煤礦開采水平的設(shè)置與階段的劃分

宋保軍

【摘 要】 煤礦開采時，合理的水平高度應(yīng)以合理的階段斜長和是否采用上、下山開采為前提，并能使開采水平有足夠的儲量和服務(wù)年限，礦井開采才會有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

【關(guān)鍵詞】 階段；開采水平；水平高度

開采水平是井田再劃分中的一個重要概念。在井田范圍內(nèi)，沿煤層傾斜方向按一定標(biāo)高將井田劃分成若干長條，每一長條叫階段。階段垂高是指階段上、下邊界之間的垂直高度，等于階段上、下界面標(biāo)高之差。為了逐段開采，需要在階段的某個水平分界面布置回風(fēng)大巷或運輸大巷等主要開拓巷道，那么布置有運輸大巷和井底車場并擔(dān)負(fù)該水平開采范圍內(nèi)的主要運輸和提升任務(wù)的水平就叫開采水平，簡稱水平。礦井開采水平常以其所在的水平標(biāo)高或自上而下的順序命名。礦井開拓巷道的布置就是在開采水平劃分的基礎(chǔ)上，確定主、副井、風(fēng)井和階段運輸大巷、階段回風(fēng)大巷的位置及井底車場形式，以形成完整的礦井開拓系統(tǒng)。

一、開采水平的設(shè)置

當(dāng)井田內(nèi)煤層賦存條件和井田尺寸一定時，開采水平的數(shù)目取決于階段數(shù)目和是否采用上下山開采。

首先，確定是否采用上、下山開采。這需要先搞清能否采用下山開采。由于下山開采存在上向運輸、排水，下向通風(fēng)、掘進(jìn)等困難，所以只有當(dāng)煤層傾角較?。ǘ酁?6度以下）、瓦斯含量低、涌水量小時，才考慮采用下山開采。

其次，階段數(shù)目決定于階段垂高。而階段垂高又決定于煤層賦存條件、地質(zhì)條件、開采技術(shù)條件。一般井田斜長不大，煤層傾角較小，可將井田劃分為兩個階段，布置一個開采水平，采用上下山開采，即單水平開拓；而當(dāng)井田斜長較大，或煤層傾角較陡（多為16度以上），井田將劃分多個階段，設(shè)置兩個或多個水平，即多水平開拓。

所以，開采水平的設(shè)置，要充分考慮各種因素影響并按國家有關(guān)政策和規(guī)定進(jìn)行。

二、水平高度的確定

水平高度是指開采水平上下分界面間的垂直距離。一般一個開采水平只采一個上山階段時，水平高度就是階段垂高。一個水平服務(wù)上下山兩個階段開采時，水平高度就是上下山兩個階段的垂高之和。

水平高度的大小，由階段垂高的大小和是否采用上、下山開采來決定。合理的階段垂高首先要考慮地質(zhì)條件，其次要以合理的階段斜長為前提，同時使開采水平有足夠的儲量和合理的服務(wù)年限，并獲得良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果。

1、地質(zhì)條件

合理的階段劃分應(yīng)首先保證開采技術(shù)上的簡單和較高的資源開采率，所以要盡可能利用大斷層、褶曲、煤層傾角變化的地方作為劃分階段的界限，確定階段的垂高，從而確定水平高度。這樣既可避免開采工作的困難，又可增加資源開采率。

2、合理的階段斜長

若不受地質(zhì)條件影響，合理的階段斜長是在具體礦井生產(chǎn)條件下，采用合理的采煤工作面參數(shù)、采區(qū)巷道布置和設(shè)備所能達(dá)到的長度，從而確定階段垂高及水平高度。合理的階段斜長主要有以下幾個方面的影響：

（1）合理的區(qū)段數(shù)。合理的階段斜長應(yīng)保證在采煤工作面合理長度的前提下，能劃分出足夠的區(qū)段數(shù)。為保證采煤工作面正常接替，采區(qū)內(nèi)要有足夠的區(qū)段數(shù)。對緩傾斜煤層的階段，區(qū)段數(shù)可取3-5，傾斜和急傾斜煤層的階段，區(qū)段數(shù)可取2-3。由此計算出階段斜長。

