第三章 井田开拓
第一节 概述
编写前应明确编制本节的目的和内容：
1、矿区内生产矿井的开拓方式概述及评价：通过在毕业实习期间对矿区各现有生产矿井的地质特征和开拓方式的了解，分析阐明现有矿井所采用的开拓及准备方式的正确性，从而扩大设计者的思路，为设计者正确确定井田开拓方式提供生产实践依据。
2、影响设计矿井开拓的主要因素分析：在了解井田地质特征的基础上，进一步分析认识影响设计矿井开拓方式的主要因素，为正确确定开拓方式打下基础。
第二节 井田开拓
井田开拓方式是矿井设计的核心。它是以第一、第二章为基础，以后续的四、五、六章为依辅，内容涉及面宽，可变因素多，政策法律性强，设计时必须注意：
1、树立全局观点：在考虑井田开拓问题的同时，要考虑矿井其它生产环节与之相适应，如矿井提升、运输、通风、支护方式、排水等。
2、在矿井设计的诸多矛盾中，设计时要抓主要矛盾。为了使主要矛盾得到解决，对次要矛盾或矛盾方面可预先分析确定。
确定井田开拓方式时，对以下几方面内容可先进行初算：
(1)为了正确确定井筒位置、长度、倾角，必须先确定井底车场的型式和有关线路尺寸； (2)为确定井筒、大巷、井底车场等主要开拓巷道断面，必须初步确定提升、运输设备的类型、型号和规格尺寸；
(3)为确定矿井通风方式、风井位置及验算各主要巷道的风速，须根据矿井瓦斯等级和其它条件，初步确定全矿及采区所需风量。
上述计算内容和计算步骤可列入有关章节说明书中。利用方案比较法进行本节设计的步骤如下：
熟悉井田地质特征及确定矿井ZK·T·A。
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对井田开拓中若干问题进行分析，初步确定有关参数方式。
井田开拓中主要问题有：井田内划分，井筒(硐)形式，数目、位置、开采水平数目和设置、煤层群分组、运输大巷及总回风巷布置，井底车场形式等。
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提出2～4个技术上可行方案，并对各个方案的开拓系统作说明，绘出开拓方式平、剖面图，进行技术比较。
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对技术比较后保留方案进行经济比较。主要内容有基本建设费、生产经营费。前者含井巷工程直接费、辅助费和管理费。
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确定方案，并对确定方案详述之。
根据上述步骤，对本节内容作如下说明。
一、对井田开拓中若干问题分析
1、井田内划分及开采水平数目及位置
根据煤层赋存特征、井田内划分一般根据以下原则：
(1)井田划分阶段时，阶段要有合理的斜长，以利于运输、通风、巷道维护等。上山采用输送机时，辅助提升一般采用一段单钩串车提升，绞车滚筒直径一般不大于1.6m，根据绞车的缠绳量、阶段斜长一般不超过800m。对煤层赋存条件好、生产能力较大的采用滚筒直径2.0m绞车，有效提升距离可达900余米。根据以上分析，阶段垂高一般可按下列范围确定：缓斜、倾斜阶段垂高为150～250m，急斜煤层100～150m，倾角16°及以下煤层、瓦斯含量低、涌水量小时，应采用上、下山开采相结合的方式。
阶段内采区划分一般应考虑沿走向有无大的地质构造变化，如断层、无煤带、倾角变化较大等，若有可利用这些地质变化带作为采区边界。在没有地质条件限制时，采区划分应综合考虑技术经济的合理性，确定最优方案。在毕业设计中，如果不能专题论述时，采区走向长度可参照下列数值确定：综采工作面单翼布置时，走向长度一般不小于1000m，双翼布置时一般不小于2000m；高档普采的双翼采区，其走向长度一般为1000～1500m；炮采工作面，双翼采区走向长度一般为800～1000m。对于顶底板松软巷道难以维护，地质构造复杂或自然发火期短的煤层，以及装备水平低的小型矿井，采区走向长度适当缩短。具体划分时，应该使矿井初期开采的采区，尽量布置在井筒附近，应优先考虑布置中央采区的可能性。采用胶带输送机斜井开拓时，初期中央采区上山可利用主、副斜井，以减少井巷工程量；采区一般宜双翼布置。当受地质构造限制，或在安全上有特殊要求时，也可布置单翼采区。综采工作面采区单翼布置有利于跨上山或跨石门连续开采，以减少工作面搬家次数。
采区内要有合理的区段数目，以保证采区正常生产和工作面接替。在我国目前技术条件下，缓斜煤层可按3～5个区段选取，倾斜和急斜煤层不少于2～3个区段。
