矿井开拓与准备---ppt.ppt

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2023/5/22,1,第四篇矿井开拓与开采第1章矿井开拓与准备主讲：

2023/5/22,2,本章主要内容,第1章矿井开拓与准备第一节开拓方式的概念及分类第二节立井开拓第三节斜井开拓第四节平硐开拓第五节综合开拓第六节矿井开拓延深和技术改造第七节采区、带区准备,2023/5/22,3,第一节开拓方式的概念及分类,一、开拓方式概念在一定的井田地质、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开拓方式。

二、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：

（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）。

2023/5/22,4,（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；近水平煤层，开采水平分别开采井田上山部分及下山部分，采用盘区式准备。

（3）上山及上下山混合式开采上述方式的结合应用。

（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。

2023/5/22,5,开拓方式分类,2023/5/22,6,第二节立井开拓,立井开拓是广泛采用的一种进入煤体的方式。

利用直通地面的垂直井巷作为主副井的开拓方式。

其开拓巷道布置与斜井相同。

立井开拓方式分为：

（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。

如图1-1所示。

2023/5/22,7,图1-1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,2023/5/22,8,第三节斜井开拓,一、片盘斜井开拓片盘斜井开拓是斜井开拓的一种最简单的形式。

它是将整个井田沿倾斜方向划分成若干个阶段，每个阶段倾斜宽度可以布置一个采煤工作面。

在井田沿走向中央由地面向下开凿斜井井筒，并以井筒为中心由上而下逐阶段开采。

图1-2为一片盘斜井的示例。

井田沿倾斜方向划分为四个阶段。

阶段内按整个阶段布置，即每一阶段斜宽布置一个工作面。

2023/5/22,9,图1-2片盘斜井开拓1主井；2副井；3片盘车场；4-阶段运输平巷；5辅巷；6阶段回风平巷；7-采煤工作面；8联络眼,2023/5/22,10,第三节斜井开拓,片盘斜井开拓特点优点：

片盘斜井开拓，巷道布置和生产系统简单，井巷施工技术也不复杂，而且初期工程量小，出煤快。

缺点：

不能多阶段同时生产，同采工作面最多为两个，矿井生产能力受到限制。

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。

2023/5/22,11,第三节斜井开拓,二、斜井单水平分区式开拓由斜井进入煤体，由一个开采水平开采整个井田。

井田可划分为一个阶段，也可以划分为两个阶段。

阶段沿走向划分为采区。

图1-3为一典型的斜井单水平分区式开拓方式。

井田划分为两个阶段，每个阶段沿走向划分为若干个采区。

开采水平在上、下两阶段分界面。

上山阶段每个采区沿倾斜划分为五个区段，下山阶段式分为若干个区段。

矿井可采煤层为一层中厚煤层，煤层倾角较小。

2023/5/22,12,图13斜井单水平分区式开拓1主井；2副井；3井底车场；4阶段运输平巷；5阶段辅巷；6采区运输上山；7-采区轨道上山；8、15区段运输平巷；9、16区段回风平巷；10、17采煤工作面；11-阶段回风平巷；12-回风井；13采区运输下山；14采区轨道下山；18专用回风上山；19采区煤仓；20井底煤仓；21行人进风上山；22回风联络巷,2023/5/22,13,第三节斜井开拓,三、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。

根据经验，一般应符合下列范围：

串车提升25箕斗提升，=2535无极绳提升10胶带输送机提升162、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，随着胶带输送机技术的不断发展，斜井提升能力大大加强，其应用更加广泛。

2023/5/22,14,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，为了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。

2023/5/22,15,第四节平硐开拓,在山岭和丘陵地区，往往在矿井地面工业场地标高以上埋藏有相当储量的煤炭。

开采这部分煤炭最简单、经济的开拓方式就是平硐开拓。

见图1-4。

平硐开拓，就是从地表开掘水平巷道进入山体或丘陵内的煤层。

一般地，以一条主平硐担负运煤、运料、出矸、行人、排水、进风和敷设管线等任务。

在井田上部回风水平开回风平硐或回风井担负回风任务。

走向平硐垂直平硐阶梯平硐,2023/5/22,16,a走向平硐b垂直平硐1主平硐2盘区上山图14平硐开拓示意图,图15阶梯平硐,2023/5/22,17,第五节综合开拓,根据井硐的三种基本形式，组合后理论上有六种综合开拓方式，即：

