井田开拓方式对矿井生产的影响及原则

【任务描述】

井田开拓方式有斜井开拓、立井开拓、平硐开拓和综合开拓几种。通过本课题的学习，使学生掌握斜井开拓、立井开拓、平硐开拓和综合开拓几种开拓方式的基本概念以及每种开拓方式的基本特点。

【知识学习】

一、井田开拓方式及分类

1.井田开拓方式

开拓巷道在井田内的总体布置方式称为井田开拓方式。由于井田范围、煤层埋藏深度和可采煤层层数、倾角、厚度、煤层顶底板岩性及厚度、矿井储量、构造复杂程度、矿井水文地质条件类型、矿井工程地质条件类型、矿井瓦斯等级、矿井瓦斯涌出量及瓦斯压力、煤尘爆炸危险性、煤层自燃发火倾向性等煤层赋存条件和开采技术条件各有差异，井田开拓方式也各不相同。

井田开拓应解决的基本问题：合理确定矿井生产能力；确定井筒（硐）形式、数目及位置；将井田划分为阶段，并对阶段进行再划分；确定开采水平数目及位置；选择井底车场形式；确定主要运输大巷布置方式及主运输和辅助运输方式；选择矿井通风方式；确定井筒延伸方式及井田开采顺序；采掘关系与矿井“三量”管理等。

井田开拓方式决定了矿井生产系统的总体部署，既影响矿井建设时期的技术经济指标，又影响矿井整个生产时期的技术面貌和经济效益。确定井田开拓方式应遵循以下原则。

1）贯彻执行国家煤炭工业技术政策、法律法规，适应煤炭工业现代化发展的需要，为早出煤、出好煤、多出煤，建设高产、高效、安全生产的现代化矿井创造条件。

2）合理集中开拓布置，尽可能简化生产系统，以便于集中生产、集中管理和选择高效率机械设备，为提高矿井生产能力创造有利条件。

3）具有完善的通风系统和良好的生产环境，为矿井安全生产和提高劳动生产率创造条件。

4）合理布置井巷和选择开采顺序，尽量减少煤炭损失，提高煤炭资源采出率；合理选择主要井巷层位，使主要井巷位于坚硬稳定的围岩中，尽量减少井巷维护工程量，使其经常保持良好状态。

5）在开拓布置时，应尽量考虑将不同煤质、不同煤种的煤层以及其他有益矿物分别进行开采，以满足市场对不同煤种、不同煤质的需求。

6）开拓工程量小，初期井巷工程量、岩巷工程量和投资少，建井期短，出煤快。

7）采用新技术、新工艺、新装备，建设机械化、自动化、数字化矿井，减轻工人劳动强度。

2.井田开拓方式分类

井田开拓方式可分为斜井开拓、立井开拓、平硐开拓、综合开拓等几种类型，如图3-16所示。

图3-16 井田开拓方式分类

二、斜井开拓

主、副井井筒均为斜井的开拓方式称为斜井开拓。斜井开拓方式在我国煤矿中应用较为广泛，几乎半数以上的矿井是斜井开拓。随着技术的不断进步和煤矿先进设备的创新应用，尤其是长距离、大运量、大倾角胶带输送机的运用，使斜井开拓方式的应用更加广泛。

按井田内的划分和阶段内的布置方式，斜井开拓有多种形式。这里仅介绍片盘斜井开拓和斜井多水平上山式开拓。

1.片盘斜井开拓

片盘斜井开拓是最简单的开拓方式。井田犹如一个下山采区，将井田沿煤层倾向按一定标高划分为若干个分段，每个分段习惯上称为一个片盘，相当于下山采区的一个区段，适于布置一个采煤工作面，然后依次开采各个片盘的开拓方式称为片盘斜井开拓。

（1）典型片盘斜井开拓

1）条件。典型的片盘斜井开拓如图3-17所示，井田内有一层可采煤层，井田沿煤层倾斜方向划分为四个分段（片盘），井筒布置在井田煤层走向的中央，井田两翼有两个工作面同时回采。

2）掘进顺序。井巷掘进顺序：在井田煤层走向中央从地面沿煤层倾斜掘进主斜井1和副斜井2。当井筒掘至第一片盘下部边界时，掘进第一片盘中部车场3，沿煤层走向向两翼掘进第一片盘运输平巷5和片盘轨道平巷4。同时，在第一片盘上部边界沿煤层走向向两翼掘进片盘回风平巷6。当片盘运输平巷5和片盘回风平巷6掘进至井田两翼边界后，在井田边界片盘运输平巷5和片盘回风平巷6通过开切眼贯通，形成生产系统后，采煤工作面即可进行回采。

3）生产系统。

①运输系统。回采工作面采出的煤炭，由工作面、副巷、联络巷刮板输送机运至片盘运输平巷5中装车，采用人力推车，电机车或无极绳绞车牵引串车运输方式运至片盘车场3，然后由主斜井1绞车提升到地面。

