煤矿生产概况与井田开拓.doc

第二章 煤矿生产概况与井田开拓 第一节 煤田开发及矿井建设程序 一、基本概念 1．煤田 在地质历史发展过程中，由含碳物质沉积形成的基本上连续分布的大面积含煤地带，称为煤田。 2．矿区 开发煤田形成的社会组合称为矿区。 3．矿区开发 煤田或矿区范围都很大，需要划分若干部分进行开采，划归为一个矿井开采的部分煤 田，称为井田。根据煤炭储量、赋存条件、煤炭需求量、投资环境等情况，确定矿区规模，划分井田，确定井田开采方式矿井或露天，规划矿井或露天建设顺序和确定矿区附属企业的种类与生产规模及其建设过程等，总称为矿区开发。 二、矿区开发类型 1．矿区煤田构成类型 我国煤炭资源丰富，目前拥有探明储量达1万亿吨以上，且分布广泛。最主要的成煤期有4个，即华北一带的晚石炭一早二叠世，储量占总储量的26％；南方各省的晚二叠世，储量占总储量的5％；华北北部、东北南部和西北地区的早中侏罗世，储量占总储量的60％；东北地区、内蒙古东部的晚侏罗世一早白垩世，储量占总储量的7％。上述4个成煤期所赋存的煤炭储量占总储量的98％。 矿区煤田构成类型有单一煤田矿区、两个煤田矿区、多煤田矿区、煤田一部分矿区。我国华北地区的石炭二叠世煤田和西南地区的晚二叠世煤田所属矿区多为煤田一部分矿区类型，东北地区的早中侏罗世煤田矿区多为单一或两个煤田矿区类型。 2．矿区煤种类型 我国煤炭品种齐全，气煤、肥煤、焦煤、贫煤、无烟煤、弱黏结煤、不黏结煤、长焰煤、褐煤等16类煤种均有分布，但各煤种比例悬殊，地理分布也不平衡，因此构成了我国不同煤种的矿区类型。其中山西省的焦煤占全国的56．5％，无烟煤占45％。 3．矿区规模类型 矿区规模类型可说明煤炭资源分布、赋存特点和区域国民经济发展情况。通常按矿区的设计或生产能力将矿区规模分为特大型矿区、大型矿区、中型矿区、小型矿区4个类型。 1 特大型矿区矿区设计能力1 000万t以上； 2大型矿区矿区设计能力500万--1 000万t； 3中型矿区矿区设计能力300万--500万t； 4小型矿区矿区设计能力600 300～500 80 70 40 35 大型 120240 60 30 25 20 中型 45～90 50 25 20 15 小型 9～30 各省自定 地质和开采条件包括可采煤层的层数、层间距离、煤层厚度及稳定程度、煤层倾角、地层的褶曲断裂构造、瓦斯赋存状况、围岩性质及地压岩浆岩活动的影响、水文地质条件及地热等。按开采条件所能保证的出煤能力，即矿井的生产能力，主要决定于采区的生产能力和同时生产的采区个数。 在具体条件下根据煤层赋存情况、顶底板岩石性质、所选用的采煤工艺和设备，以及相应的采煤工作面长度和推进度，确定采煤工作面生产能力。根据采区巷道布置和采煤工作面接替关系，以及采区内通风、运输能力等因素，确定采区内同时生产的采煤工作面个数及相应的采区生产能力。对于新建矿井，要实现合理集中生产，减少初期工程量和基建投资。一般以开采一个水平来保证矿井设计生产能力，且每翼同时生产的采区数目一般不宜超过两个。 3．技术装备水平 技术装备是提高矿井生产能力的技术手段，技术装备水平不同，采煤工作面单产水平也不同。目前，我国普通机械化采煤工作面单产水平为30。60万t／a，综合机械化采煤工作面单产水平为90～150万t／a，大功率高产高效综采工作面单产水平为300万t／a以上。 4．安全生产条件 主要指瓦斯、通风、水文地质等因素的影响。如矿井的瓦斯等级高，所需风量较大，则通风能力可能成为限制井型的因素。生产矿井也有不少因通风能力不足而改造通风系统，以满足矿井增产需要的例子。