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采矿学-第十五章井田开拓方式

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第十五章 井田开拓方式
第一节 立井开拓
一、示例 (一)立井多水*上山式开拓方式 1、条件: 煤层:M1、M5 ,埋藏深,表土厚、缓倾斜煤层。 两个阶段, 两个开采水*: -260m,-400m 采区:每阶段布置4个采区;

2、开掘顺序
原则:尽快沟通风路; 采用*行作业。

1 至? 260 6 至采区中部 在井田中部开凿 ???? 3 ? 4 ?? ??? 5 ? ? 2 7 与此同时井田上部边界 8 ? 回风石门 ? 9 ? 掘 与此同时掘绞车房煤仓 安装设备进行回采

14 ? 11 ?

13 15 ? 开切巷 12 10

4、生产系统:
运煤系统: 通风系统: 排水系统; 动力、压风、 水供应系统:

5、开采顺序
沿煤层走向:采区前进式,区内后退式; I 沿倾斜方向: 8 9 阶段下行式; 14 7 6 7 6 14 区段下行式; 4 煤层间:下行式。 5 一水*生产, 1 3 2 二水*准备延深 17
+ + +

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

(二)立井单水*上下山开拓
1、条件: 煤层:M1为厚煤层、? ? 12?,埋藏深,表土 厚。 2、立井单水*上下山式开拓方式 两个阶段,一个开采水*,划分成带区

I
+ + + + + + +

+

+

+

+

+

+

+

+

I

I -- I

+

+

+

+

+

+

+

3、开掘程序
I 9

6 5
1 2

6

3 4 7 I 8

1

2

4

3

I

4、生产系统: 运煤系统:

3 5 4

通风系统:
箕斗井回风,封闭措施
2 1 I 6 7
3

5

I
6 7 1 2
cm0601

I
4

二、立井开拓分类
? 井田沿倾斜划分为阶段,设开采水*,可

以单水*、多水*或局部设辅助水*开拓。 一个开采水*可用上山式、上下山式、混 合式。 ? 准备方式可有:采区式、盘区式、带区式。 ? 开采水*大巷可以分层布置,集中布置及 分组集中布置。

三、立井开拓井筒配置
?一般以立井(主井、副井有时设回风井)

进行开拓,装备两个井筒,主井一般用箕斗 提煤,副井一般用罐笼辅运、行人、进风等。
?小型立井的主副井可均装备罐笼,或只装

备一个井筒。

主井井筒装备 矿井生产 能力/万ta-1
30 一对双层单车(1t) 罐笼

副井井筒装备
一对单层单车(1t)罐笼

60
90 120

一对6t箕斗
一对9t箕斗 一对12t箕斗

一对双层单车(1t)罐笼
一对双层单车(1.5t)罐笼 一对双层单车(3t)罐笼

150
180 240

一对16t箕斗
一对16t箕斗 两对12t箕斗(一对 24t箕斗)

一对双层单车(3t)罐笼
一对双层单车(3t)罐笼,带重锤 一对双层双车(1.5t)罐笼,一个双层 单车(5t)罐笼

300

两对20~40t箕斗

一对双层双车(1.5t)罐笼,一对双层 单车(5t)或双层双车(1.5t)罐笼带 重锤

第二节 斜井开拓
(1) 片盘斜井 一、斜井多水*上山开拓 1、自然条件:M1 、M2 ;?? 25?;埋 (2) 集中斜井 A单水* ①盘区式 藏深、表土层薄、无流砂层。 B 多水* ②条带式 2、开拓方式: ③采区式 两个阶段:-100m,-280m, 两个开采水*: -100m,-280m, 采区:每阶段布置4个采区;

3、开掘程序 ?主斜井1、副斜井2、 至+80m掘辅助车场 3 、回风大巷4。 ?至 -100m 掘 井 底 车 场6、运输大巷7 ?风井、阶段回风石 门。 ?采区车场8、上山9、 10。

