煤矿开采学教材版2.docx
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煤矿开采学教材版2
第二章井田开拓的基本概念
----书上第十六章
§2.1矿井储量生产能力服务年限
一、矿井储量
1、地质储量：
在井田范围内所包含有的煤层的所有计算出的煤炭储量，包括平衡表内和平衡表外储量
1）、平衡表内储量：
在目前的技术经济条件下，所要求的煤层质量指标（灰分、发热量等）达到可以利用的、其指标符合要求且在目前技术条件下能够采出的储量（A+B+C+D）。
2）、平衡表外储量：
目前尚难利用将来可能会利用，目前技术条件不能够采出而将来能够采出的储量。
2、工业储量Zg：
经过勘探，其煤层厚度和质量均合乎开采要求，而地质构造又比较清楚的平衡表内储量。
A+B+C（+0.5D）。
（说明A、B、C、D各级别的意义）
1、矿井设计储量：
在矿井设计中，由工业储量减去永久煤柱的损失量。
Zs=（Zg－P1）
Zs：
矿井设计储量；Zg：
工业储量
P1：
永久煤柱的损失量，包括井田境界煤柱、断层煤柱、铁路、公路、河流、城镇、重要建筑等需要保护的煤柱；
4、矿井设计可采煤量
Zk=（Zs－P2）·C
Zk：
矿井设计可采煤量；
P2：
包括工业广场煤柱、井筒保护煤柱、水平大巷保护煤柱、阶段分界煤柱、主要上下山保护煤柱，可以定义为暂时煤柱。
C：
矿井设计的采区回采率，分为三类：
厚煤层≥75%，中厚煤层≥80%，薄煤层≥85%。
5、各类储量之间的关系
6、
矿井设计可采储量矿井设计储量（矿井可采储量）
工业储量永久煤柱损失设计损失量
能利用储量（A+B+C）
矿井地质储量（A+B+C+D）远景储量（D）
暂不能利用储量
二、矿井生产能力
井型大小的确定，在划分时就需考虑储量，尺寸。
1、储量：
指工业储量。
大型井，投资多，应有较长的生产期（服务年限），储量应大。
下表是在一般情况下，矿井和第一开采水平的最低服务年限。
（服务年限的计算，后面会讲到）
2、开采能力：
矿井生产条件能保证的原煤生产能力。
主要是采区的生产能力与同时生产的采区数。
同采采区数与井型有关。
600万及以上，6～7个以上；400～500万，4～6个；240、300万，3～4个；150、180万，2～3个；120万及以下，1～2个。
3、生产环节能力
提升、运输、通风、排水、供电、井底车场通过能力等等。
各环节能力，一般按设计能力进行设计，如果设备特殊，可能成为限制矿井生产能力的因素。
4、安全生产条件：
主要是指瓦斯、通风、水文地质等因素。
这四个因素储量是基础，开采能力是关键，各环节能力应配套，安全生产条件必须保证。
三、矿井服务年限
1、计算公式：
：
矿井服务年限，年；
：
矿井设计生产能力，万t/a或Mt/a；
K：
储量备用系数，取1.3～1.5。
2、储量备用系数的意义：
考虑两个方面原因：
1）、由于在地质勘探过程中，很多地质构造不能完全控制，包括断层、褶皱、岩浆岩侵入带、陷落柱等，加大了煤柱的损失量；
2）、由于国民经济建设和发展的需要，市场需要煤炭，煤炭的需求量增加，而在矿井设计中，各个生产环节均有富裕能力，当实际地质条件与精查地质报告所提供的资料相差不大是，实际的矿井生产能力会提高，从而使实际的产量
增加；
鉴于以上两个原因，在计算矿井服务年限时，需要留有富裕量。
计算矿井服务年限、水平服务年限都可用此公式。
采区的服务年限计算时，是否需要可由教师来确定。
不同设计矿井生产能力所要求的矿井设计服务年限及第一开采水平设计服务年限见下表
矿井设计生产能力（万吨年）
矿井设计服务
年限（年）
第一开采水平设计服务年限（年）
煤层倾角＜25°
=25°～45°
＞45°
600及以上
80
40
300～500
70
35
120～240
60
30
25
20
45～90
50
25
20
15