②通风系统。新鲜风流由主斜井1进入片盘车场3，经由两翼的片盘运输平巷5和片盘轨道平巷4，进入采煤工作面；清洗工作面后，乏风经片盘回风平巷6、副斜井2和引风道，由主要通风机排出地面。为了避免新鲜风流与乏风流相混，主斜井和片盘回风平巷的交叉处应设置风桥；在副斜井井口附近应设置防爆门，防止风流短路。

图3-17 典型的片盘斜井开拓

1—主斜井 2—副斜井 3—片盘车场 4—片盘轨道平巷 5—片盘运输平巷 6—片盘回风平巷 7—采煤工作面 8—联络巷

在第一片盘生产的同时，应及时延深井筒，掘进准备第二片盘车场（片盘中部车场）、片盘运输平巷、副巷及开切眼，以便第一片盘回采结束时，及时转入第二片盘回采。这时，第一片盘的运输平巷可作为第二片盘的回风平巷，如此由上而下依次回采，直到井田下部边界为止。

（2）集中片盘斜井开拓

1）条件。集中片盘斜井开拓如图3-18所示，井田有两个可采煤层，在井田煤层走向的中部从地面开始在下煤层中沿煤层倾向掘进一对斜井，直至第一片盘下20～30m，主斜井1担负煤炭运输和进风任务，副斜井2担负矸石、材料和人员等辅助运输任务，兼作回风井。

2）掘进顺序。井巷掘进顺序：在第一片盘上部掘进片盘甩车场（片盘上部车场）及第一片盘回风平巷5，在第一片盘下部掘进片盘车场3（片盘中部车场）及片盘运输平巷4，然后掘进联络平巷或联络斜巷进入上煤层后，掘进上煤层超前运输平巷6、超前回风平巷7及上煤层采煤工作面8，巷道掘进完毕形成生产系统后，上煤层I片盘即可进行第一片盘的回采。

3）生产系统。

①运输系统。上煤层采煤工作面8采出煤炭经工作面刮板输送机、上煤层超前运输平巷6刮板输送机、运输联络平巷刮板输送机或联络斜巷自溜至下煤层片盘运输平巷4装入矿车，采用人力推车或电机车将装有煤炭的矿车运至片盘中部车场3，经主斜井1绞车提升至地面。

图3-18 集中片盘斜井开拓

1—主斜井 2—副斜井 3—片盘车场 4—片盘运输平巷 5—片盘回风平巷 6—上煤层超前运输平巷 7—上煤层超前回风平巷 8—上煤层采煤工作面 I、Ⅱ、Ⅲ—片盘顺序号

②运料系统。上煤层采煤工作面8所需的材料设备，由副斜井下放至上部车场，采用人力推车或电机车将装有设备或材料的料车运到工作面后出口，再搬到采煤工作面8。

③排矸系统。掘进工作面掘进过程中产生的矸石，可分别由片盘运输平巷或回风平巷采用人力推车方式运到片盘车场，然后经副斜井绞车提升至地面。掘进工作面所需材料的运输与矸石运输方向相反。

④通风系统。采煤工作面通风系统：新鲜风流经主斜井1、片盘车场3、片盘运输平巷4，联络平巷或联络斜巷、上煤层超前运输平巷6，进入上煤层采煤工作面8，清洗采煤工作面后，乏风流经上煤层超前回风平巷7，回风联络平巷或联络斜巷、片盘回风平巷5、片盘上部车场、副斜井2、引风道，主扇风机排出地面。

（3）片盘斜井开拓的特点

片盘斜井开拓的基本特点是井田沿倾斜划分片盘，沿走向不分采区，每个片盘整段回采，从井田边界向井筒方向连续推进（回采）。

1）优点。巷道布置和生产系统简单；初期工程量少，投资少，建井期短；沿煤层掘进施工容易，能进一步掌握煤层赋存和地质构造等情况；矿井生产系统、技术装备及生产管理比较简单。

2）缺点。矿井内不能布置较多的采煤工作面，矿井生产能力小；各片盘服务年限短，井筒需要经常延伸，容易造成矿井延伸与生产相互干扰；对断层、褶曲等地质构造的适应性差。

3）适用条件。片盘斜井开拓方式适用于煤层赋存稳定，地质构造比较简单，井田走向长度和倾斜长度较小，煤层埋藏较浅的小型矿井。

片盘斜井的井筒一般沿煤层真倾斜方向向下掘进。煤层倾角较大时，为减小井筒倾角，也可沿煤层伪斜方向掘进。

2.斜井多水平上山式开拓

斜井多水平上山式开拓的布置方式如图3-19所示。

图3-19 斜井多水平上山式开拓

1—主斜井 2—副斜井 3—+80m辅助车场 4—+80m总回风巷 5—边界风井 6—井底车场 7—-100m运输大巷 8—采区下部车场 9—采区运输上山 10—采区轨道上山 11—m₂区段运输平巷 12—区段运输石门 13—m₁区段运输平巷 14—m₂区段回风平巷 15—区段回风石门 16—m₁区段回风平巷 17—采煤工作面 18—-280m运输大巷

