第一章 井田开拓基本知识
第一节 煤层地质及矿井生产概况
一、煤田基本概念 （一）煤田和矿区 1.煤田
在地质历史发展过程中，由含炭物质沉积而形成并大致连续分布的含煤地带称为煤田。煤田的范围很大，面积可由数百平方米到数千万平方米，储量从树亿吨到数百亿吨。面积大储量丰富的称为“富量煤田”；储量小限于一个矿井开采的煤田称为“限量煤田”。
我国有很多较大的煤田，如神府-东胜煤田、鄂尔多斯煤田、大同煤田、陕西的渭北煤田、平顶山煤田、乌鲁木齐煤田、六盘水煤田、淮南煤田等。
2.矿区
统一规划和开发煤田或其一部分形成的社会区域，称为矿区。根据国民经济发展需要，利用地质构造、自然条件或煤田的沉积不连续，或按勘探时期先后，可以将一个大煤田划归给几个矿区开发；较小的煤田也可以作为一个矿区来开发；也有一个大矿区开发几个小煤田的情况。
图1-1 淮南煤田分布图
1—舜耕山区；2—八公山区；3—潘集—谢桥区
淮南矿区开发淮南煤田的三个区，三个区均分布在淮河两岸（图1-1）。矿区的老区是舜耕山区和八公山区，两区被鸭背埠断层分开，分别由九龙岗矿、大通矿、李郢孜一矿、二矿和谢家集一、二、三矿及新庄孜矿、毕家岗矿、李咀孜矿、孔集矿开采；淮河北岸为淮南矿区新区，目前正在开发潘集、谢桥区，其中潘集一、二、三矿及谢桥矿均已投产，张集矿正在建设中，并计划建设潘四矿及其他矿井。
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由此可见，一个矿区由很多矿井组成，以便有计划、有步骤、合理地开发整个矿区。为了配合矿井的建设和生产，还要建设一系列辅助企业、交通运输与民用企业，以及其他有关的企业和市政建设。
（二）井田
煤田的范围很大，还必须把煤田划分为井田（矿田）。划归给一个矿井（或露天）开采的那一部分煤田，称为井田。
矿井井田范围大小、矿井生产能力和服务年限的确定，是矿区总体设计中必须解决好的关键问题之一。
井田范围，是指井田沿煤层走向的长度和倾向的水平投影宽度。
在把煤田划分为井田时，应根据矿区总体设计任务书的要求，结合煤层的赋存条件、地质构造、开采技术条件，保证各井田都有合理的尺寸和边界，使煤田得到合理的开发。
根据我国目前开采技术条件，一般小型矿井的走向长度不小于1500m；中型矿井不小于4000m；大型矿井不小于7000m。
（三）矿井生产能力
矿井生产能力亦称井型，一般是指矿井的设计能力，以万t/a（或Mt/a）表示。有些矿井进行技术改造后，需要对矿井各生产系统的能力重新核定，核定后的综合生产能力，称为核定生产能力。矿井的年产量，是指每年实际生产出来的煤炭量，其数值常常不同于矿井生产能力，而每年的产量也常不相同。
根据矿井设计生产能力不同，我国把矿井分为大、中、小三种类型，称为井型。 大型矿井：生产能力为1.20Mt/a、1.50Mt/a、1.80Mt/a、2.40Mt/a、3.00Mt/a、4.00Mt/a、5.00Mt/a和5.00Mt/a以上的矿井。3.00Mt/a及其以上的矿井也称为特大矿井。
中型矿井：生产能力为45万t/a、60万t/a、90万t/a的矿井。
小型矿井：生产能力为9万t/a、15万t/a、21万t/a和30万t/a的矿井。 我国原有的国有重点煤矿多为大、中型煤矿；地方煤矿多为中、小型煤矿。 矿井井型的大小直接关系到基建规模和投资的多少，影响到整个矿井生产时期的技术经济面貌，所以应正确确定井型的大小。
（四）露天开采和地下开采的概念
从敞露的地表直接采出有用矿物的方法，叫露天开采。当煤层厚度达到一定值，直接出露于地表，或其覆盖层较薄、剥采比合理，就可以考虑采用露天开采。
露天开采与地下开采在进入矿体的方式、生产组织、采掘运输工艺等方面截然不同，它需要先将覆盖在矿体之上的表土或岩石剥离掉（如图1-2）。
图1-2 露天开采示意图
