采矿准备方式全貌解析——黑金刚播报
发布时间：
2025-06-11
一、引言
在采矿工程领域，准备方式犹如大厦的基石，是保障高效、安全采矿作业的关键环节。它涵盖了从井田开拓到采煤工作面形成的一系列复杂而又关键的工作，包括合理划分开采块段、精心设计和开掘各类巷道，以及科学布置和安装配套设备等，这些准备工作为后续的采煤作业奠定了坚实基础。
准备方式全景图，作为对采矿准备工作全面、系统且直观的呈现，具有无可替代的重要意义。它以清晰、可视化的方式，将井田内各种准备方式的类型、特点、适用条件以及相互关系一一展现出来。通过这张全景图，采矿工程师们能够站在全局的高度，对整个采矿准备工作进行深入理解和精准把握，从而为科学决策提供有力依据。
以某大型煤矿为例，在引入准备方式全景图之前，由于对不同采区的准备方式缺乏系统梳理和综合考量，导致各采区之间的衔接不够顺畅，设备调配不合理，生产效率低下。而在采用准备方式全景图后，通过对各采区准备方式的详细分析和对比，优化了开采顺序和设备配置，使得矿井的生产能力大幅提升，生产成本显著降低。这充分体现了准备方式全景图在采矿作业中的关键作用，它不仅能够帮助我们提高生产效率、降低成本，还能有效保障采矿作业的安全与可持续发展。
二、准备方式的分类依据
准备方式的分类依据丰富多样，主要涵盖煤层赋存条件、开采方式、区内巷道布置及开采部署、煤层群开采时的联系等多个方面。这些依据相互关联，共同构建起准备方式分类的科学体系。
（一）按煤层赋存条件分类
煤层赋存条件是准备方式分类的重要基础，它犹如一把精准的标尺，依据煤层的倾角和井田划分方式，将准备方式清晰地分为采区式、盘区式及带区式。
•采区式：在井田划分为阶段的情况下，采区式准备方式应用极为广泛。它就像一座功能完备的小型工厂，拥有独立的生产系统，包括采区上下山、车场、硐室等一系列关键设施，各设施之间紧密协作，为采煤作业的顺利开展提供坚实保障。以某典型煤矿为例，该矿采用采区式准备方式，在阶段内沿走向划分成多个采区，每个采区都能高效地进行煤炭开采和运输，实现了规模化生产。
•盘区式：当井田为近水平煤层，难以按传统方式划分为阶段时，盘区式准备方式便应运而生。它如同一个布局巧妙的棋盘，将井田直接划分为盘区，盘区内的巷道布置和开采方式都有其独特之处。例如，在一些近水平煤层的矿井中，采用盘区式准备方式，通过合理规划盘区运输石门和上山，简化了生产系统，提高了运输效率。
•带区式：对于倾角在 12° 以下的煤层，带区式准备方式发挥着独特优势。它摒弃了传统的采区划分模式，在大巷两侧直接布置工作面，形成一个个紧密相连的带区。这种方式就像一条高效的生产线，减少了中间环节，提高了开采效率。如某矿在开采倾角为 10° 的煤层时，采用带区式准备方式，相邻两个分带组成一个采准系统，合用一个带区煤仓，实现了煤炭的快速开采和运输。
（二）按开采方式分类
开采方式是决定准备方式的关键因素之一，它依据采区、盘区或带区与为其服务的水平运输大巷的相对位置关系，巧妙地将准备方式分为上山开采、下山开采和上下山开采。
•上山采（盘、带）区：位于开采水平（标高）之上，煤炭自上向下运输，就像水从高处流向低处，借助重力的作用，运输过程更加顺畅。这种方式在开采过程中，通风、排水等系统相对容易布置，能够有效降低生产成本。例如，在某上山采区，通过合理布置上山巷道，煤炭能够顺利地从工作面运输到水平运输大巷，为后续的加工和销售提供了便利。
•下山采（盘、带）区：处于开采水平（标高）之下，煤炭需自下向上运输，这就需要借助机械设备的力量来克服重力。在实际应用中，下山采区在采煤、掘进、运输、通风、排水等方面面临着诸多挑战，但在一些特定的地质条件下，它依然能够发挥重要作用。比如，当煤层倾角较小，且下山开采能够充分利用已有巷道和设施时，这种方式也能实现高效开采。
•上下山开采：这种方式结合了上山和下山开采的特点，充分利用了井田内的煤炭资源，就像一位精打细算的管家，将资源利用到极致。在一些煤层赋存复杂的矿井中，采用上下山开采方式，能够灵活地调整开采布局，提高煤炭采出率。
