(13.1.1)-16井田開拓的基本問題1-開采水平劃分

開采水平劃分開采水平劃分的目的，是有計劃、按順序、安全合理地開采煤層，減少煤炭損失；布置開采水平大巷、井底車場；減少同時掘進(jìn)的巷道工程量和巷道維護(hù)工程量利于生產(chǎn)組織和管理，獲得好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。開采水平劃分應(yīng)根據(jù)煤層賦存條件、地質(zhì)條件、開采技術(shù)與裝備水平、資源/儲量和生產(chǎn)能力等因素，綜合比較確定。正確劃分開采水平，應(yīng)分析合理的階段斜長、上下山開采條件、輔助水平的應(yīng)用。一、開采水平的設(shè)置根據(jù)井田斜長或垂高大小、開采煤層數(shù)目多少、層間距大小和傾角陡緩的不同，井田內(nèi)可設(shè)一個或多個開采水平。井田斜長不大、煤層傾角較緩，可將井田劃分為兩個階段，上山部分、下山部分各采一個階段，形成單水平開拓井田斜長和煤層傾角較大、劃分的階段數(shù)目較多，就需要設(shè)置兩個或更多開采水平，上山式準(zhǔn)備時每個開采水平擔(dān)負(fù)一個上山階段的開采，上下山式準(zhǔn)備時，每個開采水平擔(dān)負(fù)上、下山兩個階段的開采。一、開采水平的設(shè)置開采水平的劃分與井田內(nèi)階段的劃分是密切聯(lián)系的。井田內(nèi)劃分的階段數(shù)目取決于井田斜長、階段垂高或階段斜長。階段垂高，又稱階段高度，是指階段上下邊界之間的垂直距離。階段上下邊界一定，階段高度即為定值而階段斜長則隨煤層傾角大小不同而變化。開采水平垂高，又稱水平高度，是指開采水平服務(wù)范圍上下邊界之間的垂直距離。一個開采水平只采一個上山階段，階段垂高就是開采水平垂高。采用上下山開采時，一個開采水平服務(wù)于上、下山兩個階段開采，開采水平高度就是上、下山兩個階段的高度之和。在極少數(shù)情況下，一個開采水平服務(wù)于兩個上山階段的開采，其中的一個上山階段下部增設(shè)輔助水平，這時開采水平高度就是兩個上山階段的總垂高。一、開采水平的設(shè)置對開采近水平煤層的礦井，井田內(nèi)各煤層的斜長可能很長但其垂高并不大，這樣的井田也不劃分為階段，而直接劃分為盤區(qū)或帶區(qū)。如開采煤層不多、上下可采煤層的間距不大，可以采用單水平開拓。如開采的煤層或煤組較多、上下可采煤層或煤組的聞距較大，就要按煤層或煤組劃分水平，各煤層或煤組分別設(shè)置開采水平，形成多水平開拓。在這種情形下，開采水平垂高可以理解為兩個水平間的垂直距離，而與煤層的斜長沒有直接聯(lián)系。這與階段劃分開采水平是不相同的。二、開采水平垂高的確定合理的開采水平垂高，是以合理的階段斜長為前提的，并能使開采水平服務(wù)范圍有足夠的儲量、合理的服務(wù)年限、井田開采有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。(一)合理的階段斜長合理的階段斜長，是指在具體礦井條件下，采用合理的采煤工作面參數(shù)、采區(qū)巷道布置和生產(chǎn)系統(tǒng)及設(shè)備所能達(dá)到的階段斜長。階段斜長受技術(shù)可能性、生產(chǎn)穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)合理性制約，表現(xiàn)為技術(shù)上所能達(dá)到的上限值合理區(qū)間主要受以下幾個方面的制約：二、開采水平垂高的確定-(一)合理的階段斜長1合理的區(qū)段數(shù)為保證采煤工作面和采區(qū)的正常接替，采區(qū)內(nèi)應(yīng)有足夠區(qū)段數(shù)。對緩(傾)斜煤層的階段，區(qū)段數(shù)可取3～5個；對中斜和急(傾)斜煤層的階段，區(qū)段數(shù)可取2～3個。由此即可計算出階段斜長的合理下限值。2煤的運輸開采緩(傾)斜和中斜煤層的大中型礦井，上山采用膠帶輸送機(jī)運煤時，其上山斜長一般不因運煤而受限制。