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1、第一篇 煤矿开采概论,矿 山 建 设 工 程,2,1 煤田地质基础知识,煤的形成？,1.1煤层埋藏特征与煤层分类,植物,成煤条件：植物、气候、地理、地壳,生物化学,物理化学,腐泥煤(低等),腐植煤(高等),两个阶段,3,颜色 一般从褐煤、烟煤到无烟煤，其颜色从棕褐、褐黑、深黑到灰黑色、钢灰色。煤粉末的颜色称为粉色，亦称条痕色（或条痕）光泽 腐植煤随煤化程度的增高，光泽增强；但煤岩成分不同，其光泽增强程度不同。密度 一般暗煤密度较大，亮煤次之，镜煤最小。硬度裂隙导电性 褐煤由于孔隙度大，湿度大，电阻率低；褐煤向烟煤过渡时，电阻率剧增，所以低、中变质烟煤是电的不良导体；随着煤化程度的增高，电阻率减
2、小，到贫煤、无烟煤时，电阻率较低，尤其是无烟煤阶段，电阻率急剧减小，为电的良导体。,煤层埋藏特征与煤层分类,煤的物理性质,4,无烟煤（WY）煤化程度最高、硬度和密度最大、挥发分低，固定碳高，燃点高，火力耐久。良好的民用燃料，可作为化工原料和制作电极等。贫煤（PM）煤化程度高、挥发分低，热值较高，耐烧，一般不粘结或微弱粘结，不结焦作为动力用煤或民用煤。瘦煤（SM）煤化程度较高，挥发分低，粘结性中等，抗碎强度，耐磨强度较差，作为炼焦配煤效果较好。焦煤（JM）中等煤化，中等强粘结性，能产生热稳定性很高的胶质体。单独炼焦时能获得块度大、裂纹少、抗碎强度高、耐磨强度高的焦炭，所以叫焦煤。作为配煤炼焦使用
3、较好。,煤的分类,煤层埋藏特征与煤层分类,5,肥煤（FM）中等煤化程度，挥发分中高，粘结性最强，能产生大量的胶质体，所以叫肥煤。单独炼焦时能获得熔融性好、强度高、耐磨强度比焦煤炼出的焦炭还好的焦炭。肥煤是配煤炼焦中的基础煤。气煤（QM）低煤化程度，加热时能产生大量的气体和焦油，所以叫气煤。粘结性较强，也可单独结焦，焦炭多呈细长条而易碎，并有较多的纵裂纹，其抗碎强度和耐磨强度均较其它炼焦煤差。气煤是制造煤气的良好原料。长焰煤（CY）煤化程度最低的烟煤。颜色为褐黑色，条痕为深棕色，沥青光泽。燃烧时能发出长长的火焰而得名。粘结性差，只能作为动力用煤或气化用煤。褐煤（HM）颜色为褐色，也有的呈褐黑或黑
4、色，但条痕均为褐色，故称褐煤。光泽暗淡，比重轻，碳含量低，水分大，无粘结性，含有少量的腐植酸。主要作为化工、气化及民用煤。按煤的综合利用分类：炼焦用煤、气化用煤、低温干馏用煤、加氢液化用煤、燃烧用煤。,煤的分类,煤层埋藏特征与煤层分类,6,煤田：在同一地史发展过程中，由炭质物的沉积并连续发育而造成的大面积含煤地带，称为煤田。储量：指地下埋藏着具有工业开采价值的煤炭资源的数量，可用分级和分类来表示其价值。,煤层埋藏特征,A、B-高级储量C、D-低级储量,级别越高，表示地质情况勘查得越详细，煤炭的数量和质量了解得越可靠。,煤层埋藏特征与煤层分类,7,煤层结构：根据煤层中有无稳定的岩石夹层（夹矸），
5、将煤层分为简单结构煤层和复杂结构煤层。,煤层埋藏特征,煤层埋藏特征与煤层分类,煤层埋藏深度 煤层埋藏的深度大小不一，最大埋藏深度可达2km。目前我国的开采深度已达千米以上。煤层厚度 层数及层间距,8,煤层顶底板,煤层埋藏特征,煤层埋藏特征与煤层分类,常见的煤层顶底板岩石有碳质页岩、砂质泥岩、砂岩、石灰岩、粘土岩、砾岩等。,伪顶直接顶基本顶,9,按煤层倾角分,煤层分类,煤层埋藏特征与煤层分类,按煤层厚度分,按煤层稳定性分,稳定、较稳定、不稳定、极不稳定煤层,10,三种基本类型：单斜构造、褶皱构造和断裂构造。,1.2 地质构造,岩层的产状 走向、倾向和倾角。,11,褶皱构造,地质构造,12,断裂构
