第四节井田开拓方式

1、第四节 井田开拓方式在某一井田地质、地形及开采技术条件下，矿井开拓巷道有多种布置方式，开拓巷道的布置方式称为开拓方式。一、立井开拓主井、副井均采用立井的开拓方式，称为立井开拓。以立井单水平上下山开拓方式（图4-14）为例：134 煤炭企业安全管理人员安全培训教程 第四章 煤矿地下开采安全 1351-主井，2-副井，3-井底车场及主石门，4-轨道运输大巷，5-回风石门巷道，6-回风大巷，7-通风上下山，8-区段运输平巷，9-采煤工作面，10-带区煤仓，11、12-分带行人进风斜巷图4-14 立井单水平上下山开拓方式1. 巷道开掘顺序首先在井田中部开凿主副立井，掘至开采水平标高以下后，开掘井底车场

2、；在岩、煤层中分别开掘轨道运输大巷和回风大巷，并向两翼延伸；当大巷掘进位置超过12个分带工作面后，便可开掘分带斜巷至带区上部和下部边界，并沿煤层走向掘出工作面开切眼。在开掘的各井巷内安装相应的设备，形成生产系统，经试运转符合要求后，矿井即可投产。2. 主要生产系统（1）运煤系统。采煤工作面出的煤经分带斜巷运至带区煤仓，在运输大巷装车，电机车牵引载煤列车至井底车场卸载后，由主井内安装的箕斗将原煤提至地面。（2）井下所需之物料、设备，由矿车（或材料车、平板车）装载，经副井罐笼下放至井底车场，由电机车牵引至分带材料车场。（3）通风系统、新鲜风流由地面经副井、井底车场、轨道运输大巷进入分带行人进风斜巷

3、。经采煤工作面后的污风，由分带的回风运料斜巷至回风大巷，再经主井排出地面。（4）排水系统。井下涌水经大巷水沟流入井底车场，汇入水仓，由水系房的水泵，经副井井筒的管道排至地面。3. 采掘接替上山阶段的各带区采用前进式开采顺序，首采带区开采结束前，必须向井田两翼掘出为下一带区服务的运输大巷和回风大巷，直至井田走向边界。二、斜井开拓斜井开拓井筒施工相对筒单，在我国应用很广。斜井开拓有多种不同的形式。按斜井与井田内的划分方式的配合不同，斜井开拓主要分为片盘斜井和集中斜井（有的地方也称阶段斜井）、片盘斜井，以前是小型矿井主要采用的开拓方式，它从地表开掘斜井，到煤层第一分段后，即沿煤层走向布置回采巷道，形

4、成工作面进行开采，整个矿井相当于一个采区，目前随着运输方式的改变和开采技术的发展，片盘斜井已成为一些大型矿井采用的开拓方式。集中斜井与立井基本一样，主要区别就是井筒形式不同，提升、运输方式有所不同。集中斜井也分为单水平、多水平和上山式或上下山式等多种开拓方式。三、平硐开拓服务于地下开采，在地层中开掘的直通地面的水平巷道，称为平硐。主要用于运输矿产品的平硐称为主平硐。用主平硐的开拓方式称为平硐开拓。根据平硐与煤层的走向关系，又分垂直平硐和走向平硐。四、无采区开拓方式矿井无采区开拓方式即井田内不划分为采区、带区和盘区。在井田储量中心线附近布置开拓大巷，在大巷两侧将煤层划分为若干分段或分带（煤层倾角

5、8度），每个分段或分带布置一个采煤工作面直接回采。井筒形式可根据地形及地质条件选用立井、斜井、平硐及综合开拓。榆家梁煤矿按井田内再划分方式即无采区开拓方式。若按井筒形式而言，榆家梁煤矿采用了主斜井副平硐副斜硐开拓方式。副斜硐，即倾斜巷道坡度为正负6，不敷设钢轨，可供无轨胶轮车运行的斜坡道。榆家梁煤矿是在原生产能力为21万ta小矿井的基础上改建的。新建的榆家梁煤矿设计生产能力为800万t/a，矿井“一矿一面”，采用长壁式综合机械化采煤工艺。矿井主要生产系统均重新布置。建设工期10个月，吨煤投资49.3元。2007年产原煤超千万吨。矿井无采区开拓方式适用于缓斜及近水平煤层、走向长度较短的煤层。随着

