下载文档原格式
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、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；开拓方立 井 斜 井平 硐 综 合单水多水平上下山 上 山 上下山混 合 分层大集中大分组集中大（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，并以井筒为中心由上而下逐阶段开采。
立井开拓有哪些优缺点？其适用于什么条件？立井开拓的适应性强，一般不受煤层倾角、厚度、瓦斯、水文等自然条件的限制；立井井筒短，提升速度快，提升能力大，作副井特别有利；对井型特大的矿井，可采用大断面井筒，装备两套提升设备；大断面可满足大风量的要求；由于井筒短，通风阻力较小，对深井更有利。
因此，当井田的地形、地质条件不利于采用平硐或斜井开拓时，都可考虑采用立井开拓。
对于煤层埋藏较深，表土层厚，水文情况复杂，需要特殊施工方法或开采近水平煤层和多水平开采急倾斜煤层的矿井，一般采用立井开拓。
斜井开拓有哪些优缺点？其适用于什么条件？斜井与立井相比，井筒掘进技术和施工设备较简单，掘进速度快，井筒装备及地面设施较简单，井底车场及硐室也较简单，因此初期投资较少，建井期较短；在多水平开采时，斜井石门工程量少，石门运输费用少，斜井延深方便，对生产的干扰少；大运量强力带式输送机的应用，增加了斜井的优越性，扩大了斜井的应用范围。
其缺点是：在自然条件相同时，斜井井筒长，围岩不稳固时井筒维护困难；采用绞车提升时，提升速度低、能力小，钢丝绳磨损严重，动力消耗大，提升费用高，井田斜长越大时，采用多段提升，转载环节多，系统复杂，占有设备及人员多；管线、电缆敷设长度大，保安煤柱损失大；对于特大型斜井，辅助运输量很大时，甚至需要增开副斜井；斜井通风路线长，断面小，通风阻力大，如不能满足通风要求时，需另开专用风井或兼作辅助提升；当表土为含水的冲积层或流沙层时，斜井井筒施工技术复杂，有时难以通过。
当井田内煤层埋藏不深，表土层不厚，水文地质简单，井筒不需要特殊方法施工的缓斜和倾斜煤层，一般可用斜井开拓。
对采用串车或箕斗提升的斜井，提升不得超过两段。
随着新型强力的和大倾角带式输送机的发展，大型斜井的开采深度大为增加，斜井应用更加广泛。
斜井开拓（与立井比）有哪些优缺点？优点：（1）掘进技术和设备简单（2）掘进速度快，工期短（3）井上下设施简单。
多水平总石门短。
4 井田开拓4.1井田开拓的基本问题井田开拓是指在井田范围内，为了采煤，从地面向地下开拓一系列巷道进入煤体，建立矿井提升、运输、通风、排水和动力供应等生产系统。
这些用于开拓的井下巷道的形式、数量、位置及其相互联系和配合称为开拓方式。
合理的开拓方式，需要对技术可行的几种开拓方式进行技术经济比较，才能确定。
井田开拓主要研究如何布置开拓巷道等问题，具体有下列几个问题需认真研究。
1）确定井筒的形式、数目和配置，合理选择井筒及工业场地的位置；2）合理确定开采水平的数目和位置；3）布置大巷及井底车场；4）确定矿井开采程序，做好开采水平的接替；5）进行矿井开拓延深、深部开拓及技术改造；6）合理确定矿井通风、运输及供电系统。
确定开拓问题，需根据国家政策，综合考虑地质、开采技术等诸多条件，经全面比较后才能确定合理的方案。
在解决开拓问题时，应遵循下列原则：1）贯彻执行国家有关煤炭工业的技术政策，为早出煤、出好煤高产高效创造条件。
在保证生产可靠和安全的条件下减少开拓工程量；尤其是初期建设工程量，节约基建投资，加快矿井建设。
2）合理集中开拓部署，简化生产系统，避免生产分散，做到合理集中生产。
3）合理开发国家资源，减少煤炭损失。
4）必须贯彻执行煤矿安全生产的有关规定。
要建立完善的通风、运输、供电系统，创造良好的生产条件，减少巷道维护量，使主要巷道经常保持良好状态。
5）要适应当前国家的技术水平和设备供应情况，并为采用新技术、新工艺、发展采煤机械化、综掘机械化、自动化创造条件。
6）根据用户需要，应照顾到不同煤质、煤种的煤层分别开采，以及其它有益矿物的综合开采。
4.1.1确定井筒形式、数目、位置及坐标1）井筒形式的确定井筒形式有三种：平硐、斜井、立井。
一般情况下，平硐最简单，斜井次之，立井最复杂。