（1）条件 井田有两层可采煤层，煤层为缓倾斜煤层，埋藏不深。井田沿煤层倾斜方向划分为两个阶段，设两个开采水平，标高分别为-100m和-280m，阶段内沿煤层走向划分为6个采区。

（2）掘进顺序 井巷掘进顺序：在井田走向中部自地面向下在最下一个可采煤层m₂的底板岩层中开掘主斜井1、副斜井2，当副斜井掘至+80m回风水平后，开掘辅助车场3和总回风巷4。为便于矿井通风，在井田上部掘边界风井5，掘回风石门与总回风巷4相连。主、副斜井掘至-100m第一水平后，开掘井底车场6，并在最下一个可采煤层m₂底板岩层中掘主要运输大巷7，并向两翼延长，当掘至采区走向中部后，掘采区下部车场8、采区运输上山9、采区轨道上山10与总回风巷4连通，形成全负压通风系统；然后，在采区上山9、10的基础上掘区段运输石门12、m₁区段运输平巷13，同时在井田浅部+80m回风水平，在采区上山9、10的基础上掘区段回风石门15、m₁区段回风平巷16，然后掘工作面开切眼，将m₁区段运输平巷13和m₁区段回风平巷16连通构成工作面，形成生产系统。

（3）生产系统

1）运输系统。从采煤工作面17采出的煤经m₁区段运输平巷13、区段运输石门12、区段溜煤眼和采区运输上山9进入采区煤仓，在运输大巷7的装车站装满一列车后，由电机车牵引列车至井底车场6后，卸载到井底煤仓，最后由主斜井1内安装的箕斗或胶带输送机运至地面。

2）排矸系统。掘进巷道所出的矸石则用矿车装运至井底车场，由副斜井安装的绞车提升至地面。

3）运料系统。井下所需的材料、设备，由材料车、平板车装载，经副斜井2绞车下放至井底车场6，由电机车经运输大巷7牵引至采区，由采区轨道上山10绞车提升下放至各区段石门，然后转运至各使用地点。

4）通风系统。矿井采用中央分列式（中央边界式）通风。新鲜风流由主、副斜井1、2进入井下，经井底车场6，运输大巷7，采区下部车场8，采区上山9、10，区段运输石门12，m₁区段运输平巷13，进入采煤工作面17，清洗采煤工作面后的污风风流经m₁区段回风平巷16、区段回风石门15、采区回风上山、总回风巷4，再经总回风石门、边界风井5排出地面。为保证风流畅通，应在适当地点构筑通风设施。

5）排水系统。井下涌水经运输大巷7水沟流入井底车场6的水仓，然后由井底车场水泵房的水泵经副斜井中的排水管道排至地面。

当煤层倾角较小、瓦斯及涌水量较小时，可采用斜井单水平上下山开拓方式。近水平煤层埋藏不深时，可采用斜井单水平开拓，自地面向下开掘穿层斜井至开采水平后，根据井田延展的主要方向布置开采水平大巷，然后在大巷两侧采用盘区式或带区式准备方式开采。

3.斜井井筒层位选择

采用斜井开拓时，根据井田地形、地质条件、煤层赋存情况和采用的提升方式不同，斜井可沿层（煤层、岩层）或穿层布置。

（1）沿层斜井 当斜井倾角和方向与煤岩层的倾斜方向和倾角一致时，可沿层布置斜井。沿煤层布置的斜井称为煤层斜井，沿岩层布置的斜井称为岩层斜井。

1）煤层斜井。斜井井筒沿煤层倾斜方向布置，其主要优点是施工技术简单，建井速度快，联络巷工程量少，初期投资少，工期短，见效快，且能获得补充地质资料，掘进出煤可满足建井期间用煤的需要；主要缺点是井筒容易受采动影响，维护困难，保护煤柱损失大，当煤层有自燃发火倾向性时不利于矿井防火，井筒坡度受煤层顶底板起伏和断层影响较大，不利于井筒提升。煤层斜井一般适用于煤层赋存稳定，起伏变化不大，无自燃发火倾向，无煤与瓦斯突出危险，煤质坚硬、煤层顶底板围岩稳定，地质构造简单，且煤层（组）下部为薄及中厚煤层的矿井。

2）岩层斜井。当不利因素较严重，布置煤层斜井不合理时，应将斜井井筒布置在煤层（组）下部稳定的底板岩层中，距煤层的法线以20～30m为宜，一般不小于15～20m。岩层斜井与煤层斜井比较：其优点是容易使井筒的坡度保持一致，井筒变形量小，维护工作量小，维护费用低，安全条件较好；缺点是岩层斜井开凿施工困难，建井工期较长，初期投资较大，岩石井巷工程量较大，且排矸污染地面环境。

