盘区准备方式分类解析-黑金刚播报
发布时间：
2025-06-15
前言
在煤炭开采领域，盘区是一个至关重要的概念。盘区，特指近水平煤层的采区，通常是在开采水平或倾角极小的矿体时，用水平坑道将井田划分出的一系列呈水平分布的长方形区段。其在近水平煤层开采中占据着关键地位，是实现高效、安全采煤的重要基础。
盘区的适用条件主要为倾角α<8° 的近水平煤层。这类煤层由于倾角平缓，几乎水平赋存，具有煤层厚度变化相对较小、地质构造相对简单的特点。因其倾角小，煤体在开采过程中受重力影响小，这极大降低了煤炭运输与顶板管理的难度，为盘区开采提供了有利条件。在实际开采中，我国许多煤矿的近水平煤层区域都采用了盘区准备方式，如神东矿区的部分煤矿，通过合理规划盘区，实现了煤炭的高效开采。
在采煤方法上，盘区一般采用走向长壁采煤法。走向长壁采煤法是指回采工作面沿煤层走向布置，沿煤层倾向推进的采煤方法。该方法具有工作面连续推进，生产效率高，能充分发挥设备效能等优点。在采煤过程中，采煤机沿工作面煤壁进行割煤作业，将煤炭采落；刮板输送机则将采落的煤炭运出工作面，通过后续的运输系统将煤炭输送至地面；液压支架用来支护顶板，确保采煤作业的安全进行。以大同煤矿集团的某些矿井为例，采用走向长壁采煤法，配合先进的采煤设备，实现了高产高效的采煤作业。
按开采煤层数目分类
单层布置盘区
单层布置盘区是指针对每个煤层或分层，单独布置一套盘区上（下）山或石门的开采方式。其特点在于系统相对独立、简单，各个煤层的开采互不干扰。这种布置方式的优势明显，在生产管理方面，由于各煤层开采系统独立，便于组织生产和管理，生产过程中的调度和协调相对容易。同时，开采过程中受其他煤层地质条件变化的影响较小，安全性较高。例如，当某一煤层遇到断层等地质构造时，不会影响其他煤层的正常开采。
然而，单层布置盘区也存在一定的局限性。在巷道掘进方面，需要为每个煤层分别掘进盘区上（下）山或石门等巷道，掘进工程量大，成本较高。而且，设备投入也较大，每个盘区都需要配备独立的运输、通风等设备，设备利用率相对较低。
基于其特点，单层布置盘区适用于层间距较远的单一薄、中厚和厚煤层。在这种情况下，采用单层布置盘区，可以避免因层间距小而采用联合布置盘区时可能出现的相互影响问题，同时也能充分发挥其独立开采、便于管理的优势。
联合布置盘区
联合布置盘区是指在相对较小的开采空间内，同时开采多个相互临近的煤层，集中布置盘区上（下）山或石门，使其服务于多个煤层的开采方式。其工作原理是通过合理规划共用巷道，将多个煤层的开采系统有机结合起来。例如，在大同煤矿集团同家梁煤矿所采煤层为侏罗纪，采用近距离多煤层联合布置盘区，煤层产状平缓，裂隙发育，结构复杂，煤层倾角为 2°～5°，平均 3°。该煤矿 311、410 盘区采用联合布置形式，两盘区共用盘区轨道巷和运输巷，分别布置回风巷，各盘区和各煤层间的回风巷利用横峒、斜井相沟通。
这种布置方式具有显著的优势，在资源利用方面，能够提高空间利用率，减少资源浪费。通过集中布置盘区上（下）山或石门，可以充分利用这些巷道为多个煤层服务，避免了为每个煤层单独布置巷道所带来的资源浪费。在生产效率方面，联合布置盘区可以实现多个煤层同时开采，提高了生产效率。同时，共用巷道的布置也减少了运输、通风等系统的复杂性，降低了生产成本。
在实际应用中，联合布置盘区也需要注意一些问题。由于煤层互相接近，容易引发煤层自燃和火灾，且火灾发生后的处理难度大，容易蔓延、难以控制。因此，需要采取有效的防灭火措施，如均压防灭火技术，通过控制矿井局部区域的气体压力，减少煤层火灾的发生和蔓延。此外，还需要合理规划共用巷道的层位，确保运煤、运料、通风等系统的顺畅运行，以及处理好上下区段过渡时期的系统问题。
按盘区主要巷道位置分类
上山盘区
上山盘区是指将盘区上山沿煤层或煤层底板布置，用与开采其开采水平以上的煤层的盘区，其运输大巷位于采区之下。在布置上，盘区上山通常布置在煤层中或煤层底板岩层中。当布置在煤层中时，具有掘进速度快的优势，能够快速形成生产系统，缩短建设周期。同时，联络巷工程相对较少，费用较低，并且能起到超前探煤的作用，为后续开采提供更准确的地质信息。然而，煤层上山也存在一些弊端，如当煤层倾角α 变化时，会对输送机的运行产生不利影响，导致运输效率降低。而且，为了保护上山，需要留设煤柱，这不可避免地造成了煤炭资源的损失。此外，上山围岩多为煤和软岩，稳定性较差，维护条件较为困难，增加了维护成本和安全风险。当上山与平巷的层面交叉时，往往需要多开绕道工程，进一步增加了工程量和成本。
