《采矿工程英语》 蒋国安主编 翻译.doc

LESSON 1 煤炭开采史 人类首次使用煤炭的时期可能追溯到原始社会，确定这种黑色石头能够燃烧肯定是 偶然的，这个现象可能是在几千年间世界上（不同地方的人们）独立发现的。这些独立的发 现极可能是这样产生的： 原始人碰巧在暴露出黑色石头的矿上营火。 这是他们惊讶的发现那 儿生出了火。基督徒时代，我们在圣经上得知所罗门王（即现在的亚兰人王）时，用煤是相 当熟悉的，而在此之前 1100 年，中国就有使用煤炭的记录，在 wales，有证据显示，在青铜 时代的人们把火葬用柴堆， 而且众所周知， 使用了这种能源。 这儿还有其他的古代参考资料。 所以煤炭能够燃烧（甚至一些相关的应用）的知识，流传了几千年。然而，实际 上人们公认首先利用煤炭的是中世纪的英国。 在美国，有证据表明印第安人最先碰巧使用了煤炭。然而，美国第一次有记载的 利用煤炭的是人是法国探险家，他在 1679 年报道了一个在伊利诺斯河边的暴露的露头。仿 效这样，其他的探险家取得了一个又一个发现，但是，第一个有记载的实际使用时在 1702 年的维吉尼亚州。 早期有记载的煤炭大规模开采是 1750 年。煤田从詹姆斯河延伸到里士满伊利诺斯 附近，现在那儿被遗弃了。除了当地的消费，煤炭还被运往 philadelphia,New York 和 Boston. 起始，所有煤炭都是用销和钎从固体矿床上砍下来的，然后它们被工人用铲掘到 篮子 、箱子和推车上，运到外面或井底车场。随后，车子有了改进，但仍需工人拽木板。 随着时间推移，铁皮，铁轨被用到矿车上，骡子矮马和普通马被用于拉运。 逐渐地，黑火药被用于爆破煤炭，但底部掏槽，侧面掏槽和钻孔仍需要人工进行， 在 17 世纪和 18 世纪，采矿业取得一系列重大发展，1775 年，第一台蒸汽机在英国被瓦特 发明，它被用于抽出开采过程中的地下水，非常重要的，它使矿井有可能开采更深的部分， 第一条轨道修成了，第一台用煤的蒸汽机车在 1814 年的英国被乔治。斯蒂芬逊改进了，第 一辆电动机车在 1883 年的德国用于地下交通。 工作面的机械化操作在 1900 年前就开始了，它体现冲压机和链条式切割机的发展 （冲压机，链条式切割机用于爆破，爆炸前的煤层和岩层） 、电动式和压缩空气式机车的使 用，甚至有人做了关于连续采矿机械的一些早期实验。 长臂开采直到 1910 年才在美国普遍使用，尤其是在伊利诺斯州。但后来它在开采厚煤 层方面逐渐填法和房柱法竞争，因为房柱法借助了机械。与此同时，长臂开采在欧亚继续占 有主要地位，因为那里主要是瘦煤和深埋的煤层。 在第二次世界大战中，德国在工作面改进了长臂开采的铲送机，它可以连续把煤加载 到链式运输机上。这得益于几个世纪发展起来的各式割煤机。然而，这最重要的发展史液压 支架。他们大大减小了在人工设置单体支柱和木垛时所需的体力。 随着以上技术的发展，美国煤炭公司又一次长臂开采产生了兴趣。对美国而言，大量 改变和一般性的加强市必须的。在一些失败和误用后，长臂开采在这个国家被实际运用，提 供开采条件是正确的。这也被逐渐增加的产量所证实。 露天开采是最早的采煤方法。它被考虑用于煤床暴露于地表、上覆物只有几英寸厚的 情况，在深部岩层和岩石下，最经济的方法是地下开采，事实上这也是唯一的方法，所以， 露天开采直到 1910 前还是微不足道的。从大范围看，被骡子拉着的刮土铲运机和铲运车普 及程度很低。 练习 译文 第一种 For many years the continually improving productivity in US coal mining was the envy of the world.( 多年来,不断提高的美国煤矿效益令人羡慕)。 Such steady improvement meant a fairly level, or even slightly declining,price to the consumer despite large increases in wages,materials,taxes,and other costs of production.（这样的稳步提高意味着相当的水平,或甚 至轻微下降,给消费者尽管价格大幅上涨工资、材料、税收、和其他生产成本。 ） However,this trend has drastically declined since 1968 because of the new stringent Federal safety regulations;rigid controls on surface water,and air pollution;and the mass of newly introduced,and constantly changing,bureaucratic reports. （然而,这种趋势自 1968 年以来数量急剧下降,因为新 的严格的联邦安全法规,严格控制地表水,空气污染,及新引进的各种标准,并且不断在改变着, 官僚主义报告） 。 