（三）按区内巷道布置及开采部署分类
区内巷道布置及开采部署是影响准备方式的重要因素，它从采区或盘区主要巷道的布置位置出发，将准备方式分为单翼采区或盘区、双翼采区或盘区以及跨多上山采区或跨多石门盘区。
•单翼采区或盘区：主要巷道布置于采区或盘区一翼，就像一个不对称的天平，虽然结构相对简单，但在特定情况下能够满足开采需求。这种布置方式适用于一些走向长度较短、地质条件相对简单的区域，能够减少巷道掘进工程量，降低开采成本。例如，在某小型煤矿的单翼采区，由于其走向长度有限，采用单翼布置方式，使得开采系统更加简洁高效。
•双翼采区或盘区：主要巷道布置于采区或盘区中部，如同一个平衡的天平，能够为采区或盘区的两翼提供均衡的服务。这种布置方式相对减少了采区上（下）山、车场、硐室等巷道的掘进工程量，减少了采区运输等设备数量，采区生产能力大，生产比较集中。以某大型煤矿的双翼采区为例，通过合理布置中部的主要巷道，实现了两翼工作面的同时开采，大大提高了采区的生产效率。
•跨多上山采区或跨多石门盘区：上山一般布置于煤层底板岩石中，间距通常为一部胶带机长度，约 1000m。回采工作面连续跨多个上山或石门回采，这种方式就像一条跨越多个障碍的巨龙，能够实现大规模的连续开采。它主要应用于地质构造简单的地段，能够减少工作面搬迁次数，提高开采效率。然而，初期工程量大，占用设备多，对技术和管理水平要求较高。比如，在一些地质条件稳定的大型矿井中，采用跨多上山采区准备方式，实现了煤炭的高效开采和连续运输。
（四）按煤层群开采时的联系分类
煤层群开采时的联系是区分准备方式的重要依据，它根据各煤层准备巷道及生产系统的布置情况，将准备方式分为单层准备和联合准备。
•单层准备：各煤层独立布置准备巷道及生产系统，彼此之间相互独立，就像一个个独立的个体，各自完成自己的开采任务。这种方式适用于层间距较远的煤层群，每个煤层都能根据自身的特点进行个性化的开采布置。例如，在某煤层群中，各煤层之间的层间距较大，采用单层准备方式，每个煤层都拥有自己独立的采区上山、装车站和车场，确保了开采的顺利进行。
•联合准备：几个煤层共用一套准备巷道及生产系统，如同一个紧密协作的团队，共同完成煤炭开采任务。这种方式又可细分为集中上山联合布置和集中平巷联合布置等形式。联合准备能够充分利用资源，减少巷道掘进工程量，提高开采效率，但对生产管理水平要求较高。比如，在一些煤层间距较小的矿井中，采用联合准备方式，几个煤层共用一套上山和区段集中平巷，实现了资源的优化配置和高效开采。
三、各类准备方式详细解析
（一）按煤层赋存条件分类
1. 采区式
采区式准备方式在井田划分为阶段时应用广泛。在缓倾斜、中倾斜煤层开采中，它展现出诸多优势。以某典型煤矿为例，该矿煤层倾角在 15° - 35° 之间，采用采区式准备方式。在阶段内，沿走向划分成多个采区，每个采区都有独立的采区上下山，用于煤炭运输和人员、设备通行；设有专门的车场，方便车辆调度和物料装卸；还有各类硐室，如绞车房用于提升设备的控制，变电所提供电力支持，煤仓用于储存煤炭。这些设施相互配合，形成了一个高效的生产系统，使得该矿能够实现大规模、稳定的煤炭开采。
2. 盘区式
盘区式适用于近水平煤层，这是因为近水平煤层难以按传统方式划分为阶段。在盘区式准备方式中，井田直接被划分为盘区，盘区内的巷道布置独具特色。例如，盘区运输石门通常与井田大巷相连，承担着煤炭运输的重要任务；盘区上山则用于将煤炭从工作面运输到运输石门。以某近水平煤层矿井为例，该矿井采用盘区式准备方式，盘区运输石门采用岩石巷道，稳定性好，维护成本低。盘区上山采用胶带运输，运输能力大，效率高。通过合理的巷道布置和设备配置，该矿井实现了煤炭的高效开采和运输。
3. 带区式