当盘区上山布置在煤层底板岩层中时，虽然掘进速度相对较慢，但具有诸多显著优点。一方面，巷道维护费用低，能够有效降低长期的运营成本。另一方面，煤损少，并且可以跨上山开采，这不仅提高了煤炭资源的回收率，还加大了采煤工作面的连续推进长度，有利于提高生产效率。同时，生产系统更加可靠，通风条件良好，易于封闭采空区，对防止煤炭自燃非常有利。此外，岩石上山不受煤层倾角的影响，可以按照预定方向直线掘进，便于施工和管理，能合理处理上山与平巷的平面或立面相交工程，绕道工程量小。
在上山盘区的运输系统中，运输上山一般采用铺设带式输送机，其运输能力大，能够满足大规模煤炭开采的需求，可将采煤工作面采出的煤炭高效地运输到盘区煤仓。轨道上山则根据实际情况，可采用无极绳轨道运输或绞车轨道运输，主要用于运送材料、设备以及矸石等。在通风系统方面，新鲜风流从运输大巷进入，经进风斜巷、运输上山，再进入煤层的进风巷，最后到达采煤工作面，为工作人员提供充足的氧气并带走有害气体。污风则通过回风巷、轨道上山、回风斜巷，最终排至总回风巷，由风井排出地面，确保井下空气质量符合安全标准。上山盘区适用于煤层倾角较小、地质构造相对简单的近水平煤层。在这种地质条件下，上山盘区能够充分发挥其布置和开采的优势，实现高效、安全的煤炭开采。
下山盘区
下山盘区是指利用原有开采水平进行下山开采，服务于一个采（盘）区的倾斜巷道，也称采（盘）区下山，用于开采其开采水平以下的煤层。下山盘区与上山盘区在开采方向上相反，这一特点决定了其在开采过程中具有独特的性质。在开采特点上，下山开采时，煤炭需要向上运输，这对运输设备的要求较高，运输能力相对较低。因为向上运输煤炭需要克服重力作用，增加了运输的难度和能耗。但下山开采也有其优势，从全矿角度来看，没有折返运输，总的运输工作量相对较少，这在一定程度上可以降低运输成本和管理难度。
在排水方面，下山开采需要面对更大的挑战。由于采区位于开采水平以下，采区内的涌水不能像上山开采那样直接流入井底水仓，而是需要开掘专门的排水硐室、水仓，并安装排水设备，将涌水先排至开采水平，再排至地面。这不仅增加了排水系统的复杂性，还提高了排水成本和维护难度。同时，随着开采深度的增加，水压增大，对排水设备的耐压性能和可靠性提出了更高的要求。在通风方面，下山开采的通风线路相对较长，通风阻力较大，需要更强大的通风设备来保证井下的通风需求。为了降低通风阻力，需要合理设计通风巷道的断面和布局，确保通风系统的顺畅运行。此外，下山开采还需要解决诸如巷道支护、设备防滑等技术难题。由于下山巷道受重力和地压的双重作用，巷道更容易变形和破坏，因此需要采用更有效的支护方式来保证巷道的稳定性。对于运输设备和人员，也需要采取防滑措施，以确保运输和作业的安全。下山盘区适用于煤层倾角较小、瓦斯含量较低、涌水量不大且地质条件较为稳定的近水平煤层。在这些条件下，下山盘区可以充分发挥其开采优势，实现煤炭资源的有效开采。
石门盘区
石门盘区是指自水平运输大巷开掘石门作为盘区主要巷道的盘区。其布置方式具有独特之处，通常石门与煤层直交或斜交，直接从水平运输大巷向盘区掘进石门，作为盘区的主要运输和通风通道。石门在石门盘区中起着至关重要的作用。在运输方面，石门的存在简化了生产系统，机车可以直接进入盘区石门进行装车，取消了上山胶带运煤的运输环节，减少了运输设备和中间转载环节，提高了运输效率，降低了运输成本。同时，由于石门位于岩层中，维护条件相对较好，减少了巷道维护的工作量和成本。在通风方面，石门可以作为新鲜风流的通道，将新鲜空气直接引入盘区，为采煤工作面提供充足的氧气，保证安全生产。此外，石门还可以用于布置排水、供电等其他辅助系统，为盘区的正常生产提供保障。
石门盘区适用于煤层厚度较大、层间距适中、地质构造简单、埋藏稳定、煤层储量丰富、技术装备水平较高，有一定的岩巷施工力量、盘区生产能力较大的近水平煤层。在这些特定地质条件下，石门盘区能够充分发挥其布置和生产的优势，实现煤炭的高效开采和运输。例如，当煤层厚度较大时，采用石门盘区可以更好地利用石门的优势，实现煤炭的集中运输和高效开采。而对于地质构造简单的煤层，石门的掘进和维护相对容易，能够保证盘区的正常生产。
