采矿通论教案.doc

采矿通论序言“采矿通论”是研究煤炭开采技术的一门专业基础科学，是综合性、实践性很强的一门课程，是为采矿工程专业以外的其他有关专业编写的必修教材，本书主要研究矿井地质、井田开拓、井巷掘进与支护、采煤方法、矿井通风与安全等内容。煤炭是工业的粮食，我国一次能量消费结构中，煤炭占75%以上。煤炭工业发展的快慢，将直接关系到国计民生。煤炭不仅是我国的基本燃料，而且是重要的工业原料，从煤中可以提取二百多种产品，这些产品都是我国社会主义经济建设和人民生活所必须的。因此，为使我国实现工业、农业、国防和科学技术的现代化，必须加速煤炭工业现代化的步伐。煤炭主要储藏地在北半球，北纬30度到70度是地球重要的含煤带，世界上已发现的地质储量在5000亿吨以上的煤田大部分分布在这一带。美国、俄罗斯、中国、印度、澳大利亚、德国等10个国家集中了世界上90.8%的煤炭可采储量。其中美国的煤炭可采储量占世界问题的25.4%。中国的煤炭可采储量占世界总量11.6%，居世界第3位。我国利用煤炭已有几千年的历史，是世界上发现和利用煤炭最早的国家之一，远在公元前500年左右的春秋战国时期，煤已成为一种重要产品，称为石涅或涅石。魏晋时期称煤炭为石墨，唐宋时期称为石炭，明朝始称煤炭。公元前一世纪，煤已用于冶铁和炼钢。17世纪中叶，明末宋应星编著的天工开物一书，系统地记载了我国古代煤炭的开采技术，包括地质、开拓、采煤、支护、通风、提升以及瓦斯排放等技术，说明当时的采煤业已有相当普遍的发展。第一章 矿井地质知识第一节 地质作用、地壳的物质组成一、 地质作用：地球自身动力引起的物质组成，内力构造、和地表形态变化与发展的作用。地质作用按其能源及作用场分为：二、地壳的物质组成1、门捷列夫周期表中的所有元素（几乎都存在地壳中）其中最主要的化学元素有：O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、H九种占地壳总重量的98.13而Al、Fe、Ca、Na、K、Mg占总重量的23其余90多种合起来占总重量的1.782、几个容易混淆的概念矿物：天然存在于地壳中的化合物或自然元素岩石：矿物组合而成的集合体矿石：岩石中含可利用的矿物造岩矿物：形成岩石的常见矿物3、岩石分类（1）岩浆岩：地球内部的岩浆，沿地壳薄弱地带侵入或喷出地表，冷却凝固形成岩石。见书P3表11（2）沉积岩：沉积而成，沉积岩占地表面积75，占地壳体积5 岩浆岩占地表面积25，占地表体积95（3）变质岩：地壳中原有岩石受到高温、高压及化学活泼的气体或液体的影响，岩石的物理性质和化学性质发生变化，变成一种新的岩石称为变质岩。 例如：石英砂岩石英岩 石灰岩、白云岩大理岩4、沉积岩特征及其分类（1）特征根据以上特征可推断岩石形成的地质时代环境及地层构造。（2）分类第二节 地史的概念，煤的形成和煤系一、地史的概念地球年龄大约有6070亿年，地壳的形成约有2030亿年，在各个时期内的地理环境与生物种群都不相同，形成的岩石和矿产也不相同，为了便于研究，通常根据地壳运动及古生物的发展，将地球的历史从古到今分为：太古代、元古代、古生代、中生代和新生代 五个代每个代又划分为若干个纪，每个纪又划分为二或三个世每个世又划分为若干个期世以上的划分与名称是世界统一的世以下名称是按各地实际情况划分的地质年代单位：代纪世期 地 层 单 位：界系统阶（一个地质年代时期内所形成的地层）二、煤的形成1、 成煤过程植物泥炭褐煤烟煤无烟煤石墨2、成煤条件（1）温暖潮湿的气候：植物的大量生长受气候条件的直接影响，只有温暖潮湿的气候和充分的养分，才适合植物繁殖。（2）丰富的植物资源：一般植物遗体堆积1020m才能形成1m厚的煤，由此可见，大量植物的繁殖是成煤的重要条件之一。（3）泥炭沼泽环境：成煤期间还必须具备适宜的地形环境，以使植物大量堆积，广阔湖泊及低洼地带，是聚煤的良好场所。（4）地壳运动的配合：地壳运动对聚煤有着决定性作用，在聚煤期内地壳缓慢下降，才有利聚煤。以上4种彼此密切联系，缺一都难以形成有价值的煤田。三、煤系的概念在煤的形成过程中，煤层上下同时形成许多岩层，这些夹有煤层的岩层是在同一个成煤时期形成的，称为某一地质时代的煤系地层。（1）煤系一般按其形成的时代来命名：例如：东北的侏罗纪煤系、华北的石炭二迭纪煤系（2）也可采用煤系发育好，研究较早的地区命名：如：华南的晚二迭纪煤系、在江苏龙潭、江西乐平等地研究较早，被称为龙潭煤系或乐平煤系。第三节 煤的性质及工业分类不同性质的煤在工业上的用途不同，如炼钢的、发电的、民用的等等。因此，正确地对煤进行分类，对合理开发资源是非常重要的。下面我们了解一下煤的性质一、 煤的物理性质（一）煤的的物理性质包括：光泽、颜色、条痕、硬度、脆度、比重和容重、导电性等等。P7表1-3（二）煤的化学组成对煤质影响较大的元素有：碳、氢、氧、氮、硫、磷。