立井斜井、斜井立井、平硐立井、立井平硐、平硐斜井和斜井平硐开拓方式。

图1-6立井-斜井综合开拓,图1-7斜井立井综合开拓1主斜井；2-分区域辅助立井；3底板岩石胶带输送机大巷；4联络斜巷；5阶段胶带输送机及运料运人大巷；6大煤仓,2023/5/22,18,图1-8平硐立井综合开拓1平硐；2立井；3暗斜井；4回风平硐；5回风小井,图1-9平硐斜井综合开拓1主平硐；2副斜井；3阶段运输大巷；4阶段辅巷,2023/5/22,19,井田开拓中的几个主要问题,一、井筒位置及数目的确定井筒是矿井最重要的井巷工程。

它是矿井由地下通向地面的出口，是煤炭、材料、设备、人员、风、电的必经之路，是整个矿井生产系统的咽喉。

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。

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。

2023/5/22,20,二、开采水平的确定,井田沿倾斜方向划分为阶段后，就要确定开采水平。

如前所述，一个水平可以为一个阶段服务，也可以为两个阶段服务。

当阶段高度一定时，采用上、下山开采比只用上山开采水平数目少，井底车场、硐室等工程量及有关设备相应减少，因而基本建设投资也相应降低。

同时，由于水平数目减少，每个水平的服务年限增长。

从生产技术上讲，采区上山开采与采区下山开采在运输、排水、通风、掘进等方面都有各自的特点。

采区上山开采，煤是向下运输，运输能力大、动力消耗少、运输费用的单价较低；但是，煤有反向运输，矿井运输提升的总费用比下山开采略大一些。

采区上山开采的排水系统简单，采区内的涌水可以直接由采区上山道自流到阶段平巷。

而采区下山开采的排水就复杂得多。

要增加排水设备和排水费用。

在通风方面，上山开采回风平巷位于阶段上部，采区的进风巷与回风巷往往相距较远，不易漏风。

而采用下山开采时，进风巷与回风巷相距较近，因而漏风的可能性大，使采区的通风效率降低，且采区内通风构筑物增多，通风管理较困难。

2023/5/22,21,三、井底车场,井底车场是井硐与井下主要巷道连接处的一组巷道和硐室的总称。

它担负着矿井煤矸、物料、设备、人员的转运，又为矿井的通风、排水、供电服务，是连结井下运输和井筒提升的枢纽。

一、井底车场的型式和特点由于井筒形式、提升方式、大巷运输方式的不同，井底车场型式也各不相同。

根据矿车在车场内运行的特点，井底车场均可分为环行式和折返式两大类。

2023/5/22,22,图110立井环行井底车场示意图a卧式车场；b斜式车场；c立式车场1主井；2副井；3主井重车线；4-主井空车线；5调车线；6回车饶道；7主要运输大巷,2023/5/22,23,图1-11立井折返式井底车场示意图a立井梭式车场；b立井尽头式车场1立井重车线；2立井空车线；3副井重车线；4副井空车线；5材料车线；6调车线；7通过线,2023/5/22,24,二、井底车场型式选择选择井底车场型式时，应根据矿井的不同条件考虑以下主要原则：

1）运输系统和调车方式简单，有利于采用集中、闭塞、自动控制信号系统；2）车场通过能力较矿井实际生产能力富裕30以上；3）减少巷道开拓工程量，4）尽量减少巷道交岔点，以便减少施工的困难和提高行车速度，增大井底车场的通过能力；5）整个车场巷道和硐室，应布置在稳定的易于维护的岩层中。