急(傾)斜煤層，煤層中過高的溜煤眼長度使掘進(jìn)和維護(hù)都比較困難，溜煤過程中容易沖毀溜煤眼內(nèi)的支架或發(fā)生堵眼事故，故布置在煤層中的溜煤眼高度不宜超過70～100m。上山采用礦車運煤的小型礦井，上山斜長受絞車能力限制，應(yīng)根據(jù)所要求的采區(qū)生產(chǎn)能力、上山斷面容許通過的絞車尺寸和采用的絞車型號驗算所能達(dá)到的最大階段斜長。二、開采水平垂高的確定-(一)合理的階段斜長3輔助提升運輸軌道上下山中一般采用一段單卷筒絞車提升。提升絞車的卷筒直徑一般不大于1.6m，這樣纏繩4層時可達(dá)880m。對生產(chǎn)能力大的采區(qū)，可采用卷筒直徑為2.0m的提升絞車，卷筒容繩量纏4層時最大可達(dá)1130m。因此，選用該運輸提升方式時絞車容繩量限制階段斜長。在煤層傾角較小的條件下，由于受開采技術(shù)和設(shè)備限制較小，可以選用無極繩絞車或新型輔助運輸設(shè)備，如無軌膠輪車、單軌吊機(jī)車等，階段斜長可以適當(dāng)加大。傾角小于12°的煤層、采用帶區(qū)式準(zhǔn)備時，2005年版《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范》規(guī)定帶區(qū)傾斜長度不宜少于采煤工作面連續(xù)推進(jìn)一年的長度。對于開采近水平煤層的盤區(qū)，盤區(qū)上山長度一般不宜超過2000m，盤區(qū)下山長度不宜超過1500m采用石門盤區(qū)準(zhǔn)備時斜長不受此限制。從有利于礦井生產(chǎn)和水平接替考慮，開拓一個新水平一般需3a以上，生產(chǎn)水平的過渡時間一般也需要2～3a，故水平接替的生產(chǎn)建設(shè)交互影響的時間一般需5a以上。為使礦井生產(chǎn)少受開拓延深和生產(chǎn)水平過渡的影響，應(yīng)有最低的水平服務(wù)年限?！睹禾抗I(yè)礦井設(shè)計規(guī)范》規(guī)定了礦井第一水平設(shè)計服務(wù)年限的下限值，由此即確定與最低水平服務(wù)年限相應(yīng)的開采水平垂高下限值。二、開采水平垂高的確定-(二)儲量和服務(wù)年限技木上合理的水平垂高應(yīng)能獲得良好經(jīng)濟(jì)效果。經(jīng)濟(jì)上有利的水平垂高受兩方面矛盾因素的影響和制約。一方面，開采水平需要開掘井底車場和硐室、大巷、采區(qū)車場和硐室，配備必要的設(shè)備，這些開拓工程量和裝備費是不因水平垂高的大小變化而增減的，水平垂高越大可采煤量越多，分?jǐn)傆趪嵜嚎刹蓛α康墓こ藤M和裝備費越小。另一方面，水平垂高越大階段斜長也越大，隨之增加采區(qū)上下山的維護(hù)工程量、加大開采水平的排水高度和排水費，從而使噸煤生產(chǎn)費用有所增加同時，過大的階段斜長還會需要較大的上下山運輸設(shè)備并增加生產(chǎn)管理的復(fù)雜性。二、開采水平垂高的確定-(三)經(jīng)濟(jì)上有利開采水平垂高是開采技術(shù)水平和生產(chǎn)集中化程度的綜合反映。20世紀(jì)50年代，我國礦井規(guī)定的階段斜長為緩(傾)斜和中斜煤層為250～450m，急(傾)斜煤層不小于100m，實際礦井的開采水平垂高一般不大于100m。20世紀(jì)70年代以后，礦井開采水平垂高遂逐漸加大。1994年版《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范》規(guī)定在大中型礦井中，緩(傾)斜、中斜煤層的階段垂高為150～250m，急(傾)斜煤層的階段垂高為100～150m。2005年版《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范》規(guī)定在大中型礦井中，緩(傾)斜、中斜煤層的階段垂高為200～350m，急(傾)斜煤層的階段垂高為100～250m。二、開采水平垂高的確定-(四)發(fā)展趨勢三、上、下山開采的應(yīng)用(一)上山開采與下山開采的比較上山開采和下山開采在采區(qū)運輸、提升、通風(fēng)、排水和掘進(jìn)等方面有許多不同之處。