带区式主要应用于 12° 以下的煤层。在这种准备方式中，多分带组成带区，具有独特的布置和开采优势。相邻两个分带组成一个采准系统，合用一个带区煤仓，这样可以减少煤仓的建设数量，降低成本。以某矿为例，该矿开采的煤层倾角为 8°，采用带区式准备方式。在带区内，布置了多个分带，每个分带都有独立的采煤工作面。分带斜巷直接与阶段大巷连接，煤炭运输方便快捷。通过这种布置方式，该矿提高了开采效率，降低了生产成本。
（二）按开采方式分类
1. 采区开采
•上山采区：位于开采水平（标高）之上，煤炭自上向下运输，运输过程借助重力，相对顺畅。例如，某上山采区，煤层倾角为 20°，通过布置一条倾斜的采区上山，煤炭可以沿着胶带输送机顺利地从工作面运输到水平运输大巷。这种方式在通风方面也具有优势，新风和污风均向上流动，沿倾斜方向的风路较短，通风阻力小。
•下山采区：处于开采水平（标高）之下，煤炭需自下向上运输，这就需要借助机械设备来克服重力。在某下山采区，由于煤层倾角较小，为 10°，采用刮板输送机将煤炭从工作面运输到下山底部，再通过提升设备将煤炭提升到水平运输大巷。然而，下山采区在排水方面面临挑战，需要设置专门的排水设备和硐室，将采区涌水排至大巷。
•采区上下山开采：结合了上山和下山开采的特点，充分利用井田内的煤炭资源。在一些煤层赋存复杂的矿井中，采用采区上下山开采方式，能够灵活调整开采布局。例如，某矿井的煤层在不同区域的倾角和厚度有所变化，通过采用采区上下山开采，在煤层倾角较大、厚度较厚的区域采用上山开采，提高运输效率；在煤层倾角较小、厚度较薄的区域采用下山开采，充分利用资源，提高煤炭采出率。
2. 盘区开采
•上山盘区：按煤层倾斜趋向，位于开采水平之上的盘区。在某上山盘区，煤炭通过盘区上山运输到盘区运输石门，再转运到井田大巷。盘区上山采用胶带运输，运输能力大，能够满足盘区内多个工作面的煤炭运输需求。
•下山盘区：处于开采水平之下的盘区。以某下山盘区为例，煤炭需要通过提升设备从工作面运输到盘区下山底部，再通过运输设备将煤炭运输到盘区运输石门。下山盘区在运输过程中需要消耗更多的能源，对设备的要求也更高。
•上下山盘区开采：利用开采水平大巷既采上山盘区，又采下山盘区。在一些近水平煤层的矿井中，采用上下山盘区开采方式，能够充分利用井田内的煤炭资源。例如，某矿井的井田范围较大，采用上下山盘区开采，在井田中部布置大巷，大巷两侧分别划分上山盘区和下山盘区，实现了煤炭的全面开采。
3. 带区开采
•上山带区：开采水平大巷以上的带区。在某上山带区，分带工作面的煤炭通过分带斜巷运输到带区煤仓，再通过带区运输巷道运输到阶段大巷。上山带区在运输和通风方面具有一定优势，能够提高开采效率。
•下山带区：开采水平大巷以下的带区。以某下山带区为例，煤炭需要通过提升设备从分带工作面运输到带区下山底部，再通过运输设备将煤炭运输到阶段大巷。下山带区在排水和运输方面面临一定挑战，需要合理规划和配置设备。
•上下山带区开采：采用开采水平大巷既采上山带区，又采下山带区。在一些煤层倾角较小、井田范围较大的矿井中，采用上下山带区开采方式，能够充分利用煤炭资源，提高矿井的生产能力。例如，某矿井采用上下山带区开采，在井田中部布置大巷，大巷两侧分别划分上山带区和下山带区，通过合理安排开采顺序和设备调配，实现了高效开采。
（三）按区内巷道布置及开采部署分类
1. 单翼与双翼采区（盘区）
单翼采区或盘区的主要巷道布置于采区或盘区一翼，这种布置方式结构相对简单，但在生产效率和通风方面存在一定局限性。由于主要巷道只服务于一翼，采区或盘区的生产能力相对较小，通风线路也相对较长，通风阻力较大。例如，在某单翼采区，由于巷道布置在一翼，煤炭运输距离较长，运输效率较低。同时，通风线路长，导致通风效果不佳，影响了工作面的安全生产。
双翼采区或盘区的主要巷道布置于采区或盘区中部，能够为采区或盘区的两翼提供均衡的服务。这种布置方式相对减少了采区上（下）山、车场、硐室等巷道的掘进工程量，减少了采区运输等设备数量，采区生产能力大，生产比较集中。以某双翼采区为例，通过在中部布置主要巷道，实现了两翼工作面的同时开采，大大提高了采区的生产效率。同时，通风线路较短，通风阻力小，通风效果好，为安全生产提供了有力保障。
