煤矿安全基础知识

我国是世界上煤炭储量最丰富的国家之一，然而我国层赋存条件多种多样，开采条件比较复杂，不同区域的煤矿开采规模、技术装备和开采方式存在较大差异。

我国煤炭开采大部分为地下开采。采用地下开采时，要从地面开凿通道（井筒）通至地下，再在地下开掘一系列巷道和硐室进入煤体并布置开采场所，同时建立完善的开采、运输、通风、排水、提升、动力、照明等系统，以构成一个完备的矿井生产系统，再结合相应的法律法规，制定出妥善、合理的安全管理措施，进而保证矿井安全、合理、经济的生产。

      第一节    概      述

由于煤矿开采的对象是赋存于地下的煤层，受地质条件和生产技术的限制和影响，一个矿井（一套生产系统）所能开采的煤层范围是有限的，往往难以开采整个煤田，在一个井田上进行开采的煤矿一般叫矿井。在一个井田范围内，主要巷道的总体布置极其有关参数的确定井田开拓。

一、煤田开发

煤田的范围差异较大，大的煤田面积可达数千平方千米，储量可达数百亿吨。对于这样大的煤田，如果用一个矿井来开采，无论从技术上、经济上和安全上都是不合理的。因此，在开发一个煤田时，应将煤田划分成若干较小的部分，由若干矿井进行开采。划归一个矿井开采的那部分煤田称为井田。有时煤田不是很大，也可不划分井田。

（一）煤田和矿区

1. 煤田

在地质历史发展的过程中，由含碳物质沉积形成的基本连续的大面积含煤地带，称为煤田。我国煤炭资源丰富，煤田有大有小，大的煤田面积可达数百到数万平方千米，煤炭储量有数亿吨甚至上千亿吨，如大同煤田、沁水煤田、鄂尔多斯煤田等；小的煤田面积只有几千平方千米，我国南方有许多小煤田即属于这种煤田。对于面积较大、资源储量较多的煤田，需要将其进一步划分成适合于一个矿区（或一个矿井）来开采的若干个区域。

2. 矿区

由于行政或经济上的原因，往往将邻近几个井田划归一个行政机构管理，这些邻近的井田合并起来称为矿区，即开发煤田形成的社会区域。大的煤田往往被划分成几个矿区开发，面积和储量较小的煤田可由一个矿区开发。

3. 矿区开发

根据煤炭储量、赋存条件、煤田市场需求量、投资环境等情况。确定矿区规模，划分井田，规划井田开采方式，规划矿井或露天矿建设顺序，确定矿区附属企业的类别、数目、生产规模、建设过程等，称为矿区开发。矿区所辖矿井的开发建设应当按照先浅后深、先近后远、先易后难的原则来确定，力求先开发那些施工和生产条件比较简单、投资较少、见效较快、交通比较方便、水电及器材供应也比较容易解决的矿井，而把条件复杂、投资大、见效慢的矿井留到后期开发。

（二）煤田划分为井田的原则

井田划分是确定矿区建设规模与矿区布局的基础，也是合理开发煤炭资源，取得稳定发展和经济效益的重要条件。对于面积较大、储量丰富的煤田，必须根据国民经济的需求和技术经济合理性，将煤田划分为若干个较小部分，每一部分由一个矿井开采。煤田划分为井田时，要保证各井田有合理的尺寸和边界，使煤田各部分都得到合理开发。因此，煤田划分为井田应遵循有效几个原则。

1. 井田范围、储量、煤层赋存及开采条件要与矿井生产能力相适应

对一个生产能力较大的矿井，尤其的机械化程度较高的现代化大型矿井，应要求井田有足够的储量和合理的服务年限。生产能力较小的矿井，储量可少些。矿井生产能力还要与煤层赋存条件、开采技术装备条件相适应，并要为矿井发展留有余地。随着开采技术的发展，根据当前技术水平划定井田范围，可能满足不了矿井长远发展的要求。因此，井田范围可适当增大，或在井田范围外留设备用区，暂不建井，以适应矿井将来发展的需要。对于煤层总厚度较大、开采条件较好、为加快矿井建设和节约初期投资而建设的中小型矿井，更应如此。

