中国矿业大学煤矿开采学电子教案3.docx
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中国矿业大学煤矿开采学电子教案3
第四章井田开拓巷道布置
（第十八章内容）
本章为井田开拓部分的重点，第二章是基本概念，第三章是开拓方式，而如何确定有关参数及方案，如§2.3中开拓方式所解决的问题中，井筒位置，水平标高的确定，水平大巷的布置，是本章的主要内容。
§4.1井筒位置的确定（书上§18.3）
位置的确定不能从一方面考虑,从开拓布局的整体考虑,如水平的位置，大巷的类型等,它们相互影响。
合理的井筒位置应考虑地面情况，井下地质以及生产情况。
一、对地面布置工业广场有利
每个矿井，都有地面生产系统，行政管理系统，需占有一定的面积的土地。
1、场地足够。
布置地面生产系统及其工业建筑、行政管理系统。
如主付井（绞车房）、洗（选）煤厂、煤仓（场），装车站，办公楼，宿舍，食堂，浴池等。
（一般情况下，工业广场的面积为：
大型井0.8～1.1公顷/10万吨，中型井1.3～1.8公顷/10万吨，小型井2.0～2.5公顷/10万吨）。
2、少占农田，不占良田及重要文化古籍和园林，要避免村庄搬迁及河流改道；
3、有较好的工程地质和水文地质条件，避开滑坡，崩岩，溶洞，流沙等地段。
森林地区应与林地有足够的防火距离。
4、避免井筒和工业广场遭受水灾。
井口位置高于最高洪水位，工业广场不受洪水威胁。
（解释最高洪水位的意义）
5、便于矿井的供水，供电，运输，便于排污，排矸的处理。
不影响居民生活。
6、充分利用地形，使地面生产系统合理，尽可能少平整土地。
对于平硐开拓，主要考虑地面，若地面无太大的限制，则可考虑井下。
二、对井下开采有利
应使井巷工程量，运输量，维护量，通风效果上达到较佳水平，使工业广场压煤量达到合理。
1、走向的位置：
在储量中心。
此时，运输量最小，通风费用最低，水平接替易。
（解释运输量、通风问题）
2、倾斜方向的位置
1）、斜井：
多数在井田边界外。
主要考虑地面和所选用设备所要求的倾角而决定地面的位置。
2）、立井：
主要是第一水平工程量，总工程量和工业广场煤柱的关系。
越靠上部，煤柱越少，初期工程量较少，但深部工程量可能大，延深生产环节多等。
（图18-10）
参考意见：
（1）、急倾斜：
边界外（图18-11）
（2）、近水平：
按地面要求
（3）、其它：
尽可能靠上一点，
减少煤损。
（4）、底部有特殊岩层时，具
体分析。
三、对井筒和井底车场掘进和维
护有利的位置
1、要使井筒尽可能不通过或少
通过流砂层、较厚的冲积层及
丰富的含水层；
2、要使井筒不通过地质破坏激烈的地带及受采动影响的地区；
3、井筒位置要使井底车场有较好的围岩条件。
四、风井布置形式
中央（并列，边界），对角，分区独立，分区域（画图，优缺点，适用条件）。
（图18-12、13、14、15）
1、中央并列式布置
（1）、优点：
工业场地布置集中，管理方便，井筒保护煤柱损失少。
（2）、缺点：
通风路线长，通风阻力大，井下漏风多。
（3）、适用条件：
井田范围小，生产能力不大，瓦斯等级低的矿井。
（4）、中央并列式布置的示意图
2、中央边界式（中央分裂式）
（1）、优点：
通风路线较短，通风阻力较小，井下漏风较小，石门工程量增加不多。
（2）、缺点：
工业场地布置分散，井筒保护煤柱较多，当矿井转入深部开采后，需要维护较长的上山回风道。
（3）、适用条件：
煤层赋存不太深的缓倾斜煤层矿井或煤层赋存较深，沼气涌出量大的矿井。
（4）、中央边界式布置的示意图
3、对角式通风
（1）、优点：
通风路线长度变化小，风压比较稳定，有利于扇风机工作。
（2）、缺点：
风井较多，所需通风设备较多，工业场地布置分散，主、副井与风井贯通需要较长时间。