碳：是煤中有机物质的主要成分，34080.5J/克热量，煤含碳随变质程度加深而增加。氢：是煤中重要的可燃物质，143188.5J/克 含氢量随变质程度加深而减少。氧：是煤中的不可燃物质，但可助燃，随变质程度加深而减少。氮：含氮量较少，仅占13%,煤燃烧时氮呈游离态，不产生热量，炼焦时转化成氨和其它氮化合物。硫：是煤中有害物质，燃烧时生成SO2（它能腐蚀锅炉，管道，污染空气，炼焦煤中的硫，降低钢铁质量，焦炭中含量每增加1，炼铁焦炭增加1824，溶剂消耗量增加20，高炉生产率降低20，国家规定含硫不超过1，另外，开采高硫煤矿井，矿井水呈酸性，腐蚀性强，给矿井排水、提升、带来困难）。磷：也是有害物质（含磷高，不仅增加铁溶剂，焦炭消耗量，降低高炉生产率，还严重影响钢铁质量，国家规定炼焦煤含磷不超过0.01）。二、 煤的工业分类（一）我国新的煤炭分类标准对烟煤国家新的煤炭分类标准主要采用两个指标（1） 代表煤化程度的干燥无灰基挥发分V%（2） 代表烟煤粘结指数GRr（简称）分类中对每一类煤均用两个汉语拼音的大写字母表示（如焦煤（JM）在新的煤炭分类国标中，还采用了数码编号表示煤的分类如气肥煤的编号是46、气煤有34、43、44、45共4个数码编号在编号中十位数代表干燥无灰基挥发分的大小：如无烟煤挥发分最小，十位数字为0，褐煤的挥发分最大，十位数最大（二）新的煤炭分类从褐煤和无烟煤之间共划分14个大类和17个小类，见表P8 1-4（三）各类煤的基本特征及主要用途略：感兴趣的同学课后可以看一看第四节 煤层的埋藏特征由于成煤条件及受地壳运动的影响不同，埋藏在地下的煤层的赋存状态存在明显差别。一、煤层赋存状态煤层是开采的对象，其赋存状态与采矿工作密切相关。煤层赋存状态由煤层的厚度、结构、倾角及稳定性构成。1煤层厚度：煤层厚度差异较大，有的厚度只有几厘米，而有的则可达几十米，甚至百余米，厚度不同开采技术也应不同。因此根据开采技术的特点，按煤层厚度不同分为三类煤层：1）厚煤层煤层厚度在3.5米以上2）中厚煤层煤层厚度在1.3-3.5米3）薄煤层最小可采厚度（0.6-0.8米）-1.3米2煤层结构：指煤层中有无较稳定的夹石层分两类：简单结构煤层煤层中没有层状出现的稳定夹石层复杂结构煤层煤层中含有较稳定的夹石层3煤层稳定性：指煤层厚度的变化分四类：稳定煤层：在井田范围内厚度均大于可采标准，厚度变化有一定规律性较稳定煤层：厚度比较大，但井田范围内大多可采不稳定煤层：厚度变化很大，常有增厚、变薄、分岔、尖灭现象极不稳定煤层：常呈鸡窝状、串珠状等断续分布4煤层的倾角：倾角煤层或岩层面与水平面之间的二面角叫煤或岩层的倾角根据倾角大小将煤层分为三类：缓斜煤层025度倾斜煤层2545度急倾斜煤层45度以上二、煤层的产状要素煤层在空间位置及特征通常用产状要素来描述产状要素：走向线：煤层或岩层层面与水平面相交的线称走向线走向：走向线的延伸方向称走向倾向：煤层层面上与走向线垂直向下的倾斜线的水平投影所指的方向倾角：煤层层面秘水平面之间的二面角。在矿物资源中均按上述产状要素描述矿物的赋存形迹。矿物的述形迹的描述又称产产状三要素。三、煤层的顶底板定义：位于煤层之上（或下）一定距离的岩层，称为顶板（或底板）。顶底板的分类：1、顶板 根据采煤过程顶板岩层变形和跨落的难易程度，顶板分为：伪顶直接顶老顶2、底板 分为直接底老底四、地质构造对煤层的影响在地壳运动影响下，煤和岩层改变了原来的埋藏状态，产生了变形或位移，称为地质构造。分类为：1、 单斜构造：受地壳影响，煤层与水平面之间形成一定角度，而且向一个方向倾斜。2、 褶皱构造：煤层受地壳运动而成，波状弯曲，并且保持煤层的连续性和完整性的构造形态。褶皱构造的基本单位是褶曲分类：（1）背斜褶曲：中间老、两翼新。 （2）向斜褶曲：中间新、两翼老。3、 断裂构造：岩层受力后遭到破坏，失去了连续性和完整性的构造形态，叫断裂构造。断裂构造分为两种形式 （1）裂隙：断裂面两侧岩层没有发生明显位移。 （2）断层：断裂面两侧岩层产生了明显位移。3.1描述断层形态的性质，常用四个要素进行描述。即断层面；断盘；断层线；断距。 断层面：岩体被断层面切断时，两部分岩体沿着破裂面发生相对位移，此破裂面称为断层面特征：多数倾斜，而且不规则，局部可以作为平面看待 可以用走向、倾向、倾角表示它的空间位置。 断盘：被断层分割开，作相对运动的两个岩体，称为断盘。 断层面之上叫上盘；断层面之下叫下盘。 断层线：断层面与地形面的交线，也就是断层面在地面的出露部分。它常为不规则的曲线，大致反映断层的延伸方向。 断距：上盘与下盘相对位移的距离，断距可分为垂直断距和水平断距。3.2 断层的分类（1）根据断层两盘相对位移方向分：正断层：上盘相对下降，下盘相对上升逆断层：上盘相对上升，下盘相对下降平推断层：沿水平方向相对运动。