1、 1 第二章 井田开拓方式 2.1 井田开拓概念 2.1.1 井田 开拓 方式的概念 井田 开拓 ：由地表进入煤层为开采水平服务所进行的井巷布置和采掘工程称为井田开拓 。 矿井 开拓 方式：矿井井筒形式、开采水平数目及阶段内的布置方式的总称。 2.1.2 井田开拓方式的分类 （ 1） 按井筒（井筒 ：由地面通达矿体的巷道）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； （ 4） 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。 如立井单 水平上下山（采区）式、立井多水平上下山（采区）式、
2、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，绘出关系图形如下图 2.1。 图 2.1 开拓 方式分类关系图 2.1.3 确定井田开拓方式的原则 合理确定矿井生产能力，井田范围，进行井田内的划分，确定井田 开拓 方式，井筒数目及位置；选择主要运输大巷布置方式及井底车场形式； 确定井筒延伸方式及井田开采顺序 。其确定开拓方式的 基本原则 为 ： （ 1）多出煤、早出煤、出好煤、建设高产高效安全生产矿井，集中，简单； （ 2）按规程完善通风条件 ，良好生产条件； 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
3、中大 巷 2 （ 3）减少煤柱损失，减少巷道维护量，提高矿井采出率； （ 4）减少工程量，降低投资，减少建工工期 新技术机械化 。 2.2 斜井开拓 斜井 开拓 时，根据井田再划分方式和阶段内布置形式可组合成多种 开拓 方式。如：“斜井单水平分区式 ”、 “斜井单水平分带式 ”、 “斜井多水平分区式 ”、 “斜井多水平分段式 ”等。本节仅举例介绍我国目前常用的几种斜井 开拓 方式。 2.2.1 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
4、由上而下逐阶段开采。图 2.2 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。 图 2.2 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 3 （ 1） 矿井 开拓 程序 井田沿走向中央，沿煤层倾斜方向向下开掘主斜井 1 和副斜井 2，两井均在煤层之中，且两井中间留 30m40m 煤柱。为了掘进通风方便和沟通两井筒间的联系，每隔一段距离开掘联络巷 8 将两井筒贯通。井筒掘到第一阶段下部时，开掘第一阶段下部车场。从下部车场向井筒两侧开掘第一阶段运输平巷 4 和副巷
5、 5。为了掘进方便， 4、 5 之间每隔一定距离掘联络巷沟通。 4、 5 之间阶段煤柱根据有关规定留设。与此同时，在第一阶段上部开甩车场向井筒两侧开掘第一阶段回风巷 6。在井田沿走向边界处沿倾斜方向掘开切眼 7 将 5、 6 沟通，并在开切眼内布置采煤工作面开采。 该矿工作面由井田边界向井筒方向推进，属于阶段内后退式开采。工作面推至斜井井筒保护煤柱线时停止开采。井筒两侧保护煤柱宽度一般为 3040m。 （ 2） 矿井生产系统 工 作面 7 采出的煤，由工作面刮板输送机送至阶段运输副巷 5，并经联络巷运至阶段运输巷 4 装入矿车。矿车由电机车牵引至第一阶段下部车场 3 并由主斜井 1 提至地面。
6、 生产所需材料、设备和人员一般由主斜井 1 下放到阶段上部车场，由阶段回风平巷 6 送到工作面上口，然后供工作面使用。副斜井只有在矿井产量大，辅助提升任务重时才作辅助提升。新鲜风流由主斜井进入，经阶段下部车场 3、运输平巷 4、联络巷 8、阶段副巷 5 进入工作面 7。冲洗工作面后的乏风，经阶段回风平巷 6、回风斜巷 9 汇集到副斜井排出地面。为了避免生产中新鲜风流和乏风掺混及风流短路， 通常要在主要进风巷和回风巷交岔处设置风桥、风门等通风构筑物。为保证矿井生产正常接替，在开采第一阶段时，及时向下延深井筒对第二阶段进行 开拓 并按同样方法布置巷道。生产转入第二阶段后，第一阶段的阶段运输平巷作为