§2.2开拓方式的概念及分类
开拓方式：
开拓巷道的布置方式通称开拓方式；
一、开拓方式的分类
（井筒：
由地面通达矿体的巷道）
1、按井筒形式分：
立、斜、平、综、分区域；
2、按水平数的多少分：
单水平、多水平；
3、按开采准备方式分：
上山式、下山式、上下山式、混合式；
2、按开采水平大巷的布置方式分：
分煤层大巷、集中大巷、分组集中。
开拓方式
立井
斜井
平硐
综合
单水平
多水平
上下山
上山
上下山
混合
分层大巷
集中大巷
分组集中大巷
如立井单水平上下山（采区）式、立井多水平上下山（采区）式、立井多水平上山（采区）式、立井多水平上山及上下山混合（采区）式（图16-6），绘出关系图形如上图。
二、开拓应解决的问题
1、确定井筒的形式，数目及其配合。
合理选择井筒及工业广场的位置。
2、合理地确定开采水平数目和位置（标高）
3、布置大巷和井底车场。
4、确定矿井开采程序，做好水平的接替。
5、进行矿井开拓延深，深部开拓及技术改造。
三、确定井田开拓方式的原则
1、贯彻执行有关煤炭工业的技术政策，初期工程量应少（多、快、好、省、高、安）。
2、合理集中开拓部署，生产系统简单；
3、合理开发国家资源，减少煤炭损失；
4、执行《煤矿安全规程》；
5、尽可能采用目前国家能够提供的新技术、新设备、新工艺；
6、有条件时，不同煤种、煤质的煤分别开采。
第三章井田开拓方式
（书上第17章内容）
§3.1立井开拓
一、示例一
（利用CAI课件中的图讲解）（图17-1）
立井、多水平、分区式、上山开拓，第一水平－260，第二水平－400。
1、掘进顺序（矿井的建井计划、工程排队）
掘进顺序
掘进顺序
主
井
副
井
井底
车场
主石门
运输大巷
回风大巷
回风石门
风
井
采区准备巷道
采煤工作面
采煤工作面
采区
采区
2、生产系统1）、煤，2）、料（设备），3）、风，4）、延深情况；
3、各个巷道的作用：
1）、主井：
用于提升煤炭，有时兼作回风用的立井，称主立井，简称主井。
2）、副井：
用于矿井辅助提升，兼作进风用的立井，称副立井，简称副井。
3）、风井：
专门用于回风用的立井，称回风立井，简称风井。
4）、井底车场：
位于井筒附近，联结主、副井及开采水平主要运输巷道的一组巷道和硐室的总称，是联结井下运输和井筒提升的枢纽。
5）、主石门：
位于开采水平，与煤层走向直交或斜交，联结井底车场和开采水平主要运输巷道，主要服务于开采水平煤炭运输的水平巷道。
6）、运输大巷：
位于开采水平，与煤层走向基本平行，和主石门及采区上、下山直接相连，主要服务于开采水平煤炭运输的水平巷道。
7）、回风大巷:
位于开采水平上部，与煤层走向基本平行，和回风石门及采区上山直接相连，为开采水平回风服务的水平巷道。
8）、回风石门:
位于开采水平上部，与煤层走向直交或斜交，联结回风大巷和风井，为开采水平回风服务的水平巷道。
二、示例二
（利用CAI课件中的图讲解）（图17-2）
立井、单水平、分带式开拓。
＜15°时采用。
三、示例三
（利用CAI课件中的图讲解）利用（图17-1）
立井、单水平、上下山开拓
四、立井井筒的设备
设备的选择与矿井生产能力密切相关。
矿井生产能力
（Mt/a）
主井井筒装备
副井井筒装备
0.3
一对双层单车（1t）罐笼
一对单层单车（1t）罐笼
0.6
一对6t箕斗
一对双层单车（1t）罐笼
0.9
一对9t箕斗
一对双层单车（1.5t）罐笼
1.2
一对12t箕斗
一对双层单车（3t）罐笼
1.5
一对16t箕斗
一对双层单车（3t）罐笼
1.8
一对16t箕斗
一对双层单车（3t）罐笼
一个双层单车（3t）罐笼带重锤
2.4
两对12t箕斗
一对双层双车（1.5t）罐笼
一个双层单车（5t）罐笼带重锤
3.0
两对16t箕斗
一对双层双车（1.5t）罐笼
一个双层单车（5t）或双层双车（1.5t）罐笼带重锤
（利用CAI课件中的表讲解）