The problem now is to not only meet the new safety and environmental requirements but,at the same time,to revive the steady progress of the past. (现在的 问题是,不仅要满足新的安全、环保要求,而且,与此同时,还要来恢复过去稳步前进的步伐。) Reserves of all fossil fuels are limited,but the United States has more reserves in coal than in oil,gas,oil shale,and tar sands combined.( 所有化石燃料储量是有限的,但美国有更多的储备在 煤比石油、天然气、石油页岩,沥青沙的总和。) Even if coal reserves are over estimated ,as some in the industry believe,the relative dominance compared to other fossil fuels is apparent.(即使煤炭储量在估计, 如果像一些业内人士相信, 相对优势比其它化石燃料是很明 显的.) Reserves of all fossil fuels are finite,so far the long pull the world is forture in having nuclear energy.( 储备的化石燃料是有限的,到目前为止,世界的长远计划是寄 托在核能。) The distant future may see all fossil fuels consumed for higher uses than boiler fuel,for example,petrochemicals,lubricants,gasoline,chemicals,etc. (在遥远的未 来可能会看到所有化石燃料在其他方面的消耗比锅炉燃料的使用更高,例如、石化、润滑油、 汽油、化学品等。) Table 1.1 US Reserves of Fossil Fuels Expressed in Heat Value.( 表 1.1 美国储备的 化石燃料热值表达) Reserves 储量 Coal 煤 Oil 石油 Natural gas 天然气 Tar sands 油砂 Oil shale 油 页 岩 Total 总量 Quadrillions of Btu 17307 2373 1906 7 4064 3 2565 表 1.1 productivity per man day.(人均日产量) Metric equivalent:（公式等效） 1 stX0.9071847=t Despite the tremendous importance of coal,the industry is faced with serious problems,such as；(尽管有重大意义的煤、产业正面临著严峻的问题,如) 1) Air and water pollution both at the mines and at the consuming end. (空气和水的污染在矿山和消费两者间 结束。) 2) 3) The onerous new Federal safety regulations.（ 繁重的新的联邦安全条例。 ） Public outcry against surface mining and lack of satisfactory restoration in some cases.（公众强烈抗议露天 采矿和一定程度上缺乏满意的地表修复。 ） 4) A shortage of qualified supervisory and engineering personnel,as well as mine workers,to meet the growing demand for coal and the increasingly more difficult mining conditions. （缺乏合格的监督和工程人员,以及煤 炭工人,来满足日益增长的煤炭需求和越来越多的困难开采条件。 ） 5) A need to improve machinery,techniques,and managerial ability to resume the former yearly improvement in productivity and cost.（需要改进机械、技术与管理能力,以恢复前些年度在生产力和成本上的增值。 ） There are certainly solutions to all of these problems, which are challenges that a young person entering the industry should welcome as great opportunities.（当然要解决所有这些问题,对于一个年轻人进入这个受欢 迎的行业有更多的机会但是富有挑战的。 ） 练习 译文 第二种 第一课的 exercise（page3） 有很多年美国煤炭产业生产率的不断提高令世界羡慕。这种稳定的增长意味着尽管在 出资， 原料， 税收和其他生产花费上增长很大但是对消费者的价格却保持相当的水平甚至相 对下降。