4、生产系统

对通风要求: 主斜井用胶带运煤时, 可兼作进风井,但V? 4m /s。 运煤系统 新风 ? 2 ? 通风系统 ? ? m1面 ? 13 ? 12 ??? 7? 12? 1 胶带斜井不得兼作回风井。6 ? 7 9 10 ? 6 ? 13 运料系统? 料设 ? 2 ? 6 ? 7 ? 8 ? 10 ? 15 ? 16 ? 面 主斜井用箕斗运煤时,通风要求同立井。 ? 面 ? 16 ? 15 ? 4 ? 5

5、开采顺序
l 沿走向 第一水*采区前进式, 区内后退; 第二水*:采区后退, 区内后退。 l 沿倾斜 - 阶段下 行式 ,区段下行式; 煤层间 - 下行式。

二、片盘斜井开拓
1、特点:相当于一个下山采区 井田划为若干段,每个段称一片盘,片盘布置一个采 面,整段回采;
I
+450 +400 6 +350


I


5 3

1

2

4

7

8

+300

I

I -- I

7

1 2

I
+450 +400 6 +350


I


5 3

1

2

4

7

8

+300

I

I -- I

7

1 2

片 盘 斜 井 开 拓 ( 图 17 4 )

3、生产系统: 2、掘进顺序: 运煤 : 8 ? 6 ? 4 ? 3 ? 1 +450 3 1 间 距30 ~ 40 m 5 ? 7 ? 8 8 +400 运料 :? ? ? 5 ? 7 ? 2? I 5 ? +350 井 田 中 部 掘 ?? 6 ? Ⅱ 4 2 +300 通风: 新风?1 ? 3 ? 4 ? 6 Ⅲ 面 ? 7 ? 5 6 2 ? 3?4??
cm1704

4、优缺点

优点: 1)巷布及生产系统简单 2)初期工程量少,投资少,投产快 3)施工容易,且能补允地质资料 4)技术装备及生产管理简单 缺点: 1)A小; 2)采掘干扰,上下片盘接替频繁; 3)对地质适应性差 5、适用:地质构造简单,井田走向较短;埋藏 浅。有扩大应用的前景。

三、斜井开拓井筒装备
1、小型井——装备一个井筒,单钩串车。 A主井 双钩串车 2、中小型井 B 副井 单钩串车 C无极绳(*水*) A主井 ①箕斗 3、中型井 ②胶带 B副井——串车 4、大型井 A主井——胶带,并有检修轨道。 B副井——双钩,1~2条。 5、特大型井 A主井——强力胶带 B副井——2~3条

四、提升设备对井筒角度的要求 提升方式 串车 箕斗 普通胶带机 大倾角胶带机 无极绳 井筒倾角? ≯25 ° ? 25 °~35 ° ? ≯17 ° (18 ° ) ≯25 °~28 ° ≯ 10°?

五、斜井布置方式
1、煤层斜井:
?施 工 技 术 简 单 ?维 护 困 难 ? ? 建井快 ?煤 损 大 ? 缺 点? ? 优 点?初 期 投 资 少 ?不 利 防 火 ?补 充 地 质 资 料 ?不 利 提 升 ? ? ?建 井 期 出 煤 ? 适用:煤层赋存稳定、煤质坚硬、地质构造 简单、薄及中厚煤层,围岩稳定,矿井A小

2、岩层斜井:
+ 形式:35.5

?顶板 2 1 1)顺岩斜井 ? 20 ?底板距煤层 ~ 30m
- 112 1

3

2 5 3

适用: 312 - 大型矿井

4

4

?顶 板 穿 岩? 适 用: ? ? 及 * 水 * 煤 层 ? ?底 板 穿 岩? 适 用: ? ? 煤 层 2)穿 岩 斜 井 ? ?反 斜 井? 适 用: H ? ? ? L ? 地 面 广 场 受 限 ?折 返 式? 适 用: ? ? 采 用 底 板 穿 岩 受 地 形 制 限 ?