（主、付井的工作，设计中井筒的大小用直经表示）
五、风井的布置形式
（利用CAI课件中的图讲解）
中央式（并列式、分列式）、两翼对角式、采区分区独立式、混合式。
并列式时，一般用主井通风，其井塔需密闭，漏风＜15%，进风时风速＜6m/s；（图18-12、13、14、15）
§3.2斜井开拓
一、片盘斜井
（利用CAI课件中的图讲解）（图17-4）
是斜井开拓中最简单的开拓方式。
每一阶段只能布置一个区段内的工作面，也叫整阶段连续式开采。
多用于小型井。
大、中型井的初期可用若干对片盘，后期建集中井。
二、集中斜井（一般就叫斜井）
1、示例（图17-3）
（利用CAI课件中的图讲解）
此为斜井，多水平，分区式上山开拓，与立井开拓相比，井筒形式不同，井底车场简单。
1）准备；
掘进顺序
掘进顺序
主
斜井
副
斜井
井底
车场
运输大巷
回风大巷
回风石门
风
井
采区准备巷道
采煤工作面
采区
新鲜风流
污风风流
煤流
主
斜井
副
斜井
井底
车场
运输大巷
回风大巷
回风石门
风
井
采区准备巷道
采煤工作面
采区
2）生产系统；
。
3）接替延深
4）、巷道的作用
（1
主斜井：
用于提升煤炭，有时兼作回风用的斜井，称主斜井。
（2）副斜井：
用于矿井辅助提升，兼作进风用的斜井，称副斜井。
2、斜井提升设备
提升设备与生产能力有关，而设备的选择又与倾角有关。
一般在煤田划分为井田时，各矿井的能力就有一定的根据，基本定下来，然后，设计矿井时，选择提升设备，设备如下：
大型井：
皮带、箕斗大型：
串车
主井中型井：
箕斗付井中型：
串车
小型井：
串车小型：
中车、无极绳
箕斗、串车有单钩和双钩之分，皮带提升时应有检修轨道。
倾角：
不同的设备，适用于不同的倾角；无极绳绞车适于
＜10°，箕斗适于：
=25°～35°，皮带适于：
＜16°，串车适于：
＜25°。
3、斜井形式
1）、沿煤斜井。
小型井，服务年限短，煤质较硬。
2）、底板斜井。
大多数采用，距煤层法线距离＞15～20m。
3）、穿岩斜井（由底板到顶板）（图17-5）
4）、反斜井（由顶板到底板）（图17-6）（折返斜井）
3）、4）两种情况，均是由于地面条件影响或提升设备的要求造成，而4）完全是由于地面条件的影响，不多用。
§3.3平硐开拓
一、特点
1、特点：
是一种最简单最有利的开拓方式，具有投资少，占有设备少，施工容易，生产环节少，出煤快，成本低。
2、准备：
3、生产系统
二、平硐开拓布置方式
1、走向平硐：
平硐沿煤层走向布置，相当于大巷一样。
（图17-7）
2、垂直平硐：
平硐垂直煤层走向布置，到煤层底板，布置大巷。
（图17-8）
3、阶梯平硐：
煤层垂高太大，外部或内部集中运下来煤。
（图17-9）
（在黑板上绘出图说明适用条件、优缺点）
三、要求
平硐应有流水坡度，煤矸处理在平硐外，条件允许可在硐内。
§3.4井筒形式的分析与选择
主要讲，立、斜、平开拓的优缺点及运用条件
一、平硐开拓
1、优缺点：
有许多优点，由于少一个提升环节，整个系统简单了；
1）、井下出煤可直接外运，无提升环节，系统简单，费用低；
2）、地面建筑简单，无井架和绞车房；
3）、一般不设井底车场，水仓、水泵房，无需排水设备；
4）、施工条件好，掘进速度快，初期工程量小，出煤快。
5）、受地形及煤层埋藏条件限制。
2、适用条件：
山区。
在工业广场水平之上有煤。
其储量够一个水平的储量。
（表6—1的服务年限，用
，则
=T·A·K计算）
若条件较好，储量可以同相同井型的第一水平的储量少5～10年的开采量，可以用平硐开拓。
二、斜井开拓
1、片盘斜井
1）、优点：
地面建筑简单，井巷工程量小，投产快，增产潜力大，技术经济指标较好。
2）、缺点：
井口分散，占地多，接序紧张。
3）、适合条件：
煤田位于浅部，露头发育，表土不厚（20～30m）水文地质条件简单，地质构造简单。