（2）根据断面走向与岩层走向，相对关系分：走向断层：断层走向和岩层走向近于一致倾向断层：断层走向与岩层走向近于正交斜交断层：断层走向与岩层走向斜交。3.3 断层组成的地貌在断层较多的地区，常以一定规律出现，形成多种地貌，如： 地堑和地垒：特征：正断层组成，中间断盘相对下降，两侧断盘相对上升，为地堑， 中间断盘相对上升，两侧断盘相对下降，为地垒。 阶梯状构造：数条倾向大致一致的正断层组合而成，倾向方向，同一岩层位置步步降低。五、岩溶塌陷及岩浆侵入对煤层的影响岩溶：又称喀斯特，凡是地下水和地表水对可融性岩石所产生的作用，叫岩溶作用。岩溶作用包括化学过程（溶蚀和沉淀）和机械过程（侵蚀、重力崩塌）。1、 岩溶引起上覆煤层和岩层跨落形成陷落柱，从而破坏了煤层的完整性，给开采带来困难。2、 岩浆侵入煤层，使煤层的稳定性和连续性遭到破坏。岩浆侵入煤层冷却后，形成三种状态：（1）岩床 （2）岩墙 （3）岩脉六、影响开采工作的其它因素1煤层顶底板岩石根据顶底板岩石物理力学性质不同，煤层开采过程中所需维护的工作空间采用的方式不同顶板坚硬可采用支护能力较低的支架顶板软可采用支护能力较强的支架2煤的自燃倾向无论哪种煤在本质上都有不同程度的自燃性质，煤的自燃性决定于煤层的疏松程度及氧化过程的剧烈程度。松软、厚：自燃危险就愈大；煤质较差：易自燃3煤和岩层的含沼气性在矿井开采过程中，煤和岩层不断散发有毒有害气体，其中主要是沼气（CH4）4矿井的充水程度地表及地下水，可造成矿井充水，严重时可能威胁矿井安全，了解充水程度，在技术上采取相应措施（疏水、排水）第二章 矿图矿图在矿井设计、施工和生产管理工作中所需要绘制一系列的图纸。分类：矿井地质图根据地质勘探资料绘制，矿井建设和生产管理中不可缺少基础资料。主要包括：地质地形图、钻孔柱状图、煤岩对比图、地质剖面图、煤层等高线图等。采矿工程图以矿井地质图为基础绘制的工程图，在矿井建设和生产过程中，根据实际测量资料，不断地修改和补充，是采矿工程技术人员不可缺少地技术资料。主要包括：矿井开拓平、剖面图，采掘工程平剖面图，巷道断面图等。第一节 矿图基本知识点和线表示方法1平面直角坐标系中央子午线和附近的经纬线在平面上的投影。中央子午线的投影为一条直线，投影后无长度变形，而其余的经线投影后为曲线，其长度发生变形，离中央子午线愈远，变形愈大。为了保证图的精度，从英国格林威治天文台开始，由西向东按经度每6划成一个条带，称为6投影带，地球共划分60个投影带。以中央子午线作为平面直角坐标系的x轴，以赤道作为y轴，这样每个6带便构成一个独立的平面直角坐标系。纵坐标从赤道算起，向北为正值，向南为负值。我国位于北半球，纵坐标均为正值。横坐标自中央子午线算起，向东为正，向西为负。为避免横坐标出现负值，将纵轴向西平移500km，这样横轴坐标值就全是正值了。按一定的间隔，作一系列平行于中央子午线和赤道的直线，便构成了平面直角坐标网。2高程地面上某点的高低是用高程表示，我国是以黄海平均海平面作为高程基准面，也叫大地水准面。高出大地水准面称为正值，低于大地水准面称为负值。如果选定一个特定标高为假定水准面，某点与假定水准面的垂直距离称为相对高程。3直线段的方位角如有一段工程，有一定的方向性，两端又有一定的高程差，在立面直角坐标系中，反映两出高程差，又得反映方向。 4比例尺绘制各种工程图都必须按照一定的比例划，常用的矿图比例为：地质地形图、井上下对照图、煤层底板等高线图、开拓平、剖面图，常用的比例尺为：1：1000、1：2000、1 ：5000、1 ：10000。采区巷道布置平面图、采区巷道布置剖面图，综合柱状图，常用的比例为：1：1000、1：2000、1：5000。 井底车场布置、井筒剖面图、采区车场平面图,常用的比例为:1：100、1：200、1：500。 井筒断面图、峒室断面图、巷道断面图，这些局部施工图，常用的比例:1：20、1：50、1：100。 5图例对地形、地物、地层、地质构造、井巷工程等，在矿图上需要用一些特定符号,标注在图纸上，这些符号称为图例，矿图上的图例，应采用各行业频发地统一标准。P20第二节地形地质图地形图反映地球表面高低起伏的图纸，地形图一般用地形等高线反映地貌。1等高线做法和特点等高线基本作法地面上高程相同的若干点联接而成曲线，或者是水平面与地表面相截的交线，将高程不同的等高线投影平面上，则得地形等高线图。等高距相邻两个水平面垂直距离，或两条等高线间的高程差。在同一幅地形图上等高线的等高距是相同的。等高线特点1）等高线是连续闭合曲线，不在图内闭合，就一定在图外闭合，在一般情况下，所有等高线不能相交或重合。2）等高线上任意一点向相邻等高线可以作很多线段，投影到水平面后，其中最短的一条线段称为最大倾斜线。等高线与最大倾斜线成直交。 2等高线图上各种地形的表示方式1）山岗和凹坑山岗和凹坑的等高线图都是一圈套一圈的闭合曲线。