采煤概论（第二版）课件：井田开拓

井田开拓学习目标了解煤田划分井田的原则、了解矿井储量、年产量和服务年限的关系。掌握井田划分方法；掌握各种井田开拓方式的巷道掘进顺序及生产系统；掌握井底车场和主要巷道的布置特点。第一节

煤田划分为井田在地质历史发展的过程中，含炭物质沉积形成的基本连续的大面积含煤地带，称为煤田。开发煤田形成的社会区域，成为矿区。大的煤田往往被划分为几个矿区去开发，面积和储量较小的煤田也可由一个矿区来开发。矿区的范围仍然很大，需根据煤炭储量、赋存条件等情况，进一步划分为井田。在矿区内，划归给一个矿井开采的那一部分煤田，称为井田（矿田）。一、井田划分的原则1．充分利用自然条件作为划分井田的依据尽可能利用大断层等自然条件作为井田边界，或者利用河流、铁路、城镇下面留设的安全煤柱作为井田边界。2．保证矿井有合理的开采技术条件井田有合理的尺寸和足够的储量。3．统筹兼顾、全面规划，处理好相邻井田的关系4．要为矿井的发展留有余地5．要有良好的经济效果三、井田人为境界的划分方法1．垂直划分相邻矿井以某一垂直面为界，沿境界线两侧各留井田边界煤柱，称为垂直划分。2．水平划分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，这种方法称作水平划分。3．按煤组划分按煤层（组）间距的大小来划分矿界，即把煤层间距较小的相邻煤层划归一个矿井开采，把层间距较大的煤层（组）划归另一个矿井开采。第二节

矿井储量、年产量和服务年限一、矿井储量矿井储量是指矿井范围内的煤炭埋藏量。

Z工＝S×L×∑m×r

矿井在实际开采过程中，由于考虑井田内可能有局部地质变化，勘探程度较低等情况，储量不是十分准确的，加之在回采过程中有一部分煤炭损失，故实际能够采出的煤炭只是工业储量中的—大部分，这部分称为可采储量。Z可＝（Z工一P）×C采

二、矿井年产量矿井井型按年产量大小分为特大型矿井、大型矿井、中型矿井、小型矿井四种类型，矿井年产量又称为矿井年生产能力，是指矿井在一年内所能生产煤炭的数量。井型矿井设计生产能力矿井设计服务年限开采水平设计服务年限（a）（万t/a）（a）开采0°～25°开采25°～45°开采45°~90°特大≥600300~50080704035

大120、150、180、24060302520中45、60、9050252015小15、21、30各省自定

我国设计规范规定的各类井型的矿井和开采水平设计服务年限三、矿井的服务年限矿井的服务年限是指矿井从投产到报废的开采年限。大型矿井的服务年限应当长一些；否则，将使大量井巷和地面建筑物等在短期内报废，大量机器设备拆卸迁移，造成人力、物力和财力的浪费，使吨煤成本增高，新老矿井接替频繁。中、小型矿井的服务年限不宜过长，否则将使井田范围过大，造成开采技术上的困难，同样会导致吨煤成本增高和效率下降，降低了矿井开采的经济效益。矿井的设计服务年限计算公式：T=Z可/AK。第三节

井田再划分为了有计划开采井田范围内的煤炭资源，必须把井田若干个更小的部分，这就是井田再划分。一、井田再划分的方法1．井田划分为阶段当开采倾斜、急倾斜和部分缓倾斜煤层时，通常沿煤层倾斜方向，按预定的标高将井田划分为若干长条形部分，每一个长条形部分称为阶段。每个阶段都有独立的运输和通风系统。为了说明开采位置或顺序以及巷道用途，对只开采上山部分的水平，通常相应地以阶段分界面分为第一水平、第二水平、第三水平或运输水平、回风水平等。布置有主要运输大巷和井底车场，并担负该水平开采范围内的主要运输和提升任务的水平，称为开采水平。在倾角较小（多为16°以下）的煤层中，可以在两个阶段的分界面上布置井底车场和阶段运输大巷，建立开采水平。利用这个开采水平既采上山部分（即开采水平以上）的煤层，也采下山部分（即开采水平以下）的煤层。这时一个开采水平开采两个阶段。这种开拓方式称为单水平上、下山开拓。在倾角较大时（多为16°以上），由于掘进下山及下山运输的困难，通常只在每个阶段的下部边界建立开采水平，只采上山阶段的煤层。每个阶段开采的煤均向下运输到相应的水平，由各水平经主井提升至地面。这时一个开采水平只采一个阶段。当深部储量不多，单独设开采水平不合理，或最下一个阶段因地质情况复杂不能设置开采水平时，可采用多水平混合式开拓方式。第一水平只开采一个上山阶段，第二水平开采上、下山两个阶段，即在整个井田中，上面的某几个水平开采上山阶段，而最下一个水平开采上、下山两个阶段。在开采水平内，有时因生产需要而增设的有阶段或分层运输大巷的水平位置及所服务的开采范围，称为辅助水平。辅助水平也要布置大巷及车场，有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，但不直接向井底运煤，一般也不直接与井（硐）相通。辅助水平的设置是以加大水平垂高为前提，而辅助水平的应用又可以加大水平垂高，但设置辅肋水平毕竟是增加了矿井的运输环节，使生产系统趋于复杂，在具体矿井条件下，如果没有明显的技术经济优越性，一般不宜采用。2．井田划分为盘区