6、开采技术的发展，该技术有广阔的应用前景。五、综合开拓在某些具体条件下，主、副井采用单一的井筒形式开拓，在技术上有困136 煤炭企业安全管理人员安全培训教程 第四章 煤矿地下开采安全 137难、经济上不合理时，可以采用不同井筒形式进行综合开拓。1. 斜井-立井综合开拓1-主斜井（胶带斜井），2-副立井，3-井底车场，4-阶段运输大巷图4-15 大型矿井斜井立井综合开拓如前所述，斜井开拓具有许多优点，大型斜井以胶带斜井做主井，在技术经济上均很优越。但副斜井的辅助提升比较困难，通风也不利（特别是开采深部煤层时，斜井分段提升辅助环节多，能力小；而且通风路线长、阻力大、风量小，不能满足生产要求）。而立井

7、作为副井能弥补这方面的不足，于是就可以斜井为主井、以立井为副井，采用主斜井一副立井的综合开拓方式是目前大型及特大型矿井主要采用的开拓方式、如4-15图所示，我国淮南新庄孜矿为大型斜井开拓矿井，转入深部开采后，瓦斯涌出量增加，为解决辅助提升和通风问题。在井田深部位置新打一立井，生产能力扩大至240万t/a。国内外一些大型生产矿井的改建和新井设计也采用了这种方式。近年来，德国、英国、俄罗斯、日本等国家的一些大型矿井的设计或改建也采用了主斜井、副立井相结合的方式。可以认为，这是建设大型和特大型矿井值得注意的技术方向。由于采用主斜井、副立井综合开拓，斜井的开采深度已加大，改变了过去斜井主要用于开采煤田

8、浅部，只能建中、小型矿井的状况。2. 平硐立井综合开拓采用平硐开拓只需开一条主平硐，其图4-16 平硐立井综合开拓回风井筒可以采用平硐、斜井或立井。对于某些瓦斯涌出量很大、主平硐很长的矿井，井下需要的风量大，长平硐通风的风阻大，难以保证矿井通风的需要，条件合适时，可以开通风用的立井。如下图所示，重庆中梁山煤矿平硐一立井的综合开拓示意（见图4-16）。主为平硐1全长两千多米，另开副立井2作进风用，并担负平硐与其以下水平之间的辅助提升任务，其下水平出煤则经暗斜井3提至平硐水平，再转运井外。对于以平硐开拓的矿井深部，如无布置阶梯平硐的条件，根据地形，后期可用立井或斜井开拓，图4-16是前期用平硐开拓

9、浅部，后期用立井开拓深部井田的例子。当需加大矿区开发强度时，可以同时开发平硐水平以下的煤层，即上部的平硐和下部的斜井（或立井）同时开发共用一个工业场地，其井下部分相当于两个水平同时生产，但应注意上下水平的压茬关系。在特殊地形条件下，如地面为自然坡度较大的沟谷，在地面布置斜井井口车场有困难，可以开一段平硐做通道，以利于布置斜井井口车场，再向下掘斜井。应该注意，采用综合开拓时，不同形式的井筒在地面及井下的联系与配合是选择的重要因素。以斜井立井开拓为例，如果井口相近，则井底相距较远，井底车场布置、井下的联系就不太方便；如井底相近，则井口相距较远，地面工业建筑就比较分散，生产调度及联系不太方便，占地比

10、较多，相应地增加煤柱损失。在具体情况下就必须联系井上下的布置方式，结合开拓的其他问题，寻求合理的方案。第五节 井田开拓的基本问题一、井筒的位置井筒上通地面工业广场，下连井底车场。因此，合理的井筒位置应使井下开采有利，井筒掘进和使用安全可靠，地面工业广场布置合理。（一）对井下开采有利的井筒位置1. 井筒沿井田走向的位置井筒沿井田走向的位置应在井田中央。当井田储量呈不均匀分布时，应在储量分布的中央，以此形成两翼储量比较均衡的双翼井田，以便于沿井田走向的井下运输工作量最小，风量分配比较均衡，通风网路较短，通风阻力较小。2. 井筒沿煤层倾斜的位置斜井开拓时，斜井井筒沿煤层倾向的有利位置主要是选择合适的

11、层位和倾角。（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具有较好的水文、围岩和地质条件。井筒应尽可能不通过或138 煤炭企业安全管理人员安全培训教程 第四章 煤矿地下开采安全 139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）便于布置工业广场的井筒位置井筒位置必须为合理布置地面工业广场创造条件。为此应考虑下述原则：1. 应有足够面积的较平坦的场地。便于布置主、副井及地面生产系