等高线高程由外向里降低为凹坑，等高线高程升高为山岗。2）山脊和山谷山脊的等高线凸出方向是标高降低方向，山谷等高线的凸出方向是标高升高的方向。3）等高线稠密表示陡坡，稀疏表示缓坡，等高线间距均匀表示坡度一致。3根据等高线作地形剖面图用地形等高线图作地形剖面图，其步骤如下： 1）根据工程需要在地形图上画出剖面位置。 2）将剖面线与等高线相交的各点编点，注明各点标高。 3）在图的上方，先作一条水平直线，以地形等高线图上所作剖面位置的最低标高为此水平线的标高。 4）根据等高线图的比例尺和等高距作出平行该直线的水平线，并注明标高。5）过等高线图上各交点，向剖面图上的水平线作垂直引线，根据各点的标高，在剖面图上确定各点的位置，并编号。 6）用圆滑的曲线连接这些实际位置点，即绘成地形剖面图。第三节 矿井地质图地质图表示矿井岩层赋存状况、层位关系、地质构造、储量分布图纸的统称。包括钻孔柱状图、地质剖面图、地质地形图、煤层底板等高线图等。1钻孔柱状图进行矿井设计之前，必须弄清煤层在地下的赋存状况，掌握一定的地质资料，才能进行设计。了解煤层在地下赋存状况，通常采用从地面向地下打许多钻孔，取出岩芯，根据岩芯得到备岩层和煤层，在地下的埋藏深度、厚度及构造.按一定比例的符号绘制在图纸上标注出煤、岩名称、厚度、特征、埋藏深度、生成历史年代的图纸，称为钻孔柱状图。2地质剖面图1）为勘探矿层，首先在地面布置许多勘探绒，每条一勘探线上布置一些钻孔，在地形图上划一条大致与各勘探线垂直的准线。2）沿一勘探线将地层剖开，沿勘探线剖开的剖面图称勘探线剖面图，这条勘探线是沿矿层倾斜方向布置的，该图又称矿层倾斜剖面图。以准线为基准将各钻孔标出，并划出各钻孔的 见矿点，（钻孔与矿层底板的交点），用园滑曲线将同一煤层的各见煤点连接起来，就得到在倾斜地质剖面上各煤层赋存状况，若沿煤层走向做剖面，得矿层走向勘探线剖面图。 有断裂构造煤层倾斜勘探线地质剖面图。将见到断层破碎带的点连接起来，即为断层面。将各见矿点连接起来，并与断层面相交，即得到了具有正断层构造的倾斜地质勘探线剖面图。3矿层底板等高线图利用地质剖面图可绘制矿层底板等高线图。首先按勘探线的间距，方位和一定的比例，将各勘探线划在平面图上，根据某一勘探线地质剖面将矿层底板等高线几个等距离的标高点，投影到水平线上，得几个点，在平面图上，根据勘探线布置图给定的基准，找出剖面图上各点的相对位置，用同样的方法，找出其它地质剖面相应等高线在平面图上的相对位置，用平滑曲线将同标高的各点连接起来，即得矿层底板等高线图。将等距离水平面与煤层底板的交线，投影到水平面上，也可得煤层底板等高线图。在煤层底板等高线图上，等高线向标高降低的方向突出，称为背斜构造。煤层的分水线称为背斜轴。煤层底板等高线向标高上升的方向突出，称为向斜构造，煤层汇水线称向斜轴。矿层失去了原来的连续性，发生断裂构造断层，用等距水平面切割煤层和断层，将其交面线投影到水平面上，即得有断裂构造的矿层底板等高线图和上、下盘交面线。正断层表现为两条交面线中间等高线缺失，中断部分为无矿区。延长下盘等高线至上盘，用插入法打出虚线在上盘此处位置的标高，即断层落差为，虚线与等高线的垂距为断层错距。若断层的上盘上升、下盘下降，其断裂构造的逆断层，逆断层在矿层底板等高线图上，表现为两条断层交面线之间，煤层底板等高线是重迭的。利用煤层底板等高线做地质剖面图，在设计和施工管理中是常用的一种方法。其作法为：首先在底板等高线图上，在需要作剖面的位置划出剖面线，注出剖面线与上、下盘煤层等高线及断层交面线的各交点，如。在另一张图上划出与煤层等高线同高程同比例的水平线，以其一个点为基准，在平面图上量取各线段长度，在剖面图上先假定一个点为基准，以该点为基准，量取相对的线段。根据平面图各点的标高，在剖面图上找出相对标高点，分别连接上盘、下盘和断裂线的各点，即得具有断裂构造的地质剖面图。第四节 采矿工程图采矿工程图按其投影方式分：平面图、剖面图、立面图和层面图。按图纸反映的内容分：井上下对照图、开拓系统平、剖面图、采区巷道布置平面图、采区巷道布置剖面图、工作面平、剖面图、还有井筒剖面、断面图，井底车场统一线路布置图、采区车场线路布置图，巷道断面图、综合柱状图等。1井上、下对照图井上下对照图，反映井田范围内地面的地形、地物和井下的开拓巷道布置。2井田开拓平面图和剖面图井田开拓平面图相当于机械制图的俯视图。该图反映的内容：通过井田境界和比例尺，可以看出井田范围和尺寸大小；通过经纬网和指北针，反映井田位置；通过煤层底板等高线、断层、火成岩侵入体；可反映煤层在地下的赋存状态；通过主副井筒、风井、硐室及开拓巷道的布置，反映矿井的开拓方式，井底车场的布置形式；通过上山布置位置，反映采区布置、接续及投产工作面情况，该图还有勘探线及钻孔布置等内容。