第三节 *硐开拓方式
*硐布置方式: 按*硐与煤层的相对位置分
?走 向 * 硐 ? ?垂 直 * 硐 ?斜 交 * 硐 ?

按*硐数目分

?单*硐 ? ?阶梯*硐

I

一、垂直*硐开拓方式示例 1-主*硐 2-主要运输大巷 3-副巷 4-盘区上山下部车场 5-盘区轨道上山 6-盘区输送机上山 7-盘区煤仓 8-盘区下山上部车场 9-盘区风井 10-盘区输送机下山 11-盘区轨道下山

9 1 5 6 7 10 4 8 11 3 2

I I -- I

10 , 11 8

3 7 5, 6 24 1

9

图17-7垂直走向*硐

一、垂直*硐开拓方式示例
I 9 2. 开拓方式: 1、条件 1 *硐单水*上下山 5 煤层 ? ? 8 ?, 6 2 4 盘区开拓,上下山 山区、地形复 7 8 3 部分各有6个盘区。 11 杂 10 主*硐垂直煤层走 向,位于井田走向 I I -- I 中 央 , 3?5 % 0 的 坡 度(向外)井内不 3 7 5, 6 9 10 , 11 8 1 24 设井底车场,硐口 设工业广场。 *硐垂直煤层走向相当于主石门

3、开掘顺序
2? 5 1? ? ? 4 ? ? 3? 6 工作面巷道
6 7 10

9 1 5 4 8 11 3 2

4、生产系统:

主*硐:运煤、矸、料、进风、排水,铺设 管线。 风井:回风(斜井、立井)

二、*硐开拓方式类型及装备
1、*硐分类 l 垂直(或斜交)*硐:主*硐垂直(或斜 交)于煤层走向. 特点: 易维护; 易布置工业广场; 双翼开采,能力大, 运费低。

l走向*硐:主*硐*行于煤层走向; 特点: 工程量少,投资少; 出煤快; 单翼生产。

垂直走向阶梯*硐
+ 690

?阶梯*硐
垂直走向阶梯*硐
m1 m 2 m 3

+ 550 + 400

主*硐 ? 煤层走向;按不同标高分别开* 硐,上*硐的煤经专用下山溜到下水*运 出。*硐水*以下煤层:下山开采、暗井 (立井、斜井)

最简单的开拓方式,技术经济最有利: 1)煤由*硐直接外运,多用矿车(底卸式、 普通箱式)也用胶带,运输环节少,设备少;能 力大 2)不设井底车场,水自流,无水仓.

2、*硐装备

三、*硐适用条件
山岭、丘陵沟谷地区,煤层埋于山中,在山麓 开*硐开拓; 有些煤层埋于山岭中,上山部分相当一个阶段 的煤量,*硐以下用下山阶段开采。

第四节井筒(硐)形式分析与应用
(一)*硐开拓与斜井、立井开拓的比较 ?*硐的优点: (1)煤由*硐直接外运,运输环节少,设备少, 系统简单,费用低; (2)地面工业广场建筑和设施简单; (3)不需留工业广场煤柱; (4)井内不设井底车场,减少了工程量;水自 流,无水仓,排水费用低; (5)施工条件好,掘进速度快。 ?*硐的适用条件:*硐标高以上有足够储量的 山岭地带应优先采用。

(二)斜井与立井比较
1、斜井的优点(与主井比) 1)掘进技术和设备简单; 2)掘进速度快; 3)井上下设施简单。 4)多水*总石门短。 5)井筒延深方便。 6)初期投资低。工期短。 7)压煤少。 8)安全性好。

2、斜井的缺点 1)井身长,绞车(串车)提升能力受限制; 2)通过井筒的各种管线长,通风、动力供应、 排水等生产经营费较高; 3)井筒维护工程量大; 4)对地质条件适应性差。 ?斜井的适用条件 适应大中小矿井; 煤层埋藏浅 ;表土层不厚,水文地质条件简 单,不需特殊施工法施工的缓斜和倾斜煤层; 胶带机可长;串车提升不宜超过三段提升。