2023/5/22,25,第六节矿井开拓延深和技术改造,矿井开采将逐步地向深部发展，每隔一段时间，就需要延深井筒，开拓新的水平。

生产矿井的开拓延深，是煤炭生产过程中保证开采连续进行的必要措施，它对挖掘矿井生产潜力，提高矿井生产能力具有重大影响。

一、矿井延深的原则1）充分利用老矿原有设备、设施，挖掘现有的生产潜力。

2）尽量减少对现有生产水平的影响，并有利于下水平的延深，同时，力求生产系统简单，缩短新旧开采水平交替生产的时间。

3）临时性的辅助工程量小，减少投资，缩短工期，降低生产经营费用。

4）尽量采用先进技术，以适应煤矿现代化生产发展的需要。

2023/5/22,26,二、矿井延深方案的选择1）主、副井直接延深2）采用暗立井或暗斜井延深3）新开一个井筒，延深一个井筒,图1-12主、副井筒直接延深,图1-13暗井延深,图1-14新开主井延深,2023/5/22,27,三、矿井技术改造与改扩建,1）矿井技术改造及改扩建的内容

（1）提高提升、运输、通风、排水、供电、压风和地面设施等各生产环节的机械化和自动化水平。

（2）改革井巷布置与开采部署，使其有利于集中生产，以适应生产条件和现代采矿装备的要求，同时，对井下生产系统和地面设施进行改建或扩建。

（3）改善井下生产条件和生产环境，对矿井各生产环节和井下环境进行监测和控制，特别是要利用计算机自动监测系统，进行信息的收集和处理，以提高安全生产的可靠程度。

2023/5/22,28,2）矿井技术改造的要求为使矿井技术改造能够达到预期效果，应满足以下要求：

（1）查明矿井储量和地质条件，要求煤炭储量和地质条件，准确可靠。

（2）有足够的资金，并能合理使用，使技术改造在较短时间内完成。

（3）尽量采用先进的技术和装备。

更新提升、运输、通风设备，使地面辅助生产实现专业化和集中化。

（4）为了减少技术改造的工程量，节约资金，缩短工期，要充分利用原有井巷、系统和设施。

（5）各环节的生产能力要配套。

经技术改造后的矿井各环节的生产能力必须相互适应，即采掘、运输、提升、通风和地面设施的能力要配套，有的环节上还要留有适当余地。

（6）选取适宜的技术改造内容和范围。

根据矿井条件，合理选取单个矿井全面技术改造、邻近矿井合并改造或矿井主要生产系统薄弱环节的单项技术改造等内容。

2023/5/22,29,第七节采区、带区准备,一、准备方式分类准备方式可按煤层赋存条件、开采方式及巷道布置方式进行分类。

按煤层赋存条件，准备方式可分为采区式准备、盘区式准备、带区式准备与条带式准备。

按开采方式，可分为上（下）山采区准备与上（下）山盘区准备。

按区内巷道布置，可分为单翼采区准备、双翼采区准备和跨多上山采区准备。

按煤层开采联系，可分为单层布置准备与联合布置准备。

准备方式分类如图1-15所示。

2023/5/22,30,图1-15准备方式分类,2023/5/22,31,二、上（下）山采区准备方式,上（下）山采区式准备方式是在阶段开拓巷道已圈定的采区范围内开掘准备巷道。

根据采区内准备巷道特点、服务范围、开采煤层数目的不同，通常把采区分为：

上山采区与下山采区，单翼采区与双翼采区，单层布置采区与联合布置采区等不同类型。

在运输大巷的上侧布置采区巷道，采区内采出的煤下运至运输大巷的采区，称为上山采区。

在运输大巷的下侧布置采区巷道，采区内采出的煤上运至运输大巷的采区，称为下山采区。

一般多采用上山采区。

2023/5/22,32,1）单层布置上山的采区准备方式,图1-16单层布置上山采区准备方式1-运输大巷；2回风大巷；3-下部车场；4轨道上山；5-运输上山；6上部车场；7、7-中部车场；8、8、10区段回风平巷；9、9-区段运输平巷；11联络眼；12采取煤仓；13-采区变电所14绞车房；15行人联络眼,2023/5/22,33,2）联合布置上山的采区准备方式