采用沿煤层主要延展方向布置主要运输大巷，将运输大巷两侧划分成若干块段的方法来划分井田，每一块段称为盘区。每一个盘区都是一个独立的开采单元，有独立的运输系统和通风系统。盘区的巷道布置方式一般由采用的采煤方法来确定。二、阶段内的布置方式1．连续式布置当阶段的倾斜长度不大，走向长度较短时，井田的每一翼可沿阶段倾斜全长布置一个回采工作面，即全阶段工作面。回采工作面可以由井田中央向井田边界推进，或者从井田边界向井田中央推进。阶段内的这种布置称为连续式布置。2．分区式布置在阶段范围内，沿走向把阶段再划分为若干部分，每一部分称为采区。采区走向长度可取1.0～2.5km，采区倾斜长度等于阶段的斜长。采区内有独立的生产系统（运输和通风等系统）。第四节

井田开拓方式开拓巷道在井田内的总体布置方式，称为井田开拓方式。由这些井巷构成的生产系统，称为井田开拓系统。一、斜井开拓1．斜井多水平分区式开拓（1）井巷开掘顺序在井田走向中央，从地面沿底板岩石开凿一对斜井通入地下。主、副井掘至第一开采水平标高后，开掘井底车场3，然后向井田两翼开掘阶段运输大巷4。除上述开拓巷道外，还要开掘回风井6。当回风井6掘至回风水平标高后，沿底板岩层向井田两翼开掘阶段回风大巷7，然后用采区回风石门8通入煤层中。当阶段运输大巷4掘过第一采区的上山开口位置后，开掘石门5进入煤层，然后开掘第一个采区的准备巷道和回采巷道。（2）生产系统回采工作面采出的煤炭，经区段运输平巷12、输送机上山9运至采区煤仓11，在阶段运输大巷4中装车，电机车牵引煤车至井底车场3，把煤卸入主井煤仓后，由主井1提至地面。材料和设备由副井2下放到井底车场3，经阶段运输大巷4、采区石门5、轨道上山10和区段回风平巷13，运至回采工作面。新鲜风流经副井2、井底车场3、阶段运输大巷4、轨道上山10、区段运输平巷12到达回采工作面；废风经区段回风平巷13、采区回风石门8、阶段回风大巷7、回风斜井6和风硐15，由通风机排出地面。以下各区段工作面的回风风流，经各区段的回风平巷至运输上山9上行，才能进入采区回风石门8。（3）采掘关系及开采顺序开采顺序一般采用“采区前进、区内后退”，即先采靠近井筒的采区，在每个采区内部，回采工作面从采区边界向采区上山方向后退回采。采区内各区段之间的开采顺序一般采用下行式，即沿倾斜方向由上而下依次回采。只有当煤层倾角很小时，才能够考虑用上行式开采顺序。（斜井多水平分区式开拓的特点是：矿井阶段长，水平服务年限长，有利于生产的稳定；阶段走向划分若干个采区，每个采区能布置双工作面生产，并且可以同时开采几个采区，因而水平的生产能力大，有利于矿井集中生产；采区有独立完整的生产系统，采区之间相互不影响，从而有利于安全生产。同时，可以利用地质条件的变化带来自然划分采区，因而对地质变化的适应性较强。但是这种开拓方式由于阶段斜长较大，，矿井投产前，除开拓工程以外还要作采区的准备工作，因而存在着初期工程量大、需用设备多、初期投资大、建井周期长等缺点。2．斜井多水平连续式开拓