(三)立井与斜井比较
立井的优缺点与斜井相反 l 立井的优点 1、同样采深下,井身短,通过井筒的各种管线短; 2、提升速度快,机械化程度高,易自动控制;对辅 助提升有利,人员提升快;对深井开采有利; 3、井筒断面大,通风阻力小,提升,排水、动力供 应等生产经营费用低; 4、井筒易维护; 5、对各种地质条件适应性强,技术可靠,不受煤层 倾角,CH4、水文等限制。

?立井的缺点:

1)井筒施工复杂:需较高技术、较多设备、速度慢; 2) 井筒装备复杂,基建投资大; 3) 井筒延深困难。 ?立井的适用条件 1) 煤层埋藏深、表土厚或水文情况复杂,井筒需特 殊施工; 2)开采煤层受倾角、厚度、CH4、水文等条件限制; 3) 多水*开采的急斜煤层; 凡不适合斜井、*硐及综合开拓方式时,均可采用立 井开拓。

斜、立选择 地质条件 煤层赋存 表土层 水文情况 急倾斜煤层水*数 井田倾斜 斜井 浅 薄 简单 单 短 立井 深 厚 复杂 多 长

第五节 综合开拓方式
综合开拓方式—主副井采用不同的井筒(硐) 1-主斜井,2-副斜井, 形式进行开拓的方式 3-斜风井,4-新立井, 一、综合开拓方式示例
主斜井 - 副立井开拓方式
1
第一水* - 47 第二水* - 112

5,6,7-运输大巷
3 F 12 4 B11 B9 B6 6 6 F12 -- 4 C13 7 C 13 F 12 -- 1` F11 -- 48

2 5 A1 A3 5

5 B
1

10

5

5

B5b B 4 B5a 6

第三水* - 262

第四水* - 412

斜井优点:主斜 - 胶带运输,A大,不 受长度限制, 副斜缺点: 辅提难,线路长,阻力大, 通风难, 改为副立井:则辅提快、线路短、通风容 易。 问题:为什么现代化大型矿井常采用主斜 -副立井综合开拓方式?

二、综合开拓方式类型
*硐 — 立井 *硐 — 斜井 立井 — 斜井 斜井 — 立井 主斜副立应用多 主立副斜应用少
主斜副立的问 题:井口或井 底位置不集中
5
4 + 512 2 1 1750 + 415 + 330 + 230 3 + 110
4 2 3 1

第六节 多井筒分区域开拓
l 问题 斜井-胶带机运煤,A不受限。 深井、井田尺寸大,辅提任务重;CH4大,通风难; 解决途径:多井筒分区域开拓。 l 分区:如果采区、盘区或者条带群都有独立的进风 井(有时兼辅助提升)和回风井,煤由全矿井的主井 集中提至地方,这些区域就叫做分区。 l 多井筒分区域开拓方式 — 大型井田划分为若干具 有独立通风系统的开采区域,并共用主井的开拓方式。

l

多井筒分区域开拓方式特点

?将井田划分为若干个分区,每个分区采用采

区式,盘区式或带区式准备; ?每个分区各有井筒,独立担任进、回风及辅 提任务; ?各分区的煤集中于服务全矿的主井集中运出; ? 各分区间有一定开采顺序

多井筒分区域开拓示例
N

No 4 No 2

2 4
No 1 1 3

No 3

0 10

0m

No 5

8

5 6

7

1、条件 走向24km,倾斜16km, 面积250 km2 煤 厚 2 ~ 3.5m , 倾 角 3 ~ 5°,埋深250~1300m 2、开拓 5个分区,每个能力200万 t/a 各分区布置一对立井,为 各分区进回风和辅助运输 两个集中出煤斜井