2. 跨多上山采区与跨多石门盘区
跨多上山采区的上山一般布置于煤层底板岩石中，间距通常为一部胶带机长度，约 1000m。回采工作面连续跨多个上山回采，这种布置方式能够实现大规模的连续开采。例如，在某跨多上山采区，回采工作面连续跨三个上山进行回采，减少了工作面搬迁次数，提高了开采效率。然而，初期工程量大，占用设备多，对技术和管理水平要求较高。
跨多石门盘区的布置特点与跨多上山采区类似，主要应用于地质构造简单的地段。在某跨多石门盘区，通过合理布置石门和盘区巷道，实现了煤炭的高效开采和连续运输。但同样面临初期工程量大、投资高的问题，需要在开采前进行充分的规划和准备。
（四）按煤层群开采时的联系分类
1. 单层布置
在煤层群开采中，单层布置是指各煤层独立布置准备巷道及生产系统。这种布置方式适用于层间距较远的煤层群。以某煤层群为例，各煤层之间的层间距较大，采用单层布置方式，每个煤层都拥有自己独立的采区上山、装车站和车场。这种方式的优点是每个煤层的开采互不干扰，能够根据自身特点进行个性化开采布置；缺点是总的开拓工程量大，维护成本高，资源利用率相对较低。
2. 联合布置
联合布置是指几个煤层共用一套准备巷道及生产系统，又可细分为集中上山联合布置和集中平巷联合布置等形式。在近距离煤层群开采中，联合布置具有显著优势。例如，在某近距离煤层群中，采用联合布置方式，几个煤层共用一套上山和区段集中平巷。通过合理规划巷道和生产系统，减少了巷道掘进工程量，提高了开采效率，降低了生产成本。同时，由于生产系统相对集中，便于管理和维护。但联合布置对生产管理水平要求较高，需要协调好各煤层之间的开采顺序和生产进度。
五、选择合适准备方式的策略
（一）地质条件分析
地质条件是选择准备方式的关键依据，犹如基石之于高楼，起着决定性作用。在进行地质条件分析时，需重点关注煤层赋存条件和地质构造等因素。
煤层赋存条件涵盖煤层厚度、倾角、稳定性以及层间距等多个方面。对于厚度较大、倾角适中且稳定性良好的煤层，采区式准备方式往往是较为理想的选择。例如，在某煤矿中，煤层厚度在 3 - 5 米之间，倾角为 25°，稳定性较高，采用采区式准备方式，能够充分发挥其生产能力大、生产集中的优势，实现高效开采。而对于近水平煤层，盘区式准备方式更为适宜，它能够有效适应煤层倾角小、井田难以划分阶段的特点，简化生产系统，提高运输效率。如某近水平煤层矿井，采用盘区式准备方式，通过合理规划盘区运输石门和上山，实现了煤炭的顺利开采和运输。当煤层倾角在 12° 以下时，带区式准备方式则能展现出独特优势，它可以减少巷道掘进工程量，提高开采效率。以某矿为例，该矿开采的煤层倾角为 8°，采用带区式准备方式，相邻两个分带组成一个采准系统，合用一个带区煤仓，大大提高了煤炭开采的效率和经济性。
地质构造对准备方式的选择也有着重要影响。断层、褶皱等地质构造会改变煤层的连续性和稳定性，增加开采难度。在存在断层的区域，应尽量避免将采区或盘区的主要巷道布置在断层附近，以免增加巷道维护成本和安全风险。例如，某煤矿在开采过程中，由于采区上山靠近断层，导致巷道变形严重，维护困难，不仅影响了生产进度，还增加了安全隐患。对于褶皱构造，需要根据褶皱的形态和规模来合理确定开采方案。在褶皱较为平缓的区域，可以采用常规的准备方式；而在褶皱复杂的区域，则可能需要采用特殊的开采方法，如沿褶皱轴部布置巷道，以减少对煤层的破坏。此外，还需考虑地质构造对瓦斯、水等灾害的影响，选择能够有效防治灾害的准备方式，确保开采安全。
（二）技术经济评估
技术经济评估是选择准备方式的重要环节，它从技术可行性和经济合理性两个方面进行全面考量，为决策提供科学依据。