然而，据官方报道，从 1968 年以来这种趋势急剧下降因为联邦新的严格的安全规 定；地表水的严格控制以及空气污染和大量新引进的不断进行的改革。看图表 1.1 现在的问题是面对新的安全和环保需求的同时去复苏过去稳定的增长。 所有化石燃料的储备都是有限的，但是美国煤炭的储量比石油，天然气，油页岩和油 砂大。像许多公司相信的那样，即使煤炭储量超过估计，这种比其他化石燃料的优势是很明 显的，表 1.1。所有化石燃料的储备都是有限的，所以为了世界长久的发展要拥有核能。遥 远的未来也许能看到所有的化石燃料比例如化工溶剂，润滑剂，汽油，化学制品等锅炉燃料 更多的使用。 尽管煤炭非常重要，企业仍面临着许多问题，例如： 在开采和消费时产生的空气和水污染 新的繁重的联邦新安全规定 公众反对露天开采和在一些情况下缺乏令人满意的恢复 缺乏合理的监督和工程人员及煤炭工人去面对对煤炭更多的要求和煤炭开采更加困难 的情况 需要改进机械，技术和管理能力以恢复前些年生产率和成本的提高 这些问题都有一定的解决办法，进入该行业的年轻人应该把这些挑战当作巨大的 机会来欢迎。 LESSON 2 煤的成因 煤是大量植物材料 估计表明大约 0.9 到 2.1m 的适当紧密结合的植物材料能够形成 0.3m 的烟煤。那么，允 许很厚的植物材料堆积多次，这种植物材料有时覆盖几百甚至几千平方英里的条件是什么 呢？ 类似于过去地质年代中普遍存在的条件，至少部分条件，今天也存在于世界上不同地 区种类繁多的沼泽地中。 植物的积累现在正发生在从亚北极到热带的广泛地区内并正在形成泥煤。泥炭地的两 种主要类型分别是： （1）发展于相对高于海平面的大陆内部的（2）形成于接近海平面的较 低沿海地区的。在这两种类型的地区里，泥炭层要求植物的生长超过腐烂，使植物材料得以 积累而不被侵蚀掉。这两种泥炭地满足这个条件是应为它们在高地下水位的不良排水地区， 这保护植物碎片不像往常那样快速腐烂。 一些小的泥煤沼泽也存在于一系列小的不排水的凹地里，内陆和沿海地区都有这种情 况。最初在这些沼泽里生长的只有寓水性的植物，但是随着这些凹地边缘的浅地被填平，包 括树这些更大的植物渐渐的能够生长并逐渐填满凹地。 在一些地方这些沼泽一般从及樱木到 几百英亩大小不等，任然还未填满，所以泥煤的形成过程从未停止过。 大量广泛分布的煤层在岩层顺序中的特点表明他们形成的条件和发现于摩登海岸或者 近海岸沼泽的相似。佛罗里达州的埃弗格莱兹，佐治亚州东南部大灌木林沼泽，北卡罗来纳 州和弗吉尼亚州的迪斯默尔沼泽都是这种沼泽现有的例子。 与欧洲西北海岸毗邻的广大泥炭 地也使人联想到许多有相同特点的条件。 泥煤的堆积使其有根据，在沉淀的矿床里有像密西西比河的三角洲一样有些不一样的 历史却仍有许多相同的特点。 泥煤层和三角洲中与之有关的地层表明成煤条件与在美国东部 和世界其他地区相似地层中有大的煤矿床形成的地层中盛行的条件十分相似。例图 2.1 就是 在现代三角洲平原上为泥煤做的图解。 沿海的沼泽比内陆的沼泽更好的保存主要是因为它们有更好的机会被海覆盖和海底的 沉积矿床所填埋。 广大的煤炭沼泽存在时所盛行的气候是从温带到亚热带的。那时，地球较广范围内的 气候要比现在实际温度平均得多。 简单地说，从泥炭随后转变到煤所必需的条件是： 沼泽或湿地的环境和气候要有利于植物的生长。 植物残骸堆积时有一定范围的沉降，或者植物原料沉淀时密封，允许长时间的堆积。 即使是在水中或者沼泽中，在植物原料腐烂前有足够的湿润条件允许其隔绝空气，以 及充分地迅速的沉积以抑制细菌的活动。 酸性的沼泽水一般在沼泽的水平面下几英寸到几尺 范围内阻止细菌的活动。 接近海边或者沉降地区使植物原料在海面上涨或陆地下沉时可以被沉淀物掩埋。 沉积地点没有在发生侵蚀后随即发生移动。 在泥煤积累时，上层泥煤的重量使下层的泥煤紧密结合，首先便会挤压出大量的水。 在沼泽环境中不同的化学作用和细菌的活动都会发生在植物的碎片上。 沉积物的掩埋， 化学 作用都与环境的变化有关系，失水和挥发的物质变成褐煤，这就是形成煤的最早期阶段。 因为被掩埋的更深，压力继续压缩褐煤，与掩埋深度有关的热度的增加将进一步出去 成煤物质的挥发份。 煤的等级将逐渐的变得更高， 从褐煤上升到亚无烟煤， 烟煤， 半无烟煤， 无烟煤，直到变质无烟煤。 第二单元练习 煤是由植物的积累和其物理化学性质的改变而形成的一种易燃的石头。 煤作为人类最 早的燃料可以像木材一样被点燃和燃烧，但是与相同数量的木材比较它能够提供更多的热 量，而且它还有很多的工业用途。和木材不一样的是，煤通常不能在地表被发现，但是它可 以从地球内坚硬的岩石里开采出来。 在开采之前， 由于煤在岩层层序中形成了独一无二的特 性，所以让我们简略的思考下所有地壳岩石的一般特性。 虽然已经有相当数量的地质学理论被知道，但相对地球的最早期历史我们还知之甚 少。 载人探测对月球及其岩石的勘探提供了我们一些有关于地球起源问题的答案。 在地球历 史的这段时期里， 我们关心我们出现在这里之前大面积的水域在地球上如何进化以及熔化了 的岩石（火成岩）如何形成实质性的陆地区域。风化以及其他的过程侵蚀了岩石的表面，使 其形成了小颗粒。通过降雨所形成的水流运输这些材料（碎石）,最终,形成了大面积的水域 而沉积下来了。就这样，在熔化了的火成岩上开始形成了沉积岩的地质层序。 