(2)煤层倾角小于12°，采用倾斜长壁时，条带斜长上山部分一般为1000～1500m，下山部分一般为700～1000m。也可参考实习矿井实际采用的尺寸。
(3)煤层倾角在8°～10°以下的近水平煤层，宜采用盘区开采。如果煤层层数不多，间距较近，可以用一个开采水平开采所有煤层，盘区上山的长度一般不超过1500m，盘区下山
的长度不宜超过1000m。如果煤层数目多，上下煤层间距又较大，此时开采水平的位置决定着盘区的倾斜尺寸。
开采水平的数目、位置，应根据煤层赋存条件、阶段的划分、生产技术水平和水平接替等因素综合考虑。一般应注意以下几点：
(1)要保证第一水平有足够的服务年限，其服务年限不应小于表3-1的规定。
(2)在开采水平以上的上山斜长过大，用一个阶段开采技术上有困难、安全上不可靠，或由于地质构造和煤层产状变化而使井田局部区域用某一个开采水平开采有困难时，可考虑设计辅助水平。
表3-1 第一开采水平设计服务年限
矿井设计生产能力 (Mt/a) 6.0及以上 3.0～5.0 1.2～2.4 0.45～0.9 缓斜煤层 35 30 25 20 第一开采水平设计服务年限(a) 倾斜煤层 — — 20 15 急斜煤层 — — 15 15 (3)为解决下山采区排水、通风和辅助提升，对某些涌水量大或阶段斜长较长的下山采区，亦可考虑设置辅助水平。
要使设置的开采水平在经济上有利，一般可根据矿井具体条件，提出几个水平设置方案，进行技术、经济分析和比较，选择最佳方案。但在毕业设计中，如果不作专题论证时，可以不进行水平设置的经济比较，而在综合考虑上述因素的基础上加以确定。
2、井硐形式、数目及其配置。应根据煤层赋存条件、地形、水文地质、冲积层组成和厚度、井型、设备供应、施工条件等因素来考虑。
(1)井硐型式的选择：如煤层赋存于较高的山岭、丘陵和沟谷地区，上山部分煤的储量大致满足同类井型的水平服务年限要求时，应优先考虑采用平硐开拓。当平硐以上煤层垂高或斜长过大时，可采用阶梯式平硐开拓；一般应优先考虑垂直走向或斜交平硐开拓；当受地形条件限制时，也可采用走向平硐开拓，但要注意单翼生产的特点，适当确定井型。
对于赋存较浅、表土不厚、水文地质情况简单、井筒不需要特殊施工的缓斜和倾斜煤层，一般可采用斜井开拓方式。采用不同提升方式的斜井，其井筒倾角一般规定如下：
串车提升时，井筒倾角不大于25°；箕斗提升时为25～30°。但斜井垂高不超过300m，胶带输送机提升时，则不大于16°。
立井开拓的适用条件较广，当不受地形条件限制时，大多可以采用。尤其是在埋藏较深、表土层厚、水文地质条件比较复杂、井筒需要特殊凿井法施工时，一般均采用立井开拓。多水平开拓的急斜煤层，也常用立井开拓。
根据井田特点，结合地面布置，当采用单一井硐形式不能满足通风、安全、辅助提升等不同需要，或者在技术经济上不合理时，也可采用综合开拓方式。
(2)井筒数目：采用斜井或立井开拓时，一般只开凿一对提升井筒(主、副井)。在技术经济上合理时，也可开凿两个以上的提升井筒。
风井的个数应根据安全生产、通风要求和一井多用的原则合理确定。当利用箕斗提升井或装有胶带输送机的井筒兼作风井使用时，必须符合《煤矿安全规程》(以下简称《规程》)第110条的规定。
确定井筒数目，还必须符合《规程》第18条关于安全出口规定。
(3)井筒位置的选择：应首先满足第一水平的开采、缩短贯通距离，减少井巷工程量。在一般情况下，井筒位置应选择在井田中央或最小货载运点上，但遇下列情况，可视具体条件而定。
①井田附近有较大的村镇，应使广场煤柱与村镇煤柱合二为一，要避免首采区迁村； ②工业场地布置应尽量不压或少压煤，尤其不压好煤，以便为首采区创造较好的开采条件；
③应避免工业场地处于高山、洼地和受洪水威胁处；
④井筒和井底车场运输巷道尽量不穿过断层破碎带和少穿过松散岩层。风井布置应根据选定的通风系统合理确定。一般根据以下原则：
①采用中央并列式通风系统时，在设计中必须规定井田境界附近安全出口，当矿井发生灾害，井田一翼走向长度不能保证人员安全撤出时，必须形成井田境界附近的安全出口；
②采用对角式通风系统时，风井设在井田两翼的上部边界；
③采用中央分列式通风系统时，主、副井设在井田中央，风井设在井田上部边界中央； ④采用分区式通风系统时，回风井设在各采区的上部边界，条件适合时，也可利用各采区上山直透地面作为回风井。
确定风井数目及其配置时，应因地制宜，灵活运用。例如，在浅部开采，表土层不厚，开凿小风井不困难时，开采第一水平时可采用分区通风。开采第二水平时再改为其它通风系统。又如井田走向长度大的矿井，初期可采用中央式通风系统，以后随着开采的发展，再开凿两翼风井，逐步过渡到对角式通风系统。?