6、造,地质构造,ab垂直断距（落差）bc水平断距,a-正断层；b-逆断层；c-平推断层,断层要素,断层分类,13,冲蚀、岩溶塌陷和岩浆侵入,地质构造,a-同生冲蚀；b-后生冲蚀,14,井田区域地形图 井田区域地形图是全面反映井田范围内地物和地貌的综合性图纸。地物是指地面上各种不同的物体，如农田、河流、道路、森林、房屋建筑等，地貌是指地面高低起伏的形态，加高山、盆地、山谷、山脊等。,1.3 采矿常用图件,比例符号,非比例符号,线状符号,注记说明：补充以上符号不足而加的文字说明，如地名、村名、铁路名、测点的标高值等。,15,地形等高线,采矿常用图件,地形等高线图,16,地形等高线,采矿常用图件,地貌
7、与等高线图,17,井田区域地形图的识读,采矿常用图件,识读井田区域地形图，应从整体开始，先看轮廓，后看细部，逐渐深入，这样就能获得较清晰全面的认识。,图名、比例尺、北方向、地貌概况、地物情况,18,煤层底板等高线图,采矿常用图件,不同高程的水平面与煤层底板的交线，称为煤层底板等高线。将煤层底板等高线，用标高投影的方法投影到水平面上，按照一定比例尺绘出的图纸，称为煤层底板等高线图。,19,煤层底板等高线图,采矿常用图件,表示方法：褶曲构造、盆地及穹隆构造、倒转煤层构造、断层构造。,盆地和穹隆构造,褶曲构造的表示法,倒转煤层构造,断层构造,正断层,逆断层,20,采掘工程平面图,采矿常用图件,主要反
8、映井田或采区技术边界线，保护煤柱边界线，煤层露头线或风化带，煤层底板等高线，较大断层断面交线，向斜、背斜轴线，煤层尖灭带，火成岩侵入区等。主要用途是：了解本煤层或邻近煤层地质情况及采掘工程空间位置关系，指挥生产，及时掌握采掘进度，进行采区设计，修改地质图件，安排生产计划，以及进行三量计算等。采掘工程平面图有两种类型：一种是设计图，如井田开拓方式图、水平主要巷道平面图、采区巷道布置图、采煤工作面布置图等；另一种是测量图，如井田煤层采掘工程平面图、采区煤层采掘工程平面图、采煤工作面煤层采掘工程平面图等。井田区域地形图、煤层底板等高线图及采掘工程图是煤矿必备的基本图件。,21,采矿常用图件,采掘工程
9、投影平面示意图,1主井；2副井；3井底车场；4运输大巷；5上山；6区段平巷；7工作面；8回风巷；9采空区；10风井,22,采矿常用图件,采区煤层采掘工程平面图,23,2 井田开拓,几个基本概念,2.1 井田与井田的再划分,煤田 在地质历史发展的过程中，含炭物质沉积形成的基本连续的大面积含煤地带，称为煤田。矿区 开发煤田形成的社会区域，成为矿区。井田 在矿区内，划归给一个矿井开采的那一部分煤田，称为井田（矿田）。,24,划分的原则：充分利用自然条件、要有合理的走向长度、要处理好相邻井田的关系、要为矿井的发展留有余地、要有良好的安全经济效果。划分方法：垂直划分、水平划分、按煤组划分及按自然条件形状
10、划分。,煤田划分为井田,井田与井田的再划分,25,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，称之为一个阶段。水平：开采水平简称水平，是矿井运输大巷及井底车场所在的水平位置及所服务的开采范围。盘区:沿煤层的延展方向布置大巷，在大巷两侧划分成为具有独立生产系统的块段，这样的块段称为盘区或带区。,井田的再划分,井田与井田的再划分,26,阶段的再划分,井田与井田的再划分,采区式划分,分段式划分,带区式划分,27,单水平上、下山开拓示意图,多水平上山开拓示意图,多水平上下山开拓示意图,多水平混合式开拓示意图,水平与辅助水平,