平硐开拓受地形迹埋藏条件限制，只有在地形条件合适，煤层赋存较高的山岭、丘陵或沟谷地区，且便于布置工业场地和引进铁路，上山部分储量大致能满足同类井型水平服务年限要求。
斜井开拓与立井开拓相比：井筒施工工艺、施工设备与工序比较简单，掘进速度快，井筒施工单价低，初期投资少；地面工业建筑、井筒装备、井底车场及硐室都比立井简单，井筒延伸施工方便，对生产干扰少，不易受底板含水层的威胁；主提升胶带化有相当大的提升能力，可满足特大型矿井主提升的需要；斜井井筒可作为安全出口，井下一旦发生透水事故等，人员可迅速从井筒撤离。
缺点是：斜井井筒长辅助提升能力少，提升深度有限；通风路线长、阻力大、管线长度大；斜井井筒通过富含水层、流沙层施工技术复杂。
立井开拓不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯及水文等自然条件的限制，在采深相同的的条件下，立井井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助提升特别有利，井筒断面大，可满足高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井需风量的要求，且阻力小，对深井开拓极为有利；当表土层为富含水层或流沙层时，立井井筒比斜井容易施工；对地质构造和煤层产状均特别复杂的井田，能兼顾深部和浅部不同产状的煤层。
主要缺点是立井井筒施工技术复杂，需用设备多，要求有较高的技术水平，井筒装备复杂，掘进速度慢，基本建设投资大。
本矿井煤层倾角小，平均5°，为近水平煤层；表土层薄，无流沙层；水文地质情况比较简单，涌水量小；井筒不需要特殊施工，因此可采用斜井开拓或立井开拓。
经后面方案比较确定井筒形式为双斜井。
2）井筒位置的确定井筒位置的确定原则：有利于第一水平的开采，并兼顾其他水平，有利于井底车场和主要运输大巷的布置，石门工程量少；有利于首采区布置在井筒附近的富煤阶段，首采区少迁村或不迁村；井田两翼储量基本平衡；井筒不宜穿过厚表土层、厚含水层、断层破碎带、煤与瓦斯突出煤层或软弱岩层；工业场地应充分利用地形，有良好的工程地质条件，且避开高山、低洼和采空区，不受崖崩滑坡和洪水威胁；工业场地宜少占耕地，少压煤；距水源、电源较近，矿井铁路专用线短，道路布置合理。
由于井田西部边界距侯月铁路很近，故为便于地面运输及工业场地布置，主井井筒位置布置方案也可以选择在井田西部边界附近。
经后面方案比较确定主、副井筒位置在井田中央。
4.1.2工业场地的位置工业场地的位置选择在主、副井井口附近，即井田西翼中部。
工业场地的形状和面积：根据表2.1工业场地占地面积指标，确定地面工业场地的占地面积为30公顷，形状为矩形，长边垂直于井田走向，长为700m，宽为450m。
4.1.3开采水平的确定及采盘区划分井田主采煤层为3号煤层，9号煤层由于含硫量高，近期暂不开采，后期根据需要可采用延伸井筒方式开采3号煤层以下煤层。
设计中只针对3号煤层。
3号煤层倾角平缓，为2°~10°，一般5°，为近水平煤层，故设计为单水平开采。
水平标高+560m，盘区式开采。
3号煤层生产能力：可采储量为209.14Mt，服务年限为53.63a。
4.1.4主要开拓巷道3号煤层平均厚度为5m，赋存稳定，底板起伏不大，为近水平煤层，煤层厚度变化不大，且煤质硬度大。
故矿井开拓大巷布置在煤层中，留大煤柱护巷，大巷间距60m。
由于矿井瓦斯涌出量大，为满足回风需要，布置两条回风大巷。
再布置一条主运输大巷，一条辅助运输大巷，共四条大巷。
为便于在巷道交叉时架设风桥等构筑物，辅助运输大巷和主运输大巷沿底板掘进，回风大巷沿顶板掘进。
大巷位于井田中央，沿倾向布置，局部半煤岩及岩巷，巷道坡度随煤层而起伏，一般2°~5°，辅助运输大巷局部7°，主运输大巷上仓段局部10°。
4.1.5方案比较1）提出方案根据以上分析，现提出以下四种在技术上可行的开拓方案，分述如下：方案一：立井单水平开拓主、副井井筒均为立井，布置于井田中央，只设一个水平。
由于辅助运输采用无轨胶轮车，爬坡能力强。
大巷布置在煤层中，沿底板掘进，局部半煤岩及岩巷，如图4.1。
方案二：主斜副立单水平开拓斜井提煤运输能力大，立井辅助运输能力大，为此提出主井采用斜井开拓，副井采用立井开拓。
大巷布置在煤层中，沿底板掘进，局部半煤岩及岩巷，如图4.2。
方案三：斜井单水平开拓（井筒位于井田中央）主、副井井筒均为斜井开拓，布置于井田中央，大巷布置在煤层中，沿底板掘进，局部半煤岩及岩巷，如图4.3。