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露天开采一般机械化程度高、产量大、劳动效率高、成本底、工作比较安全；但由于受气候条件影响较大，需采用大型设备和进行大量基建剥离，基建投资较大。只有覆盖层较薄、煤层厚度较大时采用。受资源条件限制，我国露天开采产量比重较小。
露天开采是采矿工业的发展方向之一。凡煤田浅部有露天开采条件的，应根据经济合理剥采比并适当考虑发展可能划定露天开采边界。剥采比，是指每采一吨煤需要剥离多少立方米的岩石量。最大经济合理剥采比，就是按该剥采比开采的煤炭成本不大于用地下开采的煤炭成本。它是确定露天煤矿开采境界的主要依据。
煤矿地下开采，也称为井工开采。它需要从地表向地下开掘一系列巷道进入煤层，建立完整的生产系统，才能进行回采。由于是地下作业，工作空间受到限制，采掘工作地点不断移动和交替，并且受到地下水、火、瓦斯、煤尘及围岩塌落的威胁。因此，地下开采要比露天开采复杂和困难。
二、矿井巷道
在地下开采中，为了建立矿井提升、运输、通风、排水、动力供应等需要开掘的井巷和硐室统称为矿山井巷。按其倾角分为三大类：直立巷道、水平巷道和倾斜巷道，如图1-3。
图1-3 矿山井巷
1—立井；2—斜井；3—平硐；4—暗立井；5—溜井；6—石门； 7—煤层平巷；8—煤仓；9—上山；10—下山；11—风巷；12—岩石平巷 1.直立巷道
巷道的长轴线与水平面垂直，如立井、暗井、溜井等。
立井：与地面直接相通的直立巷道，又称为竖井。主要用于提升煤炭的叫做主井；主要用于提升矸石、下放材料、升降人员等辅助提升的叫做副井。另外，还有一些专门或主要用于通风、排水、充填等工作的立井，均按其主要任务来命名。
暗立井：与地面没有直接出口的直立巷道，又称为盲立井或盲竖井。其用途与立井相同。 溜井：与地面不直接相通，专门用于溜放煤炭的暗立井。在采区内，高度不大、直径小的叫做溜煤眼。
2.水平巷道
巷道长轴线与水平面近似平行，如平硐、平巷、石门等。
平硐：与地面直接相通的水平巷道。作用类似立井，有主平硐、副平硐、排水平硐、通风平硐等。但平硐由于通过量大，不必铺设排水管道等，对于中小型矿井可不设副平硐。
平巷与大巷：与地面不直接相通的水平巷道。其长轴线与煤层走向大致平行，为开采水平服务的平巷通常称为大巷，如运输大巷、通风大巷。布置在煤层内的平巷称为煤层平巷；
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布置在岩石内的平巷称为岩石平巷。服务于工作面的煤层平巷，称为运输或轨道平巷（顺槽）。
石门与煤门：其长轴线与煤层走向垂直或斜交的水平巷道。位于岩石内的称为石门；位于煤层内的称为煤门。服务于开采水平的石门叫做主石门；服务于采区的石门叫做采区石门；服务于区段的石门叫做区段石门。
3.倾斜巷道
巷道长轴线与水平面成一定夹角，如斜井、上下山、斜巷等。
斜井：与地面直接相通的倾斜巷道。作用与立井、平硐相同。分为主斜井、副斜井。与地面没有直接出口的斜井称为暗斜井（或斜溜井）。
上山与下山：服务于一个采（盘）区的倾斜巷道，称为采（盘）区上山或下山。位于水平运输大巷以上称为上山；反之称为下山。运输煤炭的称为运输上山或下山；作为辅助运输的称为轨道上山或下山。上山开采煤炭由上向下运输，具有反向运输；下山开采煤炭由下向上运输，是正向运输。另外，还有专门用于通风、行人的上下山。
主要上下山：为一个开采水平服务的倾斜巷道。主要用于阶段内采用分段式划分的条件。也可分为主要运输上下山和主要轨道上下山。
硐室：与地面不直接相通，长、宽、高相差不大的地下特殊用途巷道。如绞车房、变电所、煤仓等。
三、矿井生产系统 （一）矿井生产系统
矿井生产系统是指煤矿生产过程中的提升、运输、通风、排水、动力供应等生产系统。由于地质条件、井型和设备不同而各有特点。以图1-4为例，简要说明矿井生产系统的主要内容。
图1-4 矿井生产系统示意图
