前言

（图片来自慕课中国矿业大学 采矿学 屠世浩、方志军、郑西贵、王旭峰、彭洪阁、袁永)

在采矿工程领域，井田开拓方式堪称基石，其对整个采矿作业的高效、安全与可持续推进起着决定性作用。从本质上讲，井田开拓方式就是主要井硐在井田范围内的布置形式，而这些主要井硐，包括井筒、石门、水平、大巷等，它们共同构建起了从地面通往矿体的通道网络，是实现矿产资源开采的关键基础设施。合理的井田开拓方式能够极大提升采矿效率，有效降低生产成本，并且为安全生产提供坚实保障。不同的井田开拓方式因地质条件、地形地貌、矿体赋存状态以及开采技术等因素的差异而各具特点。因此，深入了解并准确选择合适的井田开拓方式，是采矿工程师面临的重要课题，对保障矿山的经济效益与社会效益有着深远意义。接下来，本文将全面深入地探讨井田开拓方式的分类，剖析各类开拓方式的独特之处与适用场景。

主要井硐

井筒形式

•立井：立井开拓是借助垂直巷道从地面进入地下，再通过一系列巷道抵达矿体的开拓方式。其优势在于提升系统稳定性高，能承受较大提升载荷，适合大深度、大产量的矿井开采，井筒维护相对简便，占用地面空间小，受地质条件变化影响小。但立井开拓也存在明显不足，井筒施工难度大，需特殊施工设备和技术，施工周期长、成本高，提升速度慢，运输效率低，通风线路长、阻力大、成本高。当煤系地层上部的表土层厚度较大，或者煤层埋藏深度较大时，一般采用立井开拓；对提升能力要求较高、对地面空间有限制的矿井，也常常采用立井开拓方式。例如，在一些深部煤矿开采中，由于煤层埋藏深，立井开拓能够有效实现深部资源的开采。

•斜井：斜井开拓是利用倾斜巷道从地表进入地下，并通过一系列巷道通达煤层的开拓方式。其优点是井筒施工相对简单，设备和技术要求低，施工周期短、成本低，提升系统可采用胶带输送机等连续运输设备，运输效率高，通风线路短、阻力小、成本低。不过，斜井开拓的井筒维护难度大，需定期维护和加固，提升载荷受倾斜角度影响较小，不适用于大深度、大产量的矿井开采，井筒占用地面空间大，对地面设施布置影响大。目前，斜井开拓主要适用于煤层埋藏深度较浅、表土层较薄、地质条件相对简单的矿井；对运输效率要求较高、对地面空间限制较小的矿井，也常采用斜井开拓方式。随着强力带式输送机的发展，斜井开拓的适用范围不断扩大。

•平硐：平硐开拓是利用水平巷道从地面进入煤层进行开采的方式，是最为简单、经济的矿井开拓方式。其施工难度最小，成本最低，周期最短，运输系统可采用自流运输，效率高、成本低，通风系统最为简单，阻力最小，成本最低。但平硐开拓的适用范围受地形条件限制大，只有在地形条件适宜时才能采用，且井筒一旦破坏，修复难度较大。它主要适用于地形条件适宜，煤层埋藏在山岭地区，且煤层赋存位置较高，有条件用平硐直接进入煤层的矿井。比如，在一些山区，当煤层位置较高且有合适的地形时，平硐开拓就能发挥其独特的优势。

•综合：综合开拓采用两种或两种以上的基本井硐形式（立井、斜井、平硐）对井田进行开拓。这种开拓方式能够充分发挥各种井硐形式的优点，根据不同地质和生产技术条件，灵活组合井硐形式，适应性强。然而，综合开拓的施工难度大，需要协调多种井硐形式的施工，施工组织和管理复杂，成本较高，需要投入更多资金和资源。根据不同的地质与生产技术条件，综合开拓可以有平硐— 斜井、立井 — 斜井、立井 — 平硐和立井 — 斜井 — 平硐等形式，主要适用于地质条件复杂、单一井硐形式无法满足生产要求的矿井。

水平数目

•单水平：单水平开拓是在井田内只设置一个开采水平，利用这个水平来开采井田内的所有煤层。这种开拓方式的优点是开拓系统相对简单，初期投资较少，建井工期较短，生产管理相对方便。但它也存在局限性，当井田范围较大、煤层赋存深度变化较大时，可能无法有效满足开采需求，会导致开采效率降低。单水平开拓一般适用于井田范围较小、煤层赋存相对稳定且深度变化不大的矿井。例如一些小型煤矿，井田范围有限，采用单水平开拓就能实现高效开采。