(一)上山開采與下山開采的比較(一)上山開采與下山開采的比較1運輸和提升方面上山開采時，煤矸向下運輸，運輸能力大，耗費動力少，但從全礦看煤矸在上山中和井筒中的運輸方向相反，存在折返運輸。下山開采時，煤矸向上運輸，全礦沒有折返運輸，總的運輸工作量較少。用普通膠帶輸送機(jī)運煤時下山的傾角不得大于18°，用礦車運煤時運輸能力小。2排水方面上山開采時，采區(qū)內(nèi)的涌水可直接流人井底水倉、一次排至地面，排水系統(tǒng)簡單。下山開采時，各采區(qū)都需要解決采區(qū)內(nèi)的排水問題。下山采區(qū)內(nèi)的涌水必須先排至階段的上部水平、然后再排至地面。采區(qū)下山要一次掘出，在下山階段下部開掘排水硐室、水倉和安裝排水設(shè)備，這樣將會增加總的排水工作量和排水費用。此外，排水系統(tǒng)發(fā)生故障，如水倉淤塞、管路損壞等，亦將影響下山采區(qū)的生產(chǎn)，而上山開采則不會出現(xiàn)該類問題。(一)上山開采與下山開采的比較3掘進(jìn)方面下山掘進(jìn)期間的裝載、運輸、排水等工序比上山掘進(jìn)時復(fù)雜，因而掘進(jìn)速度較慢、效率較低、成本較高，尤其當(dāng)下山坡度大、涌水量大時，下山掘進(jìn)更為困難；而上山掘進(jìn)則較為容易。另外，下山掘進(jìn)要比上山掘進(jìn)需要采取更多的安全技術(shù)措施，特別是需要采取防止跑車的技術(shù)措施。4通風(fēng)方面上山開采時，新鮮風(fēng)流和污濁風(fēng)流均向上流動，沿傾斜方向的風(fēng)路較短。下山開采時，新鮮風(fēng)流由進(jìn)風(fēng)下山進(jìn)人采區(qū)，存在下行風(fēng)問題；經(jīng)工作面后的污濁風(fēng)流要通過回風(fēng)下山、維護(hù)在采空區(qū)內(nèi)的一條上山流向上山階段的回風(fēng)道和風(fēng)井，通風(fēng)線路長，進(jìn)回風(fēng)下山相距較近，有若干聯(lián)絡(luò)巷連通，風(fēng)流方向相反，兩下山之間的風(fēng)壓差較大、易漏風(fēng)，通風(fēng)管理比較復(fù)雜，而當(dāng)瓦斯涌出量大時下山通風(fēng)更為困難，往往還要多開一條通風(fēng)下山。(一)上山開采與下山開采的比較下山開采的主要優(yōu)點：能充分利用原有開采水平的井巷和設(shè)施，一個開采水平可為兩個階段服務(wù)，從而減少開采水平數(shù)目、節(jié)省開拓工程量和建設(shè)費用，并可增加開采水平儲量、延長水平服務(wù)年限。總體上看，上山開采在生產(chǎn)技術(shù)方面較下山開采優(yōu)越得多，故一般多采用上山開采。下山開采的缺點和弊病，隨開采煤層的傾角變小而弱化，在一定條件下、實行上、下山開采在技術(shù)上是可行的、在經(jīng)濟(jì)上是有利的。（二）下山開采的應(yīng)用1在傾角為16°及以下的煤層、瓦斯含量低、溺水量不大的條件下，采用下山開采的缺點并不嚴(yán)重，而節(jié)約開拓工程量、加大開采水平垂高的優(yōu)點卻十分突出，這時應(yīng)采用上、下山相結(jié)合的開采方式，2當(dāng)井田深部受自然條件限制、可采儲量不多、深部境界高低不一、設(shè)置開采水平有困難或不經(jīng)濟(jì)時，可在最終開采水平以下布置一部分下山采區(qū)。例如，井田深部境界以斜交斷層劃分，就不可避免地要開采部分下山塊段。多水平開拓的深井，深部開采的條件比較惡劣，如煤層傾角不大，最終水平可采用上、下山開采。有時，還通過一些下山采區(qū)開采來勘探井田深部的煤層。（二）下山開采的應(yīng)用3一些多水平開采的礦井中由于開采強度大，井田走向長度短，水平接替緊張，而原有生產(chǎn)水平保證不了礦井產(chǎn)量時，可在井田內(nèi)靠近井筒部分布置一個或幾個下山采區(qū)，擔(dān)負(fù)一部分產(chǎn)量任務(wù)。