矿井涌水量很大时，为了减少矿井排水的年限，可适当加大开采强度，缩短开采年限。 在上述4个方面中，储量是基础，开采能力是关键。对开采能力估计过高，矿井投产后，长期达不到设计生产能力；对开采能力估计过低，矿井投产后，迅速突破设计能力。技术装备水平是主导因素，必须不断提高机械设计和制造水平。安全生产条件必须保证，如果需要风量大，则可以增大巷道断面，或增开巷道，或实行分区通风。因此，矿井生产能力必须根据具体情况作具体分析，要尽量选择有利于加快矿区建设的井型方案。 对于构造和水文简单，储量丰富，煤层生产能力大，开采条件好的矿区，宜建设储量不很丰富，煤层生产能力不大，或储量虽然丰富，但多为薄煤层，或地质构造比较复杂和有煤与瓦斯突出的煤层，宜建设中、小型矿井。 三、矿井服务年限 矿井服务年限是指按矿井可采储量、设计生产能力，并考虑储量备用系数计算出的矿产开采年限。 矿井服务年限可由十几年到百余年。一般来说，矿井服务年限一定要与矿井的生产能力相适应，即各类井型都有适宜的服务年限，这是因为 1矿井的基本建设投资很高。其中随着矿井报废而报废的井巷工程约占总投资的1／3左右，地面土建工程约占1／5，有些机电设备虽然可以拆迁，但要付出很大的费用和损耗，因此，每一个矿都应有适当的服务年限，以保证人力、物力和资金的充分利用。 2矿井建设和生产与其他企业有密切关系，如交通运输、水电供应等。在大型矿区内，这些企业往往形成一整套工业体系，为了保证这些企业充分利用资金和物力，矿区和矿井都应有足够的服务年限。 矿井服务年限、生产能力与井田储量之间有以下关系 TZK/AK 式中 ZK 矿井可采储量，万t； T--矿井设计服务年限，a； A矿井设计生产能力，万t／a； K储量备用系数，一般取1．2～1．5。 矿井生产能力及服务年限的大小，体现了矿井开采强度。井田境界确定以后，如果矿井生产能力确定得太小，矿井服务年限可能过长，将使大量煤炭资源积压；相反，如果矿井生产能力确定得过大，可能会造成生产分散、接替紧张，矿井长期达不到设计产量，或缩短服务年限。 在设计矿井时，矿井服务年限应与矿井生产能力相适应。一般地说，井型大的矿井基建工程量大，装备水平高，基本建设投资多，吨煤投资高，为了发挥投资的效果，矿井的服务年限就应长一些。小型矿井的装备水平低，投资较少，服务年限可以短一些。随着煤炭开采技术的发展，煤炭科学技术更新步伐加快，设备更新周期逐步缩短，矿井服务年限有缩短的趋势。 第六节 井田再划分 一、井田划分为阶段 一个井田的范围相当大，其走向长度可达数千米到万余米，倾向长度可达数千米，因此，必须将井田划分成若干个更小的部分，才能按计划有顺序地进行开采。 1．阶段的划分及特征 在井田范围内，沿煤层的倾斜方向，按一定标高把煤层划分为若干个平行于走向的长条部分，每个长条部分具有独立的生产系统，称之为一个阶段。井田的走向长度即为阶段的走向长度，阶段上部边界与下部边界的垂直距离称为阶段垂高，阶段的倾斜长度为阶段斜长。如图27所示。 图27井田划分为阶段和水平 ．，l一第一阶段；，2一第二阶段；3一第三阶段 每个阶段都有独立的运输和通风系统。如在阶段的下部边界开掘阶段运输大巷兼作 进风巷，在阶段上部边界开掘阶段回风大巷，为整个阶段的运输和通风服务。 2．水平与开采水平的概念 通常将设有井底车场、阶段运输大巷并且担负全阶段运输任务的水平，称为开采水简称水平。水平通常用标高m来表示，如图27中的0 m，-150 m，-300 m等，在矿井生产中，为说明水平位置、顺序，相应的称为0水平、-150水平、-300水平等；或称为第一水平、第二水平、第三水平。 阶段与水平二者既有联系又有区别。