（2）穿层斜井 当煤层倾角与要求的斜井井筒倾角不一致时，可采用穿层布置，即斜井井筒从煤层顶板或底板穿入煤层，直至开采水平，这种斜井井筒布置方式称为穿层斜井。

1）顶板穿岩斜井。从煤层顶板穿入煤层的斜井称为顶板穿岩斜井，如图3-20所示，一般适用于开采煤层倾角较小的缓斜煤层及近水平煤层。

图3-20 顶板穿岩斜井

1—主斜井 2—副斜井 3—井底车场 4—运输大巷 5—井底煤仓

图3-21 底板穿岩斜井

a）

1—主斜井 2—副斜井 3—回风斜井 4—大巷

b）

1—主斜井 2—副斜井 3—井底车场 4—运输大巷 5—回风井 6—回风大巷 7—副井井底车场 8—采区石门

2）底板穿岩斜井。从煤层底板穿入煤层的斜井称为底板穿岩斜井，如图3-21所示，一般适用于开采倾角较大的煤层。当煤层倾角较大时，也可在煤层（组）底板岩层内按伪斜方向布置斜井，但由于井筒穿过各水平时逐渐偏离井田中央，使上下水平两翼井田长度不均，也增加了井筒长度，因此这种布置方式较少采用。

（3）反斜井 当煤层埋藏不深，倾角不太大，井田沿倾斜方向尺寸较小，因施工技术和装备条件等原因不宜采用立井开拓，受井上下条件限制又无法布置与煤层倾斜方向一致的斜井时，可采用使斜井井筒倾斜方向与煤层倾斜方向相反的方式布置，这种布置方式称为反斜井，如图3-22所示。

反斜井开拓方式是根据井上下特定条件选定斜井井筒位置和倾斜方向，目的是使工业广场位置更为合理，斜井井筒到达煤层的距离较短，但矿井要向井田深部延深时，往往需采用暗斜井方式延深，增加了提升段数和运输环节，环节多、延深方式复杂，且压煤多，不适用于一般的情况。故采用反斜井开拓时，反斜井以下煤层储量不宜大，开采水平数目不宜多。当煤层倾角较大，采用底板穿岩斜井受到地形条件限制时，可采用折返式斜井，如图3-23所示。

图3-22 反斜井开拓

a）

1—反斜井 2—回风斜井 3—井底车场 4—运输大巷 5—回风大巷

b）

1—主斜井 2—副斜井 3—井底车场 4—运输大巷 5—井底煤仓 6—采区石门

图3-23 折返式斜井

1—主斜井 2—阶段运输大巷

4.斜井开拓方式的类型、装备及其基本特点

（1）斜井开拓方式类型

1）按开采水平分为斜井单水平和多水平开拓两大类，有时局部设辅助水平。

2）按准备方式分为斜井采区式开拓、斜井盘区式开拓、斜井带区式开拓。斜井采区式开拓又可分为斜井上山式开拓，斜井上、下山式开拓和斜井混合式开拓。

3）按开采水平运输大巷布置方式分为斜井分煤层运输大巷、斜井集中运输大巷和斜井分组集中运输大巷开拓等。

（2）斜井开拓装备及其基本特点

1）采用斜井开拓时，一般设3个井筒，主、副斜井及回风斜井；井筒垂深超过50m时，设运送人员井，计4个井筒。一般装备主、副斜井两个井筒，主斜井一般用胶带输送机或箕斗运煤，并担负进风任务；副斜井一般采用绞车串车辅助提升，担负材料、设备等辅助提升和进风等任务。主斜井采用胶带输送机运输时，一般采用胶带机和架空乘人装置合一方式，井筒一侧敷设胶带输送机担负主运输任务，另一侧装设架空乘人装置运送人员，取消运送人员井。

2）小型矿井的主、副斜井均装备绞车串车提升，或只装备主斜井一个井筒，采用绞车单钩或双钩串车混合提升。

（3）提升运输设备对井筒角度的要求 斜井井筒提升运输方式不同，对井筒倾角的要求也不同。采用绞车串车提升时，井筒倾角不宜大于25°；采用箕斗提升时，倾角过缓，箕斗装煤不满，倾角过大，井筒施工困难，道床结构也较复杂，一般取25°～35°；采用胶带输送机运输时，为防止煤炭沿输送带下滑，井筒倾角一般不超过17°，如井筒无淋水，且粉煤较多，井筒倾角也可达18°，随着大倾角胶带输送机的应用，井筒倾角也可扩大到25°～28°；采用无极绳绞车提升的井筒，其倾角不超过10°。

斜井井筒装备由提升方式而定，提升方式又受井筒倾角和矿井生产能力的影响，见表3-4。

表3-4 各种斜井提升方式的适用条件

三、立井开拓

1.立井多水平上山式开拓

立井多水平上山式开拓如图3-24所示。

（1）条件 井田为缓斜煤层，有m₁、m₂两层可采煤层，煤层埋藏较深，表土层较厚，煤系地层底板为奥陶纪灰岩。井田沿倾斜划分为两个阶段，阶段下部标高分别为-300m和-480m，设-300m和-480m两个开采水平，在阶段内沿走向划分为6个采区。

