下山開采參數分析

張志強

摘? 要：為了更好地利用下山開采，減少礦井開拓工程量，提高礦井經濟效益，通過對下山開采應用參數（煤層傾角、階段走向長度、階段斜長、礦井瓦斯、礦井涌水量）等方面進行了分析與研究，認為下山開采如果采用普通帶式輸送機運輸煤炭，煤層傾角不宜大于18°，如果使用其他方式運輸煤炭，煤層傾角不應大于25°，并且煤層走向上長度不宜超過兩個采區走向長度，階段斜長也比上山開采稍小，適合瓦斯涌出量不大，涌水量也較小的條件。

關鍵詞：下山開采? 參數? 分析? 煤礦

中圖分類號：TD822 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）01（b）-0044-02

雖然上山開采在生產技術上較下山開采優越，但在一定條件下應用下山開采，在經濟上則是有利的[1]。當井田深部邊界不一，儲量不足，不宜再延深或設水平;或者上下水平接替緊張，多水平開采的礦井擔負生產任務;煤系底板為富含水的奧灰巖，井筒不能延深，有時不得不下山開采。目前普遍認為下山開采適用煤層傾角小于16°的緩傾斜煤層，為了在礦井設計或生產建設中更好地利用下山開采，減少礦井開拓工程量，提高礦井經濟效益，該文通過對下山開采應用參數（煤層傾角、階段走向長度、階段斜長、礦井瓦斯、礦井涌水量）等方面進行了分析與研究，提出當前條件下下山開采的合理參數。

1? 下山開采參數分析

1.1 傾角

國家現行《煤炭工業礦井設計規范》（GB 50215-2015）沒有對下山開采的煤層傾角做出規定，實際上緩傾斜煤層使用下山開采占比較大，其余煤層很少使用下山開采。煤層傾角影響下山布置，主要影響運輸下山、材料下山和人行下山，下山傾角大小和下山裝備直接相關。運輸下山可以裝備帶式輸送機、箕斗或串車之一運輸，材料下山一般使用串車運輸，人行下山可以使用架空乘人裝置或斜坡人車串車運輸。如果采用普通帶式輸送機運輸，下山傾角不宜大于18°，如果采用大傾角帶式輸送機運輸，可以根據下山傾角選擇相應的設備[2-3]。如果采用箕斗運輸，下山傾角應為25°～35°;如果采用串車提升，下山傾角不應大于25°。安設架空乘人裝置下山傾角分為兩種情況，如果采用固定抱索器架空乘人裝置運送人員下山傾角不得大于28°，如果采用可摘掛抱索器架空乘人裝置運送人員下山傾角不得大于25°。有幾種運輸設備時，下山傾角取其中小值，一般情況下煤層傾角應小于或等于下山傾角。

當然，煤層傾角大于下山傾角技術上也可以采用下山開采，這時下山布置有兩個方案，一是下山沿偽傾斜布置，如圖1所示，但需要留設煤柱，占用資源。偽斜下山斜長L1比真傾斜方向斜長L增加了（L/sina-L）長度;二是下山還是沿真傾斜布置，但下山和區段之間需要石門聯系，如圖2所示，增加了巖石工程量。

1.2 階段斜長

影響下山階段斜長的因素主要有3個方面：合理的階段運輸斜長、具有合理的區段數目和經濟上有利的階段斜長。階段運輸斜長主要考慮煤炭運輸、材料運輸和人員行走條件。煤炭運輸可采用帶式輸送機、箕斗或串車之一運輸，采用帶式輸送機運輸煤炭時理論質量輸送量Qm=3600SVKρ（S為輸送帶上物料的最大橫截面面積（m2）;v為輸送帶速度（m/s）;k為帶式輸送機傾斜系數;ρ為被輸送散狀物料的堆積密度（t/m3），當皮帶傾角18°時，k為0.85，當皮帶傾角25°時，k為0.68，因此相同帶式輸送機上運能力比下運能力小，如果要采用帶式輸送機運輸煤炭，下山階段斜長比上山開采相對要小[4]。箕斗運輸或串車運輸煤炭時主要受絞車容繩量限制。材料運輸一般也采用串車運輸，人員行走條件和下山坡度有關，坡度越大，人員行走越困難。下山開采一般都是緩傾斜煤層，區段數目3～4個比較合適。經濟上主要考慮下山施工數目、長度，因為下山施工比上山施工要慢，成本高。如果下山數目多，斜長又較長，下山開采的經濟性可能就比較差。

1.3 階段走向長度

下山開采階段走向長度不宜過長，適宜布置1～2個采區為宜，如果過長，宜采用上山開采。由于下山施工比上山施工慢、成本高，同時下山開采需要建立排水系統，下山采區越多，施工的下山數目就多。同時，下山采區多了，井底排水也成了問題，不管是每個采區下部建立采區排水系統，還是建立礦井井底排水系統，整個工程量都很大，達不到減少工程量的目的。

1.4 瓦斯

一般來說，瓦斯涌出量較大時，通風比較困難，風流在進風下山向下，回風下山內向上，如圖3所示，沿傾斜方向上風路較長，風阻大，并且進回風巷的距離較近，容易發生漏風，通風交叉點和控風設施多，通風管理比較復雜。因此，下山開采要求瓦斯涌出量較低。

1.5 涌水量

下山掘進時排水比上山掘進復雜，涌水量較大時施工困難。下山排水有兩個方案：一是每個區段設臨時水窩，安設小水泵排水至水平大巷水溝流入井底水倉;二是將采區下山一次掘至終深，在采區下部布置水倉及硐室，但總工程量大，費用高。因此下山開采時涌水量不宜過大。

2? 下山開采應用位置分析

由于上山施工比下山施工成本低，速度快，因此一般上水平、中間水平不采用下山開采，經常在礦井的最后一個水平實行上、下山布置，減少礦井水平數目，提高礦井經濟效益。

3? 結語

通過以上分析，下山開采與上山開采相比適用范圍較小，如果采用普通帶式輸送機運輸煤炭，煤層傾角不宜大于18°，如果使用其他方式運輸煤炭，煤層傾角不應大于25°，并且煤層走向上長度不宜超過兩個采區走向長度，階段斜長也比上山開采稍小，適合瓦斯涌出量不大，涌水量也較小的條件。

參考文獻

[1] 張繼周.我國上山開采與下山開采應用的比較[J].中外企業家，2013（35）：206.

[2] GB 50415-2017，煤礦斜井井筒及硐室設計規范[S].

[3] 阮蘇淮.越南露天煤礦半連續開采工藝系統適應性分析與優化設計[D].中國礦業大學，2017.

[4] GB 50431-2008，帶式輸送機工程設計規范[S].