（1）共用采区上山的一种联合准备方式两个薄及中厚煤层m1和m2共用采区上山的一种联合准备方式如图1-17所示。

图117共用采区上山的采区巷道联合布置1阶段运输大巷；2阶段回风大巷；3共用运输上山；4共用轨道上山；5-m1层区段运输平巷；6-区段溜煤眼；7-m1层区段轨道平巷；8区段石门；9-m2层区段运输平巷；10-m2层区段轨道平巷；11采区煤仓；12大巷车场,2023/5/22,34,三、盘区式与条带式准备方式,我国通常把58以下的煤层叫做近水平煤层。

由于近水平煤层倾角小，因而在准备方式上与缓倾斜和倾斜煤层相比，有相似之处，又有一些不同的特点。

盘区式准备方式，按盘区与运输大巷相对位置的不同，有上山盘区与下山盘区之分；条带式的准备方式，按条带开采煤层的数目分，有单层布置条带与联合布置条带。

2023/5/22,35,1）上（下）山盘区准备方式图1-18是上山盘区联合布置的准备方式，平面图中只画出上层煤的巷道布置，盘区内开采两个薄及中厚煤层m1和m2，其间距为10m15m，地质构造简单，煤层平均倾角为58。

盘区双翼开采，走向长度为1200m，斜长为1000m，盘区内划分若干区段。

运输大巷开在m2煤层底板岩石中，总回风巷、运煤上山布置在m2煤层，轨道上山布置m1煤层中；区段平巷为双巷布置，盘区上山与区段平巷以溜煤眼和材料斜巷联系，大巷与轨道上山以盘区材料上山联系。

2023/5/22,36,图1-18上山盘区联合布置准备方式1岩石运输大巷；2总回风巷；3盘区材料上山；4盘区轨道上山；5盘区运煤上山；6下部车场；7进风斜巷；8回风斜巷；9煤仓；10m1层区段进风平巷层；11区段运输平巷；12m2层区段进风平巷层；13m2层区段运输平巷；14区段材料斜巷；15区段溜煤眼；16甩车场；17无极绳绞车房；18无极绳尾轮；19盘区材料斜巷绞车房；20绞车房回风巷；21下层煤回风巷,2023/5/22,37,2）条带式准备方式,图1-19条带式准备方式1运输大巷；2-回风大巷；3材料大巷；4煤仓；5行人进风斜巷；6工作面运输巷；7-工作面回风巷,2023/5/22,38,条带准备方式中工作面按推进方向，分为仰斜开采和俯斜开采两种。

一般来说，采煤工作面向大巷方向推进，对于工作面通风和巷道维护比较有利。

因此，在开采近水平薄及中厚煤层时，煤层顶板及其它地质条件没有特殊要求时，往往采用大巷上方的煤层俯斜开采，大巷下方的煤层采用仰斜开采的方式。

条带式准备方式适用于下列条件：

倾角为12以下的薄及中厚煤层，走向断层不发育，沼气涌出量和涌水量不大的煤层。

2023/5/22,39,四、准备巷道布置及参数分析,1）上（下）山的数目、位置和布置方式上（下）山是准备方式中重要的运输、通风巷道，而且服务时间较长。

（1）上（下）山的数目的确定在一般情况下，采区布置两条上（下）山（一条运输上山、一条轨道上山），就能满足采取运输、通风和行人的需要。

随着生产的发展，常常需要增加上山数目，例如：

1生产能力很大的特厚煤层采区和联合布置采区。

2产量较大，沼气涌出量也很大的采区，特别是下山采区。

3产量较大，经常出现上下区段同时生产，需要简化通风系统的采区。

4运输上山和轨道上山均布置在底板岩石中，需要探清煤层情况，或为提前掘进其他采区巷道的采区。

2023/5/22,40,

（2）上山位置,图1-20采区上山的位置1-轨道上山；2运输上山；3通风、行人上山,2023/5/22,41,（3）上山布置的方式根据煤和围岩性质、巷道维护状况、服务年限、设备条件等因素确定，一般有：

1两条煤层上山2一岩一煤上山3两条岩石上山4两岩一煤上山5三条岩石上山,2023/5/22,42,2）采区生产能力,采区生产能力是采区内采煤工作面和掘进工作面产量之和，依单位时间内所生产的煤量计算，一般以采区日产量（t/日）或年产量（万t/年）表示。