图3-24 立井多水平上山式开拓

1—主井 2—副井 3—井底车场及主石门 4—-300m运输大巷 5—采区下部车场 6—采区运输上山 7—采区轨道上山 8—边界风井 9—总回风巷 10—m₂区段运输平巷 11—区段运输石门 12—m₁区段运输平巷 13—m₂区段回风平巷 14—区段回风石门 15—m₁区段回风平巷 16—采煤工作面 17—-480m运输大巷 18—区段溜煤眼 19—采区回风上山

（2）掘进顺序 井巷掘进顺序：首先在井田中部开凿主井1、副井2，井筒掘到-300m第一水平后，开掘井底车场及主石门3；然后在最下一个煤层中或煤层底板岩石中开掘主要运输大巷4，并向两翼延伸。当大巷掘至各采区下部边界中部时，开掘采区下部车场5、采区运输上山6、采区轨道上山7和采区回风上山19，同时在井田浅部中央开凿边界风井8到-120m回风水平，然后掘总回风石门和总回风巷9。当采区运输上山6、采区轨道上山7和采区回风上山19与总回风巷9连通形成通风系统后，掘采区上部和中部车场，然后掘出区段平巷12、15至采区边界，最后掘开切眼将区段平巷12、15连通形成采煤工作面16后，便可进行回采。

（3）生产系统

1）运煤系统：从采煤工作面采出的煤经区段运输平巷12、区段运输石门11、区段溜煤眼18，经采区运输上山6进入采区煤仓。煤炭在大巷装车站装车后，由电机车牵引列车至井底车场3，由主井1内的箕斗将原煤提升到地面。

2）运料系统。井下所需材料、设备，由矿车（或材料车、平板车）装载，经副井2下放至井底车场3，由电机车牵引至采区，经采区轨道上山7等转运至使用地点。

3）排矸系统。-480m运输大巷掘进巷道所产生的矸石可装入矿车，经主石门运至井底车场，再由副井2内的罐笼提升至地面。

4）通风系统：新鲜风流由地面经主井1、副井2、井底车场及主石门3、轨道运输大巷4、采区下部车场5、采区运输上山6、区段运输石门11、区段运输平巷12，分两股进入两个采煤工作面16；清洗采煤工作面后的污风经区段回风平巷15、区段回风石门14、采区回风上山19至总回风巷9，再经总回风石门，由边界风井排出地面。为保证风流畅通，应在适当地点构筑通风设施。

5）排水系统。采煤工作面及区段巷道等的井下涌水，经区段运输平巷12（或区段回风平巷15）、区段运输石门11（或区段回风石门14）、采区轨道上山7、采区下部车场5、轨道运输大巷4、主石门等巷道的水沟流入井底车场的水仓，再由水泵房的水泵经副井2中的管道排至地面。

矿井一般以一个水平的开采保证矿井产量，一般先开采靠近井筒的中央采区，再向两翼边界依次顺序开采，直至采完整个水平的煤炭。

（4）开采顺序

1）沿煤层走向：采区前进式、区内后退式。

2）沿倾斜方向：阶段下行式、区段下行式。

3）煤层间：下行式、一水平生产、二水平延深准备。

2.立井单水平开拓

立井单水平开拓如图3-25所示。

当煤层倾角＜16°时，如果井田划分为两个阶段，则可采用立井单水平上下山开拓；当煤层倾角＜12°时，一般可采用带区式准备。

（1）条件 井田仅有m₁煤层一个可采煤层，m₁煤层为厚煤层，倾角α＜12"，煤层埋藏深，表土厚。将井田沿煤层倾斜方向划分为两个阶段，将一水平设置为开采水平，沿煤层走向布置运输大巷和回风大巷。主石门和运输大巷采用机轨合一布置方式，主石门入井方向的右侧，运输大巷井筒侧敷设胶带输送机，担负主运输任务，另一侧铺设轨道，担负辅助运输任务。在运输大巷和回风大巷两侧将一阶段和二阶段划分为若干个带区，采用倾斜长壁采煤法对拉工作面布置方式，开采水平以上采用倾斜长壁采煤法俯采，开采水平以下采用倾斜长壁采煤法仰采。

（2）掘进顺序 井巷掘进顺序：在井田中央从地面开凿主井1、副井2和风井13，当掘至开采水平标高后，开掘井底车场3、运输大巷4、回风石门5、回风大巷6，当运输大巷4和回风大巷6向井田两翼掘进一定距离后，即可由运输大巷4掘进进风行人斜巷12进入煤层，并沿煤层掘进倾斜分带运输巷7和带区煤仓10；同时，由运输大巷4掘进运料斜巷11进入煤层后，沿煤层掘进倾斜分带回风巷8与回风大巷6连通；最后，当倾斜分带运输巷7、倾斜分带回风巷8掘进至井田上、下部边界时，沿煤层走向掘进开切眼，将倾斜分带运输巷7、倾斜分带回风巷8连通，形成生产系统后即可进行回采。