N

1-双主斜井 2-双岩石运 输大巷

No 4 No 2

2 4
No 1 1 3

3-分区主要 大巷
4-煤仓

No 3
1

0 00

m

No 5

5-工作面 6-露头
8

7-分区境界
8-井田境界

5 6

7

No-进回风 井

6 4 3 1 3 2

巷道布置 1-胶带大巷 2-运料行人大巷 3-回风大巷

5

3、评价 1) 主井集中出煤效率高; 2) 解决了大型井辅提及通风困难; 3) 生产集中; 4) 分区分期建井,建井快。 4、适用 1)A>300万t/a; 2)井田走向>10km; 3)矿井CH4大,通风线路长的矿井; 4)采深H>600m。

第七节 井筒(硐)位置 有利开采 合理的位置 有利掘进 有利广场 位置一旦确定,极难更改

一、主、副井井筒(硐)位置 (一) 沿走向方向的有利位置 1、要求:不受地面和井下地质条件限制时,

井筒应位于井田储量中心(主要指立井)
2、井田布置形式 双翼井田

单翼井田

3、双翼井田与单翼井田比较
1)大巷运输工作量小
储量 U = L ×(W/cos α) ×m ×γ
W

L/2

?井筒在井田一侧: 大巷运输工作量=U×L/ 2
? 井筒在井田中央: 大巷运输工作量 = U / 2×L/ 4 × 2=U × L/4 在走向方向上井筒位于井田 中央大巷运输工作量最小
L L/4

W

L

2)通风 井筒在井田中央,两翼风量分配较均衡,风 路短,风压小。 井筒在井田一侧,风路长,大巷通过风量大, 风压大。欲降风压,巷道断面?
L/4

h?

LP S
3

Q

2

W

L

3)采掘接替
井筒在井田中央,两翼基本同时结束,较快转入 下水*。 井筒在井田一侧,生产能力相同时,后期一翼生 产,运输、通风过分集中,采掘相互干扰,不能 较快转入下水*

4)均衡生产及矿井生产能力
井筒在井田中央,两翼能均衡生产,生产能力大。 井筒在井田一侧,单翼开采,生产能力小

(二)井筒(硐)沿倾斜方向的有利位置 1、立井
1水* 2水* 3水* 4水* 5水* Ⅰ Ⅱ Ⅲ

石门工程量,初期工程量 井筒在Ⅱ位置石门长度最短,初期工程量较小。

?工业广场压煤 煤柱损失与埋深、倾角成正比 井筒位于浅部时煤柱损失较小 但要尽量减少第一水*煤柱损失

?富含水层限制

C位置不受富含水层限制
φ γ C 4 φ
β

B 4 1 2 2 2 1

A 4

1

3

2、立井井筒位置(一般应用) 缓、中倾斜煤层:
?单水*上下山开拓,上山部分略大于下山部

分;或井筒位于井田中央。
?多水*开拓,可采总厚度大,要求保护井筒

及工广煤柱少;初期工程量小;井筒煤柱不 占初期投产采区,井筒沿倾斜适当靠*井田 上部“中偏上”, 位置处于高级储量之中心。

急倾斜煤层的矿井
? 井筒宜靠*煤层的浅部,甚至
1 2 4 3 3 3

布置在煤系底板。
*水*煤层的矿井
? 应结合地形因素,尽可能布置

在储量的中心。 煤系基底有丰富含水层的矿井
? 既要考虑井筒最终不穿过含水

层,又要考虑初期工程量、初 期投资和煤柱损失。

2、斜井
井筒沿倾斜方向的位置主要选择层位 适合的倾角,利于运输
15 + 80 - 100 18 8 6 7 1 3 11 9 10 2 4 5

- 280 m1 m2

(二)有利掘进、维护的位置 1、井筒尽量不穿过流砂层、厚冲积层及 富含水层;

2、井筒不穿过地质破坏剧烈带及采动区; 3、井底车场应处于较好的围岩之中(无 大构造)。

(三)有利广场的位置 1、少占农田(但往往必须得占)避免河 流改道; 2、不占重要文物古迹及园林; 3、场地足够; 4、地表地质条件好; 5、水、电、路方便; 6、防洪、防火; 7、土方少。