同時，通過采區(qū)下山開掘一部分下水平的大巷、車場和硐室，以加快下水平的開拓延深、這種下山采區(qū)是生產(chǎn)水平過渡的臨時措施，待大部分生產(chǎn)轉(zhuǎn)入下水平時將改為上山開采。這種方式對完成當(dāng)時的礦井產(chǎn)量任務(wù)和開拓延深有利，但會減少下水平的可采儲量、縮短下水平的服務(wù)年限。（二）下山開采的應(yīng)用上、下山開采時，為減少下山開采的困難，一般下山階段的斜長要小于上山階段的斜長。為盡可能使下山采區(qū)利用上山采區(qū)的車場、裝車站、煤倉等巷道和硐室，上、下山的采區(qū)劃分應(yīng)盡可能一致，相對應(yīng)的上、下山盡可能靠近。下山開采時，必須按規(guī)定形成完善的供電、通風(fēng)、排水、監(jiān)測等系統(tǒng)后再組織生產(chǎn)。如要將下山掘至下山采區(qū)底部并完善水倉之后才能掘進(jìn)回采巷道和進(jìn)行采煤。(三)主下山開采與下山開采的區(qū)別主下山指的是集中下山、中央下山或主副暗斜井，往往布置在并田某一開采水平中央，向下延深至下一開采水平，而后布置井底車場和大巷。該開采水平之上的各采區(qū)仍為上山開采。四、輔助水平的應(yīng)用輔助水平，是指在開采水平內(nèi)，因生產(chǎn)需要而增設(shè)有運輸大巷的水平位置和所服務(wù)的開采范圍。輔助水平也應(yīng)布置大巷和車場，但與井簡連接的井底車場多為簡易車場，通過上山或下山與開采水平連通，承擔(dān)輔助水平開采的運輸、通風(fēng)等任務(wù)而不直接向井底運煤，輔助水平的煤運至開采水平、由開采水平井底車場運至地面，輔助水平的車場、硐室和設(shè)施等均較簡單，且不設(shè)置主井裝載系統(tǒng)。(一)階段輔助水平階段斜長過大、上山輔助運輸設(shè)備選型困難、安全上不可靠，這時可將開采水平以上的煤層劃分為兩個階段，在兩個階段間設(shè)輔助水平，利用輔助水平開采上一階段。擴(kuò)大平硐的開采范圍、發(fā)揮了平硐的優(yōu)越性。(二)中間輔助水平(三)急(傾)鈄煤層階段間的輔助水平急(傾)斜煤層階段垂高較小，水平可采儲量少，水平服務(wù)年限短。加大開采水平垂高，一次延深兩個階段高度。兩個階段間設(shè)輔助水平，上階段出煤利用溜井下放到下階段。增加了上階段出煤的運輸環(huán)節(jié)和總的提升工作量，長距離溜煤使煤破碎并存在堵塞溜煤眼的危險，而節(jié)約的工程量并不多。(四)近水平煤層煤組(層)間輔助水平主采煤組(層)設(shè)開采水平并布置為全礦井服務(wù)的大巷、井底車場及設(shè)施，主采煤組(層)以上或以下的煤組(層)設(shè)輔助水平，用暗井與開采水平連通，煤則經(jīng)溜井下放或暗井提升。增加了運輸轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)，在煤組(層)間距較遠(yuǎn)、之上的儲量不甚豐富或只是局部可采，盤區(qū)或帶區(qū)內(nèi)既不能聯(lián)合布置開采又不宜單設(shè)開采水平時，這種布置方式仍是合理的。四、輔助水平的應(yīng)用應(yīng)用輔助水平能加大水平垂高設(shè)置輔助水平卻會增加井下運輸環(huán)節(jié)，使生產(chǎn)系統(tǒng)趨于復(fù)雜。在具體礦井條件下通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證后再決定取舍。五、合理劃分和設(shè)置開采水平（一）近水平煤層開采水平的劃分與設(shè)置劃分開采水平時，主要考慮開采水平在煤組內(nèi)的合理位置和標(biāo)高。上下可采煤層相距不遠(yuǎn)，井田內(nèi)可以只設(shè)一個開采水平，采用單水平開拓，一般將開采水平設(shè)在煤組底部，布置集中運輸大巷和聯(lián)合布置盤區(qū)或帶區(qū)。要合理確定開采水平的標(biāo)高位置，防止水平大巷距開采煤層太近或太遠(yuǎn)、甚至穿越開采煤層頂板從而被迫留煤柱或使煤倉布置困難的情況發(fā)生。井田內(nèi)可采煤層數(shù)目較多、上下可采煤