煤矿开采水平的设置与阶段的划分

宋保军

【摘 要】 煤矿开采时，合理的水平高度应以合理的阶段斜长和是否采用上、下山开采为前提，并能使开采水平有足够的储量和服务年限，矿井开采才会有良好的技术经济效果。

【关键词】 阶段；开采水平；水平高度

开采水平是井田再划分中的一个重要概念。在井田范围内，沿煤层倾斜方向按一定标高将井田划分成若干长条，每一长条叫阶段。阶段垂高是指阶段上、下边界之间的垂直高度，等于阶段上、下界面标高之差。为了逐段开采，需要在阶段的某个水平分界面布置回风大巷或运输大巷等主要开拓巷道，那么布置有运输大巷和井底车场并担负该水平开采范围内的主要运输和提升任务的水平就叫开采水平，简称水平。矿井开采水平常以其所在的水平标高或自上而下的顺序命名。矿井开拓巷道的布置就是在开采水平划分的基础上，确定主、副井、风井和阶段运输大巷、阶段回风大巷的位置及井底车场形式，以形成完整的矿井开拓系统。

一、开采水平的设置

当井田内煤层赋存条件和井田尺寸一定时，开采水平的数目取决于阶段数目和是否采用上下山开采。

首先，确定是否采用上、下山开采。这需要先搞清能否采用下山开采。由于下山开采存在上向运输、排水，下向通风、掘进等困难，所以只有当煤层倾角较小（多为16度以下）、瓦斯含量低、涌水量小时，才考虑采用下山开采。

其次，阶段数目决定于阶段垂高。而阶段垂高又决定于煤层赋存条件、地质条件、开采技术条件。一般井田斜长不大，煤层倾角较小，可将井田划分为两个阶段，布置一个开采水平，采用上下山开采，即单水平开拓；而当井田斜长较大，或煤层倾角较陡（多为16度以上），井田将划分多个阶段，设置两个或多个水平，即多水平开拓。

所以，开采水平的设置，要充分考虑各种因素影响并按国家有关政策和规定进行。

二、水平高度的确定

水平高度是指开采水平上下分界面间的垂直距离。一般一个开采水平只采一个上山阶段时，水平高度就是阶段垂高。一个水平服务上下山两个阶段开采时，水平高度就是上下山两个阶段的垂高之和。

水平高度的大小，由阶段垂高的大小和是否采用上、下山开采来决定。合理的阶段垂高首先要考虑地质条件，其次要以合理的阶段斜长为前提，同时使开采水平有足够的储量和合理的服务年限，并获得良好的经济技术效果。

1、地质条件

合理的阶段划分应首先保证开采技术上的简单和较高的资源开采率，所以要尽可能利用大断层、褶曲、煤层倾角变化的地方作为划分阶段的界限，确定阶段的垂高，从而确定水平高度。这样既可避免开采工作的困难，又可增加资源开采率。

2、合理的阶段斜长

若不受地质条件影响，合理的阶段斜长是在具体矿井生产条件下，采用合理的采煤工作面参数、采区巷道布置和设备所能达到的长度，从而确定阶段垂高及水平高度。合理的阶段斜长主要有以下几个方面的影响：

（1）合理的区段数。合理的阶段斜长应保证在采煤工作面合理长度的前提下，能划分出足够的区段数。为保证采煤工作面正常接替，采区内要有足够的区段数。对缓倾斜煤层的阶段，区段数可取3-5，倾斜和急倾斜煤层的阶段，区段数可取2-3。由此计算出阶段斜长。

（2）煤的运输。对开采缓倾斜和倾斜煤层的大中型矿井，上山用输送机或溜槽运煤时，上山斜长一般不因运煤而受限制。对于上山用矿车运煤的小型矿井，上山斜长受绞车能力限制，要根据采区生产能力及绞车型号验算所能达到的最大阶段斜长。

（3）辅助提升。一般都采用单卷筒绞车提升。绞车太大时，在井下运输、安装都不方便，所以绞车卷筒直径一般不大于1．6米，这样缠绳4层达880米。对生产能力大的采区，采用2．0米的绞车，缠绳4层可达1130米。但实际允许值要低于此值。

3、采用上下山开采

当适合采用上、下山开采时，水平高度为两个阶段的垂高之和，服务范围、服务年限都显然增大。

4、开采水平的储量及服务年限

开拓一个水平要掘出许多巷道，井型越大，水平开拓工程量越大，投资越大，工期越长。为了充分发挥这些工程和投资的作用，就必须有足够的储量和水平服务年限。从有利于矿井生产和水平接替考虑。《规范》规定：缓倾斜、倾斜煤层的大型矿井水平服务年限20—30年，其中第一水平的服务年限应不低于30年，中型矿井的水平服务年限15—20年。

5、技术经济合理的水平高度

技术经济合理的水平高度受两方面相互矛盾的因素影响和制约。一方面，开采水平要开掘出井底车场、大巷、采区车场、硐室，配备必须的设备，这些开拓工程量和装备费是不因水平高度的大小变化而变化的，水平高度越大，可采煤量越多，分摊到吨煤的工程费和装备费就越小；另一方面，水平高度越大，阶段斜长越大，对上山阶段而言，要增加沿上山的运输费用和折返运输工作量，增加采区上山的巷道维护工作量，加大水平的排水高度和费用，从而使吨煤生产费用增加；另外，阶段斜长过大需要的上山运输设备也大，管理复杂。合理的水平高度就是要在具体生产条件下，研究两方面的消长关系，寻找最佳平衡点。

具体矿井在确定水平高度时常用方案比较法，一般根据具体条件提出几个方案，进行技术分析和经济比较；经济比较的项目一般包括开采水平范围内的开拓工程量和掘进费用，井巷维护费用，煤碳运输费用、排水费用等。根据比较结果，综合考虑经济、技术、安全、管理等因素确定选用方案。

三、开采水平高度的发展趋势

水平高度受煤层地质条件和开采技术多因素的影响，其取值的变化是开采技术水平和生产集中化程度的综合反映。20世纪70年代左右，实际矿井的开采水平垂高一般不大于100m。随着矿井开采强度的加大，采煤机械化水平的提高，采煤速度加快、水平服务年限缩短，开采水平接替紧张，生产矿井普遍有加大水平垂高的要求，而新型运输设备的应用，巷道布置与巷道支护的改进，又为加大水平垂高提供了技术保证，矿井开采水平垂高逐渐加大。20世纪90年代《规范》规定（对于大中型矿井）：缓斜、倾斜煤层的阶段垂高为150~250m。实际矿井的开采水平垂高受各种因素影响，上下数值相差甚大，所以要综合考虑上述众多因素，以便确定合理。

【参考文献】

［1］ 徐永圻．煤矿开采学，中国矿业大学出版社．1991．

［2］ 陈炎光．中国采煤方法，中国矿业大学出版社．1991．