•双水平：双水平开拓是在井田内设置两个开采水平，分别开采不同标高的煤层或不同区域的煤层。其优势在于可以根据煤层的赋存条件和开采顺序，合理安排两个水平的开采，提高开采效率，对井田范围较大、煤层赋存深度有一定变化的情况适应性更强。不过，双水平开拓的开拓工程量相对较大，投资较多，建井工期较长，需要协调好两个水平之间的开采关系，生产管理相对复杂。适用于井田走向长度较大、煤层赋存深度有一定差异的矿井，能够更好地适应不同煤层的开采要求。

•多水平：多水平开拓是在井田内设置三个或三个以上的开采水平。这种开拓方式能够更细致地划分井田，适应复杂的地质条件和不同煤层的开采需求，提高煤炭资源的回收率。但多水平开拓的工程浩大，投资巨大，建井工期长，各水平之间的运输、通风、排水等系统更为复杂，生产管理难度极高。通常适用于井田范围大、煤层赋存复杂、开采深度大的大型矿井。例如一些特大型煤矿，由于井田范围广、煤层情况复杂，就需要采用多水平开拓来实现资源的有效开采。

大巷布置

•分煤层布置：分煤层布置是在开采水平内，在各可采煤层中，或在煤层底板岩层中都布置大巷，各煤层单独布置采区，各煤层之间用主要石门联系。就每个采区而言，准备工程量较小，各分煤层大巷之间只开一条主要石门，石门的开拓工程量一般不大；建井时首先在上部煤层进行开拓准备，初期工程量较少；如果各分煤层大巷是沿煤层掘进，则施工速度较快，初期投资较少。然而，每个煤层均布置大巷，总的开拓工程量大和维护工程量大；大巷沿煤层布置，维护困难，维护费用高，煤柱损失大。在建国初期，煤层巷道支护技术不高时，它适用于煤层间距大，井田走向长度和服务年限短的中小型矿井。

•集中布置：集中布置是在开采水平内只布置一条或一对集中大巷，用采区石门联系各煤层。这种布置方式的大巷工程量较少；大巷一般布置在煤组底板岩层或最下部煤与岩石坚固的煤层中，维护容易；生产区域比较集中，有利于提高井下运输效率；由于以采区石门联系各煤层，可同时进行若干个煤层的准备和回采，开采顺序较灵活，开采强度较大。但矿井投产前要开掘主要石门、集中运输大巷和采区石门，煤系地层厚度大时，初期建井工程量较大，建井工期较长；每一采区都要开掘采区石门，煤层间距大时，采区石门总长度大。故这种布置方式适用于井田走向长度大，服务年限长，煤层数目较多，层间距不大的矿井。

•分组集中布置：分组集中布置是将煤层划分为若干分组，每个分组开掘一条集中大巷，分组内用采区石门联系，分组集中大巷之间用主要石门或分区石门联系。这种布置方式总的巷道工程量较少；生产比较集中，大巷容易维护。其缺点是总的石门长度较长。它适用于可采煤层数较多，层间距大小不等的矿井。特别是由于井筒布置要求，当井底车场落在煤层组的上部或中间时，采用分组布置，初期工程量少，建井工期短。

准备方式

•上山式：上山式准备方式是指采区上山位于开采水平之上，煤炭向下运输，井下涌水可借助重力作用，沿着采区上山自流进入井底水仓。这种排水方式使得排水系统相对简单，无需额外设置复杂的排水设备和设施，动力消耗极低，不仅降低了设备的运行成本，还减少了因设备故障导致的排水风险。在运输方面，煤炭运输较为顺畅，运输效率较高。在掘进时，由于是向上掘进，通风相对容易，有利于排出有害气体。不过，上山式准备方式受煤层倾角影响较大，对于倾角较大的煤层，开采难度会增加。它适用于煤层倾角较小、地质条件相对简单的区域。

•下山式：下山式准备方式是采区下山位于开采水平之下，煤炭向上运输，水的流向与开采方向相反，在每个区段都需要设置临时水窝，以收集涌水，同时，还需安装小水泵，将临时水窝中的水逐段排至大巷，再由大巷排至井底水仓。这一过程不仅需要投入大量的设备资金，用于购置小水泵及相关的排水管道，而且小水泵的运行和维护也需要耗费大量的人力、物力和财力。在运输上，煤炭向上运输，需要克服重力，运输成本较高。掘进时，通风难度较大，有害气体排出困难。但下山式准备方式可以充分开采井田深部的煤炭资源。适用于煤层深部有可采资源，且对深部资源开采有需求的矿井。