12、统构筑物；利于连接国有铁路；尽量不占良田或少占农田；保护重要文化古迹和园林；避免影响河流、湖泊等水利设施。2. 应有良好的工程地质和水文地质条件。尽可能避开滑坡、溶洞、流砂层等不良地区。3. 应保证矿井安全。井口标高应高于当地历史最高洪水位；井口距森林应有足够的防火距离；避免山崩、雪崩等威胁。4. 应便于供电、供水及交通运输，利于环境保护。二、开采水平高度的确定开采水平的开采范围可能只采一个上山阶段，也可能既采上山阶段，又采下山阶段。因此，开采水平高度的确定，实质上是确定阶段高度及分析上、下山开采的条件。（一）上、下山开采从开采水平运输大巷向上，沿煤层（或岩层）开凿，为一个采区服务的倾斜巷道，

13、称为上山。将开采水平运输大巷设在上山阶段的下部，煤炭沿运输上山向下运输，风流上行，称为上山开采。反之，若从开采水平运输大巷向下，沿煤层（岩层）开凿，为一个采区服务的倾斜巷道，称为下山。上、下山开采在掘进、运输、通风、排水等生产技术方面各有不同特点。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，用一个开采水平为两个阶段服务，减少了开采水平数目，节省开拓工程量和基建投资，延长水平服务年限。上山开采在生产技术上较下山开采优越，在一定条件下，配合采用下山开采，经济上是有利的。因此，当煤层倾角小于16、瓦斯涌出量低、涌水量较小时，可采用上下山开采。（二）开采水平高度的确定运输大巷和井底车场所在的

14、水平位置及所服务的开采范围，称为开采水平。开采水平之间上下边界的垂直距离，称为开采水平垂高，简称水平高度。沿一定标高划分的一部分井田，称为阶段。阶段上下边界之间的垂直距离称为阶段垂高。1-第一水平，2-第二水平，3-溜井图4-17 近水平煤层按煤组划分可采煤层总厚度、煤层间距都对水平垂高的确定有一定的影响。如近水平煤层可以分煤组划分水平，如图4-17所示。总之，水平标高和垂高的确定，要充分考虑各种影响因素并根据国家有关技术政策和规定综合分析。煤层倾角对阶段垂高影响较大。开采急倾斜煤层时，煤层间受采动影响，且沿煤层运料、溜煤、行人都比较困难。急倾斜煤层阶段垂高，一般为100150m；倾斜煤层的阶

15、段高度，应根据上山运煤方式与运输设备可能达到的长度，以及采区内分段数，尽量减少工程量等因素综合考虑，一般为150300m。煤层倾角和厚度发生急剧变化的井田，应可尽量利用变化处作为划分阶段的依据。三、水平大巷的布置开采水平大巷的布置包括阶段运输大巷和阶段回风巷的布置。其核心问题是阶段运输大巷的布置。根据煤层数目和间距不同，阶段运输大巷有单煤层布置（称分煤层运输大巷）、分煤组布置（称分组集中运输大巷）及全煤组集中布置（称集中运输大巷）。（一）分煤层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

16、勘探程度较差、地质构造复杂的矿井有重要意义。140 煤炭企业安全管理人员安全培训教程 第四章 煤矿地下开采安全 141（二）集中大巷在开采水平内只开一条运输大巷为各煤层服务，这条运输大巷叫作集中运输大巷。它通过采区石门与各煤层相联系。这种布置方式，一方面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，因而建井期较长。另一方面，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。（三）分组集中大巷阶段回风大巷布置方式原则上与阶段运输大巷相同。其主要特点:分组集中大巷是前述两种方

17、法的过渡形式，它兼有前两种方式的部分特点。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，可根据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。分组集中大巷以采区石门联系本煤组各煤层。通常，煤层群开拓，运输大巷宜采用集中布置，但应根据矿井的地质及生产技术条件进行综合分析比较来确定。四、井底车场井底车场是位于开采水平，井筒附近的巷道与硐室的总称；是连接井筒提升与大巷运输的枢纽。五、开采顺序合理的井田开采顺序应保证开采水平、采区和采煤工作面的正常接续，使巷道避开煤层采动的动压影响，最大限度地采出煤炭资