图3-25 立井单水平开拓（带区式准备）

1—主井 2—副井 3—井底车场 4—运输大巷 5—回风石门 6—回风大巷 7—倾斜分带运输巷 8—倾斜分带回风巷 9—采煤工作面 10—带区煤仓 11—运料斜巷 12—进风行人斜巷 13—风井

（3）生产系统(www.xing528.com)

1）运煤系统。由采煤工作面采出的煤经工作面刮板输送机、倾斜分带运输巷7的转载机运至带区煤仓10，通过运输大巷4的胶带输送机运至井底车场3的井底煤仓，装入主井1的箕斗，通过主井箕斗提升至地面。

2）运料系统。井下所需物料及设备经副井2下放至井底车场3，经运输大巷4至分带材料车场，经运料斜巷11、倾斜分带回风巷8运至采煤工作面。

3）通风系统。新鲜风流由地面经主井1和副井2、井底车场3、运输大巷4、进风行人斜巷12，由倾斜分带运输巷7分两股进入两个对拉工作面。清洗采煤工作面后的污风，由各自的倾斜分带回风巷8、回风大巷6、回风石门5和风井13排出地面。

（4）立井单水平开拓的特点 立井单水平开拓的基本特点是将井田沿煤层倾斜方向划分为两个阶段，将一水平设置为开采水平，沿煤层走向布置运输大巷和回风大巷。在运输大巷和回风大巷两侧将一阶段（上山阶段）和二阶段（下山阶段）划分为若干个带区，采用倾斜长壁采煤法对拉工作面布置方式，开采水平以上采用倾斜长壁采煤法俯采，开采水平以下采用倾斜长壁采煤法仰采。

1）优点。巷道布置和生产系统比较简单，运输环节少，建井速度快，投产早。

2）缺点。一阶段（上山阶段）的倾斜分带回风巷是下行风，不利于瓦斯排放，应采取措施，防止倾斜分带回风巷中瓦斯积聚，保证矿井安全生产。

3）适用条件。立井单水平开拓方式适用于煤层赋存稳定，地质构造比较简单，煤层倾角＜16"，煤层埋藏较深的矿井。当煤层倾角＜12"时，一般采用带区式准备。

3.立井开拓方式的类型、装备及其基本特点

（1）立井开拓方式类型

1）按开采水平分为立井单水平开拓和立井多水平开拓两类，有时设辅助水平开采。

2）按准备方式分为立井采区式开拓、立井盘区式开拓、立井带区式开拓。立井采区式开拓又可分为立井上山式开拓，立井上、下山式开拓和立井混合式开拓。

3）按开采水平运输大巷布置方式分为立井分煤层运输大巷、立井集中运输大巷和立井分组集中运输大巷开拓等。

（2）立井开拓装备及其基本特点

1）采用立井开拓时，一般设三个井筒，主、副立井及回风井。装备主、副井两个井筒，主井一般用箕斗（3～40t，一对或两对）提煤，并担负进风任务；副井一般用罐笼进行辅助提升，担负材料、设备提升，升降人员和进风等任务。

箕斗提升井兼作进风井。《煤矿安全规程》规定，箕斗提升井兼作进风井时，箕斗提升井风速不得超过6m/s，并应有可靠的降尘措施，确保粉尘浓度符合工业卫生标准。目前国内很少用箕斗井进风。

2）小型矿井的主、副立井可各装备一对单层单车（1t）罐笼提升。有的小型矿井只装备一个井筒，采用双层单车或单层单车罐笼混合提升。

立井单层单车罐笼及地面井架如图3-26所示。

图3-26 单层单车罐笼及地面井架

我国大中型煤矿立井井筒装备参见表3-5。

表3-5 立井井筒装备

（续）

四、平硐开拓

利用水平巷道从地面进入煤体的开拓方式称为平硐开拓，如图3-27所示为地面平硐口。

图3-27 地面平硐口

平硐开拓井田内的划分及巷道布置方式等与立井、斜井开拓方式基本相同。采用平硐开拓时，一般设一条主平硐，担负运煤、排矸、运料、敷设管线、进风及行人等任务；而在井田上部回风水平设回风平硐或回风斜井（回风立井）。当地形条件允许时，根据生产建设需要，在不增加井巷工程量的前提下，可在主平硐、回风平硐之外，另设排水、排矸等专用平硐。