地球的外壳和它上面的覆盖物是由几个发生微小运动（主要在水平位置上）的大 板块构成的。这样的运动，尽管很小，但正在发生。这些水平运动伴随着引起大陆和海洋相 对位置的重要改变的垂直运动。 拥有适宜气候低洼海岸的沼泽是煤炭聚集的理想位置， 随后 被河流带来的沉积物所埋葬， 并且大量的地区受海岸线地带相对小的垂直运动所影响。 这些 大的板块从过去到现在都在不停地或断断续续地移动着，导致大陆和海洋的结构的多样性， 同时煤的形成条件也在许多地区反复的出现。 我们大陆的广大地区曾多次浅海淹没， 只有相 对较小的部分目前的大陆似乎有海拔在整个地质时代。 巨大力量的作用使板块边缘被海水淹 没和打破了地壳岩石，形成了巨大的带状山脉。 LESSON 3 煤的地质年代 从前寒武纪的沉积岩报告中得知，媒的一般分布是通过沉积岩的次序来体现的。只有 相对稀少的材料才会变得像煤， 有的甚至变成石墨， 这些材料被认为是当地集中的海藻或真 菌。 在寒武纪中，从最古老的掩饰中发现重要有机体的化石是常见的。它们是海藻沉积物 和贝壳遗骸的海洋生物。 它们主要在石灰石和其他石灰质岩层中发现。 最早知道的陆生植物 化石是在志留纪岩层中发现的。 最早的煤是在志留纪和泥盆纪上覆岩层中发现的， 分布在世 界各地，包括北美。 第一个广泛的煤层是在北美的密西西比州和宾夕法尼亚州的岩层和欧洲的白垩纪年代 岩层中发现的。 在过去大多数北美的煤矿属于美国和加拿大的宾夕法尼亚州地层。 西方国家 过去几年快速增长的煤炭产品主要来自白垩纪和第三纪的煤层。 阿巴拉亚契煤的煤层特点如 图 3.2 所示。 在世界各地煤分布在从志留纪到第四纪的所有地址时期，在具有重要商业价值的煤层 中没有发现比密西西比年代更久的地层年代。尽管在欧洲有局部地区也开采泥盆纪的煤炭。 二叠纪的煤炭在美国被开采，但是这一地质年代的煤层已经探明，并且在欧洲被开采，但它 只是很少的一部分。 侏罗纪的煤层也在世界上很多地方发现， 尽管只有欧洲和亚洲少部分地 区开采。而且，侏罗纪煤层在西伯利亚和加拿大西部却有很大储量。白垩纪和第三纪具有巨 大储量的煤层在美国西部。 加拿大西部以及世界上其他地方发现， 也将是美国西部露天开采 的巨大基础。 成煤条件有很大的不同，特别是密西西比州地层年代之后的时间，一些被影响的地区 达到成千上万英里大小。 独立煤层的厚度从一英寸到数英寸不等，目前最厚的是 91 米。大部分中国煤的厚度小 于 6.1 米，大多介于 0.9 到 3 米之间。在美国矿业非常发达，一些厚度在 30.5 米左右的含次 烟煤和褐煤的煤层就可以进行露天开采。 在一些地区，沉积岩的次序会达到几千英尺厚，但这还是比较少见的。在一个煤田中， 含煤地层有 4572-6096 米厚，但是已在地图上标出的煤层通常存在于世界上不小于 1524 米 的地下。在美国，一些用地图表示的煤层处于 914。4 米的深度，但几乎所有的煤矿深度从 几英尺到上千英尺都有。 大部分沉积岩在水中形成，泥，泥浆和沙子被溪水预淤积起来最终形成页岩和泥岩， 粉砂岩和砂岩。在地质年代的早期，虽然尚未在最早的沉积岩中发现，动物和简单海洋生物 已经出现。在前寒武纪的沉积岩中只能发现很原始的藻类和真菌遗迹以及像虫一样的地洞， 但是关于寒武纪的海生生物多样性的集合物已经出现。 一些海生动物和植物特别是该钙碳酸盐从海水中生长出来。当他们积聚在海底，其他 的贝类和钙碳酸盐泥形成厚度从几英尺到几百英尺的沉积岩， 他们就是现在的石灰岩和大理 岩。 在过去那多变的地质年代中，巨大的海域因切割和蒸发作用是盐度升高，难以支持生 命的存在，并形成了石膏和硬石膏的沉积。 尽管许多沉积岩都被先前发生过的沉积作用标示，但其他的积聚类型也被证实，包括 风蚀作用和溪流湖泊沉积作用。 在沉积岩中， 我们今天所看到的煤层岩是由许多不同时期的 大量植物材料沉积而形成的，而这种沉积有独特的性质。 第三单元练习 煤炭在世界的各个州都有发现，包括南极洲，虽然绝大部分的煤炭被发现于 北半球（北美洲、欧洲和亚洲） 。煤炭大约在世界的 60 个国家都有被开采，但是 世界上大约 2/3 的可开采储量被预计存在于美国、前苏联和中国，它们一起占据 了世界产量的一多半。其余的主要产煤国位于欧洲，预计占有世界可开采量的 20%，但是产煤量却占了世界的 1/ 3（包括褐煤） 。 因为许多不同的方法来估计煤储量和现有对于煤的信息差别很 大， 对各个国家的不同的储备比较是困难的。 然而根据第一手资料表明， 保守估计，美国拥有世界上至少有五分之一到六分之一的煤储量，还有 些估计是一个更大的百分比。大约八分之一的美国地下是含煤地层，这 些地层发生在至少 37 个州。在过去确定的地区已被开采的主要因素包 括厚度，煤炭质量，可开采煤层的数量，开采条件，邻近的市场。尽管 煤田的大部分分布，直到 1970 年中期，超过 90%的美国煤矿制造都在 密西西比河的东部地区。在 1970 年后期一个显著巨大的增长比例在美 国的生产出现在密西西比河的西部地区每年贡献 25%的生产。 除了分布以外，表 3.4 展示了美国地区的煤炭等级。在这个国家 东半部地区几乎所有的煤都是含沥青的煤和无烟煤。 虽然所有等级的煤 在美国的西半部地区都有发现，但是其大部分都是亚烟煤和褐煤。 Fig.3.2 阿巴拉契煤田中含煤的地层序列简化部分。 