18、源；同时应有利于节省投资，减少井巷工程量，缩短工期，投产快；有利于巷道维护，保证生产的可靠和安全；有利于矿井通风和井下火灾防治等。（一）煤组及煤层间的开采顺序煤组或煤层间的开采顺序一般采用先上后下逐次开采的下行开采顺序。在联合开采的采区内，上下煤层或厚煤层开采的各分层间，可保持一定的错距同时开采。在某些特殊情况下，煤层或煤组之间也可采用由下而上的上行开采顺序。例如，上部煤层有煤及瓦斯突出危险或冲击地压时，可先采下部煤层，使上履煤层的瓦斯得到疏散和卸压，减少上煤层开采的危险性。采用上行开采的基本条件是保证煤层之间较大层间距，下部煤层或煤组开采不致影响和破坏上层煤或上煤组的正常开采。是否可用上行开

19、采主要取决于两层煤间距与下层煤采厚之比。根据国内采用全部垮落法进行开采的实践经验，在受一个煤层采动影响时，只要煤层间距与下部煤层的采厚比达7.5以上，一般在上层煤中可以正常进行掘进和采煤工作。受多个煤层采动影响的上行开采，只要综合层间距与采厚比达到6.3以上，一般不影响在上部煤层中正常进行掘进和采煤。开采急倾斜煤层时，不仅顶板岩石发生冒落，底板岩石也会沿底板发生滑移，造成底板岩层移动。如果两个急斜煤层较近，上煤层开采造成的煤层底板岩层发生移动，将使下煤层的巷道维护困难，甚至使煤层遭到破坏，影响正常开采。为此，在开采急斜煤层时，必须合理安排协调上、下煤层上下区段的开采顺序和分段高度，以免上、下煤

20、层开采时影响邻近煤层的正常开采。（二）阶段间的开采顺序采用下行式，先采上阶段，后采下阶段。（三）采区开采顺序采区间沿走向的开采顺序有两种：一种是先采靠近井筒的采区，自井筒向井田边界方向逐次开采其余各采区，称为采区前进式开采顺序；一种是首先开采井田边界的采区，而后向井筒方向逐次开采各采区，称为采区后退式开采顺序。在缓倾斜煤层，如采用上、下山开采时，可先采用前进式开采上山采区，然后用后退式依次开采下山各采区。（四）采区内采煤工作面的推进方向采煤工作面的推进方向也分为前进式和后退式两种。1. 后退式。采煤工作面由采区边界向采区上山方向推进，称为后退式。采煤工作面后退式推进开采时，能够有效避免上述前进

21、式开采存在的问题。因此，在我国煤矿绝大多数采煤工作面都是采用后退式开采顺序。2. 前进式。采煤工作面自采区上山向采区边界推进，称为前进式。六、采掘关系采煤与掘进是煤矿生产的两个基本环节，采掘并举、掘进先行。要保持矿142 煤炭企业安全管理人员安全培训教程 第四章 煤矿地下开采安全 143井的稳产高产，必须根据采煤的需要，合理安排掘进工作。通常将采煤与掘进的配合关系称为采掘关系。（一）采掘比采掘工作面个数比，它反映矿井每个采煤工作面需要配合几个掘进工作面为其做准备，从另一个意义上讲，它表明随采煤工作面个数的变化，需要调整掘进工作面个数即调整采掘关系。其计算公式如下：年平均采煤工作面个数年平均掘进

22、工作面个数采掘工作面个数比 =矿井采掘工作面个数比与采煤工艺、掘进工艺方式等有关，通常在1:1.51:2.5之间。（二）掘进率它是生产矿井在一定时期内每产1万吨煤所需掘进的生产巷道总进尺数和开拓总进尺数，它反映了在既定的煤层赋存情况、开拓准备方式及采煤方法等条件下的掘进相对量。其计算公式如下：生产掘进率 =生产掘进总进尺矿井产量，m/万t开拓巷道掘进总进尺开拓掘进率 =矿进产量+工程煤，m/万t，m/万t生产矿井全部井巷掘进总进尺生产矿井全部掘进率 =矿井产量+工程煤（三）“四量”概念及可采期1. 开拓煤量：通向采区的全部开拓巷道均已掘完，并可转入准备的采区的可采储量。2. 准备煤量：采区内已