根据地形条件和煤层赋存状态，按平硐与煤层走向的相对位置不同，平硐可分为走向平硐、垂直或斜交走向平硐；按平硐所在位置的标高不同，平硐分为单平硐和阶梯平硐。

1.走向平硐

平行于煤层走向布置的平硐，称为走向平硐。如图3-28所示，走向平硐沿煤层走向布置，将煤层分为上、下山两个阶段，具有单翼井田开采的特点。

走向平硐是平硐开拓中应用较广泛的开拓方式。采用这种开拓方式时，主平硐一般布置在煤层底板岩层中；当煤层为薄及中厚煤层，且围岩稳定时，也可布置在煤层中。

1）优点。平硐沿煤层掘进，施工容易，建井期短，投资少，经济效果好，且能获得煤层补充地质资料。

图3-28 走向平硐开拓示意图

1—主平硐 2—回风井 3—回风大巷 4—采区运输上山 5—采区轨道上山 6—煤层 7—采区下部车场 8—平硐出口

2）缺点。平硐维护困难，巷道维护时间长；存在单翼井田开采的通风、运输困难等缺点；平硐口位置不易选择。

3）适用条件。走向平硐开拓适用于地形地质条件具有平硐掘进施工和布置工业广场条件，煤层赋存稳定，地质构造比较简单的矿井。

2.垂直或斜交走向平硐

垂直或斜交走向平硐开拓如图3-29所示，井田范围内有一可采近水平煤层，井田划分为12个盘区。

图3-29 垂直或斜交走向平硐开拓

1—主平硐 2—主要运输大巷 3—主要回风大巷 4—盘区上山下部车场 5—盘区轨道上山 6—盘区运输上山 7—盘区煤仓 8—盘区下山上部车场 9—盘区风井 10—盘区运输下山 11—盘区轨道下山

根据地形条件，垂直或斜交走向平硐可由煤层顶板进入或由煤层底板进入煤层，平硐将井田沿煤层走向分成两部分，具有双翼井田开拓的特点。

1）优点。与走向平硐开拓相比较，垂直或斜交走向平硐开拓便于选择平硐口位置，具有双翼井田开拓运输费用低、平硐维护容易、维护费用低、矿井生产能力大、通风容易、便于管理等优点。

2）缺点。岩巷工程量大，建井期长，初期投资大等。

3.阶梯平硐

当煤层赋存于地形高差较大的山岭地区，且地形条件适宜时，可根据地形高差，在适当标高位置布置主平硐，主平硐水平以上的煤层垂高（斜长）过大，全部上山煤利用主平硐开采困难时，可将主平硐水平以上的煤层划分为数个阶段，每个阶段布置平硐进行开拓，这种布置方式称为阶梯平硐开拓，如图3-30所示。采用阶梯平硐开拓时，如果上下平硐地面均具备运输条件，每个平硐生产出来的煤炭可直接外运；上平硐生产出来的煤炭也可直接外运，再从地面下放至下平硐；上平硐生产出来的煤炭还可以经专用溜煤下山或下平硐某一采区上山溜放至下平硐，由下平硐集中外运。

图3-30 阶梯平硐开拓

1、2、3—阶梯平硐 4—集中溜煤眼 5、6、7—运输大巷

阶梯平硐开拓有如下特点。

1）优点。阶梯平硐开拓可分期建井，分期移交生产，便于通风和运输。

2）缺点。地面生产系统分散，装运系统复杂，占用设备多，不易管理。

3）适用条件。阶梯平硐开拓方式适用于主平硐水平以上煤层垂高（斜长）过大，设置辅助水平困难，地形条件适宜，工程地质条件简单的矿井。

4.平硐主要装备

平硐开拓，平硐多铺设轨道，主运输和辅助运输均采用电机车牵引固定式或底卸式矿车运输，也可采用机轨合一布置方式，铺设轨道并安装胶带输送机，主运输采用胶带输送机运输，辅助运输采用电机车牵引矿车或材料车运输。

五、井筒（硐）形式分析及选择

1.平硐开拓的特点和适用条件

在开拓方式中，平硐开拓是最简单最有利的开拓方式。

（1）优点

1）井下出煤不需要提升转载，运输环节少，系统简单，占用设备少，费用低。

2）地面设施较简单，无需井架及绞车房。

3）不需设较大的井底车场及其硐室，工程量少。

4）平硐施工容易，速度快，建井快。

5）无需排水设备，且有利于预防矿井水灾等。

（2）缺点 对地形地貌条件要求较苛刻。

（3）适用条件 在地形条件合适，煤层赋存位置较高的山岭、丘陵或沟谷地区，只要上山部分储量能满足同类井型的水平服务年限要求，就应优先考虑平硐开拓。

2.斜井开拓的特点和适用条件

（1）优点 斜井开拓方式与立井开拓方式相比，具有以下优点。

1）井筒掘进技术和施工设备较简单，掘进速度快。

2）井筒装备及地面设施较简单。

3）井底车场及其硐室也较简单。

4）初期投资较少，建井期较短。

5）多水平开采时，石门工程量少，运输费用低。

6）延深方便，对生产的干扰少。

7）大运量强力胶带输送机的应用，增加了斜井开拓的优越性，扩大了斜井开拓的应用范围。

（2）缺点 与立井开拓方式相比，它具有以下缺点。

1）在自然条件相同时，斜井井筒长，围岩不稳定时井筒维护困难。

2）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。

3）井田斜长大时，采用多段提升，转载环节多，系统复杂，占用设备及使用人员多。

4）管线、电缆敷设长度大。

5）保安煤柱损失大。

6）对于特大型斜井，辅助运输量很大时，甚至需要增开副斜井。

7）斜井通风线路长，通风阻力大，如不能满足矿井通风要求时，需另开专用回风井或兼作辅助提升井。

8）当表土层为富含水的冲击层或流沙层时，斜井井筒施工技术复杂，有时难于通过，井筒维护工程量大。

（3）适用条件 对井田内煤层埋藏不深，表土层不厚，水文地质条件简单，井筒不需特殊法施工的缓斜和倾斜煤层，一般可用斜井开拓。对串车或箕斗提升的斜井，提升不得超过两段。随着新型强力和大倾角胶带输送机的应用，大型斜井的开采深度增加，斜井开拓应用更加广泛。

