(13.1.1)-16井田开拓的基本问题1-开采水平划分

开采水平划分开采水平划分的目的，是有计划、按顺序、安全合理地开采煤层，减少煤炭损失；布置开采水平大巷、井底车场；减少同时掘进的巷道工程量和巷道维护工程量利于生产组织和管理，获得好的技术经济效果。开采水平划分应根据煤层赋存条件、地质条件、开采技术与装备水平、资源/储量和生产能力等因素，综合比较确定。正确划分开采水平，应分析合理的阶段斜长、上下山开采条件、辅助水平的应用。一、开采水平的设置根据井田斜长或垂高大小、开采煤层数目多少、层间距大小和倾角陡缓的不同，井田内可设一个或多个开采水平。井田斜长不大、煤层倾角较缓，可将井田划分为两个阶段，上山部分、下山部分各采一个阶段，形成单水平开拓井田斜长和煤层倾角较大、划分的阶段数目较多，就需要设置两个或更多开采水平，上山式准备时每个开采水平担负一个上山阶段的开采，上下山式准备时，每个开采水平担负上、下山两个阶段的开采。一、开采水平的设置开采水平的划分与井田内阶段的划分是密切联系的。井田内划分的阶段数目取决于井田斜长、阶段垂高或阶段斜长。阶段垂高，又称阶段高度，是指阶段上下边界之间的垂直距离。阶段上下边界一定，阶段高度即为定值而阶段斜长则随煤层倾角大小不同而变化。开采水平垂高，又称水平高度，是指开采水平服务范围上下边界之间的垂直距离。一个开采水平只采一个上山阶段，阶段垂高就是开采水平垂高。采用上下山开采时，一个开采水平服务于上、下山两个阶段开采，开采水平高度就是上、下山两个阶段的高度之和。在极少数情况下，一个开采水平服务于两个上山阶段的开采，其中的一个上山阶段下部增设辅助水平，这时开采水平高度就是两个上山阶段的总垂高。一、开采水平的设置对开采近水平煤层的矿井，井田内各煤层的斜长可能很长但其垂高并不大，这样的井田也不划分为阶段，而直接划分为盘区或带区。如开采煤层不多、上下可采煤层的间距不大，可以采用单水平开拓。如开采的煤层或煤组较多、上下可采煤层或煤组的闻距较大，就要按煤层或煤组划分水平，各煤层或煤组分别设置开采水平，形成多水平开拓。在这种情形下，开采水平垂高可以理解为两个水平间的垂直距离，而与煤层的斜长没有直接联系。这与阶段划分开采水平是不相同的。二、开采水平垂高的确定合理的开采水平垂高，是以合理的阶段斜长为前提的，并能使开采水平服务范围有足够的储量、合理的服务年限、井田开采有良好的技术经济效果。(一)合理的阶段斜长合理的阶段斜长，是指在具体矿井条件下，采用合理的采煤工作面参数、采区巷道布置和生产系统及设备所能达到的阶段斜长。阶段斜长受技术可能性、生产稳定性和经济合理性制约，表现为技术上所能达到的上限值合理区间主要受以下几个方面的制约：二、开采水平垂高的确定-(一)合理的阶段斜长1合理的区段数为保证采煤工作面和采区的正常接替，采区内应有足够区段数。对缓(倾)斜煤层的阶段，区段数可取3～5个；对中斜和急(倾)斜煤层的阶段，区段数可取2～3个。由此即可计算出阶段斜长的合理下限值。2煤的运输开采缓(倾)斜和中斜煤层的大中型矿井，上山采用胶带输送机运煤时，其上山斜长一般不因运煤而受限制。急(倾)斜煤层，煤层中过高的溜煤眼长度使掘进和维护都比较困难，溜煤过程中容易冲毁溜煤眼内的支架或发生堵眼事故，故布置在煤层中的溜煤眼高度不宜超过70～100m。上山采用矿车运煤的小型矿井，上山斜长受绞车能力限制，应根据所要求的采区生产能力、上山断面容许通过的绞车尺寸和采用的绞车型号验算所能达到的最大阶段斜长。二、开采水平垂高的确定-(一)合理的阶段斜长3辅助提升运输轨道上下山中一般采用一段单卷筒绞车提升。提升绞车的卷筒直径一般不大于1.6m，这样缠绳4层时可达880m。对生产能力大的采区，可采用卷筒直径为2.0m的提升绞车，卷筒容绳量缠4层时最大可达1130m。因此，选用该运输提升方式时绞车容绳量限制阶段斜长。在煤层倾角较小的条件下，由于受开采技术和设备限制较小，可以选用无极绳绞车或新型辅助运输设备，如无轨胶轮车、单轨吊机车等，阶段斜长可以适当加大。倾角小于12°的煤层、采用带区式准备时，2005年版《煤炭工业矿井设计规范》规定带区倾斜长度不宜少于采煤工作面连续推进一年的长度。