下山开采参数分析
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摘 要：為了更好地利用下山开采，减少矿井开拓工程量，提高矿井经济效益，通过对下山开采应用参数（煤层倾角、阶段走向长度、阶段斜长、矿井瓦斯、矿井涌水量）等方面进行了分析与研究，认为下山开采如果采用普通带式输送机运输煤炭，煤层倾角不宜大于18°，如果使用其他方式运输煤炭，煤层倾角不应大于25°，并且煤层走向上长度不宜超过两个采区走向长度，阶段斜长也比上山开采稍小，适合瓦斯涌出量不大，涌水量也较小的条件。
关键词：下山开采 参数 分析 煤矿
中图分类号：TD822 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）01（b）-0044-02
虽然上山开采在生产技术上较下山开采优越，但在一定条件下应用下山开采，在经济上则是有利的[1]。当井田深部边界不一，储量不足，不宜再延深或设水平;或者上下水平接替紧张，多水平开采的矿井担负生产任务;煤系底板为富含水的奥灰岩，井筒不能延深，有时不得不下山开采。目前普遍认为下山开采适用煤层倾角小于16°的缓倾斜煤层，为了在矿井设计或生产建设中更好地利用下山开采，减少矿井开拓工程量，提高矿井经济效益，该文通过对下山开采应用参数（煤层倾角、阶段走向长度、阶段斜长、矿井瓦斯、矿井涌水量）等方面进行了分析与研究，提出当前条件下下山开采的合理参数。
1 下山开采参数分析
1.1 倾角
国家现行《煤炭工业矿井设计规范》（GB 50215-2015）没有对下山开采的煤层倾角做出规定，实际上缓倾斜煤层使用下山开采占比较大，其余煤层很少使用下山开采。煤层倾角影响下山布置，主要影响运输下山、材料下山和人行下山，下山倾角大小和下山装备直接相关。运输下山可以装备带式输送机、箕斗或串车之一运输，材料下山一般使用串车运输，人行下山可以使用架空乘人装置或斜坡人车串车运输。如果采用普通带式输送机运输，下山倾角不宜大于18°，如果采用大倾角带式输送机运输，可以根据下山倾角选择相应的设备[2-3]。如果采用箕斗运输，下山倾角应为25°～35°;如果采用串车提升，下山倾角不应大于25°。安设架空乘人装置下山倾角分为两种情况，如果采用固定抱索器架空乘人装置运送人员下山倾角不得大于28°，如果采用可摘挂抱索器架空乘人装置运送人员下山倾角不得大于25°。有几种运输设备时，下山倾角取其中小值，一般情况下煤层倾角应小于或等于下山倾角。
当然，煤层倾角大于下山倾角技术上也可以采用下山开采，这时下山布置有两个方案，一是下山沿伪倾斜布置，如图1所示，但需要留设煤柱，占用资源。伪斜下山斜长L1比真倾斜方向斜长L增加了（L/sina-L）长度;二是下山还是沿真倾斜布置，但下山和区段之间需要石门联系，如图2所示，增加了岩石工程量。
1.2 阶段斜长
影响下山阶段斜长的因素主要有3个方面：合理的阶段运输斜长、具有合理的区段数目和经济上有利的阶段斜长。阶段运输斜长主要考虑煤炭运输、材料运输和人员行走条件。煤炭运输可采用带式输送机、箕斗或串车之一运输，采用带式输送机运输煤炭时理论质量输送量Qm=3600SVKρ（S为输送带上物料的最大横截面面积（m2）;v为输送带速度（m/s）;k为带式输送机倾斜系数;ρ为被输送散状物料的堆积密度（t/m3），当皮带倾角18°时，k为0.85，当皮带倾角25°时，k为0.68，因此相同带式输送机上运能力比下运能力小，如果要采用带式输送机运输煤炭，下山阶段斜长比上山开采相对要小[4]。箕斗运输或串车运输煤炭时主要受绞车容绳量限制。材料运输一般也采用串车运输，人员行走条件和下山坡度有关，坡度越大，人员行走越困难。下山开采一般都是缓倾斜煤层，区段数目3～4个比较合适。经济上主要考虑下山施工数目、长度，因为下山施工比上山施工要慢，成本高。如果下山数目多，斜长又较长，下山开采的经济性可能就比较差。
1.3 阶段走向长度
下山开采阶段走向长度不宜过长，适宜布置1～2个采区为宜，如果过长，宜采用上山开采。由于下山施工比上山施工慢、成本高，同时下山开采需要建立排水系统，下山采区越多，施工的下山数目就多。同时，下山采区多了，井底排水也成了问题，不管是每个采区下部建立采区排水系统，还是建立矿井井底排水系统，整个工程量都很大，达不到减少工程量的目的。
1.4 瓦斯
一般来说，瓦斯涌出量较大时，通风比较困难，风流在进风下山向下，回风下山内向上，如图3所示，沿倾斜方向上风路较长，风阻大，并且进回风巷的距离较近，容易发生漏风，通风交叉点和控风设施多，通风管理比较复杂。因此，下山开采要求瓦斯涌出量较低。
1.5 涌水量
下山掘进时排水比上山掘进复杂，涌水量较大时施工困难。下山排水有两个方案：一是每个区段设临时水窝，安设小水泵排水至水平大巷水沟流入井底水仓;二是将采区下山一次掘至终深，在采区下部布置水仓及硐室，但总工程量大，费用高。因此下山开采时涌水量不宜过大。
2 下山开采应用位置分析
由于上山施工比下山施工成本低，速度快，因此一般上水平、中间水平不采用下山开采，经常在矿井的最后一个水平实行上、下山布置，减少矿井水平数目，提高矿井经济效益。
3 结语
通过以上分析，下山开采与上山开采相比适用范围较小，如果采用普通带式输送机运输煤炭，煤层倾角不宜大于18°，如果使用其他方式运输煤炭，煤层倾角不应大于25°，并且煤层走向上长度不宜超过两个采区走向长度，阶段斜长也比上山开采稍小，适合瓦斯涌出量不大，涌水量也较小的条件。
参考文献
[1] 张继周.我国上山开采与下山开采应用的比较[J].中外企业家，2013（35）：206.
[2] GB 50415-2017，煤矿斜井井筒及硐室设计规范[S].
[3] 阮苏淮.越南露天煤矿半连续开采工艺系统适应性分析与优化设计[D].中国矿业大学，2017.
[4] GB 50431-2008，带式输送机工程设计规范[S].
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