在 A 处岩层缓缓折叠成背斜，在 B 处的是向斜 含煤的州的地层序列简化部分的代表。 在这些地区中大部分岩层上有一层冰川流过。 Fig.3.3 LESSON 4 第四课 很多地址因素影响着煤的厚度，连续性，质量和存在条件。泥炭积累不久以后，一 些特点形成，而其他发展更长在深埋藏和煤化以后，一些更多相同的特点，从一下几个方面 进行描述： 煤夹层和裂开的煤 在沼泽中的植物原料积累，河流周期性地泛滥，留下了泥浆和粉砂岩，变成了 页岩夹层或者泥砂岩，在植物原料煤化以后，特别是在洪水河边相对地沉积的很厚一层，在 洪峰后，沼泽也随着重建。这种导致煤撕裂发生在煤田中（图 4.1） 。 水的冲蚀 在植物原料积累和埋藏在几种沉积物中之后，被河流中的侵蚀性物质向下移动。 它的缺失在岩石中叫做冲走或切走（图 4.2） 。冲走可能发生很短暂在泥炭矿床之后或者更 久，甚至煤被其它沉积物覆盖，后来槽堆满泥浆和其他泥沙沉积物，以至于煤的存在位置被 页岩或砂岩占据。 倾斜和褶皱底层 虽然在地质时代的水平和垂直应力作用导致岩石顺序变化，有时，例如折叠产 生了底层倾斜变化（包括广大煤田） ，有时影响着广大的区域。如一个间接沉降的煤田超过 了几千平方英里，有时折叠底层很强烈，使得煤田几乎接近垂直或者实际上可能倒转，部分 侵蚀或者如强烈的折叠曾使追踪这连续的煤田变得困难。 断层 断层是岩石断裂形成的，断层每边向不同方向移动，这种移动测得可能几英尺， 几十甚至几百英尺或者更少， 移动可能向任何方向， 从水平到垂直。 这种最常见的断层形式， 用立体图举例描述，如图 4.3。压力发在相反的方向上，或者具有张力的岩力在拉近断层而 产生位移，用一个常见的断层，用 4.3（A）举例说明。水平方向的断层，岩石以另一方式 存在，举例如 4.3（B） ，展示了冲断层或者反面的断层。一个钻眼钻孔接近主要地质中的一 个正常断层的一个缩短的区间，然而在一个反面的断层，却可能分顺序得被重复在钻孔中。 碎片性的堤坝或泥土矿脉 不规则垂直-倾斜平板状的块在碎屑状的原料中（粘土，泥沙，沙粒） ，而打断了 煤缝，被称为碎屑岩墙（如图 4.4） 。它们也被称为顶板，一个名字也在另一些领域中运用， 它们可能来自于一英寸到几英寸的断裂和经常横向扩展为了更多距离到几百英寸， 它们伸展 到一定的距离到底层到煤层，和频繁地出力到一个削弱顶部部分当煤被开掘时、 地板鼓起 含沥青的煤正常显示有许多的隔开、相对平滑垂直的底层断裂，而层理隔开一 个一英寸到几英寸距离的断层是很正常的，这里有两个方向趋势的层理，接近 90 英寸，这 种层理能够更好伸展，叫做主要裂隙，另一种叫次要裂隙。 结核 煤和副矿一样包含原料聚集物在球形、盘形或不规则形式中，它们可能很细或 几英寸宽，尽管最常见宽度只有几英寸。 LESSON 4 练习 煤层底板和顶板 煤层周围的岩石性质可能对煤的开采有意义。通常，粘土下面的煤层（也归类为粘 土岩，底岩，底土岩或耐火土）他们在物理方面性质变化很大。它卡能相当软弱，并且特别 地当它是湿的时候可能阻碍大型挖煤设备的使用，在很多例子中，在煤房和煤巷打通后，底 板材料不够结实而不能不能支撑过重的负担，从而需要煤柱支撑。在这个例子中，粘土在煤 柱下方向上和向外流动到煤房和煤柱的空白区。这种流动叫做挤压或加压。 煤上几英寸的煤层性质对采煤有重要的影响。材料必须足够结实去保持平衡一定的 时间当材料是用树木或顶锚支撑时。 页岩和粉砂岩是最常见的顶板岩类型， 并且在位置和性 质方面变化最多。一些页岩和泥砂岩是相当硬的，表现为很结实，很坚定的顶板。其他是相 当松软，易断裂的或者具有滑动的特点而难于支撑。石灰岩和砂岩是更好的顶板岩层，但是 这些岩层易变化导致顶板质量也多变。 火层岩侵入 在一些煤层区域，煤层和相关的底层曾经被火层岩侵入而被迫改变层积顺序以下可看 出。火层岩一般看成是岩墙，通常层积物垂直进入一个平块状岩层。 被称为煤的很多材料有不同的重要的性质。由于不同的原因煤的物理和化学性质很复 杂。首先，很多类型的植物最终变化成泥煤，这就是煤的形成。第二，植物分离成为最初的 泥煤有很多不同的特征和不同的形成过程。第三，最初泥煤聚集环境不同。第四，地质环境 存在多种地藏条件。其他地质因素，如最终埋深，最大温度和压力，融入岩侵入的影响和持 续的地质时间通过这些条件来影响煤， 同样可以影响煤的性质。 在泥炭煤化以后矿物质积累 或者与泥炭有关或者在煤层里层积在煤层中， 同样也对煤的性质有很深的影响， 正如我们所 知道的那样。 表格： Fig.4.1 煤层的破裂 Fig.4.2 一些特征影响煤的连续性。 煤在 A 处通过近代的水侵蚀移动， 沉积侵蚀在 B 处，C 处是在煤沉积后的侵蚀，D 处溪水流动通过煤的堆积时间。 Fig.4.3 断层。正断层 A 中上盘沿断层面相对向下运动，下盘相对向上运动；逆断层 B 中上盘向上运动。 Fig.4.4. 一个碎屑堤坝中断了煤层和上覆岩层. LESSON 5 第五课 媒的特性和分类 第一节煤的物理和化学性质 煤的物理性质与其在自然状态下作为燃料最终使用之前的特性有关。例如，煤的硬 度和可磨性决定了煤的开采、 输送和粉碎设备的维修费用； 煤的比重和煤的伴生矿物决定了 选煤厂所用的选煤技术，也决定了煤仓容量，货物体积以及其它仓库的设备选用。 固体的比重是指一立方该固体的重量与一立方水的重量之比。 