(四)井筒及工业场地位置的选择 1、选择工业广场不太困难,先考虑井下开采 合理的井筒位置; 2、选择工业广场困难,先“工广”合理,并 结合井下一并考虑。
3、冲积层很厚,水文复杂,结合井下有利位 置和冲积层较薄的地点进行。

二、风井布置与位置
风井布置方式

瓦斯等级
井型大小 井田走向长度 煤层条件(埋深) 通风系统方式等合理确定。

(一)、中央并列式通风

1、布置:进、回风井布置在一个工业广场 内;两井相距中小型井30?50m,大型井 60?150m。
I 4 I I 5 3 1 2 3 2 1 5 4

I

2、使用:a.罐笼或串车提煤的中小型井 —主 井进风,副井回风。 b.箕斗或胶带运煤的大中型井— 副 井进风,主井回风 c.在井田上部边界设安全出口。 3、优点:工业广场集中,管理方便;保护井 筒煤柱少。 4、缺点:通风线路长,风阻大,漏风多。 5、适用:井田尺寸、能力不很大、低瓦斯矿 井,矿井投产早期。

(二)、中央边界式通风(中央分列式) 1、布置:主、副井位于井田中央,风井设在 井田中央上部边界。风井深度小。
I
6 5 I--I 2 4 1 2 3 3 4 1 6

5

I

2、使用:副井进风,风井回风; 3、优点:风路较短,风阻小,井下漏风少; 4、缺点:开采深部时,要维护较长的上山回 风巷道;工业广场分散。 适用:煤层赋存不太深的缓、中倾斜煤层矿井; I 煤层赋存深,瓦斯大的矿井。
6 5

I-2 4 1 2 3 3 1

4

(三)对角式通风 1、布置:进风井位于井田中央,风井成对角 布置在井田两翼上部边界。 2、使用:1—主井,2—进风井,5—回风井
5 4I 4 5

I I
5 4 3

2 3 1 2

1

I

3、优点:风路变化小,风压变动小,风机工 作稳定。 当一翼发生灾变时,另一翼可以正常工作。 4、缺点:风机和通风设备多,工业广场分散, 建井时间长, 主副井与风井贯通距离长。
5 4I 4 5

I

2 3 1 2

1 3

I

5、对角式通风适用: 高瓦斯矿井 煤层易自燃的矿井 煤和瓦斯突出矿井 井田一翼长达6-8km,后期风路长
5 4I 4 5

I

2 3 1 2

1 3

I

(四)采区风井通风 1、布置:风井设在各采区 2、使用:中央井筒进风,各采区回风井回风。
4 4

I

4

4

1 3

2 1 2 4

3

I

3、优点:通风线路短;各采区通风方便、灵 活;风阻小。可不设回风大巷。 建井可*行施工,建井期短。 4、缺点:风井及设备多,管理分散。 5、适用:井田上部距地表浅(50?100m), I 采区尺寸大的采区。 4 4 4 4
1 3 1 2 2

3

(五)混合式通风
?中央边界式与对角式, ?中央并列式与对角式,

风井布置应因地制宜,灵活运用。如 : a、矿井表土浅,可开采第一水*设小风井; 第二水*改其他方式。 b、井田走向大的矿井(6 ?8km), 初期用 中央并列式,后期用中央对角式。 c、风井有效半径:一个专用风井的有效半径 大致控制在3km左右。

(六)分区域通风 1、布置:每个 分区域设一对进、 回 风 井, 独 立进 回风。
No 1 1 3 N

No 4 No 2

2 4 No 3
m 00 10

No 5

8

5 6

7

2、优点:通风线路短; 几个分区可以同时施工; 各分区通风方便、灵活; 3、缺点:风井及设备多,管理分散; 工业广场分散,占地多; 煤损大。 4、适用:各区域开采范围及生产能力很 大时用。




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