（3）、适用条件：
对通风要求很严格的矿井，如高沼气矿井，煤层易于自然的矿井，有煤和瓦斯突出危险的矿井。
（4）、对角式布置的示意图
4、采区风井通风
（1）、优点:
通风路线短，采区通风方便，风阻小，矿井建设速度快。
（2）、缺点:
风井较多，所需通风设备较多，工业场地布置分散。
（3）、适用条件:
井田上部距地表近、采区范围较大的矿井。
（4）、采区风井通风示意图
5、分区式通风（实际是分区域开拓时出现的通风系统）
（1）、优点：
通风路线短，几个分区可以同时施工，便于处理矿井事故、
外运人员及设备。
（2）、缺点：
工业场地布置分散，占地面积较大，井筒保护煤柱较多。
（3）、适用条件：
煤层很缓的特大型矿井。
§4.2开采水平的划分及上、下山开采
水平的多少，主要取决于井田内煤层的斜长和阶段尽寸的大小。
一个水平开采的矿井叫单水平开采，两以及其以上，为多水平开采。
阶段按标高划分，上下标高一定，阶段垂高便确定了，而水平垂高是指该水平开采范围的垂高，只采一个阶段时，水平垂高就是阶段垂高。
两个阶段时，即上下山开采时，水平垂高为两个阶段的垂高。
当采用辅助水平、下山开采、辅助大巷时，可能开采的高度很高，图18-3。
对于近水平煤层，不划分阶段，将煤层分组。
划分水平，再分成盘区或带区。
一、合理的水平垂高（针对非近水平煤层而言）
应以合理的阶段斜长为前提，并使开采水平有合理的服务年限，利于水平采区接替。
1、具有合理的阶段斜长
阶段斜长，若分带，则为条带的推进长度，若分区，为采区上山长度。
从运输、行人方面考虑。
1）、煤的运输
对于缓倾斜和倾斜煤层，用自溜运煤或皮带运煤，对斜长的限制不大，1500～1800m以内，目前的皮带运输，长度可以提高到2500m甚至达到3000m；
用刮板运输机时，太长了，运输机台数多，系统可靠性差，中小型矿井用矿车运煤时，应在600m以内。
对于急倾斜煤层，溜煤高度不能太长，低于70～120m。
2）、辅助提升：
这是限制斜长的主要因素。
应采用一段提升最好。
一般采用绞车提升。
1.6m绞车，600m长；2.0m，900m长。
利用第十四章第六节的单轨吊车设备，齿轨车，卡轨车进行辅助提升，可使辅助提升长度加大到1000～3000m。
用胶轮车和套胶轮轨道车时，长度不受限制。
3）、行人条件：
对斜长限制不严重，放在次要位置考虑，当长度长时，采用猴车运人。
2、具有合理的区段数
考虑合适的区段斜长，应为其整数倍来划分为采区。
缓倾斜3～5个区段，倾斜、急倾斜不少于2个，区段太少，不利于工作面接替。
3、利于采区的正常接替
矿井正常生产期间，应使采区接替正常。
矿井有增产采区、减产采区、正常生产区、准备采区。
保证矿井产量均衡。
生产采区的生产时间应大于准备区的准备时间。
这需要采区有一定的储量，当走向长度确定后，倾斜长度的增加会使采区储量增加。
这样，分滩到每一米运输大巷、采区石门、上山、采区硐室这一类巷道上的煤量也会增加。
4、保证开采水平有足够的服务年限
开拓一个水平需掘进许多巷道，工程量大，准备时间长，为保证矿井有一个较稳定的生产期，水平服务年限必须大于延深水平时间（3～5a）与两水平过渡时间（2～3a）之和，至少8a以上。
我国有关矿井水平服务年限的规定见下表：
矿井井型及水平设计服务年限
井型
水平设计服务年限（a）
缓倾斜煤层
倾斜煤层
急倾斜煤层
大型井
20～40
20～30
15～20
中型井
15～20
15～20
12～15
小型井
各省自定
各省自定
各省自定
5、经济上有利的水平高度
（根据与水平高度有关的费用，随高度增加而减少的费用、随高度增加而增加的费用、与高度变化无关的费用绘出图）
H1～H2为经济有利高度。
根据多年的实际经验，较为合理的水平垂高见下表。
（仅作为参考，因为有许多条件达到了300～400m）