23、经完成的准备巷道所圈定的可采储量。3. 回采煤量：在准备煤量范围内，由回采巷道圈定可采储量。4. 解放煤量：又称达标煤量。指瓦斯突出指标在规定标准（评价范围内所有测点的煤层残余瓦斯压力小于0.7MPa或残余瓦斯含量小于8m3/，且施工检测钻孔时无喷孔、顶钻或其他动力现象）以下，消除突出危险的煤量总和。包括抽采达标煤量和其他达标煤量。其他达标煤量暂按不需通过抽采即可达到规定要求的计划布置正规采煤工作面（不包括煤柱面）的煤量。（1）抽采达标煤量a. 单个采掘工作面抽采达标煤量G抽采=1Imr1 评价单元抽采钻孔控制范围内煤层走向长度，m；I 评价单元抽采钻孔控制范围内煤层平均倾向长度，m；m 评价

24、单元平均煤层厚度，m；r 评价单元煤的密度，/m3b. 全矿井抽采达标煤量G抽采总=G抽采总煤体+G抽采总回采其中计算回采工作面的达标煤量时，底抽巷穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯范围的煤层可采储量要剔除，避免重复计算。（2）其他达标煤量拟进行采掘的煤层的正规回采工作面的可采储量（断层保护煤柱、防水煤柱、工业广场保护煤柱、煤柱工作面除外）之和。单个区域计算煤量方法同上。G其他总=G其他（3）达标煤量G达标=G抽采总+G其他总5. 四量可采期根据掘进和回采进度分别计算出的四个煤量可供开采利用的期限。（1）四量可采期：大、中型矿井三量可采期限的规定是：开拓煤量的可采期限一般为35a以上；准备煤量的可采

25、期限一般为1a以上；回采煤量的可采期限一般为46个月以上。一般情况下，矿井的三量可采期达到上述要求，便可实现采掘平衡。高瓦斯及煤与瓦斯突出矿井：开拓煤量应保证5年以上，准备煤量应保证2年以上，回采煤量应保证1年以上。遵循抽采瓦斯后的解放煤量大于年产量的原则。（2）四量可采期的计算开拓煤量可采期（a）=期末的开拓煤量（万t）/年设计生产能力（万t/a）准备煤量可采期（月）=期末准备煤量（万t）/平均月设计能力（万t/月）回采煤量可采期（月）=期末回采煤量（万t）/当年平均月计划回采煤量（万t/月）144 煤炭企业安全管理人员安全培训教程 第四章 煤矿地下开采安全 145解放煤量可采期介于回采煤量

26、可采期和准备煤量可采期之间，一般采抽比为1:3。6. 采掘平衡（1）在一个井田范围的一定期限内，由于开拓掘进工程所构成的煤量与回采的煤量相适应，即指采掘关系的相对稳定性。（2）留有储量是指要有一定数量的备用煤量，备用煤量的数量应符合经济上合理的原则。（3）影响四量合理开采可采期限的因素：主要是井型、地质条件、开采方式、采掘能力和机械化程度。其目的是使矿井采掘接替处于既经济又合理的最佳状态。七、矿井开拓系统安全检查要点（一）矿井必须设专用回风井。（二）必须按规定留设井筒保护煤柱。（三）进风井口必须布置在粉尘、有害和高温气体不能侵入的地方。（四）每个矿井必须至少有2个能行人的通达地面的安全出口，各

27、个出口间的距离不得小于30m。采用中央式通风系统的新建和改扩建矿井，当井田一翼走向较长时，设计应规定井田边界附近的安全出口。（五）井底车场巷道及硐室应布置在坚硬稳定的岩层中，不得布置在有突出危险和冲击地压的煤层中。（六）开拓巷道和永久硐室不得布置在有突出危险和冲击地压的煤层中。（七）采用倾斜分层或水平分层采煤法时，采区上山应布置在岩石中或不易自燃煤层中。（八）开采容易自燃和自燃的单一厚煤层或煤层群的矿井，集中运输大巷和总回风巷应布置在岩层内或不易自燃的煤层内；如果布置在容易自燃和自燃的煤层内，必须砌碹或锚喷。（九）井下每一个水平和各个采区都必须有2个便于行人的安全出口，并与通达地面的安全出口相连接。（十）对于通达地面的安全出口和2个水平之间的安全出口，倾角等于或小于45时，必须设置人行道，并根据倾角大小和实际需要设置扶手、台阶或梯道。倾角大于45时，必须设置梯道间或梯子间，斜井梯道间必须分段错开设置，每段斜长不得大于10m立井梯子间中的梯子角度不得大于80，相邻2个平台的垂直距离不得大于8m。主要绞车道不得兼做人行道。（