7、第二阶段的回风平巷。以后每阶段依次类推，直到开采到井田深部边界。 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。缺点是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。但随着采煤机械化程度的提高，工作面单产水平也会大大增加。因此，一些埋藏条件好、地质构造简单的大中型矿井也可采用片盘斜井 开拓 。但就现有生产经验，采用片盘斜井 开拓 时，井田走向长不宜大于 1.5km。井田倾斜长度，一级提升时，不宜大于 800m,两级提升时，不宜大于 1.5k
8、m,并且尽可能采用一级提升。 4 2.2.2 斜井单水平分区式开拓 这种 开拓 方式由斜井进入煤体，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 2.3 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六个采区。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，下山阶段式分为四个区段。矿井可采煤层为一层中厚煤层，煤层倾角较小。图 2.3 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、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 （ 1） 矿井 开拓 程序 在井田沿走向中部，由地面开掘一对岩层反斜井，主斜井 1 和副斜井 2。主斜井 1安装胶带输送机提升煤炭、副斜井 2 安装绞车作辅助提升。斜井井筒掘到开采水平时，在开采水平布置井底车场和硐室，然后向两侧掘进水平运输大巷 4 和副巷 5。水平运输大巷和副巷掘至采区中部位置后，在采区下部布置采区下部车场并开掘采区运输上山 6和轨道上山 7，当采用中央分列式通风
10、时，在主副井斜井施工同时，在井田浅部沿走向5 中央开凿回风井 12 至上山阶段上部车场、区段运输平巷和回风平巷，并掘 进开切眼布置工作面回采。 （ 2） 矿井生产系统 工作面出煤。经区段运输平巷 8、采区运输上山 6 至采区下部煤仓。煤炭装入矿车后由机车引经水平运输大巷 4 至井底煤仓，并由井底煤仓装入斜井皮带提至地面。 材料、设备由副斜井下放至井底车场，由电机车牵引经水平运输大巷至采区下部车场。然后由采区轨道上山经采区中（上）部车场送至区段回风平巷进而到采煤工作面。 新鲜风流由主、副斜井经井底车场、水平运输大巷、采区下部车场、运输上山和区段运输巷至工作面。冲洗工作面后的乏风，经区段回风平巷、
11、水平回风大巷由边界风井排至地面。 阶段内采用 前进式开采顺序：首先开采井筒附近的采区，随后逐采区向井田两侧边界推进。在一个采区结束以前，应准备好下一个采区，做到采区顺利接替。 第二阶段为下山开采。由水平运输大巷在采区中部位置布置采区上部车场并沿煤层向下做采区下山 13 和 14。然后在采区内掘区段平巷，然后通过采区内侧区段平巷构成工作面回采。下山采区工作面出煤向下运至区段运输平巷，然后通过采区运输下山 13向上运至采区煤仓，装车后由水平运输大巷运至井底车场由主斜井提至地面。下山采区所需材料、设备经采区上部车场，由轨道下山下放并经采区中部车场、区段回风平巷送到工 作面。新鲜风流经采区上部车场、采
12、区轨道下山、区段运输平巷进入工作面。乏风经区段回风平巷、采区运输下山、水平副巷、上山阶段保留的回风上山进入水平回风大巷。然后经边界风井排出。 （ 3） 斜井形式选择 斜井形式主要是指其井筒倾角和在地下的空间布置。 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， =20 35无极绳提升 10胶带输送机提升 17。 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。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。 2.3 立井开拓 立井 开拓 也是广
