阶段高度对矿井安全生产和技术经济效果有重要影响。阶段高度过大,不仅使得开拓工程投资及运输提升费用增加,延长建井工期,而且给采区上下山运输和上下人员带来很大困难;阶段高度过小,则使水平储量减少,服务年限缩短,造成水平接续紧张,全矿阶段总数增加,工程量增大。因此,应根据地质条件和技术装备水平,通过技术经济条件的分析比较,合理确定阶段高度。
合理确定阶段高度应当考虑以下要素:
(1)开采水平服务年限
每个水平必须有合理的服务年限,才能充分发挥水平运输大巷、井底车场及其各种生产设施的作用,提高经济效益。从有利于矿井均衡生产和水平接续来看,开拓延深一个新水平,一般需要时间3～5 a,加上上、下水平生产过渡时间,一般需要时间6～10 a。为避免水平接续紧张,必须有足够的可采储量,以保证水平有合理的服务年限。
(2)采掘运输机械化程度
在缓斜及倾斜煤层中,阶段斜长取决于沿倾斜布置的区段数目。区段数目根据煤层倾角确定,一般为3～5个。采煤工作面长度随着工作面机械化程度提高而增长,变动于150～250 m。
采区上山的运输方式和运输设备的能力与阶段垂高有很大关系。阶段垂高越大,采区上山长度也越大。如果采用带式输送机运输,一部带式输送机就能满足上山长度较大的要求;如采用刮板输送机运输,采区斜长大,串联的输送机数目多,运输事故频次也要增加,影响采区正常生产;若辅助运输采用绞车,采区上山则不能过长,若要增大运输能力,就要采用多段提升,这种方式运输环节多,运输系统复杂,运输事故多,不利于采区正常生产。
急斜煤层采用自溜运输,溜槽有效长度不宜超过200 m,溜煤眼高度不宜超过70～100 m。
对开采近水平煤层的矿井,用盘区上下山准备时,盘区上山长度一般不超过2 000 m,盘区下山不宜超过1 500 m。用石门盘区准备时,斜长不受此限。采用倾斜长壁采煤法时,采煤工作面推进方向的长度,可达到1 500 m。
(3)煤层赋存条件和地质构造
煤层倾角对阶段垂高影响较大。开采急倾斜煤层时,煤层间受采动影响且沿煤层运料、溜煤、行人都比较困难。急斜煤层阶段垂高,一般为100～150 m;水平或近水平煤层,计算阶段垂高实际上已无多大意义,应按水平运输大巷两侧的盘区上下山长度决定水平的开采范围,并保证开采水平服务年限。倾斜煤层的阶段高度,应根据上山运煤方式与运输设备可能达到的长度,采区内分段数、减少工程量等因素综合考虑,一般为150～300 m。(www.xing528.com)
煤层倾角和厚度有时发生急剧变化,也可利用变化处作为划分阶段的依据。
地质构造对阶段高度的影响主要表现在利用褶曲的背、向斜轴及走向大断层等作为划分阶段的界限,如图2.14所示。Ⅰ,Ⅱ阶段以背斜轴为界,Ⅲ,Ⅳ阶段以断层F2为界。
图2.14 用地质构造作为划分阶段的界限
1—主井;2—副井;3—第一水平石门;4、5、6、7—运输大巷
(4)吨煤建设投资和生产费用
合理的阶段高度应使吨煤生产总费用最低,一般阶段垂高增大,全矿水平数目减少,水平储量增加,分摊到每吨煤上的一部分费用减少,如井底车场及硐室、阶段的运输大巷、主回风巷、石门与采区车场的掘进费,设备购置费及安装费等;也有一部分费用增加,如沿上山的运输费、通风费、提升费、排水费及倾斜巷道的维护费等;还有一部分费用与阶段高度的变化关系不大,如井筒及上山的掘进费等。因此,对一定条件下的矿井,不同的阶段高度,其吨煤的总费用是不同的,但必然存在一个在经济上最合理的阶段高度,即吨煤总费用较低的阶段高度。
在实际工作中,往往将几个不同的阶段高度方案进行技术和经济综合分析与比较,选择费用最低、生产效果最好的方案作为最佳方案。
综合上述分析,阶段高度受一系列因素的影响,是矿井开采技术和生产集中程度的综合反应。根据我国煤矿开采经验,不同类型矿井的阶段高度可参考表2.2。
表2.2 矿井阶段垂高 单位:m
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