纯净煤的比重一般在 1.23 到 1.72 之间，随着褐煤到无烟煤分级的升高而变大。这意味着煤的重量是水重量的 1.23 到 1.72 倍。煤中的伴生矿，比如页岩、泥岩、沙岩、石膏、方解石，它们的比重在 2.0 到 2.7 之间，黄铁矿的比重大约为 5.0。 硬度和煤的结构和分级有关。煤是否结实和煤床的地理位置和生成状态有关。暗煤比 亮煤更结实。 高挥发份煤通常比低挥发份煤更结实。 结实的煤有良好的抵抗破坏以及在破碎 后产生更少颗粒的性质，所以较之其它煤更方便运输。就煤对设备磨损性而言，煤中的杂质 对设备的磨损可能比煤还要严重。 可磨性是决定煤的相对易碎程度的一种物理性质。它是一个复合特性包含许多性质比 如硬度、压力以及破碎性等。 易碎性或者稳定性是指煤在开采和运输过程中抵挡破碎的性质。这种性质在洗煤方面 有重大的意义，因为洗煤成本是随着送进洗厂的煤细度增加而增加。 影响原煤尺寸大小的因素包括煤的硬度、脆性以及煤层裂隙。现代地下煤开采方法能 比以前手工采煤方法开采出更多细度更好的煤。 煤的主要组成成分有碳、氢、氮、硫、氧。 煤中的碳是随着等级的提高而增加，最高等级的是石墨。煤中碳的含量很大程度上决 定着煤的发热价值。 煤中氢的含量一般在 4.5%到 5.5%之间，同时也提供一定的热值。氢在干燥的煤中主要 是包围在饱和或者部分饱和的碳结构中。 氮可能是目前煤中唯一作为有机物出现的一种元素。其在煤中的含量可能在很小到 3% 之间改变，但在干燥和五灰分情况下一般是在 1%到 2%之间。 硫在煤中以有机物和无机物两种形式存在。煤中本身就有有机硫，它存在于含蛋白质 或者非蛋白质的植物通过腐化演化来的硫氢化合物中。在总含硫量少于 1%的煤中，一半以 上的硫通常是有机的。在高含硫量的煤中，无机硫的含量会更高。 氧在煤中有几种存在形式。比如说羟基、羧基、 基，特别是在一些低等级的煤中。而 无机氧可能会在水、硅酸盐、氧化物、碳酸盐以及硫酸盐中。氧含量对于煤的焦化、液化、 气化有很大作用。 所有的煤中都含有不可燃烧成分，它的起源是煤起源的一部分。有机矿物质与无机矿 物质的混合物可能在成煤过程中起到了一定的作用。 煤在燃烧后剩余的物质称为灰分。 在完 整的厚煤床的煤甚至是纯煤的灰分含量至少含有 2%或者 3%，到 10%左右，大多数的商业 用煤有时会更多。平时我们用的高灰分的矿物可能被称为高灰煤、沥青页岩或者黑色板岩。 练习 1 许多消费者的煤,以及大多数的大型煤矿公司。有设备齐全的化学实验室样品,分析 煤。 这项工作是由消费者验收合格的煤他买以及燃煤效率的设备。煤炭生产商检查的变化 的影响在采矿和制备方法对其产品的质量,以及质量的变化似乎运作走向新的领域。 应该小心谨慎,在任何分析,样品代表性的种材料的礼物。样品将包含块煤不同尺寸以及 一些石板、骨、硫铁矿、等。作为一个规则,与优质煤炭分析粗糙的煤。 化学分析 更频繁的测试了煤的工业分析测定热值，而硫含量。近因分析包括四个项目：水分， 挥发分，固定碳，和灰。总和的百分比每个必须等于 100%。这一分析大致设计单独的可燃 物质由不燃。热值煤热含量和表示英制热量单位每磅。一个英国热量单位（英国热量单位） 是所需的热量提高 1 磅的水从 60 至 61，对比 2 个或更多的煤的热值，发热值通常是在干燥 （水分免费）基础。将干英制热量单位的欢迎的热量，下面的公式可用于： 普通条件下的热值=干燥热值（100-水分）/100 煤种成分是更好地为代表的极限分析。这一分析报告的比例的碳，氢，氮，氧，硫， 灰分，和氯在煤。 其他分析上进行煤与一些财产的煤一特定最终用途。例如，自由膨胀指数（团）的煤 是以取得表明煤焦化性能。煤灰熔融性测定表明在锅炉性能。 岩相分析 我们把煤做岩相分析是因为早期我们把煤看做岩石，然后从它的出现的各种明 暗夹层加以区分。通常有两种方法：截面法和表面抛光法。在显微镜通过研究各种煤岩类型 和微煤岩类型，发现的或多或少的相似成分称为煤显微成分（无机岩石中的相似成分） 。这 些煤的显微成分包括镜煤素、丝碳煤素、半丝碳煤素、树脂、碎片体煤岩。不同的煤显微成 分决定不同种类的煤反过来不同种类的煤中煤的显微成分也不同。 通过了解大量的不同煤显 微成分，在一定条件下，现如今的岩相分析技术可以预测出一种特殊煤的特性。这种技术被 用于确定煤混合物中生产焦煤的成分。 课文 2 煤的性质和分类 第二章：煤的分类 煤的分类有几种成熟的方式。大部分都是以化学分析和某些测量煤在进一步的压 力和温度下的反应的化学测试（变质）为基础的。这个进一步的反应表明在一个连续的煤系 列褐煤到含沥青的煤到无烟煤和高级碳化无烟煤 这各种各样的等级范围中。这美国煤 等级的分类标准，在美国社会中通过材料科学和测试的发展而发展，展示于表 5.1。随后的 章节解释了用在表格里面的条款。 在煤等级的测试中，无机物质在分析中被排除因为他不能反应煤的变质程度。在 较高等级的煤中，水分通常很低而被排除在测定的等级影响因素中。在较低等级的煤中，水 分被认为是煤的一个基本性质，水分是包括在以等级作为为基础的分析中。 这剩余的有机物质中的碳，决定于 包含通过未被氧化下的热量移动不稳定的有 机物质（比如瓦斯）的标准分解过程，这被称为固定碳。挥发材料适用于部分那个像在标准 分析程度下被移动走的天然气的有机物质。 