•上下山式：上下山式准备方式结合了上山式和下山式的特点，同时布置采区上山和采区下山。这种方式能够更灵活地适应不同煤层的赋存条件，提高煤炭资源的回收率。在通风、排水和运输方面，可以根据实际情况，合理利用上山和下山的优势。但上下山式准备方式的巷道布置更为复杂，需要协调好上山和下山的开采关系，管理难度较大。适用于煤层赋存条件复杂，既有适合上山开采的区域，又有适合下山开采区域的矿井。

通风方式

•中央并列式：进、回风井并列布置在中央工业广场内，两井底可开掘到第一水平，也可将回风井只掘至回风水平，以避免生产水平井底车场向回风井漏风。初期开拓工程量小，投资少，投产快；地面建筑集中，便于管理；两个井筒集中，利于开掘和井筒延深；井筒安全煤柱少，易于实现矿井反风。然而，通风路线为折返式，风路长、阻力大，井田走向长时，边远采区与中央采区风阻差异大，可能导致边远采区风量不足；进、回风井距离近，井底漏风大，易造成风流短路；安全出口少，只有两个；工业广场易受主要通风机噪声影响和回风风流污染。适用于井田走向长度小于 4km，煤层倾角大，埋藏深，瓦斯与自然发火都不严重的矿井。

•中央分列式：进风井布置在井田走向和倾斜方向中央的工业广场内，回风井大致布置在井田上部边界沿走向的中央，回风井井底高于进风井井底。安全性好；通风阻力比中央并列式小，矿井内部漏风小，有利于瓦斯和自然发火的管理；工业广场不受主要通风机噪声的影响和回风流的污染。但增加一个风井场地，占地和压煤较多；风流在井下的流动路线为折返式，风流路线长，通风阻力大。适用于井田走向长度小于 4km，煤层倾角较小，埋藏浅，瓦斯与自然发火都比较严重的矿井。

•两翼对角式：进风井大致位于井田走向中央，在井田上部沿走向的两翼边界附近或两翼边界采区的中央各开掘一个出风井。若只有一个回风井，且进、回风井分别位于井田的两翼则称为单翼对角式。风流在井下的流动路线为直向式，风流路线短，通风阻力小；矿井内部漏风小；各采区间的风阻比较均衡，便于按需分风；矿井总风压稳定，主要通风机的负载较稳定；安全出口多，抗灾能力强；工业广场不受回风污染和主要通风机噪声的危害。但初期投资大，建井期长；管理分散；井筒安全煤柱压煤较多。适用于井田走向长度大于 4km，需要风量大，煤易自燃，有煤与瓦斯突出的矿井。

•分区对角式：进风井位于井田走向的中央，在每个采区的上部边界各掘进一个回风井，无总回风巷。各采区之间互不影响，便于风量调节；建井工期短；初期投资少，出煤快；安全出口多，抗灾能力强；进回风路线短，通风阻力小。但风井多，占地压煤多；主要通风机分散，管理复杂；风井与主要通风机服务范围小，接替频繁；矿井反风困难。适用于因煤层埋藏浅或煤层风化带和地表高低起伏较大，无法开凿浅部总回风巷的矿井，在开采第一水平时，只能采用分区式。另外，井田走向长、多煤层开采的矿井或井田走向长、产量大、需要风量大、煤易自燃、有煤与瓦斯突出的矿井也可采用这种通风方式。

•混合式：中央式和对角式的混合布置，进风井与出风井数目至少有 3 个，有中央并列与两翼对角混合式，中央边界与两翼对角混合式，中央并列与中央边界混合式等多种形式 。有利于矿井的分区分期建设，投资省，出煤快，效率高；回风井数目多，通风能力大；布置灵活，适应性强 。但多台风机联合工作，通风网络复杂，管理难度大 。适用于井田走向长度大的改扩建和深部开采的老矿井，多煤层多井筒的矿井，井田面积大、产量大、需要风量大或采用分区开拓的大型矿井。

小结

井田开拓作为采矿工程的关键环节，其方式的选择直接关乎矿井的生产效率、安全状况以及经济效益。从井筒形式来看，立井、斜井、平硐和综合开拓各有优劣，需依据煤层埋藏深度、地质条件、地形地貌等因素精准抉择。水平数目的确定，要充分考量井田范围、煤层赋存状态以及开采技术等条件，单水平、双水平和多水平开拓分别适用于不同的矿井情况。大巷布置的分煤层、集中和分组集中三种形式，也因煤层间距、井田走向长度等因素而有不同的适用场景。准备方式中的上山式、下山式和上下山式，以及通风方式里的中央并列式、中央分列式、两翼对角式、分区对角式和混合式，同样需要根据具体的地质条件、矿井规模和通风要求等进行合理选用。

（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）