近水平煤层，在煤区内划分成条带或盘区，盘区的斜长（上山）＜2500m，下山＜1000m，条带斜长可达到2000m，阶段高度确定后，可考虑下山开采的应用。
矿井阶段（水平）垂高
井型
开采缓倾斜
煤层的矿井（m）
开采倾斜煤
层的矿井（m）
开采急倾斜
煤层的矿井（m）
大、中型矿井
100～250
100～250
100～150
小型矿井
60～100
80～120
80～120
二、下山开采的应用（图18-1）
1、存在的问题
可以节省一个水平的布置巷道，能充分利用原有的井巷和设施，节省开拓工程量和基建投资，可延长水平的服务年限，推迟矿井下一水平延深的期限，煤炭无反向运输。
但下山开采存在以下几方面的问题
1）、运输：
向上运输，无法自溜。
要求有较大的运输能力；
2）、排水：
每个采区都需设排水设施，不集中，耗电大。
3）、通风：
新、污风相邻，易漏风，且风流路线长，阴力大。
4）、掘进：
下山掘进困难，装岩、排水跑车架。
2、适用条件
有下列条件，可以避开其缺点，能够采用。
（图18-1或绘图说明）
1）、
＜16°，瓦斯小，涌量小。
2）、深部境界不一致，单设一个水平有困难，则最终阶段用下山开采。
3）、当开采强度增大，水平储量不够，水平接续紧张，采用在局部地段用下山开采。
俗称剃头。
3、注意事项
1）、上、下山划分的采区尽可能划分一致，利用维护的上山采区巷道回风（风路长），也可利用大巷辅巷回风（当皮带运输，有辅巷运辅助工作）。
2）、剃头时，可利用下山通到下一水平，准备下一水平巷道，加快水平的准备。
三、辅助水平的应用
具有开采水平的性质，但不够。
（不担负提煤至地面任务的水平）
1、特点：
设置阶段大巷，负责运输、通风、排水，但无井底车场。
阶段大巷是局部的，不贯穿整个井田。
2、适用的情况
1）、水平垂高过大。
平硐开拓，但上部煤太多（图18-2），使水平高度过大，采区上山太长，局部设有辅助水平，平硐在开始时，无须开到最里面，即深部的位置，可以加快矿井建设；煤层浅部深浅不一，局部水平垂高过大，斜长过长。
2）、多水平上下山开采。
用辅助水平解决通风、排水问题。
（图18-3）
－600，－1050两个水平开采。
－600以上，水平高度过大，在－450设辅助水平（局部，图），由集中上山解决－450以上的采区开采（图）
－600～－850之间，用下山开采。
－850设辅助水平，负责－600～－850之间下山开采时的进风、排水、排矸，无正规井底车场，只有辅助运输的简易车场，付井只到－850，主井在－600。
第二水平布置在－1050，用斜井延深主井，付井也是斜井，但由－850延深至－1050，－850～－1050范围由－1050开采上山，－1050以下用下山开采。
这样两个水平开采约一般4个水平开采的深度。
3）、急倾斜一般不采用辅助水平。
4）、近水平煤层，若煤层间距较大，单独设水平不合理时，设辅助水平。
用暗井或溜井联系主水平（上图说明）。
四、合理划分开采水平
综合考虑前面的三个问题，即水平高度、下山开采、辅助水平。
应适应井田地质及开采技术的特点。
§4.3开采水平大巷的布置
大巷俗称矿井的动脉。
合理的大巷布置应有利于矿井建设、矿井生产。
大巷也是开采水平布置的关键。
首先应了解大巷是干什么的。
一、对大巷布置的要求
1、大巷运输方式与设备
1）、矿车运输
架线电机车有7吨、10吨、14吨，蓄电池机车有8吨、10吨、矿车有1、1.5、3吨固定式，3吨、5吨底卸式、7吨侧卸式，还有设备车、材料车、人车。
同样有非标准矿车。
轨距有600、900的，1、1.5吨固定式、3吨底卸式，用600mm轨距。
能统一解决煤炭运输和辅助运输问题，便于不同煤种煤层的分采分运，能适应两翼生产不均衡的变化，不受巷道弯曲程度的限制，便于长距离运输，要求巷道断面大，弯道多时运行速度慢。