3.立井开拓的特点和适用条件

（1）优点

1）立井开拓对地质条件适应性强，一般不受煤层倾角和厚度、瓦斯、水文地质条件等自然条件的限制，井筒维护容易。

2）立井井筒短，提升速度快，提升能力大，作为副井特别有利。

3）对特大型矿井，可采用大断面井筒，装备两套提升设备，加大井筒提升能力。

4）大断面井筒可满足大风量的要求。

5）由于井筒短，通风阻力较小，对深井更为有利。

（2）缺点

1）井筒施工复杂，技术要求高，施工设备多，施工速度慢。

2）井筒装备复杂，基建投资大。

3）井筒延深困难。

（3）适用条件

1）当井田的地形地质条件不利于采用平硐和斜井开拓时，都可考虑采用立井开拓。

2）对于煤层埋藏较深，表土层厚，水文地质条件复杂，需采用特殊法施工或开采近水平煤层和多水平开采急斜煤层的矿井，一般都采用立井开拓。

六、综合开拓

采用立井、斜井、平硐等任何两种或两种以上井筒（硐）形式开拓的方式称为综合开拓。三种井筒（硐）形式各有其特点，根据井田的具体条件，选择能发挥其各自优点的井筒（硐）形式是很有必要的，不应局限于某种单一井筒（硐）形式。

1.综合开拓的类型

从井筒（硐）形式组合上看，综合开拓方式类型有斜井—立井、平硐—斜井、平硐—立井及平硐—斜井—立井四种类型。

（1）斜井—立井综合开拓 斜井—立井组合方式又分主斜井—副立井和主立井—副斜井开拓方式。由于主立井—副斜井开拓方式不能充分利用立井和斜井的主要优点，应用较少。而主斜井—副立井综合了斜井和立井的优点，且主、副井提升能力大，应用广泛，特别适合于大型或特大型矿井的开拓。如图3-31所示，矿井开拓采用主斜井—副立井综合开拓方式，主斜井采用强力胶带输送机运输，充分发挥了主斜井强力胶带输送机运输能力大、斜井井筒易于延伸的优点，副立井采用罐笼提升，发挥了副立井辅助提升线路短、提升快、通风容易等优点。

图3-31 斜井—立井综合开拓

1—主斜井 2—副立井 3—第一水平石门 4—第一水平一大巷 5—第一水平二大巷 6—回风斜井 7—暗斜井 8—第二水平运输大巷 9—第三水平运输大巷 10—第三水平副立井

（2）平硐—立井综合开拓 有些平硐开拓的矿井，为便于排矸，可在井田中部地带开凿一个排矸立井。也有些平硐开拓的矿井，由于平硐距离很长，需另外开一个副立井，以提高辅助提升能力，同时可缩短通风路线，对通风有利，如图3-32所示。

图3-32 平硐—立井综合开拓

1—主平硐 2—副立井 3—运输上山 4—回风小平硐 5—回风小斜井

（3）平硐—斜井综合开拓 如图3-33所示为平硐—斜井综合开拓方式。井田内有8^#、9^#两层可采煤层，煤层倾角为2°～5°，煤层赋存较稳定。主平硐1沿1400m标高布置，担负整个矿井主运输、辅助运输、进风及排水任务；回风斜井2、4担负矿井回风任务，兼作安全出口；8^#、9^#两层煤通过运输上山3连通。8^#煤层生产出来的煤炭通过运输上山3运至主平硐1后，由平硐运至地面。

图3-33 平硐—斜井综合开拓

1—主平硐 2、4—回风斜井 3—运输上山

2.综合开拓的适用条件

对于地面地形和煤层赋存条件复杂的矿井，如果主、副井筒均为一种井筒（硐）形式，可能会给井田开拓造成生产技术上的困难，或是在经济上不合理。在这种情况下，可根据井田范围内的具体情况，为主井和副井选择不同形式的井筒（硐），采用综合开拓方式。

总之，综合开拓的主要目的是根据矿井环境、开采技术条件和设备供应情况，充分利用不同井筒（硐）形式的优势，按照实际情况对井筒（硐）形式进行最佳组合，适应矿井生产安全的需要。

【任务考评】

本课题的考评表见表3-6。

表3-6 任务考评表

【思考与练习】

1.简述矿井开拓和开拓方式的基本概念。

2.斜井井筒布置方式有几种？简述其特点和适用条件。

3.简述几种平硐开拓的特点和适用条件。

4.简述综合开拓的类型和适用条件。

5.绘图说明立井单水平采区式开拓的巷道掘进顺序及生产系统。