11、井田与井田的再划分,28,2.2 井田开拓方式,由地表进入煤层为开采水平服务所进行的井巷布置和开掘工程称为井田开拓。矿井开拓方式是矿井井筒形式、开采水平数目及阶段内的布置方式的总称。,井田开拓方式按井筒形式可分为立井开拓、斜井开拓、平硐开拓和综合开拓四类；按开采水平数目可分为单水平开拓和多水平开拓两类；按阶段内的布置方式可分为采区式、分段式和带区式三类。,“立井单水平采区式”“斜井多水平分段式”“平硐单水平带区式”,29,立井开拓,2.2 井田开拓方式,1主井2副井3井底车场4主要石门5运输大巷6回风大巷7分带运煤斜巷8分带回风巷9工作面10溜煤眼11运料斜巷12行人进风斜巷13回风井,（单水
12、平开拓）,30,2.2 井田开拓方式,（多水平开拓）,31,32,井田开拓方式,斜井开拓,2.2 井田开拓方式,斜井单水平采区式开拓,33,井田开拓方式,1主井2副井3第一分段运输平巷4第二分段运输平巷5第一分段回风平巷6副巷7井底水仓8联络巷9采煤工作面10联络巷11车场12主要通风机,斜井开拓,2.2 井田开拓方式,片盘斜井开拓,34,井田开拓方式,斜井开拓,2.2 井田开拓方式,斜井盘区式开拓,35,36,平硐开拓,2.2 井田开拓方式,1主平硐2回风井3回风大巷4采区运输上山5采区轨道上山6煤层7采区下部车场8平硐口,1主平硐2运输大巷3回风石门4回风平硐5回风井,走向平硐开拓,垂直走
13、向平硐开拓,37,井田开拓方式,综合开拓,2.2 井田开拓方式,主斜井副立井开拓,主平硐副斜井开拓,主平硐副立井开拓,38,垂直巷道(井筒),2.3 矿井巷道,立（竖）井：有通达地面出口，是进入地下的主要垂直巷道，一般位于井田中部。担负矿井主要提煤任务的称为主井，担负人员升降、下料和提矸等辅助提升任务的称为副井。小井：也有通达地面的出口，但断面和深度都较小，一般在井田上部边界地点，只作为地质勘探或临时提升以及通风等用。暗立井（盲立井）：没有直接通达地面的出口的垂直巷道。根据其所担负的任务不同可分为主暗立井（下一水平的煤炭提升井）、副暗立井（下水平的矸石提升、物料及人员的升降等）、溜煤井。,39
14、,水平巷道,矿井巷道,平硐：有一个通达地面的出口，是进入地下的主要水平巷道。一般除运煤外，还兼作运料、行人、通风、供电和排水等用。若开掘两条平硐，根据用途不同，也可分成主平硐和副平硐。平巷：没有通达地面的出口，在地下的煤层中或岩层中沿其走向所开掘的水平（5以下坡度）巷道。一般有集中运输平巷、主要运输平巷、区段运输与回风平巷等。石门：没有通达地面的出口，在岩层中开掘的垂直或斜交于岩层走向的水平巷道。如联络石门、运输石门、回风石门等。煤门：没有通达地面的出口，在煤层中开掘的垂直或斜交于煤层走向的水平巷道。,40,41,42,倾斜巷道,矿井巷道,斜井：有一个通达地面的出口，是进入地下的主要倾斜巷道。
15、其用途与立井相同并有主、副井之分。上山：没有通达地面的出口，且位于开采水平之上，沿煤层或岩层从主要运输大巷由下向上开掘的倾斜巷道。根据其服务范围不同，可分为阶段上山、采区上山等。根据其用途不同，可分为输送机上山和轨道上山。有的采区布置有通风或行人上山、集中溜煤上山等。下山：它的位置和开掘方向与上山相反。除溜煤下山、输送机下山是向上运煤和轨道下山是向下运料以外，其它与上山相似。溜煤眼：专作溜煤用的小斜巷。开切眼：连接区段运输平巷和区段回风平巷的斜巷，准备开采的采煤工作面。,43,44,矿井巷道,硐室：长度较小，断面较大的特殊巷道。一般有变电所、水泵房、火药库、电机车库、躲避所、井下调度室、候车室
16、等。,2.3 矿井巷道,开拓巷道 为全矿井或一个开采水平服务的巷道称为开拓巷道。如井筒（或平硐），井底车场、回风井、主要石门、主要运输和回风平巷等巷道为开拓巷道。准备巷道 为一个采区或两个以上的回采工作面服务的巷道称为准备巷道。如采区车场、采区煤仓、采区上（或下）山、区段集中平巷、区段集中石门等巷道为准备巷道。回采巷道 为一个回采工作面服务的巷道称回采巷道。如区段车场、区段运输和回风平巷、工作面开切眼等巷道为回采巷道。,45,硐室,矿井巷道,46,47,3 采煤技术,顶板分类,3.1 矿山压力基本知识,伪顶 它直接位于煤层之上，是一层极易垮落的薄岩层，常随采随落，多由页岩或泥质页岩组成，厚度一