方案四：斜井单水平开拓（井筒位于井田边界）主、副井井筒均为斜井开拓，布置于井田西部边界，大巷布置在煤层中，沿底板掘进，局部半煤岩及岩巷，如图4.4。
1. 主井2. 副井11001100图4.2 方案二 主斜副立单水平开拓11001100图4.1 方案一 立井单水平开拓11001100图4.3方案三 斜井单水平开拓（井筒位于井田中央）11001100图4.4方案四 斜井单水平开拓（井筒位于井田边界）2）技术比较以上所提四个方案大巷布置及水平数目均相同，区别在于井筒形式和井筒位置不同，及部分基建、生产费用不同。
方案一、二主井井筒形式不同。
方案一主井为立井，立井开拓不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯及水文等自然条件的限制，主要缺点是井筒施工技术复杂，需用设备多，要求有较高的技术水平，掘进速度慢，基建投资大；方案二主井为斜井，斜井的运输提升能力比立井大，有相当大的提升能力，可满足特大型矿井主提升的需要；斜井井筒也可作为安全出口，井下一旦发生事故，人员也可从主斜井迅速撤离。
井田内3号煤层厚度大、倾角小、赋存稳定，涌水量小，立井的优点不突出，而斜井的提升能力大的特点很适合3Mt的特大型矿井的需要。
经过以上技术分析、比较，再结合粗略估算费用结果（见表4.1），在方案一、二中选择方案二：主斜副立单水平开拓。
方案三、四主要区别在井筒位置不同，方案三井筒位于井田中央的储量中心，井下运输距离短，运输费用相对较低，但井田中央煤层距地表距离大，井筒长，基建费用多；方案四井筒位于井田西部边界附近，由于紧靠井田西部边界就是侯月铁路，可以减少地面运输距离及设备等费用，还可以利用部分井田边界煤柱，减少部分压煤。
经过以上技术分析、比较，再结合粗略估算费用结果（见表4.1），在方案三、四中选择方案三：斜井单水平开拓（井筒位于井田中央）。
3）经济比较方案二、三有差别的建井工程量、生产经营工程量、基建费、生产经营费和经济比较结果，分别计算汇总于下列表中：见表4.2、表4.3、表4.4、表4.5和表4.6。
表4.1 各方案粗略估算费用表（单位：万元）填表说明：①主井开凿根据设计及地质条件从《煤炭建设井巷工程概算定额》（99基价）（以下简称《井巷定额》）中可查出各部分单价，其中立井、斜井井筒按基岩段考虑。
方案一立井单价为：根据井筒净直径D=6.5m，支护形式=混凝土，煤岩类别=中硬岩，支护厚度(mm)= 500等条件，从《井巷定额》中查得：定额编号=323的基价为82834元/10m方案一立井基建费用为290m×0.84338万元/（10m）=240.22万元。
方案二主斜井单价为：根据斜井井筒喷射混凝土支护(倾角<18°)，掘进断面(m)<18，支护形式=喷射混凝土，煤岩类别=中硬岩，支护厚度(mm)=100等条件，从《井巷定额》中查得：定额编号=1915的基价为25500元/10m方案二主斜井基建费用为1052.1m×0.25500万元/（10m）=268.29万元。
②副井开凿方案一副立井单价为：根据井筒净直径D=7.5m，支护形式=混凝土，煤岩类别=中硬岩，支护厚度(mm)= 600等条件，从《井巷定额》中查得：定额编号=341的基价为106747元/10m方案一副立井基建费用为290m×1.06747万元/（10m）=309.57万元。
方案二副立井与方案一同。
③井底车场根据设计及地质条件，本例中方案一的井底车场长度为1200m，大部分布置在3#煤层中，平均掘进断面18m2，，支护厚度=100mm，再考虑5%的系数，。
在平硐及平巷喷射混凝土支护中查得：定额编号5611基价14819元/10m，方案一井底车场费用为1200m×0.14819万元/（10m）×1.05=186.72万元（1.05为考虑5%的系数）。
方案二的井底车场长度为1100m，方案二井底车场费用为1100m×0.14819万元/（10m）×1.05=171.16万元。
生产费用计算：④立井提升方案一立井提升费用为：1.2×20914×0.29×0.92＝6695.83万元。
其中1.2为提升系数，29014为矿井3#煤层可采储量（万吨），0.29为提升高度（KM），0.92为提升单价。
方案二斜井提升费用为：1.2×20914×1.0521×0.22＝5808.96万元。