2. 保证矿井有合理的尺寸

井田范围要与矿井生产能力相适应，为保证矿井有合理的尺寸，要使井田有合理的走向长度。一般情况下，为便于合理安排井下生产，井田走向长度应大于倾斜长度。如井田走向长度过短，则难以保证矿井各个开采水平有足够的储量和合理的服务年限，造成矿井生产接替紧张；或者在井田走向长度较短情况下为保证开采水平有足够的服务年限，使阶段（水平）高度加大，将给矿井生产带来困难。井田走向长度过长，又会给矿井通风、井下运输带来困难。因此，在矿井生产能力一定的情况下，井田走向长度过长或过短，都将降低矿井的经济效益。

我国煤矿生产实践表明，井田走向长度应达到：小型矿井不小于1.5KM，中型矿井不小于4KM，大型矿井不小于7.0KM，特大型矿井可达10.0~15.0KM。

3. 充分利用自然等条件划分井田

例如，利用大断层作为井田边界，或在河流、国家铁路、城镇等下面进行开采存在问题较多或不够经济、须留设安全煤柱，可以此作为井田边界。这样，既降低了煤柱损失，又减少了开采技术上的困难。

在煤层倾斜角变化很大处，可以此作为井田边界，便于相邻矿井采用不同的采煤方法和采掘机械，简化生产管理。其他如大的褶曲构造也可作为井田边界。

在地形复杂的地区，如地表为沟谷、丘陵、山岭的地区，划定的井田范围和边界要便于选择合理的井筒位置及布置工业场地。对于煤层煤质、牌号变化较大的地区，如果需要，也可考虑以不同煤质、牌号按区域划分井田。

4. 合理规划矿井开采范围，处理好相邻矿井之间的关系

划分井田边界时，通常把煤层倾角不大、沿倾斜延展很宽的煤田分成浅部和深部两部分。一般应先浅后深，先易后难，分别开发建井，以节约初期投资，同时，也能避免浅、深矿井形成复杂的压茬关系，给开采带来困难。浅部矿井井型及范围比深部矿井下。如煤层赋存浅、层间距大、上下煤层开采无采动影响，无加速矿区建设，也可在煤田浅部分煤组分别建井，然后再在深部集中建井。

当需增大开发强度，必须在浅、深部同时建井，或浅部已有矿井开发需在深部另建新井时，应考虑给浅部矿井的发展留有余地，不使浅部矿井过早地报废。

5. 可持续发展

划分井田时，应充分考虑煤层赋存条件、技术发展等因素，适当将井田划的大一些或者是为矿井留一个备用区，为矿井的发展留有适当余地。

（三）井田的再划分

煤田划分为井田后，每个井田的范围仍然很大。井田的走向长度可达数千米甚至数万米，倾斜程度可达数千米，井田的储量可供开采数十年甚至数百年。为了有计划地按照一定的顺序进行开采，需要将井田划分为若干更小的部分。

1. 井田划分为阶段和水平

阶段：在井田范围内，沿着煤层的倾斜方向，按一定标高把煤层划分为若干个平行于走向的长条部分，每个长条部分具有独立的生产系统，称为阶段。每个阶段都有独立的运输和通风系统。

水平：上下两阶段分界的水平面，称为水平。

一般而言，阶段与水平二者既有联系又有区别。其区别在于阶段表示的是井田范围中的一部分，强调的是煤层开采范围和储量；而水平是指布置在某一标高水平面上的巷道，强调的是巷道布置。二者的联系是利用水平上的巷道去开采阶段内的煤炭资源。井田内水平和阶段的开采顺序，一般是先采上部水平和阶段，后采下部水平和阶段，这样做建井时间短、生产安全条件好。

2. 井田划分为盘区或带区

开采倾角很小的近水平煤层，井田沿倾斜方向的高差很小，很难将其划分成若干以一定标高为界的阶段，则可将井田直接划为盘区或带区。通常沿煤层的延展方向布置大巷，在大巷两侧划分成具有独立生产系统的块段，这样的块段称为盘区或带区。