斜井多水平连续式开拓，也称片盘斜井开拓，如图3—13所示。井田内有一层煤，井田沿倾斜划分为四个阶段。矿井有两个工作面同时回采。（1）井巷开掘顺序在井田中央，从地面沿煤层倾斜开掘主斜井l和副斜井2。当井筒掘至第一阶段下部边界时，开掘第一阶段的井底车场3，然后沿煤层向两翼开掘第一阶段运输平巷4和副巷5。同时，在第一阶段上部边界沿煤层开掘阶段回风平巷6。当阶段运输平巷4和阶段回风平巷6掘至井田边界后，在井田边界掘开切眼，将5和6贯通。在开切眼内安装好设备后，即可向井筒方向后退回采。（2）矿井的生产系统回采工作面采出的煤炭，由刮板输送机运到阶段运输平巷4中装车。运输平巷的煤车通过电机车或无级绳牵引到井底车场3，由主井1的绞车提升到地面。新鲜风流由主井l进入井底车场3，经两翼的阶段运输平巷4到达回采工作面。清洗工作面后的废风经阶段回风平巷6、副井2和风硐，由通风机排到地面。为了避免新风与废风相混，主井和回风平巷交叉处应设置风桥。在副井井口附近设置风门，防止地面风流短路。斜井多水平连续式开拓的特点是：开拓方式较简单、建井期短。但同时回采的工作面少、生产能力小。另外，延深工作频繁，生产和掘进之间相互影响较大。工作面整阶段连续推进，对地质条件变化适应性差。所以它适用于煤层埋藏稳定、地质构造简单、井田走向长度短的小型矿井。3．斜井单水平分区式开拓在开采埋藏深度不大的近水平煤层时采用。（1）井巷开掘顺序井筒采用顶板穿层布置当主副井掘至开采水平标高后在煤层底板中开掘井底车场3、运输大巷4及井底车场煤仓20，在煤层中开掘运输大巷副巷5，待运输大巷及其副巷掘至采区中部后开掘采区煤仓19、行人进风斜巷21、采区运输上山6、采区轨道上山7、回风联络巷22，与此同时在井田上部边界开掘风井12、阶段回风平巷11与回风联络巷贯通，然后在采区内第一区段上下部边界区段运输平巷8、区段回风平巷9，待区段平巷掘至采区边界后开掘开切眼，贯通区段运输平巷8与区段回风平巷9。在开切眼内安装采煤设备后，即可进行采煤作业。（2）生产系统运煤系统：10—8—6—19—4—3—1—地面；通风系统：新鲜风流2—3—4—21—6—8—10，污浊风流10—9—22—11—12—地面；运料系统：2—3—4—7—9—10。4．斜井形式选择（1）斜井倾角主要依据其装备的提升设备确定。（2）斜井采用串车和箕斗提升时，其提升能力受井筒斜长影响较大。近年来，胶带输送机技术应用更加广泛。斜井在地下的空间布置形式主要受煤层赋存条件、地面地形和提升方式影响。（3）煤层斜井：斜井沿煤层开掘，施工容易、速度快、投资少。但当煤层较厚、煤层松软、构造复杂及煤层有自燃倾向时，不宜沿煤层布置。此外，沿层斜井需要留设井筒保护煤柱，资源浪费大。（4）底板斜井：为了避免上述问题，可以将井筒布置在煤层底板中。但当煤层倾角小于井筒倾角时，水平石门工程量太大。优点是井筒易维护，不需保护煤柱。（5）穿层斜井：当煤层倾角小于井筒倾角时，为减少水平石门工程量或免受地面因素影响，斜井可穿越煤层布置。5．斜井开拓的特点和使用条件斜井开拓的主要优点是：井筒施工技术和设备简单，掘进速度快，地面工业广场构筑物、井筒装备简单，初期投资少，建井工期短；多水平开拓时石门总长度较短，因此掘进石门的工程量和沿石门的运输工作量较少；井筒延深施工方便，对生产干扰少；采用强力带式输送机，可同时提升几个水平的煤炭。斜井开拓的主要缺点是：井筒较长沿井筒敷设的管线长度较大；围岩不稳定时精通维护费用高，当采用绞车提升时，提升能力低，费用较高；通风路线长，风阻大，费用高；为斜井留设的煤柱煤炭损失大，当表土层厚或由流沙层时，有时难以通过。斜井的适用条件是：煤层埋藏浅、表土层不厚、水文地质简单，无流沙层，井筒不需要特殊施工的缓斜和中倾斜煤层。二、立井开拓1．立井多水平分区式开拓