对于开采近水平煤层的盘区，盘区上山长度一般不宜超过2000m，盘区下山长度不宜超过1500m采用石门盘区准备时斜长不受此限制。从有利于矿井生产和水平接替考虑，开拓一个新水平一般需3a以上，生产水平的过渡时间一般也需要2～3a，故水平接替的生产建设交互影响的时间一般需5a以上。为使矿井生产少受开拓延深和生产水平过渡的影响，应有最低的水平服务年限。《煤炭工业矿井设计规范》规定了矿井第一水平设计服务年限的下限值，由此即确定与最低水平服务年限相应的开采水平垂高下限值。二、开采水平垂高的确定-(二)储量和服务年限技木上合理的水平垂高应能获得良好经济效果。经济上有利的水平垂高受两方面矛盾因素的影响和制约。一方面，开采水平需要开掘井底车场和硐室、大巷、采区车场和硐室，配备必要的设备，这些开拓工程量和装备费是不因水平垂高的大小变化而增减的，水平垂高越大可采煤量越多，分摊于吨煤可采储量的工程费和装备费越小。另一方面，水平垂高越大阶段斜长也越大，随之增加采区上下山的维护工程量、加大开采水平的排水高度和排水费，从而使吨煤生产费用有所增加同时，过大的阶段斜长还会需要较大的上下山运输设备并增加生产管理的复杂性。二、开采水平垂高的确定-(三)经济上有利开采水平垂高是开采技术水平和生产集中化程度的综合反映。20世纪50年代，我国矿井规定的阶段斜长为缓(倾)斜和中斜煤层为250～450m，急(倾)斜煤层不小于100m，实际矿井的开采水平垂高一般不大于100m。20世纪70年代以后，矿井开采水平垂高遂逐渐加大。1994年版《煤炭工业矿井设计规范》规定在大中型矿井中，缓(倾)斜、中斜煤层的阶段垂高为150～250m，急(倾)斜煤层的阶段垂高为100～150m。2005年版《煤炭工业矿井设计规范》规定在大中型矿井中，缓(倾)斜、中斜煤层的阶段垂高为200～350m，急(倾)斜煤层的阶段垂高为100～250m。二、开采水平垂高的确定-(四)发展趋势三、上、下山开采的应用(一)上山开采与下山开采的比较上山开采和下山开采在采区运输、提升、通风、排水和掘进等方面有许多不同之处。(一)上山开采与下山开采的比较(一)上山开采与下山开采的比较1运输和提升方面上山开采时，煤矸向下运输，运输能力大，耗费动力少，但从全矿看煤矸在上山中和井筒中的运输方向相反，存在折返运输。下山开采时，煤矸向上运输，全矿没有折返运输，总的运输工作量较少。用普通胶带输送机运煤时下山的倾角不得大于18°，用矿车运煤时运输能力小。2排水方面上山开采时，采区内的涌水可直接流人井底水仓、一次排至地面，排水系统简单。下山开采时，各采区都需要解决采区内的排水问题。下山采区内的涌水必须先排至阶段的上部水平、然后再排至地面。采区下山要一次掘出，在下山阶段下部开掘排水硐室、水仓和安装排水设备，这样将会增加总的排水工作量和排水费用。此外，排水系统发生故障，如水仓淤塞、管路损坏等，亦将影响下山采区的生产，而上山开采则不会出现该类问题。(一)上山开采与下山开采的比较3掘进方面下山掘进期间的装载、运输、排水等工序比上山掘进时复杂，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；而上山掘进则较为容易。另外，下山掘进要比上山掘进需要采取更多的安全技术措施，特别是需要采取防止跑车的技术措施。4通风方面上山开采时，新鲜风流和污浊风流均向上流动，沿倾斜方向的风路较短。下山开采时，新鲜风流由进风下山进人采区，存在下行风问题；经工作面后的污浊风流要通过回风下山、维护在采空区内的一条上山流向上山阶段的回风道和风井，通风线路长，进回风下山相距较近，有若干联络巷连通，风流方向相反，两下山之间的风压差较大、易漏风，通风管理比较复杂，而当瓦斯涌出量大时下山通风更为困难，往往还要多开一条通风下山。(一)上山开采与下山开采的比较下山开采的主要优点：能充分利用原有开采水平的井巷和设施，一个开采水平可为两个阶段服务，从而减少开采水平数目、节省开拓工程量和建设费用，并可增加开采水平储量、延长水平服务年限。总体上看，上山开采在生产技术方面较下山开采优越得多，故一般多采用上山开采。