1—主井；2—副井；3—井底车场；4—主要运输石门；5—运输大巷；6—风井； 7—回风石门；8—回风大巷；9—采区运输石门；10—采区下部车场底板绕道； 11—采区下部材料车场；12—采区煤仓；13—行人进风巷；14—运输上山；15—轨道上山； 16—上山绞车房；17—采区回风石门；18—采区上部车场；19—采区中部车场；20—区段运输平巷；
21—下区段回风平巷；22—联络巷；23—区段回风平巷；24—开切眼；25—采煤工作面
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矿井巷道开掘顺序如下：首先自地面开凿主井1、副井2进入地下；当井筒开凿到第一阶段下部边界开采水平标高时，即开凿井底车场3、主要运输石门4，然后向井田两翼掘进开采水平阶段运输大巷5；直到采区运输石门位置后，由运输大巷5开掘采区运输石门9通达煤层；到达预定位置后，开掘采区下部车场11；然后，沿煤层自下而上掘进采区运输上山14和轨道上山15。与此同时自风井6、回风石门7，开掘回风大巷8；向煤层开掘采区回风石门17、采区上部车场18、绞车房16，与采区运输上山14及轨道上山15连通。当形成通风回路后，即可自采区上山向两翼掘进第一区段的区段运输平巷20、区段回风平巷23、下区段回风平巷21，当这些巷道掘到采区边界后，即可掘进开切眼24形成工作面。安装好机电设备和进行必要的准备工作后，即可开始采煤。采煤工作面25向采区上山后退回采，与此同时需要适时地开掘第二区段的回采平巷，保证采煤工作面正常接替。
矿井主要生产系统如下： 1.运煤系统
从工作面25采落的煤炭，经区段运输平巷20、采区运输上山14到采区煤仓12，在下部车场10装车，经水平运输大巷5、主要运输石门4，运到井底车场3，由主井1提升到地面。
2.通风系统
新鲜风流从地面经副井2进入井下，经井底车场3、主要运输石门4、运输大巷5、采区下部车场11、轨道上山15、中部车场19、运输平巷20进入工作面25。清洗工作面后，污风经区段回风平巷23、采区回风石门17、回风大巷8、回风石门7，从风井6排入大气。
3.运料排矸系统
采煤工作面所需材料和设备，用矿车由副井2下放到井底车场3，经主要运输石门4、运输大巷5、采区运输石门9、采区下部车场11，由采区轨道上山15提升到区段回风平巷23，再运到采煤工作面5。采煤工作面回收的材料、设备和掘进工作面运出的矸石，用矿车经由与运料系统相反的方向运至地面。
4.排水系统
采掘工作面涌水，经由区段平巷、采区上山排到采区下部车场，经水平运输大巷、主要运输大巷、主要运输石门等巷道排水沟，自流到井底车场水仓，由中央水泵房排到地面。
5.动力供应系统
包括井下电力供应系统和压缩空气供应系统。 （二）矿井开拓、采区准备和工作面准备 根据巷道的作用和服务范围不同，可将矿山井巷分为开拓巷道、准备巷道和回采巷道三种类型。
开拓巷道：服务于全矿井、一个水平或若干个采区的巷道叫做开拓巷道。如井筒、井底车场、主要石门、运输大巷和回风大巷（或总回风道）、主要风井。开拓巷道是为全矿井或阶段服务的，服务年限比较长，一般在10～30年。
准备巷道：服务于一个采区或数个区段的巷道叫做准备巷道。如采区上下山、采区车场、采区硐室。准备巷道是为全采区服务的，服务年限一般为3～5年。
回采巷道：服务于采煤工作面的巷道叫做回采巷道。如区段运输平巷、区段回风平巷、开切眼（形成初始采场的巷道）。回采巷道服务年限较短，一般在0.5～1.0年。
开拓巷道的作用在于形成新的或扩展原有的阶段或开采水平，为构成矿井完整的生产系统奠定基础。准备巷道的作用在于准备新的采区，以构成采区的生产系统。回采巷道的作用在于准备出新的采煤工作面并进行生产。开拓、准备、回采是矿井生产建设中紧密相关的三个主要程序，解决好三者之间的关系，对保证矿井正常生产具有重要意义。
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