13、泛采用的一种进入煤体的方式。除井硐形式外，其它 开拓 巷道布置6 与斜井相同。 2.3.1 立井单水平分带式开拓 这种 开拓 方式如图 2.4 所示，井田划分为两个阶段，阶段内采用分带式布置。 图 2.4 立井单水平上下山 开拓 （带区式准备）示意图 1主井； 副井口 井底车场； 运输大巷； 回风石门； 回风大巷； 分带运愉巷； 8分带回风巷；， 采煤工作面；（） 带区煤仓； 11运 料斜巷； 12行人进风斜巷 （ 1） 矿井 开拓 程序 在井田中央从地面开凿主井 1 和副井 2，当掘至开采水平标高后，开掘井底车场 3、主要运输大巷 4、回风石门 5、回风大巷 6，当阶段运输大巷向两翼开掘一定
14、距离后，即可由大巷掘行人进风斜巷 12、运料斜巷 11 进人煤层，并沿煤层掘分带运输巷 7、煤仓10、分带回风巷 8。最后沿煤层走向掘进开切眼即可进行回采。 （ 2） 矿井生产系统 由工作面采出的煤装人刮板输送机运至分带运输巷；经转载机至胶带输送机运至煤仓在运输大巷装车，由电机车牵引至井底车场，通过主井提至地面。工作面所需物料及设备经 副井下放至井底车场，由电机车牵引至分带材料车场，经斜巷 11 由绞车提升至分带回风巷，然后运至采煤工作面。新鲜风流自地面经副井、井底车场、运输大巷、行人进风斜巷，从分带运输巷分两股进人两个工作面。清洗采煤工作面后的污风，由各自的分带回风巷至总回风巷，再经回风石门
15、进人主井排出地面。 7 这种 开拓 方式的生产系统比较简单，运输环节少，建井速度快，投产早，但其上山阶段的分带风巷是下行风，应采取措施，防止分带回风巷中瓦斯积聚，保证安全生产。另外，示例中没有单独开凿回风井，而采用箕斗井兼作回风井。 2.3.2 立井多水平分区式 开拓 图 2.5 为立井多水平分区式 开拓 。该井田有两层可采煤层 m1 和 m2，两层煤间距不大，采用联合开采的方式，在 m2 煤层底板岩石中布置阶段运输大巷和回风大巷，为两层煤所共用。井田内设两个开采水平。 图 2.5 立井多水平分区式 开拓 1主井； 2副井； 3井底车场； 4运输大巷； 5回风大巷； 6回风井； 7采区下部车场
16、；阶段运输大巷； 8采区运输上山； 9-采区轨道上山； 10m1 区段运输平巷； 11m1 区段回风平巷；12-m2 区段运输平巷； 13-m2 区段回风平巷； 14回风石门； 15采区上部车场 ； 16区段运输石门； 17区段溜煤眼； 18采区煤仓； 19行人进风斜巷； 20-区段回风石门； 21下区段回风平巷；22第二水平井底车场； 23-第二水平主要石门； 24-第二水平运输大巷 采区内巷道布置与斜井分区式 开拓 相同。 两层煤间的开采顺序应保证相互不受采动影响。对多水平 开拓 ，一定要注意水平间8 的接替，在上水平采完以前，要将下水平 开拓 准备完毕。同时也要注意采区间、区段间的接替，
17、以保证矿井稳定生产。 立井 开拓 可以适应各种水平划分方式和阶段内布置形式。立井 开拓 的优点是井筒长度短、提升速度快、提升能力大 及管线敷设短、通风阻力小、维护容易。此外，立井对地质条件适应性强，不受煤层倾角、厚度、沼气等条件限制。立井 开拓 的缺点是井筒掘进施工技术要求高，开凿井筒所需设备和井筒装备复杂，井筒掘进速度慢，基建投资大等。斜井 开拓 和立井 开拓 各有所长和所短。要结合煤层赋存特征、地质条件、地面地形、技术装备和经济因素综合分析和比较来确定最合适的井硐形式。 2.4 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