煤的燃烧所产生的热称为发热量， 它也是由标准 分解过程所决定。这英国的热量单位，通常被用来表示热量价值，这是总共一英镑水升一度 所需要的热量， 它一般被称作是多少磅碳。 附聚的特征引出了标准实验去测试粉末状的样品 煤逐渐提高温度是否会形成固体状态。 因为世界上大部分煤的分类是以相同的标准为基础，它是通常实际的在别处的体 制比如美国体制下比较煤的描述。 对于在高温高压下会进一步形成较高等级的煤这一观点有不同的意见，但是煤碳 方面的科学家逐渐的认为在一个长周期中适当的热是更重要的决定因素。 褐煤到亚烟煤这一等级经历了高挥发性， 中挥发性， 低挥发性含沥青煤的等级 煤中的 水分是增长的， 对于无烟煤和高级碳化无烟煤也是一样的。 这等级上的增长是大致以不稳定 物质的进一步亏损和碳含量的增加为特点的。 很高的温度是和温度极高的火成岩侵入以致在煤的缝合处产生自然的焦炭有关连的。 在这儿它们跟煤有更少的直接联系， 火成岩的侵入对除去挥发分的煤提高了充分的温度， 这 在某些方面把煤的等级变得更低了 虽然看起来像是变高了。包括无烟煤在内的更高等级的 煤的出现，然而，在岩浆侵入的附近就不知道了。 这更高等级的煤，被展示在表 5.1，是高级碳化无烟煤。煤的等级划分是和类似稀有性 是有联系的，在化学性质上和物理性质上，这无机石墨（纯种碳） 。高级碳化无烟煤被认为 成在世界上有很多的聚居地， 通常是跟火成岩入侵是有关系的。 它也被认为是在前寒武纪的 地层中确信是由于海藻或者真菌的聚集所形成的，高级碳化无烟煤在罗德岛上有商业开采。 练习 2 煤的储量计算 当可采煤层的长度、厚度和深度勘探完毕后，就开始计算煤的储量。第一次对于现场储 量进行计算（地下的煤） 。当知道煤的具体引力时，就利用下面的公式计算： 现场储量 =CA1395SG 这里 C 是地下可采煤层厚度，A 是可采煤层的面积，1359 代表了每英亩 里煤的数量，SG 是特殊比重，如果不知道煤层的特殊比重，可以假定一个平均特殊比重。 等级 无烟煤 亚烟煤 特殊比重 1.47 1.30 等级 沥青 褐煤 特殊比重 1.32 1.29 现场储量通过开采运用和洗选厂回收因素算出可回收和清洁可回收储量（可售储量） 。这些 因素是根据各种煤在地下的情况和可选研究确定的， 如果不能够获得煤的开采资料， 通常用 下面列出的煤的回收因素： 采煤方法 回收因素 深采，连续采和传统开采 50%到 80% 长墙和短墙方法 70% 露天开采：所有方法 85% 洗选厂最终产品的损失是依据煤层质量特征和必需品质量而广泛变化的， 准备种植回收 因素（清洁煤的产量）反映了杂质的平均数（分界线、顶板和底板岩石等） ，裸露的煤层同 样要用环保的方法开采。 用下面的公式估算清洁储量： 清洁储量=（现场吨数%开采回收%准备种植回收）/100 超负荷煤层比的确定是很危险的， 对那些埋的很深的煤， 开采时要细心的通过这些因素 计算确定。对于一吨可出售的煤的比是确定的，是以超负荷的三次方增长。因此 12.5:1 的比 是指对于生产一吨煤，超负荷以 12.5 倍增长。作为储量计算，为了现场和可采煤超负荷可 以估计。 储量可以通过很多方式公布出来。 在那些储量显条带状的地区以条带为基础单独估计并 公布。其他的可以根据煤层性质或者高度为标准概括。 勘测状态 识别勘测目标 通过煤矿产地勘测进一步证实现有的资料， 为 了获得最初的控制和钻探的属性 获得包括目标地区在内的关键目标的控制， 并 且开始最初的广泛钻井。 制定一个获得的资料 的估计并开始预备可能性研究。 密集的增加钻洞数并在煤层连续性， 构造复杂 程度和潜在的工程技术问题上累积资料。 准备 目标 储量置信水平 投资假设 假设（100%） 推论（50%） 建议（20%） 一个获得资料的估计并进行可能性研究。 增加密集核心区域的钻洞数得到详细的资料 并必须在最后的可能性研究中确定储量。 精确（10%20%） LESSON 6 课文 煤田地质勘探 煤炭地质勘探可被定义为获取必要采集和可开采利润的煤田的数据。 不同于矿物质， 煤 炭资源分布广泛且相对丰富，在几乎所有情况下供大于求。因此，简单的发现煤炭一般来说 是不够的。 各个煤层的化学和物理变化特征， 煤炭开发的资本密集性和煤炭利用的变化方式 要求对每个潜在储量做多项、三维空间的评价。不仅包括煤的数量和质量，而且煤的地质、 水文、工程特点及其围岩，这些因素都必须进行调查。 第一阶段的典型探索计划包括一个初步的调查， 这个调查涉及到将汇编的所有相关的地 质属性数据进行审查。 这个阶段的主要任务是搜集和探索到足够的数据， 使得地质学家对以 后的阶段为目标做有限的更详细的研究。 即使在这个阶段的早期， 勘探人员必须确定潜在的 煤的质量和程度，以及煤的沉积环境和结构特点对煤层的影响。 假设勘探的目标已经被确认并且被列为在初期的最有利的目标区域以确定和扩大数据。 测量并详细描述所有煤系露头的面积。 测量地层剖面、 追溯并确认标志层和煤层其横向的相 关程度。尽可能详细地映射影响目标煤层的结构特点。这个勘探阶段的数据可能以 1 :24000 （1 英尺=2000 英寸）的地图比例或直接以航空照片的同一尺度来编译。 如果野外普查证实了初步调查和目标地区有潜力的结论， 下一步的探索将由关键域的获 取和广泛开拓钻探的计划组成。 初步勘探钻探计划的目的是使获得的数据提供一个推断（50%）置信水平。