前言

在采礦工程中，開采水平劃分是一項至關(guān)重要的工作，它直接關(guān)系到礦井的生產(chǎn)效率、安全以及經(jīng)濟(jì)效益。合理的開采水平劃分能夠優(yōu)化煤炭資源的開采流程，降低生產(chǎn)成本，提高資源回收率，同時也能為礦井的長期穩(wěn)定運(yùn)行提供有力保障。

煤層作為煤炭開采的對象，其賦存狀態(tài)復(fù)雜多樣，根據(jù)傾角的不同，大致可分為急斜煤層、緩中傾斜煤層和近水平煤層，它們各自有著鮮明的特點。急斜煤層傾角大于45°，近乎直立，開采時煤炭和矸石在重力作用下容易快速滑落，頂板控制極為困難，開采效率較低，且地質(zhì)構(gòu)造往往比較復(fù)雜，賦存不穩(wěn)定，對開采技術(shù)和安全措施要求極高；緩中傾斜煤層傾角介于?8° - 45°?之間，其中緩傾斜煤層（8° - 25°）儲量豐富，開采技術(shù)和設(shè)備選擇多樣，而中傾斜煤層（25° - 45°）在開采過程中，煤體受重力作用明顯，頂板管理和煤炭運(yùn)輸?shù)碾y度隨著傾角的增大而逐漸加大；近水平煤層傾角通常在?8°?以下，煤層厚度變化相對較小，地質(zhì)構(gòu)造相對簡單，煤體受重力影響小，煤炭運(yùn)輸與頂板管理難度較低 。

不同類型的煤層，因其各自的特性，在開采水平劃分上也有著不同的考量和原則。這些原則的制定，旨在充分發(fā)揮各類煤層的優(yōu)勢，克服其開采難點，實現(xiàn)煤炭資源的高效、安全開采。

不同煤層開采水平劃分原則詳解

急斜煤層：獨(dú)采上山階段的考量

急斜煤層因其傾角大于45°，在開采時面臨諸多挑戰(zhàn)，故而一個開采水平只采上山階段。從開采難度上看，急斜煤層中煤炭和矸石在重力作用下極易自動下滑，這雖在一定程度上簡化了采場內(nèi)的裝運(yùn)工作，但也帶來了嚴(yán)重的安全隱患。一旦煤炭和矸石失控滑落，可能沖倒支架，砸傷作業(yè)人員 ，所以在開采過程中必須采取如設(shè)置防護(hù)擋板、加強(qiáng)支架穩(wěn)定性等特殊的安全措施來保障人員安全 。

在頂板控制方面，急斜煤層的頂板壓力分布復(fù)雜，且沿傾斜方向的分力增大，垂直于層面方向的分力減小，導(dǎo)致頂板和底板均有滑動的風(fēng)險，這使得頂板控制極為困難。如果采用上下山開采，下山部分的開采難度將呈指數(shù)級增加，不僅要應(yīng)對頂板的滑落，還要解決煤炭和矸石向上運(yùn)輸?shù)碾y題。從安全因素考慮，獨(dú)采上山階段能減少因下山開采帶來的諸多不確定因素，降低安全事故發(fā)生的概率。此外，急斜煤層的地質(zhì)構(gòu)造通常較為復(fù)雜，煤層賦存不穩(wěn)定，獨(dú)采上山階段可以更好地適應(yīng)這種地質(zhì)條件，提高開采的安全性和穩(wěn)定性。

在資源回收率方面，急斜煤層采用一個開采水平只采上山階段的方式，能夠更精準(zhǔn)地規(guī)劃開采路徑和范圍，減少因開采順序不當(dāng)或開采技術(shù)限制導(dǎo)致的煤炭損失，從而提高資源回收率。同時，這種開采方式也有利于對采空區(qū)進(jìn)行及時有效的處理，如采用充填法或垮落法，減少采空區(qū)對周邊煤層和地質(zhì)環(huán)境的影響，進(jìn)一步保障資源的合理回收。

緩、中傾斜煤層：斜長與上下山開采抉擇

緩、中傾斜煤層的開采水平劃分與階段斜長和角度密切相關(guān)，當(dāng)α>16°?時，可采用上下山開采。這是因為在該角度下，煤炭的重力作用對開采的影響逐漸增大，若仍只采用上山開采，會面臨一些技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的問題。