2、集中斜井（优缺点是与立井比较而得）
1）、优点
（1）、掘进施工简单，速度快；
（2）、地面建筑、井筒装备、井底车场简单，提升绞车小；
（3）、第一水平石门长度短，采用中央采区时，出煤快；
（4）、投资少，建井期短；
（5）、延深方便，对生产干扰少；
（6）、采用皮带提升时，能力大，可采用自动控制，并可多水平提升；
2）、缺点
（1）、同样的开采深度，斜井比立井长，辅助经营费用多，如排水通风、供电、水气、设备线长度等。
（2）、采用绞车提升时，能力小，钢丝绳磨损严重。
（3）、辅助提升能力小，若过长，需多段，管理复杂，能力小；
（4）、难以通过特殊岩层。
3）、适合条件：
煤层埋藏不深、表土不厚、水文地质情况简单、井筒不需特殊施工法施工的缓倾斜及倾斜煤层的井田。
三、立井开拓
1、优点
1）、辅助提升能力大；2）、主井采用大断面时，可安装两套提升设备，能力大；3）、管线短，井筒短，辅助工作容易；4）、可以通过特殊岩层；
2、缺点
施工困难，地面设施复杂，井底车场布置复杂，投资大等，与斜井相对应。
3、适合条件：
煤层埋藏较深、表土厚、或水文地质情况比较复杂、井筒需要特殊施工法施工，或多水平开采急缓倾斜的矿井。
四、一般情况下立、斜井的适用条件
煤层埋藏深度超过400m，或有较厚冲击层，含水层、流砂层等特殊岩层，必须用立井，深度小于300m，可考虑斜井。
§3.5综合开拓
有时，主付井或风井都采用同一种形式的井筒，技术上有困难，经济上不合理，可考虑用综合开拓。
一、立、斜综合开拓
1、斜主、立付。
斜井用皮带，能力大，副井利用立井，能力也大。
1）、特点：
充分发挥皮带斜井作为主井提升的优点，克服一般斜井作为副井的缺点。
2）、适合条件：
大型井和特大型井；尤其是特大型井采用。
（图17-10）
2、立主、斜付。
主井为立井，副井为斜井
1）、特点：
发挥立井提升速度快、能力大、通风排水有利、浅部用斜井作为副井可节约立井施工投资的优点。
2）、适合条件：
小型井，中、小型井，特别是中型井，当斜井提升能力不够时采用，此时，付井用斜井足够，主井用立井，能力足够。
二、平、立或平斜综合开拓
1、特点：
利用平硐开拓井田浅部，利用立井或斜井开拓井田深部。
2、适合条件：
适用各类井型。
一般情况下，平硐完成主付井的所有工作，用斜井或立井回风，路线短。
有时，用平硐进风路线太长时，可用立井，斜井进风。
图17—11为立井进风，斜井回风。
图17—12为前期用平硐，后期用立井，综合开拓的
3、主要缺点是：
井口分两处，工业广场分散，不利于主、副井的井上、下联系；占地多、煤柱损失大；不利于生产调度。
§3.6多井筒分区域开拓
井型很大时所出现的一种特殊开拓方式，集中程度很大.图17—13，
一、多井筒分区式开拓的特点
1、分区式开拓:
在大型或特大型矿井的井田开拓时，为了解决辅助运输、矿井通风困难的问题，把整个井田划分成几个较大的部分，每个部分建立独立通风系统或辅助运输系统的开拓方式，称分区式开拓。
2、分区式开拓的特点
煤炭由服务于全矿的主井统一提（运）升；
各个分区均有辅助井筒，担负进风和回风任务，有时也承担辅助提升任务；
分区的范围很大，相当于一个中型矿井的井田范围。
3、分区式开拓的适用条件:
矿井生产能力大于3Mt/a，井田走向长度大于10km，以及瓦斯大，开采深度大于600m，或通风路线长的矿井。
二、多井筒分区式开拓实例（英国赛尔比利矿）
1、矿井概况:
矿井的走向长度为24km，倾斜长度为16km，总储量约20亿吨，矿井生产能力为10.0Mt/a，主井两条大皮带，电机2000千瓦，3200m长。
分五个区域，每个区域一对立井（做付井用），生产能力200万，4个综采工作面完成，每个50万t/a。
（图17-14）。
英国赛尔比利矿分区式开拓示意图
2、
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