在技术可行性方面，需要评估准备方式是否能够满足开采工艺的要求，是否具备先进的技术装备和合理的巷道布置。不同的开采工艺对准备方式有着不同的要求。例如，综合机械化采煤工艺要求准备方式能够提供足够的开采空间和顺畅的运输通道，以确保采煤机、刮板输送机等设备的高效运行。在巷道布置上，要保证巷道的断面尺寸、支护方式能够满足设备通行和人员安全的需要。同时，还要考虑准备方式的可扩展性和灵活性，以便在开采过程中能够根据实际情况进行调整和优化。例如，在某煤矿的开采过程中，由于最初选择的准备方式缺乏可扩展性，当开采区域扩大时，无法及时增加开采工作面，导致生产能力受限。
经济合理性是技术经济评估的核心内容之一，主要包括投资成本、运营成本和经济效益等方面。投资成本涵盖巷道掘进、设备购置、安装调试等费用。在选择准备方式时，应尽量减少投资成本，提高资金使用效率。例如，通过优化巷道设计，减少不必要的巷道掘进工程量，可以降低投资成本。运营成本包括煤炭运输、设备维护、人员工资等费用。要选择运营成本低的准备方式，以提高经济效益。例如，采用胶带运输可以降低煤炭运输成本，合理安排设备维护计划可以减少设备故障率，降低维护成本。经济效益则是通过计算煤炭销售收入、利润等指标来评估准备方式的优劣。在评估过程中，还需考虑煤炭市场价格的波动、资源回收率等因素对经济效益的影响。例如，在煤炭市场价格低迷时，选择资源回收率高的准备方式，可以提高煤炭产量，增加销售收入，从而提高经济效益。
（三）安全与环保考量
安全与环保是采矿作业中不可忽视的重要因素，在准备方式选择中占据着至关重要的地位。
安全是采矿作业的首要前提，选择准备方式时必须充分考虑安全因素，采取有效的安全措施，确保人员和设备的安全。在巷道布置上，要保证通风系统的合理性，确保新鲜空气能够及时输送到工作面，排出有害气体和粉尘。例如，合理设置通风巷道的位置和数量，采用合适的通风设备，能够有效改善工作环境，减少瓦斯积聚和粉尘爆炸的风险。同时，要加强对瓦斯、水、火灾等灾害的防治。对于瓦斯含量高的煤层，应采用瓦斯抽采等措施，降低瓦斯浓度，防止瓦斯事故的发生。在防治水方面，要做好水文地质勘探工作，提前制定防治水方案，防止水害事故的发生。例如，某煤矿由于对水文地质情况了解不足，在开采过程中发生了突水事故，造成了严重的人员伤亡和财产损失。此外，还要加强对设备的安全管理，定期进行设备检查和维护，确保设备的安全运行。
环保是现代社会对采矿作业的必然要求，选择准备方式时要充分考虑环保因素，减少对环境的污染和破坏。在煤炭开采过程中，会产生大量的矸石、废水和废气等污染物。对于矸石，应尽量进行综合利用，如用于建筑材料生产、充填采空区等，减少矸石的堆放量。例如，某煤矿将矸石加工成建筑用砖，实现了矸石的资源化利用，既减少了环境污染，又创造了一定的经济效益。对于废水，要进行处理达标后排放，避免对地表水和地下水造成污染。可以采用沉淀、过滤、净化等处理工艺，去除废水中的有害物质。对于废气，要采取有效的治理措施，减少粉尘、二氧化硫等污染物的排放。例如，安装除尘设备、脱硫脱硝装置等，降低废气对大气环境的污染。同时，还要注重对生态环境的保护，采取植被恢复、土地复垦等措施，减少对土地资源的破坏，促进生态平衡的恢复和重建。
六、小结
准备方式全景图全面且系统地呈现了采矿准备工作中的各类准备方式，它是采矿工程领域的关键指导工具。通过对准备方式分类依据的深入剖析，我们清晰地认识到煤层赋存条件、开采方式、区内巷道布置及开采部署、煤层群开采时的联系等因素在准备方式分类中的重要作用。
在各类准备方式的详细解析中，我们了解到不同准备方式的特点、适用条件及优势。按煤层赋存条件分类的采区式、盘区式和带区式，各有其独特的应用场景；按开采方式分类的上山、下山及上下山开采，以及按区内巷道布置及开采部署分类的单翼、双翼、跨多上山（石门）采区（盘区），还有按煤层群开采时的联系分类的单层布置和联合布置，它们共同构成了丰富多样的准备方式体系。
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