2）、皮带运输
生产能力大，易实现自动化，对巷道坡度及变形量没有严格要求，但要求巷道要直，两翼生产不均衡时，要求设备能力大，需要铺设轨道解决辅助运输问题（皮带主要用于运煤）。
有时，需要开辅助大巷，辅助运输占运煤量的20%左右。
2、运输设施对大巷的要求
1）、皮带运输：
大巷要直，允许有坡度（
＜17°）。
2）、矿车运输：
大巷要平，可以有流水坡度（3‰～5‰），可弯曲，有曲线半径。
3、根据井田面积或运输距离选择运输设备
一般情况下，井田面积小于10KM2，用皮带，运距小于2km，用皮带。
当井田面积大于30KM2，用矿车，运距大于5km，用矿车。
中间情况，需比较。
（目前，由于生产技术和设备的发展，此种说法有待修正）
4、大巷的运输设备
大巷运输设备一览表
矿井生产能力（Mt/a）
运煤
辅助运输
大巷轨距（mm）
≥240
5t底卸式矿车
1.5t固定式矿车
900
胶带输送机
1.5t固定式矿车
600
90～180
3t底卸式矿车
1或1.5t＂＂
600
3t固定式矿车
1.5t固定式矿车
900
60≤
1t固定式矿车
1t固定式矿车
600
5、大巷的断面及支护
断面应满足运输、通风、行人、设管线敷设的要求。
（简单叙述井巷工程中的断面设计的过程）。
大巷采用双轨、单轨、皮带，有30%的富余能力。
二、大巷布置方式
（§16.3中有分层大巷、集中大巷、分组集中大巷。
）
1、分煤层大巷：
每一个煤层布置一条煤层大巷。
利用一条主石门与各大巷联系起来。
（图18-4、5）
1）、布置：
（绘图说明）
2）、优点：
初期工程量小，反向运输少，出煤快。
3）、缺点：
总工程量大，煤柱多，维护困难，轨道、管线占用多，生产分散，管理复杂。
4）、适用条件：
煤层间距大，集中布置有困难。
2、集中大巷（图18-6）
1）、布置：
多个煤层用一条大巷，在最下层煤底板岩石中或煤中（较硬、较薄）。
（绘图说明）
2）、优点：
总工程量少，易维护，生产集中，能力大。
3）、缺点：
初期工程量较多，煤层间距大时，石门工程量大，反向运输量大。
4）、适用条件：
煤层间距小的矿井。
3、分组集中大巷（图18-7）
1）、布置：
划分煤组，每组一条集中大巷。
各组大巷用一条主石门联系。
（绘图说明）
2）、优点：
生产采区多，能力大；
3）、缺点：
初期工程量大。
4）、适用条件：
煤层数多，能分组。
5）、分组原则：
（1）、煤层间距近的分为一组（间距在全井田范围有可能不一致，如被断层断开，可能相距甚远）。
（2）、煤质相同一组，瓦斯涌出量相差太大的分开，有突出、突水危险的分开。
6）、同采组数：
不多于2个。
4、几种布置方式的比较、应用
间距是分组的主要依据，当间距＜50m的煤层，可划为一组（一般的30m）。
当间距大于70m时，分开，在50（30）～70m之间，要进行比较。
内容见书中332页的论述（简单说明大巷由煤巷变岩巷再回到煤巷的变化过程和原因，与开采技术、掘进技术的发展密切相关，提醒学生毕业设计时应特别注意）
另外，在煤层间距较小但煤层数多，煤层总的间距大，为开采时能够尽快出煤，有采用集中布置的条件，也可以采用分组集中布置，加快矿井出煤，图18-8。
三、运输大巷位置的选择
主要是在煤层内，还是底板岩石内及距煤层的间距大小。
1、煤层大巷
1）、优点：
（1）掘进易、速度快、投资少；
（2）可探明煤层状况；
（3）出煤快、见效快，对环境保护有利。
2）、缺点：
（1）、维护困难，费用大，受采动影响严重；
（2）、大巷的坡度和方向不易保证；
（3）、煤柱损失大，上下两侧各需留40～50m，易发火。
3）、适用条件：
中、小型矿井，采用分层大巷布置。
特殊情况，如底板附近有含水层或岩石软；煤无自燃发火危险且较硬的条件下。
2、岩石大巷