從技術(shù)角度來看，當(dāng)煤層傾角較大時，上山開采的煤炭運(yùn)輸雖可利用重力實現(xiàn)自溜或采用膠帶輸送機(jī)等設(shè)備，但隨著階段斜長的增加，上山的維護(hù)難度和運(yùn)輸設(shè)備的投入成本也會相應(yīng)增加。而采用上下山開采，可以將開采范圍擴(kuò)大到下山部分，平衡開采布局，減少上山的長度和維護(hù)工作量。同時，下山開采在煤炭運(yùn)輸方面，雖然需要向上運(yùn)輸，但可以避免上山開采中的折返運(yùn)輸問題，使運(yùn)輸系統(tǒng)更加順暢。

在通風(fēng)方面，上山開采時，新風(fēng)和污風(fēng)均向上流動，沿傾斜方向的風(fēng)路較短；而下山開采時，新鮮風(fēng)流由進(jìn)風(fēng)下山進(jìn)入采區(qū)，清洗工作面后的污風(fēng)經(jīng)回風(fēng)下山進(jìn)入回風(fēng)道，風(fēng)流在進(jìn)風(fēng)下山和回風(fēng)下山內(nèi)流動方向相反，采區(qū)范圍內(nèi)沿傾斜方向的風(fēng)路較長，通風(fēng)難度相對較大。不過，通過合理的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計和設(shè)備選型，如增加通風(fēng)設(shè)備功率、優(yōu)化通風(fēng)巷道布置等措施，可以有效解決下山開采的通風(fēng)問題。

從經(jīng)濟(jì)角度分析，上下山開采在初期可能需要投入更多的巷道掘進(jìn)和設(shè)備購置成本，但從長遠(yuǎn)來看，它可以充分利用井田內(nèi)的煤炭資源，增加開采水平的可采儲量，延長水平服務(wù)年限，減少開采水平的數(shù)目，從而降低總體的開采成本。例如，在一些井田斜長較大的緩、中傾斜煤層礦井中，采用多水平上下山開采，不僅提高了煤炭產(chǎn)量，還降低了單位煤炭的開采成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

近水平煤層：位置與標(biāo)高的精妙權(quán)衡

近水平煤層開采水平在煤組內(nèi)的合理位置及標(biāo)高確定受到多種因素的影響，其中煤層間距是一個關(guān)鍵因素。當(dāng)煤層間距近時，將開采水平設(shè)置在底部煤層中是較為合理的選擇。這是因為煤層間距較小時，多個煤層可以共用一套開采系統(tǒng)和運(yùn)輸大巷，減少巷道掘進(jìn)工程量和設(shè)備投入。通過在底部煤層設(shè)置開采水平，利用采區(qū)石門與其他煤層進(jìn)行聯(lián)系，可以實現(xiàn)對多個煤層的高效開采。這種布置方式不僅可以降低開采成本，還能提高煤炭的開采效率，便于集中管理和生產(chǎn)組織。

當(dāng)煤層間距遠(yuǎn)時，則需要分組設(shè)置開采水平。由于煤層間距較大，若采用同一開采水平進(jìn)行開采，會導(dǎo)致采區(qū)石門過長，增加掘進(jìn)成本和維護(hù)難度，同時也會影響煤炭的運(yùn)輸效率。分組設(shè)置開采水平可以根據(jù)煤層的分布情況，將間距較近的煤層劃分為一組，分別設(shè)置開采水平和運(yùn)輸大巷，實現(xiàn)對不同煤組的獨(dú)立開采。這樣可以更好地適應(yīng)煤層的賦存條件，提高開采的針對性和有效性，降低開采成本，提高資源回收率。在確定開采水平的標(biāo)高時，還需要考慮井田內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造、水文條件、地面工業(yè)廣場的位置等因素，確保開采水平的布置既有利于煤炭的開采和運(yùn)輸，又能保證礦井的安全生產(chǎn)和長期穩(wěn)定運(yùn)行。