3、运输大巷和总回风巷的布置及与煤层间的联系方式。? (1)运输大巷的布置与煤层间的联系：?
确定运输大巷的布置及其煤层联系时，一般应遵循下列原则：?
①开采煤层群时，根据煤层数目、煤层间距，可以采用分层运输大巷主要石门的布置方式；集中运输大巷采区石门的布置方式或分组集中运输大巷主要石门的布置方式。根据某些矿区的实际经验，煤层间距小于50米时，一般可采用集中运输大巷的布置方式，要用分组集中运输大巷布置方式时，分组间距一般应大于70m。这些经验仅作参考。?
②有些煤层的层间距离较大，但煤层受断层切割，或者赋存状态不稳定，只有局部地段可采，是且储量较小，不宜单独布置运输大巷，可根据具体情况与其它邻近煤层划为一组布置大巷。对瓦斯量很大或有突然涌水危险的煤层，在技术和安全上必要时，可考虑分别划成煤组单独布置大巷；
③主要运输大巷一般应布置在煤组底板岩石中，但在下列情况下，也可考虑布置在煤层中：(a)距其它煤层很远，储量有限的单个薄及中厚煤层；(b)煤组或煤系底部有距离很近的强含水层和富水溶洞，特别是较大的承压水时应慎重；(c)井田走向长度短，运输大巷服务年限不长，而煤层厚度不大，大巷维护不困难时；(d)煤组或煤系底部有煤质坚硬，围岩稳定，无自然发火危险的薄及中厚煤层，经过技术经济比较比布置岩巷有利时。?
④岩石运输大巷应布置在坚硬、稳定、厚度较大的岩层中，如砂岩、石灰岩和砂质页岩等。避免在松软、吸水膨胀、易风化的岩层中布置。运输大巷应距煤层有一定距离，以避开支承压力的不利影响，这个距离一般与煤层10～30m，对急斜煤层，为避免底板移动影响，一般应布置在底板移动范围以外10～20m的地方。?
⑤个别情况下，煤层底部岩层水文条件复杂，煤组内煤岩均较松软，维护困难，可将运输大巷布置在煤层顶板岩层中，此时必须根据开采后岩层垮落范围，留设护巷安全煤柱。
(2)总回风巷的布置及其与煤层的联系?
当矿井通风系统要求设置总回风巷时，其布置原则同运输大巷基本相同。当井田上部边界标高不一致时，总回风巷可按不同标高分段设置，但分段不宜过多。当井田上部冲积层厚、含水丰富，留有防水煤柱时，总回风巷可以布置在防水煤柱内。?
4、煤层群分组：为了合理开发煤炭，多煤层开采时，应首先考虑煤层群分组。煤组一般根据以下原则划分：?
(1)将层间距近的煤层划分为一组，但要注意各煤层的倾角、厚度、顶底板岩性的一致性，以及地质构造方面的情况，以利于开采；?
(2)对不同煤种和煤质，根据国家需要和用户要求，可考虑分别划组，以便分采分运，保证煤质；
(3)对有突然涌水危险的煤层或层间距离大的单个煤层，可以考虑单独布置；
(4)对瓦斯涌出量很大，有煤及瓦斯突出危险的煤层，应划分为一组联合布置巷道，以便采取开采解放层的措施。?
二、提出2～4个技术可行方案，并进行技术比较
在上述分析的基础上，提出2～4个技术可行方案，对所提出的方案，必须充分考虑其提升、运输、通风、排水等各主要生产系统以及所采用的设备。绘制各方案开拓方式平、剖面示意图(插图)，并对各方案的主要生产系统的内容进行简要说明。?
技术比较主要包括下列几方面内容：基建工程量、施工条件及施工技术、生产管理方面难易程度、煤炭损失量、施工期长短、大型设备及器材占用量等。?