煤礦開采水平的設置與階段的劃分

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年限，礦井開采才會有良好的技術經濟效果。

【關鍵詞】 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，沿煤層傾斜方向按一定標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負該水平開采范圍內的主要運輸和提升任務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上，確定主、副井、風井和階段運輸大巷、階段回風大巷的位置及井底車場形式，以形成完整的礦井開拓系統。

一、開采水平的設置

當井田內煤層賦存條件和井田尺寸一定時，開采水平的數目取決于階段數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、掘進等困難，所以只有當煤層傾角較小（多為16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、地質條件、開采技術條件。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，設置兩個或多個水平，即多水平開拓。

所以，開采水平的設置，要充分考慮各種因素影響并按國家有關政策和規定進行。

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年限，并獲得良好的經濟技術效果。

1、地質條件

合理的階段劃分應首先保證開采技術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

若不受地質條件影響，合理的階段斜長是在具體礦井生產條件下，采用合理的采煤工作面參數、采區巷道布置和設備所能達到的長度，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）合理的區段數。合理的階段斜長應保證在采煤工作面合理長度的前提下，能劃分出足夠的區段數。為保證采煤工作面正常接替，采區內要有足夠的區段數。對緩傾斜煤層的階段，區段數可取3-5，傾斜和急傾斜煤層的階段，區段數可取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，要根據采區生產能力及絞車型號驗算所能達到的最大階段斜長。

（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880米。對生產能力大的采區，采用2．0米的絞車，纏繩4層可達1130米。但實際允許值要低于此值。

3、采用上下山開采

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

4、開采水平的儲量及服務年限

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年限。從有利于礦井生產和水平接替考慮。《規范》規定：緩傾斜、傾斜煤層的大型礦井水平服務年限20—30年，其中第一水平的服務年限應不低于30年，中型礦井的水平服務年限15—20年。

5、技術經濟合理的水平高度

技術經濟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、采區車場、硐室，配備必須的設備，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，分攤到噸煤的工程費和裝備費就越小；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，增加采區上山的巷道維護工作量，加大水平的排水高度和費用，從而使噸煤生產費用增加；另外，階段斜長過大需要的上山運輸設備也大，管理復雜。合理的水平高度就是要在具體生產條件下，研究兩方面的消長關系，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，一般根據具體條件提出幾個方案，進行技術分析和經濟比較；經濟比較的項目一般包括開采水平范圍內的開拓工程量和掘進費用，井巷維護費用，煤碳運輸費用、排水費用等。根據比較結果，綜合考慮經濟、技術、安全、管理等因素確定選用方案。

三、開采水平高度的發展趨勢

水平高度受煤層地質條件和開采技術多因素的影響，其取值的變化是開采技術水平和生產集中化程度的綜合反映。20世紀70年代左右，實際礦井的開采水平垂高一般不大于100m。隨著礦井開采強度的加大，采煤機械化水平的提高，采煤速度加快、水平服務年限縮短，開采水平接替緊張，生產礦井普遍有加大水平垂高的要求，而新型運輸設備的應用，巷道布置與巷道支護的改進，又為加大水平垂高提供了技術保證，礦井開采水平垂高逐漸加大。20世紀90年代《規范》規定（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】

［1］ 徐永圻．煤礦開采學，中國礦業大學出版社．1991．

［2］ 陳炎光．中國采煤方法，中國礦業大學出版社．1991．