这通常意 味着数据点（钻洞，露头，矿山测量）是以 1.6 至 3.6 公里（1 至 2 英里）为中心；然而， 异常复杂的地区可能需要在非常小的坐标方格里钻探。 如果决定继续进行下一个阶段的探索， 那么就开始进行几种开拓钻探计划中的第一个计 划。作为真正的所有阶段的探索，每一次连续的钻井方案评估和决定继续或暂停勘探项目。 开发钻井用来设计确定煤层的储量范围并且提高煤层的吨位和质量的置信水以达到所指示 的程度。一般来说，这里指资料点相距 0.82.4 km ( 0.51.5 miles ) ，究竟相距多少，取决 于储量的特征（相当地表的深度）以及沉积环境和煤层结构的复杂程度。 在最后阶段的探索包括钻探计划带来的工程测量的现状， 准备最后的可行性研究， 并获 得所有项目边界内的沉积环境。 钻孔程序不仅要确定煤的数量和质量的测量置信水平，而且精确地界定露头，次露头， 煤层变薄区，冲溃区，和结构变形区。这取决于项目的复杂性，数据点的范围以 0.8 到 0.4 公里 （1/ 2 至 1/ 4 英里） 为中心。 汇编的数据应按照初步设计的比例中获取， 通常从 1 :12000 （1 英寸=1000 英尺）到 1 :2400（1 英寸=200 英尺） 。 在大多数情况下，在开始在初始探索阶段进行数据的收集；然而，通常收集到的信息的 公开性是有限的。在最后的钻探计划中，勘探地质学家应审查联邦，州，和当地矿山许可证 的规定并实施各种取样和记录程序的必要履行许可证的要求。 最后的综合评估尤为重要， 针对初步采煤计划和详细的经济分析所提供的重要数据。 在所之 前的阶段的数据进行再次审查，并作出决定继续或暂停矿山发展。 练习 煤的储量推断 在勘探程度地质学家绘制出可可采煤矿的范围和厚度，以及覆盖岩层的深度时，便可 以计算矿藏储量了。储量首先计算的是在地方的总储量（比如在地下的煤） 。当煤的具体重 力得知时，就可以运用下面这个公式了。 在地方吨=CA1359SG 其中，C 指的是以英尺为单位的可开采煤的厚度，A 指的是以英亩为单位的面积数，1359 代表比重为 1.0 时的煤吨数，SG 指的是具体的重力。放当煤层具体的重力无从所知时，我 们也可能设定个平均的重力值。 等级 具体重力 无烟煤 1.47 沥青 1.32 低沥青 1.30 褐煤 1.29 矿藏储量就地转换为可回收的并且干净的可采储量 （即市场储量） 通过应用矿山和洗煤厂的 采收率。 这些采收率是分别基于地区的开采经验和可洗性的研究的。 虽然很少或几乎没有开 采数据是可利用的，下面这些煤的采收率是经常被使用的。 开采方法 采收率 深矿：保守的连续性开采法 50%80% 长壁采矿法和短壁采矿法 70% 露天开采：所有方法 85% 洗煤厂的损失受到由煤层的质量特点和最终成品的质量要求的所决定的广泛变量的影响。 洗 煤厂的采收率（洁净煤产量）反映了在原煤开采的清洗过程中需要除去的杂质（分离物、顶 板和底层岩石等）的平均总量。因此，12.5：1 的比例表明 12.5 立方码的覆盖层被移除才能 开采出仅仅一吨的煤。和矿藏储量的计算一样，可采煤矿的覆盖层比例也是可以被计算的。 矿藏储量可以以非常多的方法被记录出来。 一些是以地带为基础记录的。 每个有矿藏的地带 的土地区域都是被一一地分别评估。 其他的矿藏储量便会以岩层质量和高度标准为基础来总 结。 煤田勘探的阶段 阶段 1 2 3 4 目标 认清勘探对象 通过使用最初获得物的特性控制和钻探土地考察措施 来确认和扩大现有数据源 在目标范围内获取关键要表和使用初级宽范围钻孔。给 出一份获取数据评估和运行初步可行性研究 增大钻孔和核心深度，积累数据在连续接缝处，结构上 的复杂性，在工程学上的难题，继续认识获取物特性作 为极据，作出评估并参究起可行性 加大钻孔和核心密度获得详细数据对于保留煤的初步 可行性研究做出保证，继续保留至少 90%获取物的特性 储备的置信水平 推测假设 假设值（+100%） 推断（+50%） 确认（+20%） 5 适度（+10% +20%） LESSON 7 课文 1 测量 测量是用一些相关的参考点来确定物体，线或者地区的位置。 测量有不同的方法。一些例子包括：陆地测量，即为了确定陆地区域边界的测量； 线路测量，即为了定位道路，高速公路，私人的公用公路和运输线的测量；城市测量，即为 了规划地块，街道和小巷的测量；以及矿山测量，即为了计划矿山开拓和定位矿山施工作业 的测量。 测量方法更进一步的被分为平面测量和大地测量学， 依据是其是否将地球曲率考虑 在内。平面测量技术能把被测区域简化成一个平面，除非区域面积很可观，否则不会有明显 的测量错误产生。大地测量学，相反地，考虑了大地曲率并且在测量大面积区域和距离时会 作出修正和调整。 几乎所有的测量方法都涉及到确定一个定位点相对于另一点的方向和距离的测量。 一些 测量也用来确定一个点相对于另一个点的高程。 水平位置决定了相对高程的测量并且在很多 测量中起到了重要作用， 例如路线和矿山测量， 在这些测量中需要高程的不同来计划运输道 坡度和排水系统。 所有的测量手段基本上用的都是相同的基本数学原理和土地测量技术来达到他们的目 标。 这些基本原理来自平面和球面三角学以及平面和立体几何学， 但要勘查各式各样的野外 资料可简化为方向角和距离的测量， 这几