这种开拓方式与斜井多水平分区式开拓方式相比，只是井筒形式不同。（1）井巷开掘顺序在井田走向中部开凿一对立井，1为主井、2为副井。待主、副井掘至+l00m水平后，开凿井底车场3及主石门；主石门穿入m2煤层底板岩石适当位置后，开掘主要运输本巷4；当其掘至第一、第二采区中央后，掘采区下部车场7；在m2煤层中掘采区输送机上山8及轨道上山9；与此同时，在井田上部边界掘回风井6、回风大巷5、回风石门14、采区上部车场15。采区上山掘通之后，掘第一区段的运输石门16及区段溜煤眼17。通人m1煤层后，掘各煤层的运输平巷、回风平巷及开切眼。（2）生产系统

从m1煤层回采工作面采出的煤炭，经区段运输平巷10、区段溜煤眼17、采区输送机上山8到采区煤仓18，在采区装车站装入矿车；电机车牵引矿车经运输大巷4进入井底车场3，将煤卸人井底煤仓后由主井l提至地面。新鲜风流经副井2进入井下，经井底车场3、主要运输大巷4、行人进风巷9、输送机上山8、区段运输石门16进入m1煤层，经运输平巷进入m1煤层的回采工作面。清洗工作面后的废风经区段回风平巷、区段回风石门14、总回风巷5、回风井6由通风机排出地面。

材料和设备由副井2、井底车场3、主要运输大巷4、轨道上山9、区段回风石门14、区段回风平巷11进入m1煤层回采工作面。2．立井单水平分区式开拓井田沿倾斜划分为两个阶段，每个阶段划分为4个采区，每个采区划分为4～6个区段。（1）井巷开掘顺序首先在井田走向中部开掘主立井l、副立井2，在第一阶段下部布置井底车场3、阶段运输大巷4。在井田上部边界中央开凿回风井15，在回风水平布置回风大巷5。运输大巷和回风大巷分别用采区下部车场6和采区回风石门7与采区相联系。采区内布置有输送机上山8和轨道上山9，区段运输平巷10和区段回风平巷11，并在区段运输平巷和区段回风平巷之间布置回采工作面12。（2）生产系统上山采区回采工作面采出的煤炭，经区段运输平巷、输送机上山、采区下部车场、运输大巷至井底车场，由主井提至地面。新鲜风流由副井进入井底车场，经阶段运输大巷、采区下部车场、采区输送机上山、区段运输平巷进入回采工作面。清洗工作面后的废风经区段回风平巷、采区轨道上山、采区回风石门、阶段回风大巷、风井排到地面。材料、设备由副井下至井底车场，经运输大巷、采区下部车场，由轨道上山提升并送往回采工作面上回风平巷或其他的工作地点。下山采区工作面采出的煤，经采区输送机下山上运至下山采区的上部车场，经第一阶段的运输大巷运往井底车场，由主井提至地面。新鲜风流由副井进入井底车场，经运输大巷、采区轨道下山、区段运输平巷进入回采工作面。清洗工作面后的废风经区段回风平巷、输送机下山，并通过配风巷和上阶段保留的回风上山而进入回风大巷，由风井排到地面。3．立井单水平分带式开拓井田内有一层可采煤层，煤层倾角小于12°，没有大的地质构造变化，井田划分为两个阶段，可以采用分带式倾斜长壁采煤法开采。（1）井巷开掘顺序在井田中央从地面开凿主立井1、副立井2，主副井掘至开采水平标高后，开掘井底车场3、主要运速大巷4、回风石门5、回风大巷6、当运输大巷向两翼掘进一定距离后，掘进行人斜巷12、运料斜巷11进入煤层，并沿煤层掘进分带运输巷7、煤仓10、分带回风巷8，最后沿煤层走向掘进开切眼贯通7和8，形成采煤工作面，即可采煤。（2）生产系统运煤系统：采煤工作面9采下的煤—7—10—4—3—1提升到地面。通风系统：新风六自地面—2—3—4—12—7—9；从工作面流出的污浊风流—8—6—5—1排出。这种开拓方式，巷道布置和生产系统简单，建井速度快，投产早，但上阶段的分带工作面风流下行应采取瓦斯监测措施，主井装有箕斗提升设备，兼做回风井应加强通风管理。4．立井开拓的适用条件及特点立井开拓与斜井开拓相比较，立井井筒掘进及延深需要较高的技术。井筒开凿需要的设备多，掘进速度较慢，井筒装备复杂，基本建设投资大。但是，当开采水平深度一定时，立井开拓具有井筒短、提升速度快、提升能力大的特点。井筒短还可以缩短各种管路和线路的长度。另外，立井井筒还具有通风阻力小、容易维护的优点。从上述可知，立井开拓的矿井，其生产经营费用比斜井低。