3. 井田划分为开采区域

随着煤矿机械化和新技术、新方法、新设备的出现，我国已经建设了许多大型和特大型矿井。由于矿井生产能力大、井田范围广，辅助提升任务非常繁重，井下通风线路长，特别是当瓦斯涌出量大时，矿井通风更加困难。为了解决矿井辅助提升和通风问题，我国不少特大型矿井将井田划分为若干具有独立通风系统的开采区域。各开采区域具有独立近风、回风系统，其内部可采用采区式、盘区式或带区式准备方式，并有自己的辅助井筒，担负进风和回风任务，有时还担负辅助提升工作。井下出煤则由服务于全矿的主井集中提出。

二、井筒开拓

井田分为阶段或盘区以后，即可以开始进行矿井建设。在一个井田范围内，为了采煤，从地面向地下开掘一系列巷道进入煤体，建立矿井提升、运输、通风、排水和动力等生产系统，称为井田开拓。这些用于开拓的井下巷道的形式、数量、位置及其相互联系和配合称为开拓方式。合理的开拓方式，需要经过对技术可行的多种开拓方案进行技术经济比较后才能确定。

（一）井田开拓方式分类

由于具体的井田地质条件和开采技术条件有较大的差异，井田开拓方式很多。

1. 按井筒（硐）形式分类

井田开拓按井筒（硐）形式可分为立井开拓、斜井开拓、平硐开拓、综合开拓，近年来，由于大型矿井的出现，还有多井筒分区域开拓方式。其中，立井开拓是指主、副井均为立井的开拓方式，斜井开拓是指主、副井均为斜井的开拓方式；平硐开拓是指采用主平硐的开拓方式，综合开拓指采用立井、斜井、平硐等任何两种以上的开拓方式作为主、副井的开拓方式，多井筒分区域开拓是指大型井田划分为若干相对独立的开采区域并共用主井的开拓方式。

2. 按开采水平数目分类

井田开拓按开采水平数目可分为单水平开拓（井田内只设一个开采水平）、多水平开拓（井田内设2个及2个以上水平）。

3. 按开采方式分类

井田开拓按开采方式可分为上山式开拓、下山式开拓及混合式开拓。

上山式，即开采水平只开采上山阶段，阶段内一般采用采区式或盘区式准备。

上下山，即开采水平分别开采上山阶段及下山阶段，阶段内采用采区式或盘区式准备。近水平煤层往往采用带区式准备。

4. 按开采水平大巷布置方式分类

井田开拓按开采水平大巷所在层位和布置方式可分为分煤层大巷开拓、集中大巷开拓、分组集中大巷开拓。分煤层大巷开拓，即每个煤层设大巷；集中大巷开拓，即煤层群中设置大巷，通过采区石门与各煤层联系；分组集中大巷开拓，即将煤层分组，分组中设集中大巷。

有时为了简便，命名开拓方式可能忽略大巷布置方式，如立井开拓方式中有立井单水平上下山式、立井多水平上下山式、立井多水平上山及下山式等。

（二）确定井田开拓方式的原则

井田开拓主要研究如何布置开拓巷道等问题，需认真研究下列问题：

（1）确定井筒的形式、数目及其配置，合理选择井筒及工业场地的位置。

（2）合理确定开采水平数目和位置。

（3）布置大巷及井底车场。

（4）确定矿井开采顺序，做好开采水平的接替和“三量”管理。

（5）进行矿井开拓延伸、技术改造。

（6）合理确定矿井通风、运输及供电等系统

上述开拓问题解决的正确与否，关系到整个矿井生产的长远利益，关系到矿井的基建工程量、初期投资和建设速度，从而影响矿井经济效益。矿井开拓方案一经实施，再发现不合理而改动，将耽误许多时间，耗费巨资。因此，确定开拓问题，需根据国家政策、法律法规，综合考虑地质、开采技术等诸多条件，经全面比较后确定合理的方案。

在解决开拓问题时，应遵循下列原则：

（1）贯彻执行国家有关煤炭工业的技术政策，为早出煤、出好煤、安全高效创造条件，在保证矿井生产可靠和安全的条件下减少开拓工程量，尤其是初期建设工程量，节约基建投资，加快矿井建设。