下山开采的缺点和弊病，随开采煤层的倾角变小而弱化，在一定条件下、实行上、下山开采在技术上是可行的、在经济上是有利的。（二）下山开采的应用1在倾角为16°及以下的煤层、瓦斯含量低、溺水量不大的条件下，采用下山开采的缺点并不严重，而节约开拓工程量、加大开采水平垂高的优点却十分突出，这时应采用上、下山相结合的开采方式，2当井田深部受自然条件限制、可采储量不多、深部境界高低不一、设置开采水平有困难或不经济时，可在最终开采水平以下布置一部分下山采区。例如，井田深部境界以斜交断层划分，就不可避免地要开采部分下山块段。多水平开拓的深井，深部开采的条件比较恶劣，如煤层倾角不大，最终水平可采用上、下山开采。有时，还通过一些下山采区开采来勘探井田深部的煤层。（二）下山开采的应用3一些多水平开采的矿井中由于开采强度大，井田走向长度短，水平接替紧张，而原有生产水平保证不了矿井产量时，可在井田内靠近井筒部分布置一个或几个下山采区，担负一部分产量任务。同时，通过采区下山开掘一部分下水平的大巷、车场和硐室，以加快下水平的开拓延深、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水平时将改为上山开采。这种方式对完成当时的矿井产量任务和开拓延深有利，但会减少下水平的可采储量、缩短下水平的服务年限。（二）下山开采的应用上、下山开采时，为减少下山开采的困难，一般下山阶段的斜长要小于上山阶段的斜长。为尽可能使下山采区利用上山采区的车场、装车站、煤仓等巷道和硐室，上、下山的采区划分应尽可能一致，相对应的上、下山尽可能靠近。下山开采时，必须按规定形成完善的供电、通风、排水、监测等系统后再组织生产。如要将下山掘至下山采区底部并完善水仓之后才能掘进回采巷道和进行采煤。(三)主下山开采与下山开采的区别主下山指的是集中下山、中央下山或主副暗斜井，往往布置在并田某一开采水平中央，向下延深至下一开采水平，而后布置井底车场和大巷。该开采水平之上的各采区仍为上山开采。四、辅助水平的应用辅助水平，是指在开采水平内，因生产需要而增设有运输大巷的水平位置和所服务的开采范围。辅助水平也应布置大巷和车场，但与井简连接的井底车场多为简易车场，通过上山或下山与开采水平连通，承担辅助水平开采的运输、通风等任务而不直接向井底运煤，辅助水平的煤运至开采水平、由开采水平井底车场运至地面，辅助水平的车场、硐室和设施等均较简单，且不设置主井装载系统。(一)阶段辅助水平阶段斜长过大、上山辅助运输设备选型困难、安全上不可靠，这时可将开采水平以上的煤层划分为两个阶段，在两个阶段间设辅助水平，利用辅助水平开采上一阶段。扩大平硐的开采范围、发挥了平硐的优越性。(二)中间辅助水平(三)急(倾)钭煤层阶段间的辅助水平急(倾)斜煤层阶段垂高较小，水平可采储量少，水平服务年限短。加大开采水平垂高，一次延深两个阶段高度。两个阶段间设辅助水平，上阶段出煤利用溜井下放到下阶段。增加了上阶段出煤的运输环节和总的提升工作量，长距离溜煤使煤破碎并存在堵塞溜煤眼的危险，而节约的工程量并不多。(四)近水平煤层煤组(层)间辅助水平主采煤组(层)设开采水平并布置为全矿井服务的大巷、井底车场及设施，主采煤组(层)以上或以下的煤组(层)设辅助水平，用暗井与开采水平连通，煤则经溜井下放或暗井提升。增加了运输转载环节，在煤组(层)间距较远、之上的储量不甚丰富或只是局部可采，盘区或带区内既不能联合布置开采又不宜单设开采水平时，这种布置方式仍是合理的。四、辅助水平的应用应用辅助水平能加大水平垂高设置辅助水平却会增加井下运输环节，使生产系统趋于复杂。在具体矿井条件下通过技术经济论证后再决定取舍。五、合理划分和设置开采水平（一）近水平煤层开采水平的划分与设置划分开采水平时，主要考虑开采水平在煤组内的合理位置和标高。上下可采煤层相距不远，井田内可以只设一个开采水平，采用单水平开拓，一般将开采水平设在煤组底部，布置集中运输大巷和联合布置盘区或带区。要合理确定开采水平的标高位置，防止水平大巷距开采煤层太近或太远、甚至穿越开采煤层顶板从而被迫留煤柱或使煤仓布置困难的情况发生。井田内可采煤层数目较多、上下可采煤