其他分类视角
按盘区上下山布置分类
从盘区上下山布置的角度来看，可分为单翼盘区和双翼盘区。单翼盘区是指上（下）山布置在盘区走向边界一侧，仅为盘区一翼服务的盘区。这种布置方式的特点在于布置相对简单，施工难度较低，能够快速完成准备工作，缩短建设周期。同时，单翼盘区的通风系统相对简单，易于管理和维护，能够有效降低通风成本和安全风险。然而，单翼盘区也存在一些不足之处，由于其服务范围仅为盘区一翼，导致开采范围有限，生产能力相对较小，难以满足大规模煤炭开采的需求。此外，单翼盘区的运输线路相对较长，会增加运输成本和运输时间，降低运输效率。
双翼盘区则是上（下）山布置在盘区中部，为盘区两翼服务。其优势显著，双翼盘区的开采范围较大，能够充分利用盘区的煤炭资源，提高生产能力，满足大规模煤炭开采的需求。同时，双翼盘区的运输线路相对较短，运输成本较低，运输效率较高，能够有效降低生产成本。此外，双翼盘区的生产相对集中，便于集中管理和调度，能够提高生产效率和管理水平。不过，双翼盘区的布置相对复杂，施工难度较大，需要更多的时间和资源来完成准备工作，建设周期相对较长。而且，双翼盘区的通风系统相对复杂，管理和维护难度较大，需要投入更多的人力和物力来确保通风系统的正常运行。
单翼盘区适用于盘区走向长度较小、地质条件复杂、对开采强度要求较低的情况。在这种情况下，单翼盘区能够充分发挥其布置简单、施工难度低的优势，实现煤炭的安全开采。而双翼盘区适用于盘区走向长度较大、地质条件相对稳定、对开采强度要求较高的情况。在这些条件下，双翼盘区可以充分利用其开采范围大、生产能力高的特点，实现煤炭资源的高效开采。
按开采时煤层联系分类
按开采时煤层联系分类，可分为单层布置盘区和联合布置盘区。单层布置盘区在开采时，每个煤层或分层都单独布置一套盘区上（下）山或石门，各煤层之间的开采相互独立，联系较少。这种布置方式的优点是系统简单，便于管理和维护。每个煤层的开采系统相对独立，当某个煤层出现问题时，不会影响其他煤层的正常开采，安全性较高。而且，单层布置盘区的开采顺序相对灵活，可以根据煤层的具体情况进行合理安排。然而，其缺点也较为明显，由于每个煤层都需要单独布置巷道和设备，导致掘进工程量大，成本高。同时，设备的重复配置也使得设备利用率相对较低，增加了生产成本。
联合布置盘区在开采时，多个煤层或分层集中布置一套盘区上（下）山或石门，通过联络巷等方式将各煤层联系起来，形成一个统一的开采系统。这种布置方式的优势在于能够充分利用共用巷道，减少巷道掘进工程量，降低成本。同时，集中布置的设备可以为多个煤层服务，提高了设备利用率，降低了设备投入成本。此外，联合布置盘区还可以实现多个煤层的同时开采，提高了开采效率和资源回收率。但联合布置盘区也存在一些问题，由于各煤层之间的联系紧密，当某个煤层出现地质构造变化或其他问题时，可能会影响到整个盘区的开采，对生产的稳定性有一定影响。而且，联合布置盘区的系统相对复杂，管理和维护难度较大，需要更高的技术水平和管理能力。
单层布置盘区适用于煤层间距较大、各煤层地质条件差异较大的情况。在这种情况下，采用单层布置盘区可以避免因煤层间距小而采用联合布置盘区时可能出现的相互影响问题，同时也能充分发挥其独立开采、便于管理的优势。联合布置盘区适用于煤层间距较小、各煤层地质条件相近的情况。在这些条件下，联合布置盘区能够充分发挥其减少巷道掘进工程量、提高设备利用率的优势，实现煤炭资源的高效开采。
总结
盘区准备方式的分类是一个复杂且系统的体系，涵盖多个维度。按开采煤层数目，有单层布置盘区与联合布置盘区；依盘区主要巷道位置，分为上山盘区、下山盘区和石门盘区；从盘区上下山布置来看，包括单翼盘区和双翼盘区；按开采时煤层联系划分，又有单层布置盘区和联合布置盘区。这些不同的分类方式相互交织，各自有着独特的适用条件、布置特点以及优劣势。
（文章参考了 慕课中国矿业大学 采矿学 屠世浩、方志军、郑西贵、王旭峰、彭洪阁、袁永的课件）
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