开拓剖面图，是通过井筒而做的井田剖面，该图能反映出煤层数目、开采水平划分，井筒、运输大巷及回风大巷的位置、工业广场保护煤柱及煤层在剖面上的赋存状态等内容。3采区巷道布置平、剖面图缓倾斜和倾斜矿层采区巷道布置平面图、采用水平投影法、得出平面图。在采区巷道布置平面图上，能反映煤层赋存状况，运输和回风大巷位置、上山布置、区段划分，上山与区段平巷、大巷之间的联系方式、区段平巷和上、下顺槽的布置及联系方式、工作面布置及生产系统、采区硐室，为表示巷道的空间位置，平面回上标有经纬网、巷道标高、指北针、采区边界等内容。采区剖面图主要反映煤层沿倾斜方向的赋存情况、上山位置、上山与运输大巷、回风大巷联接方式、区段的划分、区段巷道的布置及与上山联络方式、采区硐室的位置。4立面图和层面图反映急倾斜煤层采区巷道布置，如选用平面投影法，由于巷道间水平间距近，往往很难把采区巷道布置情况反映清楚，一般采用立面投影（机械制图的主视图）或层面投影法。立面图上水平巷道反映巷道实际长度，倾斜巷道随煤层倾角的加大，越接近实际长度。把采区巷道投影到一张与煤层层面平行的图纸上，按着工程设计要求，缩小一定比例而得到的图纸，即为层面图。层面图上水平巷道和平行煤层层面的倾斜巷道，都反映巷道的实际长度，与煤层层面呈一定角度的巷道，反映到图纸上有所变形，随着夹角的增大，巷道变形也越来越大，与煤层层面呈90夹角的倾斜巷道，在图纸上则只反映出巷道的断面。急倾斜煤层采用立面图或层面图绘制采区巷道布置图，效果最佳。急倾斜煤层采区巷道布置立面图或者层面图。反映的内容同于缓倾斜或倾斜煤层采区巷道布置图。5水平切面图沿着某标高将井田切开，绘制该水平内的巷道及硐室、煤层、地质构造、经纬线、指北针、井筒、井底车场等内容，称为水平切面。水平切面图一般沿开采水平标高将井田切开的。第三章 井田开拓概述第一节 矿区开发一、矿区开发总体规划与总体设计煤田范围很大，往往可划归一个或几个矿区来开发，以便有计划地进行开采，开发一个矿区首先要做好矿区开发的总体规划，在做矿区总体规划之前，必须进行矿区建设可行性研究，内容大致分为八个部分和总述。总述的内容是：1）概述；2）矿区建设综合评价；3）存在主要问题与建议。八个部分的内容包括：1）矿区概况及建设条件资源、开采技术条件；2）矿区开发与建设矿区规模、井田划分、矿井生产能力及服务年限；3）用户与产品方案加工方式；4）矿区地面设施与总布置行政、福利、文教卫生、居民区规划；5）矿区外部协作配套设施铁路、公路、通讯、电厂等；6）综合利用与环境保护；7）技术经济分析与主要技术经济指标；8）矿区建设可行性的综合评价。经过技术经济论证，得出矿区开发的合理性，经济性和可能性之后，由政府主管部门下达矿区总体设计任务书，然后编制矿区总体设计。见书P35页二、矿区开发主要解决的基本问题1 确定合适的井田境界（根据煤田的资源情况和开采技术条件，并结合国家对煤种、煤量的需要合理确定）2 确定矿井年产量及服务年限3 井田合理的再划分4 确定最优的井田开拓方式5 确定合理的开采顺序及生产系统（一般是先浅后深，先近后远）第二节 井田划分煤田的范围较大，面积可达数十到数千平方米，储量可达数亿数百亿吨煤田内的煤层数目少则数层，多则数十层，不难想象，这样大的范围和储量不可能一下子开采出来，必须将其划分成若干较小部分，每一部分由一个矿井开采，分步骤依次开采。这就是煤田的划分。井田划分给一个在矿井开采的那部分煤田称为井田煤田划分井田的方法有四种：1 垂直划分法：相邻井田以某一垂直面为界线划分井田边界2 水平划分法：通常以某一标高的水平面为界来划分井田边界3 按煤组划分：根据煤层的层间距的大小，将层间距小的煤层划分为一个煤组，归一个矿井开采，层间距大的煤组，划归另一个矿井开采。4 按自然特征划分：对大的构造，煤层变化、水文地质等特征，依此特征划归一个矿井第三节井田再划分煤田划分为井田后，井田的范围仍然很大，有的井田走向长度可达数千米，乃至上万米，倾斜长可达数千米。这样大范围的井田，总不可能一下子就全部采出来，必须把井田再划分成若干较小的部分，以使有计划按顺序进行开采，这就是井田再划分。井田再划分为了有计划地进行井田开采，而把井田再划分成若干较小部分的工作。一、井田划分为阶段阶段在井田范围内，沿煤层倾斜方向，按一定标高把井田划分成若干个平行于走向的长条形部分，称为阶段。1 阶段的特点：走向长度等于井田走向长度倾斜长度为井田斜长的一部分2阶段之间的分界面一个井田沿倾斜长度可以分为若干个阶段，而阶段是按标高来划分的，因此阶段之间的分界面，通常以标高来表示，这个标高称为水平，如0，100，200相应地称为0水平，100水平，200水平。3开采水平为了依次开采井田的各个阶段，通常要在阶段的上部边界布置回风平巷，在阶段下部边界布置运输大巷并高井底车场。井底车场指井硐与井下主要巷道连接处的一组巷道和硐室的总称。开采水平指布置有主要运输大巷和井底车场并担负全阶段运输任务的水平，称为“开采水平”简称水平。