（2）合理集中开拓部署，简化生产系统，避免生产分散，做到合理集中生产。

（3）合理开发国家资源，减少煤炭损失。

（4）必须贯彻执行煤矿安全生产的有关规定，要建立完善的通风、运输、供电系统，创造良好的生产条件，减少巷道维护量，使主要巷道经常保持良好状态。

（5）要适应当前国家的技术水平和设备供应情况，并为采用新技术、新工艺及发展采煤机械化，综合机械化、自动化创造条件。

（6）根据用户需要，应兼顾不同煤质、煤种的煤层分别开采，以及其他有益矿物的综合开采。

三、矿井巷道类别

矿井开采需要在地下煤（岩）层中开凿大量的井巷和硐室，这些井巷种类众多，实际生产中，常按巷道的空间特征和用途来分类。

（一）按巷道所处空间位置和形状分类

矿井巷道按巷道所处空间位置和形状，可分为垂直巷道、水平巷道和倾斜巷道。

1. 垂直巷道

立井：指直接通达地面出口的垂直巷道，又称竖井。立井一般位于井田中部，担负全矿煤炭提升任务的为主立井，担负人员升降和材料、设备、矸石等辅助提升任务的为副立井。

暗立井：指没有直接通达地面出口的垂直巷道，装有提升设备，也有主暗立井、副暗立井之分。暗立井通常用做上下两个水平之间的联系，即将下部水平的煤炭通过主暗立井提升到上部水平，将上部水平中的材料、设备和人员等转运到下部水平。

溜井：指担负自上而下溜放煤炭任务的暗井。

2. 倾斜巷道

斜井：指有直接出口通达地面的倾斜巷道。担负全口径下煤炭提升任务的斜井叫主斜井，担负矿井通风、行人、运料等辅助提升任务的斜井叫副斜井。

暗斜井：指没有直接通达地面的出口，用做相邻上下水平联系的倾斜巷道，其任务是将下部水平的煤炭运到上部水平，将上部水平的材料、设备等运到下部水平。

上山：指服务于一个采（盘）区的倾斜巷道，也称为采（盘）区上山。上山用于开采其开采水平以上的煤层。按用途和装备，可将上山分为输送机上山（或运输上山）、轨道上山、通风上山、和行人上山等。输送机上山（或运输上山）内的煤炭运输方向为由上下到水平大巷。

下山：指由运输大巷向下，沿煤岩层开掘的为一个采（盘）区服务的倾斜巷道，也称为采（盘）区下山。按用途和装备，可将下山分为输送机下山（或运输下山）、轨道下山、通风下山和行人下山等。

3. 水平巷道

平硐：指有出口直接通达地面的水平巷道。一般以一条主平硐担负全矿运煤、排矸、材料设备运输、进风、排水、供电和行人等任务，专作通风用的平硐称为通风平硐。

石门：指与煤层走向垂直或斜交的水平岩石巷道。服务于全阶段、一个采区、一个区段的石门，分别称为阶段石门、采区石门、区段石门，用于运输的石门称为运输石门，用于通风的石门称为通风石门。

煤门：指开掘在煤层中并与煤层走向垂直或斜交的水平巷道。煤门的长度取决于煤层的厚度，只有在厚煤层中才有必要掘进煤门。

平巷：指没有出口直接通达地面，沿煤层走向开掘的水平巷道。开掘在岩层中的平巷叫岩石平巷，开掘在煤层中的平巷叫煤层平巷。按用途，可将平巷分为运输平巷、通风平巷等；按服务范围，将服务全阶段、分段、区段的平巷分别称为阶段平巷、分段平巷、区段平巷。