（2）煤的運輸。對開采緩傾斜和傾斜煤層的大中型礦井，上山用輸送機(jī)或溜槽運煤時，上山斜長一般不因運煤而受限制。對于上山用礦車運煤的小型礦井，上山斜長受絞車能力限制，要根據(jù)采區(qū)生產(chǎn)能力及絞車型號驗算所能達(dá)到的最大階段斜長。

（3）輔助提升。一般都采用單卷筒絞車提升。絞車太大時，在井下運輸、安裝都不方便，所以絞車卷筒直徑一般不大于1．6米，這樣纏繩4層達(dá)880米。對生產(chǎn)能力大的采區(qū)，采用2．0米的絞車，纏繩4層可達(dá)1130米。但實際允許值要低于此值。

3、采用上下山開采

當(dāng)適合采用上、下山開采時，水平高度為兩個階段的垂高之和，服務(wù)范圍、服務(wù)年限都顯然增大。

4、開采水平的儲量及服務(wù)年限

開拓一個水平要掘出許多巷道，井型越大，水平開拓工程量越大，投資越大，工期越長。為了充分發(fā)揮這些工程和投資的作用，就必須有足夠的儲量和水平服務(wù)年限。從有利于礦井生產(chǎn)和水平接替考慮?！兑?guī)范》規(guī)定：緩傾斜、傾斜煤層的大型礦井水平服務(wù)年限20—30年，其中第一水平的服務(wù)年限應(yīng)不低于30年，中型礦井的水平服務(wù)年限15—20年。

5、技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的水平高度

技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的水平高度受兩方面相互矛盾的因素影響和制約。一方面，開采水平要開掘出井底車場、大巷、采區(qū)車場、硐室，配備必須的設(shè)備，這些開拓工程量和裝備費是不因水平高度的大小變化而變化的，水平高度越大，可采煤量越多，分?jǐn)偟絿嵜旱墓こ藤M和裝備費就越??；另一方面，水平高度越大，階段斜長越大，對上山階段而言，要增加沿上山的運輸費用和折返運輸工作量，增加采區(qū)上山的巷道維護(hù)工作量，加大水平的排水高度和費用，從而使噸煤生產(chǎn)費用增加；另外，階段斜長過大需要的上山運輸設(shè)備也大，管理復(fù)雜。合理的水平高度就是要在具體生產(chǎn)條件下，研究兩方面的消長關(guān)系，尋找最佳平衡點。

具體礦井在確定水平高度時常用方案比較法，一般根據(jù)具體條件提出幾個方案，進(jìn)行技術(shù)分析和經(jīng)濟(jì)比較；經(jīng)濟(jì)比較的項目一般包括開采水平范圍內(nèi)的開拓工程量和掘進(jìn)費用，井巷維護(hù)費用，煤碳運輸費用、排水費用等。根據(jù)比較結(jié)果，綜合考慮經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、安全、管理等因素確定選用方案。

三、開采水平高度的發(fā)展趨勢

水平高度受煤層地質(zhì)條件和開采技術(shù)多因素的影響，其取值的變化是開采技術(shù)水平和生產(chǎn)集中化程度的綜合反映。20世紀(jì)70年代左右，實際礦井的開采水平垂高一般不大于100m。隨著礦井開采強(qiáng)度的加大，采煤機(jī)械化水平的提高，采煤速度加快、水平服務(wù)年限縮短，開采水平接替緊張，生產(chǎn)礦井普遍有加大水平垂高的要求，而新型運輸設(shè)備的應(yīng)用，巷道布置與巷道支護(hù)的改進(jìn)，又為加大水平垂高提供了技術(shù)保證，礦井開采水平垂高逐漸加大。20世紀(jì)90年代《規(guī)范》規(guī)定（對于大中型礦井）：緩斜、傾斜煤層的階段垂高為150~250m。實際礦井的開采水平垂高受各種因素影響，上下數(shù)值相差甚大，所以要綜合考慮上述眾多因素，以便確定合理。

【參考文獻(xiàn)】

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