一个井田可用一个水平开采，称为单水平开拓，也可用二个以上水平开采，称为多水平开拓。二、井田划分为盘区或带区在开采倾角很小的近水平煤层时，煤层沿倾斜的高差很小，一般采用沿煤层的主要延伸方向的井田中部布置主要运输大巷，以大巷为轴将井田划分成若干适宜开采的块段，每一块段叫做盘区或带区。，每个盘区具有独立的生产系统。三、井田分区域的划分近年来，世界上出现了一些年产数百万吨到一千万吨以上的特大型矿井，这类矿井井田范围可达几十甚至上百平方公里。为保证矿井产量，解决矿井通风及辅助运输方面的困难，往往将井田再划分成若干个走向35千米，倾斜长2千米左右的分区，每个分区内可根据需要再划分阶段等。a) 阶段内的布置方式井田划分成阶段后，阶段的走向长度仍为井田的走向长度，倾斜长度仍很大。1阶段垂高及阶段斜长01503004500150300450H1阶段的大小一般用阶段垂高或阶段斜长来表示。阶段垂高阶段上部与下部分界面间的垂直高度阶段斜长阶段范围内的倾斜距离称为阶段斜长当阶段垂高一定时，阶段斜长随煤层倾角增大而减小。根据我国开采技术条件，矿井阶段垂高合理范围是：缓倾斜、倾斜煤层：150250m急倾斜煤层：100150m2阶段内的布置方式（再划分）井田划分成阶段后，在阶段内按不同的开采技术条件，可进一步对阶段进行划分，以便布置有关巷道。阶段内的布置方式可有采区式、分段式及带区式划分三种方式。1）采区式划分采区在阶段范围内，沿走向把阶段划分为若干个具有独立生产系统的块段，每一块段称为采区。采区特点：（1）采区的倾斜长度与阶段斜长相等，一般为6001000m，（2）采区的走向长度为阶段或井田走向长度一部分，一般为5002000m（3）采区内具有独立的运输、通风、运料等生产系统。区段在采区范围内，沿煤层倾斜方向将采区划分为若干个平行于走向的长条部分，每一部分称为区段，每个区段作为一个工作面。2）分段式划分分段在阶段范围内不划分采区，而是沿煤层倾斜方向，将煤层划分成若干平行于走向的长条带，每个长条带称为分段。每个分段作为一个工作面。3）带区式划分带区在阶段内，沿煤层走向将阶段划分为若干个具有独立生产系统的倾斜条带，每个条带称为带区。分带在带区内沿煤层走向划分若干个倾斜条带称为分带。每个分带布置一个采煤工作面，各分带沿煤层倾斜向上或和向下推进，分别称仰采或俯采）。此种划分，一般适用于煤层倾角小于12度的缓倾斜或近水平煤层。第四节 矿井储量、生产能力和服务年限一、矿井储量 当井田境界划定以后，根据煤层的层数和厚度计算出矿井的煤炭数量，它是确定矿井生产能力的基础。1矿井储量的概念矿井储量是指具有工业价值的煤炭数量。它不仅包含着煤炭在地下埋藏的数量，而且还表明了煤炭的质量、地质情况、储量的可靠性，以及被开采利用的价值。矿井储量的分类矿井储量矿井地质储量矿井工业储量矿井可采储量平衡表内储量(ABC)平衡表外储量（D）设计储量永久煤柱损失量矿井设计可采储量设计损失量1） 矿井地质储量：指井田范围内具有工业价值的全部储量。2） 矿井工业储量（ZC）：指在井田范围内经过地质勘探煤层厚度和质量合乎开采要求，地质构造比较清楚，目前即可供利用的可列入平衡表内的储量。3） 矿井可采储量（Z）：是矿井可以采出的储量。Z（ZCP）C式中P保护工业场地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物等留置的永久煤柱损失量C采区采出率，厚煤层不低于0.75；中厚煤层不低于0.80；薄泄愤不低于0.85；地方小煤矿不低于0.70。4） 平衡表外储量（远景储量）：指能利用储量中的D级储量，因查明程度不够，有待于进一步勘探都能被利用。二、矿井生产能力1矿井生产能力：指矿井设计所确定的矿井一年内所能生产的煤炭数量。2按照矿井设计的生产能力的大小把矿井分为中种类型：特大型矿井：600万吨/年，300500万吨/年；大型矿井：120、150、180、240万吨/年中型矿井：45、60、90万吨/年小型矿井：9、15、21、30万吨/年2 各种井型的矿井的适用条件大型矿井：储量丰富、地质构造简单、煤层生产能力大、开采技术条件好的矿区；中小型矿井：储量不很丰富、煤层生产能力不大；或储量较丰富，但多为薄煤层，开采技术条件较差；或地质构造比较复杂，以及煤层有煤和瓦斯突出危险的矿区。三、矿井服务年限（P）1概念：矿井服务年限是指矿井从投产到报废的开采年限。2矿井服务年限与矿井生产能力及矿井储量的关系：式中K矿井储量备用系数，矿井设计一般取1.4，地质条件复杂的矿井及矿区总体设计可取1.5，地方小煤矿可取1.3；Z矿井可采储量；A矿井生产能力。3储量备用系数作用及功能1）为避免在实际生产中可能出现局部地质变化造成储量减少景况影响矿井服务年限2）为避免矿井由于新技术、新工艺的发展使产量增大，而造成矿井服务年限缩短第四节 矿井巷道名称与分类矿物资源的开采通常有两种：露天开采和井工开采两种矿物的开采方法不同体现其进入矿体的方式、采掘运输工艺和生产组织等不同。