17、般在0.30.5m以下。直接顶 直接位于伪顶或煤层（无伪顶时）之上，常由一层或数层页岩、砂质页岩组成，厚度由几米至十余米，不很坚硬，是工作面支架支护的主要对象，一般在回柱或移支架后很快垮落。老顶 位于直接顶或煤层（因为有些煤层无伪顶或无直接顶）之上，是由砂岩、石灰岩或砾岩等组成的厚而坚硬的岩层。一般情况下，老顶能在采空区上方维持很大的悬露面积，不随直接顶一起垮落。,48,矿山压力基本知识,采场矿山压力现象 顶板下沉、顶板下沉速度、支柱变形与折损、顶板破碎情况、局部冒顶、工作面顶板沿煤壁切落（或称大面积冒项）。老顶初次来压 当直接顶垮落后不能充满采空区支撑老顶时，随着工作面的不断推进，老顶悬露跨
18、度不断增加，老顶开始变形。当达到极限跨度时，其自重及上覆岩层的重量超过它本身的强度极限，老顶将发生断裂和大面积的垮落，称为老顶初次垮落。老顶初次垮落时给工作面造成的压力增大的现象，称为老顶初次来压。老顶初次垮落时，开切眼煤壁至工作面煤壁的距离，称为老顶初次垮落步距。老顶周期来压 当老顶的悬露跨度达到一定长度时，在老顶自重及上部岩体弯曲下沉的作用下，又将发生老顶的折断和垮落。随着工作面的推进，老顶的这种垮落现象周而复始地出现，称为老顶周期垮落。周期垮落时给工作而造成压力增大的现象，称为老顶周期来压。每次周期来压的间隔距离称为周期来压步距。,采场矿压显现规律,49,图3-2 煤体中开掘巷道后应力重
19、新分布示意图,图3-3 回采工作面前后方应力分布示意图a应力降低区；b应力升高区；c原始应力区,图3-4 采煤工作面左右两侧支承压力分布I卸压带；支承压力带；原岩应力带；采后应力稳定带；lmax峰值位置,50,图3-5 老顶初次垮落 图3-6 老顶周期垮落L初次来压步距 L周期来压步距,采场矿压显现规律,51,3.2 采区巷道布置方式,煤层上山 采区上山沿煤层布置，掘进容易、费用低、速度快，联络巷道工程量少。其主要问题是煤层上山受工作面采动影响较大，生产期间上山的维护比较困难，特别是在缺乏先进支护手段的情况下。岩石上山 对单一厚煤层采区和联合准备采区，为改善维护条件，目前多将上山布置在煤层底板
20、岩石中，其技术经济效果比较显著。上山数目及布置类型 采区上山至少需要两条，即一条运输上山和一条轨道上山才能形成完整的生产系统。但根据生产的发展和开采条件的变化，可以增设第三条通风、行人上山。上山坡度 坡度小于15的上山，可铺设带式输送机或刮板输送机运煤；坡度在1525的上山，可铺设刮板输送机运煤；坡度超过25的上山，则可采用搪瓷或铸石溜槽溜煤，自溜上山的自溜坡度为3035。,52,3.2 采区巷道布置方式,53,采区巷道布置方式,双直线式布置,区段平巷的布置,54,采区巷道布置方式,折线弧线式布置,区段平巷的布置,双弧线式布置,55,采区巷道布置方式,平巷的双巷布置,区段平巷的布置,平巷的单巷布置,56,3.3 采煤方法,采场 在煤层或矿床的开采过程中，一般把直接进行采煤或有用矿物的工作空间称为采场。采煤工作面 在采场内进行采煤的煤层暴露面称为煤壁，又称为采煤工作面。采煤工作 在采场内，为了开采煤炭资源所进行的一系列工作。采煤工艺 由于煤层的自然赋存条件和采用的采煤机械不同，完成采煤工作各道工序的方法也就不同，在进行的顺序、时间和空间上必须有规律地加以安排和配合。采煤方法 指采煤系统和采煤工艺的综合及其在时间、空间上的相互配合。不同采煤工艺与采区内相关巷道布置的组合，构成了不同的采煤方法。,57,采煤方法,采煤方法分类,