其区别在于阶段表示的是井田范围中的一部分，强调的是煤层开采范围和储量；而水平是指布置在某一标高水平面上的巷道，强调的是巷道布置。二者的联系是利用水平上的巷道去开采阶段内的煤炭资源。广义上的水平已经不仅仅表示一个水平面，而且也包括水平所能服务的阶段范围。 根据煤层赋存条件和井田范围的大小，一个井田可用一个水平开采，称为单水平开拓； 也可用两个或两个以上的水平开采，称为多水平开拓。 单水平开拓如图28所示，井田划分为两个阶段。900 m水平以上的阶段，煤由上向 图28单水平上、下山开拓示意图 I一上山阶段；II一下山阶段 l一主井；2-副井；3一井底车场；4-阶段运输大巷；5一阶段回风大巷；6．_回风井 下运输到开采水平，称为上山阶段；900 m水平以下的阶段，煤由下向上运输到开采水平，称为下山阶段。这个开采水平既为上山阶段服务，又为下山阶段服务，这种开拓方式称为单水平上、下山开拓。 单水平上、下山开拓方式适用于开采煤层倾角较小、倾斜长度不大的井田。 多水平开拓，可分为多水平上山开拓，多水平上、下山开拓和多水平混合式开拓。 多水平上山开拓如图29所示，井田设3个开采水平，每个水平只为一个上山阶段服务，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。这种开拓方式一般用于开采急倾斜煤层的井田。 图29多水平上山开拓示意图 1一主井；2-一副井；3一井底车场；4_一主石门；5一阶段运输大巷；6．一阶段回风大巷；7_一回风井 多水平上、下山开拓如图210所示，每个水平均为上、下山两个阶段服务。这种开拓方式比多水平上山开拓减少了开采水平数目及井巷工程量，但增加了下山开采，一般用于煤层倾角较小、倾斜长度较大的井田。 图210多水平上、下山开拓示意图 1一主井；2_副井；3一主石门；4_水平运输大巷；5一回风大巷；6．_回风井 多水平混合式开拓如图2一11所示。第一水平只开采一个上山阶段，第二水平开采下山两个阶段，这种开拓方式既发挥了单一阶段布置方式的优点，又适当地减少了井巷工程量和运输量。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，可采用这种开拓方式。 图211多水平混合式开拓示意图 1一主井；2_副井；3一水平运输大巷；4_回风大巷；5一回风石门；6__回风井；7一含水岩层 二、阶段内的再划分 井田划分为阶段后，阶段的范围仍然较大，通常需要再划分，以适应开采技术的要求。阶段内的划分即开采所需的“阶段内准备”一般有采区式、分段式和带区式3种方式。 1．采区式划分 在阶段范围内，沿走向把阶段划分为若干个具有独立生产系统的块段，每一块段称为一个采区。在图2一12所示中，井田沿倾斜方向划分为3个阶段，每个阶段又沿走向划分为4个个采区。 图例一采区边界一一井田边界 、 图212采区式划分 ，，2，，3一第一、二、三阶段；Cl，Q，C3，G一第一、二、三、四采区；Q1，Q2，Q3一第一、二、三区段 阶段运输大巷；2_-阶段回风大巷；3一采区运输上山；4_采区tAt山；5一区段运输平巷；6---区段回风平巷 采区的走向长度一般由500---2 000 m不等。采区的斜长与阶段斜长相等，一般为600～l 000 m。确定采区边界时，要尽量利用自然条件作为采区边界，以减少煤柱损失和开采技术上的困难。 在采区范围内，如采用走向长壁采煤法，也要沿煤层倾斜方向将采区划分为若干个长条部分，每一个长条部分称为一个区段。如图2一12中A图所示，采区划分为3个区段，每个区段沿斜长布置一个采煤工作面，工作面沿走向推进。