1 露天开采：从敞露的地表直接采出有用矿物的方法。2 井工开采：从地面向地下开掘一系列通道后采出矿体的方法。井工开采需要一系列进入地下的通道，这些通道统称为矿山井巷。一、 矿山井巷的名称矿山井巷种类很多，根据井巷的长轴线与水平面的关系，可以分为垂直巷道、水平巷道、倾斜巷道三种。1 垂直巷道巷道的长轴线与水平面垂直。根据巷道特征及其用途，垂直巷道主要有：1） 立井（竖井）指直接与地面相通的垂直巷道。主立井：担负全矿矿物提升任务的立井叫主立井；副立井：主要担负全矿材料、通风、矸石及升降人员等辅助提升任务的立井叫副立井。2） 暗立井：指不与地面直接相通的垂直巷道，其用途同立井（二水平开拓）3） 溜井：专门用于溜放矿物（煤炭）的暗立井。2 水平巷道巷道的长轴线与水平面平行。根据巷道特征及其用途，水平巷道主要有：1） 平硐：有出口直接通到地面的水平巷。用于完成井下主要运煤任务的称为主平硐。用于行人、通风、运料的叫副平硐。2） 平巷：没有出口直接通往地面，沿矿体（煤层或岩层）走向开掘的水平巷道。有岩石平巷（岩巷）和煤层平巷（煤巷）。3） 石门：与岩层走向垂直或斜交的水平巷道。按其服务范围，把为阶段、采区、区段服务的石门分别叫做：阶段石门、采区石门、区段石门。按其用途，也可以分为运输石门，进、回风石门等。4） 煤门：与煤层走向成直交或斜交的水平巷道叫做煤门。3 倾斜巷道：巷道的长轴线与水平面有一定角度的巷道。根据巷道特征及其用途，垂直巷道主要有：1） 斜井：有出口直接通往地面的倾斜巷道，称为斜井。按其用途斜井也可分主、副斜井和通风斜井。2） 上山：没有出口直接通往地面，位于本开采水平以上，沿煤层或岩层开掘的倾斜巷道。按其用途，担负向下运煤的，称作运输上山；担负辅助提升任务的，称作轨道上山；专为行人或通风用的称作行人或通风上山。3） 下山：没有出口直接通往地面，位于本水平以下，沿煤层或岩层开掘的倾斜巷道。其相应的名称与上山相同。4） 溜煤眼：专门用作溜煤的倾斜巷道。二、巷道分类上述各类井巷，根据用途和服务范围不同，又可分为开拓巷道、准备巷道和回采巷道。开拓巷道：为全矿井或一个开采水平或阶段服务的巷道。（井筒、井底车场、阶段运输和回风平巷、阶段石门等）准备巷道：为采区分段服务的运输、通风巷道。（采区上山、采区硐室、区段集中平巷、区段石门等）回采巷道：在采区范围内，为回采工作面直接服务的巷道。（回采工作面开切眼、区段运输平巷和回风平巷等）第五节 井田开拓的基本问题井田开拓所要解决的问题就是在一定的矿山地质和开采技术条件下，根据矿区总体设计的原则规定，正确确定下列问题：（1） 正确确定井筒的形式、数目、及其配置，合理选择井筒及工业广场的位置；（2） 正确划分阶段、盘区和采区，合理地确定开采水平的高度和数目；（3） 正确地布置大巷及井底车场；（4） 正确地确定矿井开采程序，做好采区和开采水平的接替；（5） 正确地进行矿井开拓延深或技术改造。这些问题对整个矿井的开采有长远的影响，它不仅关系到矿井的基建工程量、初期投资、和建井速度，尤其是将长期决定矿井的生产条件和技术面貌。这些问题若确定不当，并按设计施工后，就难以在改变，如果确定的井田开拓方式不合理，不仅影响基本建设的费用和建设速度，而且更重要的是，在整个矿井服务期间会使全矿的正常生产和技术指标受到严重影响。第四章 井田开拓方式第一节 开拓方式的概念及分类井田内阶段的划分、开采水平的设置、井筒的形式、数目及其配置通称为开拓方式。由于各井田的范围、煤层的赋存状态以及井田内地质、地形等条件不同，造成进入矿体的方式、井田及阶段的划分方式等各不相同。进入矿体的方式（即井硐形式，如，立井、斜井、平硐等）井田再划分方式（如，单水平、多水平、盘区等）、阶段内的布置（如，分区、分段、分带等）决定了井田开拓巷道的总体布置。一、井田开拓方式分类：一般可按下列特征分类。（一）按井筒形式分为立井开拓、斜井开拓、平硐开拓和综合开拓；（二）按开采水平数目分为单水平开拓（井田内只设1个开采水平）；多水平开拓（井田内设2个及2个以上开采水平）。（三）按开采准备方式（1）分为上山式开采：开采水平只开采上山阶段，阶段内一般采用采区式准备（2）上下山式开采（3）上山及上下山混合式开采 上述方式的结合应用。（四）按开采水平大巷布置方式（1）分煤层大巷，即在每个煤层设大巷；（2）集中大巷，在煤层群集中设置大巷，通过采区石门与各煤层联系；（3）分组集中大巷，即对煤层群分组，分组设集中大巷。（五）我国常用的开拓方式如下图所示：开拓方式立井斜井平硐综合单水平多水平上下山式上山式上山及上下山混合式分煤层大巷集中大巷分组集中大巷多水平开拓方式分类其中立井开拓方式可有立井单水平上、下山式；立井多水平上、下山式；立井多水平上山式；立井多水平上山式及上、下山相结合的方式。