近年来，由于采煤机械化水平不断提高，机采工作面平均月产可达两万吨，最高可达10万t。

大型联合布置的采区，一般年产为4560万t，有的高达百万吨以上。

高产、稳产工作面为采区集中生产创造了有利条件，集中生产联合布置的采区，又促进了高产稳产工作面的发展。

采区集中、机械化生产在技术经济上具有很大的优越性。

加大采区生产能力，实现采区集中，机械化生产，是煤炭工业发展的方向，但是在确定采区生产能力时，要根据具体条件，作具体分析。

2023/5/22,43,3）采区走向长度,合理的采区走向长度，对于提高矿井及采区生产技术经济指标，保证采区高产稳产具有密切联系。

一般情况下，双面采区的走向长度为800m1000m，对于综采工作面，有条件的应尽量跨越上山（下山或石门）回采，其采区走向长度一般为1000m1200m，当不能跨越上山（下山或石门）回采时，其采区走向长度一般为1500m3000m，对于底板松软、巷道维护困难、地质构造复杂或自然发火期短的煤层，以及装备水平低的小矿，采区走向长度可适当缩短。

2023/5/22,44,4）采区采出率,采区内留设的煤柱，有一部分可以回收，有的煤柱往往不能完全回收，致使煤炭资源损失。

因此，采区实际采出的煤量低于实际埋藏量。

采区内采出的煤量与采区内工业储量的百分比称为采区采出率，其计算公式为：

采区工业储量一开采损失采区采出率=100%采区工业储量采区开采损失主要指采区内各种煤柱损失及工作面回采中的落煤损失。

为了提高采区采出率，在采区巷道布置上应积极采取措施，少留煤柱或不留煤柱，并尽量减少落煤损失。

厚煤层不低于0.75，中厚煤层不低于0.8，薄煤层不低于0.85；工作面采出率：

厚煤层分层工作面不低于0.93，中厚煤层不低于0.95，薄煤层不低于0.97。

2023/5/22,45,5）采区煤柱尺寸,保护煤柱尺寸，取决于煤层所承受的压力大小和煤柱本身的强度。

通常煤层埋藏深、厚度大、围岩软时，煤柱承受的压力大。

煤柱强度取决于煤层的力学性质，煤柱尺寸同时也与巷道支护情况及巷道维护时间有关。

要通过现场实测资料，来确定采区煤柱尺寸。

以下所列的各种煤柱尺寸可供参考：

（1）采区上山（下山）煤柱沿走向一侧宽度：

薄及中厚煤层为20m，厚煤层为3040m。

（2）区段一侧煤柱宽度：

薄及中厚煤层为815m，厚煤层为1520m。

（3）主要运输大巷、总回风巷沿煤层布置，上下每一侧煤柱宽度：

近水平煤层不小于40m，缓倾斜煤层为2540m，倾斜煤层为1525m，急斜煤层为1015m。

（4）相邻采区之间，隔离煤柱宽度一般为l0m。

（5）断层煤柱尺寸应根据断层落差、含水性等具体情况而定。

落差大、含水量丰富的断层一侧留设3050m煤柱；落差小的一侧可留1015m煤柱；再小可以不留煤柱。

2023/5/22,46,思考题,1片盘斜井开拓的优点、缺点和适用条件是什么？

2斜井单水平分区式开拓的优点、缺点和适用条件是什么？

3立井开拓的优点、缺点和适用条件是什么？

4简述平硐开拓有几种方式，说明其布置特点及适用条件？

5什么叫综合开拓？

通常有哪几种综合开拓方式？

2023/5/22,47,6什么叫双翼采区？

什么叫单翼采区？

7上山采区式准备方式的优点、缺点和适用条件是什么？

8采区上山条数如何确定？

9如何确定合理的采区走向长度？

10什么是采区生产能力？

如何合理地确定？

11.采区上山的布置方式有哪几种？

12.采区煤柱尺寸如何确定？

2023/5/22,48,谢谢！