每个区段下部边界开掘区段运输平巷，上部边界开掘区段回风平巷；各区段平巷通过采区运输上山、轨道上山与开采水平大巷连接，构成生产系统。 2．分段式划分 在阶段范围内不划分采区，而是沿倾斜方向将煤层划分为若干走向长条带，每一个长条带称为分段，每个分段沿斜长布置一个采煤工作面，这种划分称为分段式划分。采煤工作面沿走向由井田中央向井田边界连续推进，或者由井田边界向井田中央连续推进，213所示。 各分段平巷通过主要上下山与水平大巷联系，构成生产系统。 分段式划分仅适用于地质构造简单、走向长度较小的井田。 3．带区式划分 在阶段内沿煤层走向划分为若干个具有独立生产系统的带区，带区内又划分成若干倾斜分带，每个分带布置一个采煤工作面，如图214所示。分带内采煤工作面可由阶段下部边界向阶段的上部边界推进仰斜，或者由阶段的上部边界向下部边界推进俯斜。一般由2～6个分带组成一个带区。 分带布置工作面适用于倾斜长壁采煤法，巷道布置系统简单，比采区式布置巷道掘进工程量少，但分带工作面两侧的倾斜回采巷道掘进困难，辅助运输不便。在煤层倾角较小的条件下可采用带区式划分。 第七节 井田开拓方式 一、概述 由地表进入煤层为开采水平服务所进行的井巷布置和开掘工程称为矿井开拓。在某一井田范围内，按井巷的作用和服务范围，可将矿井井巷分为开拓巷道、准备巷道和回采巷道。为井田开拓而开掘的基本巷道称为开拓巷道，即为全矿井、开采水平或若干采区服务的井巷。如主井、副井、井底车场、主石门、运输大巷、回风大巷、回风石门、风井等。开拓巷道是从地表进入采盘、带区的通道。用开拓巷道建立的矿井运输、提升、通风、排水及动力供应等生产系统，称为开拓系统。开拓巷道在井田内的布置方式称为井田开拓方式。合理的井田开拓方式须经过多种方案的技术经济比较后才能确定，因此，矿井开拓的定义域是从地表进入采盘、带区的通道及其服务的范围。 一井田开拓方式分类， 由于具体的井田地质条件和开采技术条件有较大的差异，井田开拓方式有很多种类。井田开拓方式按井筒形式可分为立井开拓、斜井开拓、平硐开拓和综合开拓4类；按开采水平数目可分为单水平开拓和多水平开拓两类；按阶段内的布置方式可分为采区式、分段式和带区式3类。在开拓方式的构成因素中，井筒形式占有着突出的地位，因此常以井筒形式为依据，对井田开拓方式进行分类。 二井田开拓方式所要解决的问题及其原则 井田开拓要解决的主要问题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；确定井筒延深方式及井田开采顺序等。这些问题关系到矿井生产系统的总体部署，因此，对矿井开拓方式的选择要十分慎重。 确定井田开拓方式应遵循以下几项原则 1贯彻执行国家煤炭工业有关技术政策、法律、法规，适应煤炭工业现代化发展的要求，为多出煤、早出煤、出好煤、建设高产高效安全生产矿井创造条件。 2合理集中开拓部署，建立完整而尽可能简单的生产系统，创造良好的生产条件，为安全生产和提高劳动生产率创造条件。 3井巷布置和开采顺序安排要尽量减少煤柱损失，以提高煤炭资源回收率。 4在保证生产可靠和安全的前提下，尽可能减少开拓工程量，尤其是矿井初期工量和岩巷工程量，以减少矿井初期投资，缩短建井工期。 5要为采用新技术和发展矿井机械化、自动化生产创造条件。 6满足市场对不同煤种、不同煤质的需要。在开拓部署时，应考虑将不同煤质、不同煤种的煤层以及其他有益矿物分别进行开采。 三我国煤矿井田开拓概况及发展方向 1．我国煤矿井田开拓方式应用概况 我国煤矿井田开拓方式应用情况统计见表23。 表23我国煤矿井田开拓方式 处一万∥a 、＼井型 开拓方妄、＼