開采水平劃分案例剖析

急斜煤層案例：華鎣山煤礦

華鎣山煤礦是一座開采急斜煤層的典型礦井，其煤層傾角普遍大于50°。在開采水平劃分上，嚴(yán)格遵循一個開采水平只采上山階段的原則。以該礦的某一采區(qū)為例，其階段斜長為?800m，垂高為?400m。采用這種開采方式，在開采過程中，煤炭和矸石依靠重力自溜至運(yùn)輸巷道，減少了裝運(yùn)設(shè)備的投入和能耗 。

在安全管理方面，該礦在采場下方設(shè)置了堅固的防護(hù)擋板，高度達(dá)2m，有效阻擋了煤炭和矸石的意外滑落，保障了作業(yè)人員的安全。同時，采用錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)的方式加強(qiáng)頂板控制，每平方米布置?4?根錨桿和?2?根錨索，確保了頂板的穩(wěn)定。在資源回收率上，通過精準(zhǔn)的開采規(guī)劃和先進(jìn)的回采工藝，該采區(qū)的資源回收率達(dá)到了?85%?以上，相比不合理劃分開采水平的情況，資源回收率提高了?15%?左右。

緩、中傾斜煤層案例：新汶煤礦

新汶煤礦的煤層傾角在20° - 35°?之間，屬于緩、中傾斜煤層。該礦在開采水平劃分時，充分考慮了階段斜長和上下山開采的適用性。以其某一井田為例，井田斜長較大，達(dá)到了?4000m。最初，該井田采用單一上山開采，隨著開采的推進(jìn)，出現(xiàn)了運(yùn)輸成本高、采區(qū)接替緊張等問題。

后來，該礦對開采水平進(jìn)行了重新劃分，當(dāng)煤層傾角大于16°?的區(qū)域采用上下山開采。在下山開采部分，通過優(yōu)化運(yùn)輸系統(tǒng)，采用大功率膠帶輸送機(jī)和先進(jìn)的輔助運(yùn)輸設(shè)備，解決了煤炭向上運(yùn)輸?shù)碾y題。同時，在通風(fēng)方面，安裝了高效的通風(fēng)機(jī)，并優(yōu)化了通風(fēng)巷道的布置，確保了下山開采區(qū)域的通風(fēng)效果。實施上下山開采后，該井田的開采效率大幅提升，煤炭產(chǎn)量增加了?30%，開采成本降低了?20%，實現(xiàn)了良好的經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)效率提升。

近水平煤層案例：神東煤礦

神東煤礦的煤層傾角大多在5°?以下，屬于近水平煤層。該礦可采煤層較多，且煤層間距差異較大。在開采水平劃分時，根據(jù)煤層間距進(jìn)行了合理設(shè)置。其中，上組煤層?4、5、6?號煤煤層間距較小，平均間距為?10m，將其劃分為一個煤組，以一水平開采；下組煤層?8、9、9 - 2、11?號煤層間距也較小，平均間距為?8m，劃分為另一個煤組，以二水平開采。

通過分組設(shè)置開采水平，減少了巷道掘進(jìn)量，提高了開采效率。每個水平均設(shè)置了獨(dú)立的運(yùn)輸大巷和通風(fēng)系統(tǒng)，運(yùn)輸大巷采用膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸煤炭，運(yùn)輸能力達(dá)到了每小時2000t，通風(fēng)系統(tǒng)能夠滿足各煤層開采的通風(fēng)需求，確保了安全生產(chǎn)。這種開采水平劃分方式使得神東煤礦的資源回收率達(dá)到了?90%?以上，同時降低了開采成本，提高了礦井的經(jīng)濟(jì)效益和可持續(xù)發(fā)展能力。

小結(jié)

開采水平劃分是煤礦開采中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，合理劃分和設(shè)置開采水平對礦井生產(chǎn)至關(guān)重要。急斜煤層因其獨(dú)特的賦存條件，一個開采水平只采上山階段，能有效降低開采難度和安全風(fēng)險，提高資源回收率；緩、中傾斜煤層根據(jù)傾角和階段斜長選擇上下山開采，可優(yōu)化開采布局，提升開采效率和經(jīng)濟(jì)效益；近水平煤層依據(jù)煤層間距合理設(shè)置開采水平，能減少巷道掘進(jìn)量，提高開采效率和資源回收率。

通過對華鎣山煤礦、新汶煤礦和神東煤礦的案例分析，進(jìn)一步驗證了不同煤層開采水平劃分原則的科學(xué)性和有效性。