18、拓 方式就是平硐 开拓 。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。 平硐的布置方式与地表地形和煤层产状有关。主要布置方式有：走向平硐 ;垂直平硐 。 2.5 综合开拓 通常情况下，一个矿井的主、副井都是同一种井硐形式。然而，有时常因某些条件的限制，采用同种井硐形式会带来技术上的困难或影响矿井的经济效益。在这种情况下，主、副井可采用不同的井硐形式，称为综合 开拓 。综合 开拓 根据地质条件和生产技术条件而定。根据井硐的三种基本形式，组合后理论上 有六
19、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。不论哪一种综合 开拓 方式，其确定的原则都是尽可能充分发挥各种井硐形式的优越性。 2.5.1 立井 斜井综合开拓 立井 斜井综合 开拓 是使用广泛的一种综合 开拓 方式。它利用立井井筒短，提升速度快，比斜井串车提升能力大优点，用立井作为主井担负提煤任务。又利用斜井施工简单，掘进快，井筒装备简单、人员上下方便和安全等优点，用斜井作副井担负辅助提升和兼作安全出口。 2.5.2 斜井 立井综合开拓 图 2.6 为某特大型矿井采 用的斜井 立井综合 开拓 方式。该矿井田范围大9 （ 250km2）
20、，年产量高（设计生产能力 1000 万 t/a）。为了合理开采，矿井采用分区域布置，将整个井田划分为五个独立的区域。每个区域再象一个井田一样划分为两个水平、四个阶段，阶段内分带布置。对这样的特大型矿井，为了充分发挥胶带输送机连续运输、能力大、不受深度限制等优点，在井田走向中央开凿一对主斜井，安装运输能力达 2000t/h的斜井钢丝绳胶带输送机，为整个井田服务。在各个分区域，又利用立井井筒短、管线敷设距离短、提升速度快等优点，各开凿一对立井井筒作为分区辅助提 升井。 图 2.6 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
21、料运人大巷； 6大煤仓 2.6 井田开拓的基本问题分析 2.6.1 井硐位置及数目的确定 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。井硐的主要作用是联系井上和井下，在井上，由于要布置地面工业场地，井口位置要受地表因素影响，井硐在开凿过程中掘进的难易程度和维护性的好坏，受井下地质因素的影响。另外，井硐落底位置与矿井生产经营的技 术经济合理性有关，所以井硐位置还受矿井技术经济合理性的约束。 10 根据以上分析，选择井硐位置应从以下三方面进行论证和比较。 （ 1）地面因素的影响 能充分利用地形，使地面生产系统和工业场地布置合理，尽可能减少地面工业场地的土石方工
22、程量。 地面工业场地应尽可能少占或不占良田，特别是不要占用高效农田。 井口标高应高于当地历史最高洪水位，并具有良好的泄、排洪条件，免受洪水危胁。 井口所在地工程地质条件要好，要避免滑坡、崩坍、地表沉陷的影响。 距林区较近时，应给井口留有足够的防火距离，免受森林火灾的影响。 （ 2） 地下因素 井硐 穿过的岩层应有良好的地质条件，尽可能避免穿越流沙层、强含水层和地质破坏剧烈带等不利于井硐掘进和维护的地带。 井硐落底位置应能保证各水平井底车场巷道和硐室处于坚硬、完整的岩层中，保持井底车场良好的维护条件。 井硐应避免老窑采区及其垮落岩层的影响。 井硐应尽可能布置在薄煤带或不受采动影响的井田边界之外，
23、以减少工业场地煤柱损失。 井硐位置应保证井硐延深时， 不受底板强含水层水患威胁。 （ 3） 技术经济因素 井硐落底位置应尽可能使井下运输、提升等生产环节简单。 井硐落底位置应尽可能使开拓工程量小，建井快，出煤早。 井硐落底 位置应尽可能降低煤炭运输费等运营费用并使矿井生产易于管理。 井硐落底位置在以上原则下，应优先考虑有利于第一开采水平，并兼顾其它水平。在条件许可时，井筒落底最好靠近第一水平运输大巷。 2.6.2 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。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。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