优缺点与煤层大巷相对应。
多数矿井采用。
其位置应避开支承压力的影响。
h=15～30m，考虑采区用岩石上山，集中平巷，采区煤仓诸因素一般h=30m以上。
四、矿井总回风巷的布置
主要是第一水平总回风巷的布置（以后各水平则利用前一水平运输大巷）。
有三种方式：
1、布置在最下层煤层中。
最下层煤为薄及中厚煤层，煤质较硬，围岩稳定。
2、布置在底板岩石中。
同运输大巷相似，距煤层15～20m。
3、与运输大巷在一个层位，两者也可高差10～15m。
条带式开采时用。
4、若回风大巷距地面较近，有时需在煤层中留防水煤柱。
5、在急倾斜煤层中，回风大巷要考虑煤层地板的滑动问题。
本章总结：
*井筒形式与采区划分关系不大，位置应考虑划分。
井筒位置
采（盘）区划分、通风的风井布置；
阶段（水平）确定
采（盘）区大小，能力，工作面长、采高、截深、进刀。
大巷位置
采（盘）区、走向长壁、倾斜长壁、回采工艺等。
第五章井底车场（19章）
井底车场是矿井的咽喉，是煤、料、人、物的转运处，是枢纽，是开采水平布置的重要部分。
定义：
连接井筒和井下运输巷道的一组巷道和硐室的总称。
§5.1井底车场硐室（§19.3）
（利用CAI课件中的图讲解）（图19-1）
一、主井系统硐室
推车机，翻车机硐室（卸载硐室），井底煤仓、装载硐室、清仓硐室。
井底水窝泵房。
硐室的布置与线路布置有关，应在易维护的岩石中。
二、副井系统硐室
马头门、泵房、变电所、水仓、清仓硐室，候车站。
泵房与变电所相邻。
水仓最低，水仓入口处是开采水平的最低点。
泵房、变电所高于井底车场水平0.5m，有防水门、防火门。
三、其它硐室
调度室、医疗室、架线、蓄电池机车库、机车修理间、充电室、火药库、消防库。
充电室、火药库需单独回风。
§5.2调车方式及线路布置（§19.1）
（利用CAI课件中的图和动画或者利用此图进行讲解）（图19-1）
一、调车方式
1、顶推调车
2、专用设备调车
3、甩车调车（自滚式）
4、顶推拉调车
二、存车线长度的确定
井底车场有主井煤车和
付井材料，矸石的空重车线、
调车线，其位置下图（书上
19—2，表19—1）、下表。
井底车场各线路起点及终点位置
线路名称
起点
终点
箕斗井重车线
翻车机中心线
连接存车线与行车线的道岔的基本轨起点
箕斗井空车线
翻车机中心线
连接存车线与行车线的道岔的基本轨起点
罐笼井重车线
复式阻车器的轮轴
连接存车线与行车线的道岔的基本轨起点
罐笼井空车线
进材料车支线的道岔正常线路中心距起点
连接存车线与行车线的道岔的基本轨起点
材料车线
进材料车支线的道岔正常线路中心距起点
出材料车支线的道岔线路中心距起点
调车线
渡线道岔基本轨起点与调车线连接处
渡线道岔基本轨终点与调车线连接处
长度：
1、井空、重车线长：
大型井，1.5～2.0列，中小型，1.0～1.5列。
2、付井空、重车线长：
大型井：
1.0～1.5列，中小型0.5～1.0列。
而付井提矸时，一般应大于1.0列，小型井按0.5列。
3、材料车线：
大型，10个矿车以上，一般为15～20个。
中小型为5～10个。
4、调车线：
一整列车长（矿车加上机车长）（图19-2）
三、井底车场线路坡度
主、副井空、重车线都有坡度，主井到推车机处，付井到水仓入口处都最低，由回车线补回。
各坡度方向见表19—2。
§5.3井底车场形式及选择（§19.2）
井底车场的形式与井筒形式、井筒与大巷的距离、大巷运输设备有关。
（利用CAI课件中的图和动画结合书上的图，在黑板上绘图讲解）
一、固定式矿车运煤时井底车场的形式
有环行式、折返式两大类。
1、环行式：
空、重列车在车场内不在同一巷道内的轨道上作相向而行（不同路）。
按井筒与大巷距离的远近，可布置成三种类型：
近，用卧式；远，用立式；中距离、用斜式。
1）、卧式；
