成若干阶段，每个阶段宽度用来布置一个回采工作面。这样整个井田就相当于一个采区，其巷道布置方式与采区相同，这种布置方式生产系统简单、工程量小、投资省。但只适用于井田范围小、地质条件简单的矿井。目前许多乡镇小煤矿都采用此种布置方式。,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,38,第四节井田内开采顺序,一、煤层沿倾斜的开采顺序1、下行开采2、上行开采说明：一般地，不论是整个井田，还是阶段内、采空区内，对同一煤层，都应首先考虑使用下行开采顺序。二、煤层沿走向的开采顺序1、前进式2、后退式,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,39,第四节井田内开采顺序,三、连续式开采的概念采用分段和整阶段布置时，工作面都是在阶段走向方向不停顿地连续推进，称为连续式开采。连续式开采具有开采的准备工作量少，工作面可以连续推进较长的距离，搬家次数少等特点，对装备复杂的机械化工作面，其优点更为突出。但是，由于工作面连续推进，要求井田内没有或很少有地质变动，尤其是没有倾向断层，才能取得较好的技术经济效果。一般适用于煤层埋藏稳定，井田内无大的倾向断层的矿井，或走向较短的小型矿井。,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,40,第五节巷道分类,实际生产中，常按巷道的空间特征和用途来分类，巷道按空间特征分有以下几种：1垂直巷道立井有出口直接通到地面的巷道叫立井，又叫竖井，如图3-13中的1。立井是进入煤体的一种方式。立井按用途分有位于井田中央担负提煤任务的主立井；有担负全矿人员、材料、设备等辅助提升任务的副立井；还有用来担负矿井通风的风井。,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,41,第五节巷道分类,暗立井没有出口直接通到地面的垂直巷道，通常装有提升设备，如图3-13中的4。一般用来连接上、下两个水平，担负由下水平向上水平的任务。暗立井也有主暗立井和副暗立井。溜井用来从上部向下部溜放煤炭的垂直巷道，如图313中的5。,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,42,第五节巷道分类,1立井，2斜井，3平硐，4暗立井，5溜井，6石门9上山，10下山，11风井，12岩石平巷，13煤层平巷,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,43,2水平巷道平硐有出口直接通到地面的水平巷道，是进入煤体的方式之一，如图313中的3。平硐按所担负的任务不同有主平硐、副平硐之分。平巷没有出口直接通到地面,沿岩层走向开掘的水平巷道。开在岩石中的平巷叫岩石平巷，开在煤层中的平巷叫煤层煤巷。按用途分平巷有运输平巷、行人平巷、进风或回风平巷等。按服务范围分有阶段（水平）平巷、分段平巷和区段平巷等。,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,44,2水平巷道石门没有出口直接通到地面，与岩层走向垂直或斜交的水平岩石巷道，如图313中的6。按用途分有运输石门、进风石门、回风石门等。按服务范围分有阶段石门、采区石门等。煤门与煤层走向垂直或斜交的煤层平巷。煤门长度决定于煤层厚度和倾角，一般地，只有在厚煤层中才掘煤门。,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,45,第五节巷道分类,1立井，2斜井，3平硐，4暗立井，5溜井，6石门9上山，10下山，11风井，12岩石平巷，13煤层平巷,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,46,3倾斜巷道斜井有出口直接能到地面的倾斜巷道，也是进入煤体的方式之一。斜井按用途分有主斜井、副斜井和回风井。按所在岩层层位分有岩石斜井和煤层斜井。按空间特征有顺层斜井、穿层斜井、反斜井和伪斜井。暗斜井没有出口直接通到地面，用来联系上、下两个水平并担负提升任务的斜巷。暗斜井也有主暗斜井和副斜井之分。,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,47,3倾斜巷道上山没有出口直接通到地面，位于开采水平之上，连接阶段运输平巷和回风平巷的倾斜巷道。上山有运煤的运输上山和运送材料、设备的轨道上山。按服务范围分有阶段上山和采区上山。下山位于开采水平以下，作用与上山相同。除以上介绍的以外，斜巷还有行人斜巷、联络斜巷、溜煤斜巷、溜煤眼、管子道等。,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,48,第五节巷道分类,矿井巷道按其在生产中的重要性还可以作以下分类：开拓巷道为全矿井、一个开采水平或阶段服务的巷道，如井筒、井底车场、阶段（或水平）运输大巷和回风大巷等。准备巷道为整个采区服务的巷道，如采区上（下）山、采区上下车场、采区石门等。回采巷道为工作面采煤直接服务的巷道，如区段上、下平巷和开切眼等。,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,49,第六节开拓方式的概念及分类,井田开拓方式：在一定的井田地质、开采技术条件下，矿井开拓巷道可有多种布置方式。开拓巷道的布置方式通称为井田开拓方式。一、井田开拓方式分类井田开拓方式种类很多，一般可按下列特征分类:,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,50,第六节开拓方式的概念及分类,（一）按井筒（硐）形式按井筒（硐）形式可分为立井开拓、斜井开拓、平硐开拓、综合开拓。（二）按开采水平数目按开采水平数目可分为：单水平开拓（井田内只设1个开采水平）；多水平开拓（井田内设2个及2个以上开采水平）。,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,51,第六节开拓方式的概念及分类,（三）按开采准备方式按开采准备方式可分为上山式、上下山式及混合式。（）上山式开采开采水平只开采上山阶段，阶段内一般采用采区式准备。（2）上下山式开采开采水平分别开采上山阶段及下山阶段，阶段内采用采区式准备或带区式准备；近水平煤层，开采水平分别开采井田上山部分及下山部分，采用盘区式或带区式准备。,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,52,第六节开拓方式的概念及分类,（三）按开采准备方式(3）上山及上下山混合式开采是上述两种方式的结合应用。（四）按开采水平大巷布置方式（1）分煤层大巷，即在每个煤层设大巷；（2）集中大巷，在煤层群集中设置大巷，通过采区石门与各煤层联系；（3）分组集中大巷，即对煤层群分组，分组中设集中大巷。,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,53,第六节开拓方式的概念及分类,开拓方式分类,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,54,因此，立井开拓方式可有:立井单水平上、下山式；立井多水平上、下山式；立井多水平上山式；立井多水平上山式及上、下山相结合的方式。如图315所示。,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,55,第六节开拓方式的概念及分类,立井开拓方式(a)立井单水平上下山式；(b)立井多水平上下山式；(c)立井多水平上山式；(d)立井多水平上山及上下山式混合式1主井；2副井；3井底车场；4主要石门；5开采水平运输大巷,2020/5/24,河南理工大学采煤概论,56,二、确定井田开拓方式的原则井田开拓所要解决的问题是，在一定的矿山地质和开采技术条件下，根据矿区总体设计的原则规定，正确解决下列问题：（1）确定井筒的形式、数目及其配置，合理选择井筒及工业场地的位