如图 图4-1 立井开拓方式（a）立井单水平上下山式 （b）立井多水平上下山式（c）立井多水平上山式 （d）立井多水平上山及上下山混合式1主井；2副井；3井底车场；4主要石门；5开采水平运输大巷第二节斜井开拓斜井开拓是我国矿井广泛采用的一种开拓方式，其井筒形式是倾斜巷道。一、具体分类斜井开拓按照井田再划分方式及阶段内的不同布置，斜井开拓可分为集中斜井（也称阶段斜井）和片盘斜井。集中斜井还可分为单水平、多水平和上山式、上下山式等多种开拓方式。当井田划分为阶段开采时，称为集中斜井或阶段斜井。片盘斜井开拓是最简单的开拓方式。什么叫片盘？井田沿煤层倾向按标高划分为数个分段，每段相当于采区的一个区段，习惯上称为片盘，适于布置一个采煤工作面。片盘斜井的基本特点：井田沿倾斜划分片盘，每片盘整段回采，沿走向不分采区，从井田边界向井筒方向连续回采。片盘内煤层的开采能力不大，每一片盘的服务年限不长，上下盘生产接续频繁。二、各种斜井开拓的适用条件：片盘斜井开拓：一般只适用于煤层埋藏稳定，地质构造简单，井田走向和倾斜长度不大，煤层埋藏不深，年产量不大的矿井。斜井单水平分区式开拓：缓倾斜煤层，在煤层倾角小于16度，沼气含量低，涌水量小的矿井。斜井多水平分区式开拓：当井田倾斜长不大或煤层倾角、沼气含量、涌水量等不适宜单水平开拓的矿井。斜井单水平分带式开拓：适宜分带布置的优缺点的矿井。三、斜井井筒的形式：沿煤层、沿岩层、穿越煤层顶、底板等四种布置形式。四、提升设备角度要求串车组运输，适用于斜井倾角小于25；箕斗运输，适用于斜井倾角253O；胶带输送机运输，适用于斜井倾角不大于17。无极绳提升，井筒倾角不大于10。五、与立井相比的特点：优点：1) 掘进技术和施工设备简单，掘进速度快；2) 地面建筑、井筒装备、井底车场及硐室简单；3) 初期投资少，建井工期短；4) 多水平开采时，掘进石门的工程量和沿石门的运输量较少；5) 延深斜井井筒时施工方便，对生产干扰少。缺点：1) 在自然条件相同时，斜井井筒长，围岩不稳定时，斜井井筒维护费用高；2) 采用绞车提升时，提升速度低，能力小，动力消耗大；3) 当井田斜长较大时，提升系统复杂；4) 斜井的通风风路长，通风阻力大。第三节 立井开拓立井开拓是我国广泛应用的方式。其井筒形式为垂直巷道。采用立井开拓时，一般以一对立井（主井及副井）进行开拓，装备两个井筒。立井开拓除井筒形式与斜井不同外，其它阶段内的开拓、准备及生产系统基本与斜井开拓相同。一、立井开拓分类（1）立井单水平分区式开拓（2）立井多水平分区式开拓二、与斜井开拓相比的特点：优点：立井的井筒短、提升速度快、提升能力大，对辅助提升特别有利；对井型大的矿井，可采用大断面立井井筒，装备两套提升设备；井筒的断面很大，可满足大风量的要求；由于井筒短，通风阻力较小，对深井更为有利。其优缺点与斜井开拓的优点相反。三、运输系统：工作面采下的煤，经区段运输平巷、采区运输上山至采区下部车场煤仓。煤在采区下部车场装进矿车，煤车经运输大巷、阶段运输石门运至井底车场，由主井箕斗提至地面。四、通风系统：新鲜风流从副井进入井下，经井底车场、阶段石门、分别进入运输大巷。进入运输大巷的新鲜风流经采区下部车场、采区运输上山、区段运输平巷进入回采工作面。清洗工作面侯的废风经区段回风平巷、采区轨道上山、采区石门进入回风大巷，经阶段石门由风井排出地面。五、运料系统：材料和设备由副井罐笼下至井底车场，经运输石门、运输大巷进入采区下部车场，由轨道上山上提，并分别进入区段回风平巷和其它工作地点。六、适用条件：立井开拓的适应性很强，一般不受煤层倾角、厚度、瓦斯、水文等自然条件的限制；当井田的地形地质条件不利于采用平硐或斜井时，都可考虑采用立井开拓。对于煤层赋存较深、表土层厚，或水文情况比较复杂、井筒需用特殊法施工，或多水平开采急倾斜煤层的矿井，一般都应采用立井开拓。对于倾斜长度大的井田，采用立井多水平开拓能较合理地兼顾浅部和深部的开采。第四节平硐开拓处在山岭和丘陵地区的矿区，在井田开拓中广泛采用一种布置简单和经济效果较好的开拓方式，叫做平硐开拓。一、分类与煤层的相对位置：走向平硐、垂直平硐、阶梯平硐三类。二、平硐开拓的特点：投资少，占用设备少，施工容易，出煤快，成本低。三、平硐位置的选择原则：硐口地势平缓，有足够的面积布置工业硐口到主要交通线便于铺设铁路或可能利用其他机械化运输设备。硐口位置应不受洪水、滑坡、雪崩等威胁。平硐上山部分应有足够的储量，以供长时间开采。第五节开拓方式的分析及综合开拓一、 开拓方式的分析通过对平硐、斜井、立井三种开拓方式的介绍，我们对三种开拓方式有了一定的了解，为了合理的根据具体条件选择矿井的开拓方式，有必要在此基础上进一步了解三种开拓方式各自的有优缺点、适用条件。（1） 平硐平硐开拓是最简单的最有利的开拓方