存车线与大巷平行，主、副井距大巷较近。
利用大巷作绕道回车线及调车线，可节省车场开拓工程量。
调车方便，但在弯道上顶推调车，安全性差，需慢速运行。
当井筒距大巷较近时，可采用这种车场。
2）、斜式
存车线与大巷斜交。
右翼来重车可顶推进入主井重车线，调车比较方便；左翼来的重车需在大巷调车线调车。
当主、副井距大巷较近，且地面出车方向要求与大巷斜交时，可采用这种车场。
3）、立式（图19-5）（包括刀式）
存车线与大巷垂直，且有足够的长度布置存车线。
巷道工程量大，交叉点及弯道多。
当主、副井距大巷较远时，可采用这种车场。
这是立井井筒。
斜井也可采用环形车场，不同点是付井空、重车线不在井筒两侧，而是在一段双轨巷道上。
斜井立式车场，如图，存车线与大巷垂直，且有足够的长度布置存车线。
主、副井距大巷远，调车作业方便。
副井可采用平车场或甩车场。
4）、环行式井底车场的评价
（1）、环行式井底车场的优点：
调度方便，通过能力大，一般能满足大、中型矿井生产的需要；
（2）、环行式井底车场的缺点：
巷道交叉点多，大弯曲巷道多，施工复杂，掘进工程量大，电机车在弯道上行使速度慢，且顶推调车不够安全。
2、折返式：
空、重列车在车场内同一巷道两条线路上折返运行。
根据出车方向不同，分为尽头式、梭式两种。
1）、立井折返式：
（1）、梭式
立井梭式车场的特点及适用条件:
利用运输大巷作主井空、重车线和调车线。
左翼来车顶推调车，右翼来车通过№1道岔后反向顶推调车，车场能力较环行式小。
适应于井筒距大巷较近的场合。
（2）、尽头式
尽头式车场的特点及适用条件：
车场一端和大巷相连，另一端为尽头。
主井空、重车线及通过线与大巷垂直，空重车辆由车场一端进入。
适应于井筒距大巷较远的场合。
2）、斜井折返式
斜井梭式车场的特点及适用条件：
与立井折反式相似，利用运输大巷作主井空、重车线和调车线。
但副井的存车线布置及和副井的联系不同于立井。
车场能力较环行式小。
适应于井筒距大巷较近的场合。
主井若用串车提升，与付井相似，否则与立井折返式相同。
而付井则与付井井底车场的连接关系有关（即井筒的投影与大巷平行与否）（书上图19-10为与大巷垂直）。
平行时，与书上图19—6相似。
3）、折反式井底车场的评价
（1）、折反式井底车场的优点：
车场的工程量较小，车场线路较简单，交叉点及大弯度的巷道少，施工容易，机车在直线巷道上调车比较安全，利于使用底卸式矿车。
（2）折反式井底车场的缺点：
电机车从翻笼硐室通过，对有煤尘爆炸危险的矿井安全性差，需要增设隔墙和采取洒水、防尘等安全措施；线路少的车场通过能力小。
二、底卸式矿车运煤时的井底车场
1、简介：
矿车车箱、卸载坑、车轮。
卸载过程、卸载方向单一。
要求：
井底车场形式与采区装车站形式必须一致。
（图19-11）
2、优点：
1）、窄轨。
600轨距，大巷断面小，采区巷道断面小。
2）、卸载速度快，是固定式的6～8倍。
3、调车方式
1）、环行式：
直接拉过卸载坑。
2）、折返式：
根据线路一同，可以有以下几种方式
（1）、机车牵引列车过卸载坑，井底无调车机车，图19-12a，
（2）、机车顶推列车滑行过卸载坑，机车不过坑，图19-12b，
（3）、机车牵引列车过卸载坑，井底有调车机车，图19-12c，
（4）、机车牵引列车过卸载坑，井底有调车机车，为两翼来车，图19-12d。
三、小型矿井井底车场形式及特点
井型小，无需设材料车线，见图19—14，19—15。
若是斜井，则与第十四章中采区下部车场类似，图19—16，19—17，19—18。
四、大巷采用胶带输送机运煤的井底车场特点
无煤的卸载调车过程，皮带抬高，直接送入井底煤仓。
车场只担负辅助运
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