立井开拓的适应性很强，一般不受煤层倾角、厚度、水文等地质条件的限制。因此，当煤层埋藏较深、表土层厚度较大或水文情况比较复杂井筒需要特殊施工，或多水平开拓急倾斜煤层以及地质条件不适合斜井或平硐开拓时，都可以采用立井开拓。三、平硐开拓自地面利用水平巷道进入地下煤层的开拓方式，称为平硐开拓。这种开拓方式，在一些山岭、丘陵地区较为常见。1．走向平硐平行于煤层走向而布置的平硐。2．垂直平硐

垂直于煤层走向布置的平硐。根据煤层与地形的关系，垂直平硐可以从煤层顶板或底板进人煤层。3．斜交平硐平硐与煤层走向成斜交布置。根据地形高差的大小布置若干个平硐进行开采，这种布置方式称为阶梯平硐。四、综合开拓井田开拓中，通常主、副井都是采用一种井筒形式。但是，在有的情况下，采用单一的井硐形式开拓井田在技术上有困难，经济上也不合理，因而出现了主、副井采用不同的井硐形式的综合开拓。

根据不同的地质与生产技术条件，综合开拓可以有多种形式，如平硐与立井、斜井与立井、平硐与斜井等。五、煤层群开拓

当若干煤层或煤组由一个矿井开采时，称为煤层群开拓。1．煤层间的联系方式用一个矿井开拓煤层群时，各煤层间需要用巷道联系，以构成全矿井完整的生产系统。根据煤层倾角大小、层间距离和运输方式，各煤层之间可用石门、斜眼或立眼联系。2．煤层群的分组

为了合理开采煤层群，尽量减少工程量，便于生产集中管理，改善开采的技术经济效果，通常根据煤种、煤质、厚度及层间距等因素，按照开采技术的要求，将煤层群划分为若干个煤层组。分组原则：（1）煤种和煤质相同的煤层，应尽可能划分为一组，以便于煤质管理和不同煤种的分别运送。、（2）同组煤层的层间距应当较近，以便于生产管理，减少石门的掘进工程量。（3）各煤组煤层的总厚度大致相等，以便配采和均衡生产。（4）瓦斯等级相同或近似的煤层，尽可能的划为一组，以便于通风管理。（5）应考虑同组煤层采用相同采煤方法的可能性。六、井田开拓中的几个主要问题1．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硐，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面因素、地下因素和技术经济因素等三方面进行论证和比较。（1）地面因素的影响；（2）地下因素；（3）技术经济因素。六、井田开拓中的几个主要问题1．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硐，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面因素、地下因素和技术经济因素等三方面进行论证和比较。（1）地面因素的影响；（2）地下因素；（3）技术经济因素。2．开采水平的确定（1）采区下山开采在多水平开拓的井田中，每一个水平可以只开采上山阶段，也可以开采上、下山两个阶段。决定是否采用下山开采的因素很多，最主要的是矿井基本建设的工程量和基本建设投资的大小以及生产技术条件和因素等。（2）开采水平的确定根据井田内划分阶段的多少，可以设一个或几个开采水平。这主要取决于井田的斜长和阶段尺寸的大小以及是否采用下山开采。第五节

井底车场与主要巷道的布置一、阶段大巷布置1．阶段运输大巷的运输方式胶带运输时，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。目前，我国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。2．运输大巷的布置方式（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。分层运输大巷可以沿煤层掘进，也可以在煤层底板中开掘。（2）集中运输大巷在开采水平内只开一条运输大巷为各煤层服务，它通过采区石门与各煤层相联系。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。（3）分组集中大巷分组集中大巷是前述两种方法的过渡形式，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。3．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。大巷位置与大巷布置方式关系密切。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。4．阶段回风巷布置矿井第一水平的回风巷布置应根据情况区别对待。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。