（二）按巷道服务范围及其用途分类

矿井巷道按巷道服务范围及其用途，可分为开拓巷道、准备巷道和回采巷道。

1. 开拓巷道

为全矿井或一个开采水平服务的巷道叫开拓巷道。如井筒、井底车场、主要石门、阶段（水平）大巷、采区石门等井巷，以及掘进这些巷道的辅助巷道都属于开拓巷道。

2. 准备巷道

为采区一个以上区段、分段服务的巷道叫准备巷道，属于这类巷道的有采区上（下）山、区段集中巷、区段石门、采区车场、采区变电所等。

3. 回采巷道

形成采煤工作面及为其服务的巷道叫回采巷道，属于这类巷道的有采煤工作面的开切眼、区段运输平巷和区段回风平巷。

开拓巷道的作用在于形成新的或扩展原有的阶段或水平，为构成矿井完整的生产系统奠定基础。准备巷道的作用在于准备新的采区，以便构成采区的生产系统。回采巷道的作用在于切割出新的采煤工作面进行生产，开拓、准备、回采是矿井生产建设中紧密相连的3个程序，解决好三者之间关系，对保证矿井生产的正常运行具有重要意义。

四、矿井生产系统

矿井生产系统是指在煤矿生产过程中的提升、运输、通风、排水、行人、材料和设备运输、排矸、供电、供气、供水等巷道线路及其设施，是矿井安全生产的基本前提和保证。每一个矿井都必须按照有关规定和要求，建立安全、通畅、运行可靠、能力充足的生产系统。矿井生产系统包括井下生产系统和地面生产系统。

（一）井下生产系统

1. 运煤系统

2. 通风系统

3. 运料排矸系统

4. 排水系统

5. 动力供应系统

动力供应系统包括井下电力供应系统和压缩空气供应系统。

（二）地面生产系统

地面生产系统的主要任务是煤炭经过运输提升的地面后的加工和外运，同时完成矸石排放、动力供给及材料、设备供应对工作。地面生产系统通常包括地面提升系统、运输系统、排矸系统、选煤系统和管道线路系统；此外，还有变电所、压力风机房、锅炉房、机修厂、坑木加工厂、矿灯房、浴室及行政福利大楼等专用建筑物。

1. 地面生产系统类型

（1）无加工设备的地面生产系统。这种生产系统适用于原煤不需要进行加工的煤矿，原煤提升到地面以后，经由煤仓或贮煤场直接装车外运。

（2）设有选矸设备的地面生产系统。这种生产系统适用于对原煤只要选去大块矸石的煤矿，或者生产焦煤的煤矿。

（3）设有筛分厂的地面生产系统。这种生产系统适用于生产动力煤和民用煤的煤矿，原煤提升到地面后，需要按照用户对煤质与粒度的要求进行选矸和筛分，不同粒度的煤分别装车外运。

（4）设有筛选场的地面生产系统。这种生产系统适用于产量较大，煤质符合洗选要求的矿井。

2. 地面排矸运料系统

矿井在建设和生产期间，由于掘进和采煤，需要使用或补充大量的材料、更换或维修各种机电设备、排运大量的矸石出矿井，所以要有完善的地面排矸运料系统。

（1）矸石场的选址及类型。由于矸石易散发粉尘，或有自然发火危险，一般选择在工业场地，居民区的下风方向，有利于堆放矸石的地点设置矸石场，尽量不占或少占良田。

矸石不得堆放在水源上游和河床上。能自燃的矸石，不得堆放在煤层露头、表土下10m以内有煤层的地面上，或采空区可能塌陷而影响到井下的范围内。

矸石场按照矸石的堆积形式可以平堆矸石场和高堆矸石场两种。当地面工业场地及其附近地形起伏不平，且矸石无自然发火危险时，可利用矸石将场地附近的洼地、山谷填平覆土还田，这种堆放矸石的方式称为平堆矸石场。目前采用较广泛的是高堆矸石场，这种矸石场堆积高度为25~30m，矸石堆积的自然坡角为40~50度。

（2）材料、设备的运输。矿井正常生产期间，需要及时供应各种材料、设备，维修各种机电设备。这些物料主要是经副井上下，因此材料、设备的运输系统以副井为中心，一般由副井井口至木材加工场、机修厂和材料库等都有运输窄轨铁路。运往井下的材料、设备装在矿车或材料车上，由电机车牵引到井口，再通过副井送到井下。井下待修的机电设备也装在矿车或平板车上，由副井提升到地面，用电机车牵引送往机修厂。

3. 地面管线系统

为了保证矿井生产的需要，地面工业场地内还需设上下水管道、热力管道、压缩空气管道、地下电缆、瓦斯抽放管路和灌浆管路等。