一煤矿开采的基本概念PPT课件

1 煤矿开采学第一篇井田开拓第一章煤矿开采的基本概念 主讲 潘棋电话mail qpan QQ 737803853 2 目录 1煤田开发的基本概念 2矿山井巷名称 3矿井生产的基本概念 4煤田划分为井田 5井田内的再划分 6矿井储量 生产能力与服务年限 第一章矿井开采基本概念 3 1煤田开发基本概念一 煤层赋存地质特征 一 煤层赋存状态及特点1 多数呈层状或近似层状 绝大多数成群生成 2 煤层的结构 指煤层中有无夹石层 夹矸 简单结构煤层 不含夹石层的煤层复杂结构煤层 含有夹石层的煤层夹石层数 一 几十层 夹石厚度 几厘米 几十厘米 4 3 煤层的厚度 煤层顶板到底板的垂直距离 根据开采技术特点分为 薄煤层 小于1 3m中厚煤层 1 3m 3 5m厚煤层 大于3 5m 规范 对煤炭资源回采率的规定 5 4 煤层的倾角 煤层层面与水平面之间所夹的最大锐角 根据开采技术特点分为 缓倾斜煤层 小于25 倾斜煤层 25 45 急倾斜煤层 大于45 通常将倾角小于8 的煤层称近水平煤层 5 煤层稳定性 根据厚度变化情况 分稳定煤层 较稳定煤层 不稳定煤层 极不稳定煤层 6 二 影响煤层开采的技术因素 一 埋藏深度 二 煤层的构造变化 单斜 褶曲 断层 其它构造 三 煤系地层情况 围岩情况 顶底板及岩性 物理性质 砾石层 流砂层 含水层 四 煤层本身的物理力学和化学性质硬度 破碎性 有害气体含量 自燃性和爆炸性 瓦斯及煤与瓦斯突出等 五 水文情况地表水 地下水 含隔水层 充水因素 水文地质类型 矿井涌水量等等 7 二 煤田及矿区煤矿 煤田 以煤炭开采为目的的工业企业 分露天开采和地下开采两类 在地质历史发展的过程中 由含碳物质沉积形成的基本连续的大面积含煤地带称为煤田 煤田面积可达数百到数千平方千米 储量从数亿吨到数百上千亿吨 各煤田内的煤层数目 一至几百层 和间距 几厘米至几十上百米 各不相同 8 二 煤田及矿区矿区 统一规划和开发的煤田或其中一部分 由于行政管理或地质构造上的原因 将邻近的几个矿井或井田划归一个机构来管理 矿区一般说来是在煤田中 利用地质构造 自然条件 煤田沉积的不连续性 勘探时期的先后 行政管理等来划分 比较小的煤田可作为一个矿区开发 一个大矿区开发几个小煤田 一个矿区又由多个矿井及辅助企业等单位组成 在矿区开发之前要进行可行性研究 编制矿区总体设计 作为矿区开发和矿井建设的依据 9 三 井田井田 划归个矿井开采的那部分煤田 井田范围 由拐点坐标及开采深度确定 包括井田走向长 倾斜宽 井田面积 井田走向长 小型矿井 1500m 中型矿井 4000m 大型矿井 7000m 10 四 露天开采与地下开采1 露天开采 从敞露的地表直接采出有用矿物的方法 它与地下开采完全不同 在开采之前 需要将矿体之上的岩石或表土剥离掉 如图1 2 2 地下开采 也称井工开采 在开采之前 需要开凿一系列井巷进入煤层 一个矿体是采用露天开采还是地下开采的主要参数是剥采比 开采矿物与覆盖层采剥量之比 露天开采的优点比地下开采多 但由于受资源条件的限制 我国煤矿主要是地下开采 11 2矿山井巷为了进行矿井开采 在地下开掘的井筒 巷道和硐室的总称 按空间位置和形状可分为 垂直巷道 立井 暗立井 溜井 水平巷道 平硐 大巷 平巷 石门 倾斜巷道 斜井 暗斜井 上山 下山 斜巷按服务范围及其用途可分为 开拓巷道 为全矿井或一个开采水平服务的巷道 准备巷道 为采区 一个以上区段 分段服务的运输 通风巷道 回采巷道 形成采煤工作面及为其服务的巷道 12 3矿山生产系统一 矿井生产系统 包括井下生产系统和地面生产系统 一 井下生产系统在煤矿生产过程中的提升 运输 通风 排水 人员安全进出 材料设备上下井 矸石出运 供电 供气 供水等巷道线路及其设施 是矿井安全生产的前提和保证 生产系统 运煤 运料 通风 排水 供电 13 必须掌握以下内容 1 认识各巷道名称2 矿井的开掘顺序3 矿井生产系统 运煤系统 通风系统 运料系统 排水系统4 分清开拓巷道 准备巷道 回采巷道5 车场形式 一 矿井的开掘顺序1 主副井1 2 井底车场3 主要运输石门4 阶段运输大巷5 采区运输石门9 采区下部车场绕道10 采区下部材料车场11 采区运输上山14 采区轨道上山15 2 风井6 回风石门7 回风大巷8 采区回风石门17 采区上部车场18绞车房16 与采区运输上山14 采区轨道上山15联通 构成通风回路 3 由上山向采区两翼掘进第一区段的区段运输平巷20 区段回风平巷23 下区段回风平巷21 这三条平巷掘进到采区边界后 就掘进开切眼24 形成工作面 二 矿井生产系统1 运煤系统煤从工作面25 20 14 12 10 5 4 3 1 地面 2 通风系统新鲜风流 地面副井2 3 4 5 11 15 19 20 25 污风 23 17 8 7 6 大气 二 矿井生产系统3 运料排矸系统运料材料和设备 地面付井2 3 4 5 9 11 15 23 25 排矸与上相反 4 排水系统水从工作面 20 16 11 5 4 井底水仓 2 地面 14 二 地面生产系统1 地面生产系统类型 1 无加工设备的地面生产系统 2 设有选矸设备的地面生产系统 3 设有筛分厂的地面生产系统 4 设有洗选厂的地面生产系统2 地面排矸系统3 地面管线系统 15 二 矿井开拓 采区准备和工作面回采矿山井巷按其作用和服务范围的不同分为开拓巷道 准备巷道和回采巷道三类 1 开拓巷道为全矿井 一个水平或若干采区服务的巷道 如井筒 大巷等 服务年限10 30以上年 其作用在于形成新的或扩展原有的阶段或水平 以构成矿井完整的生产系统 2 准备巷道为一个采区或数个采区服务的巷道 如采区上 下 山 采区车场和硐室等 服务年限3 5年以上 其作用在于准备新的采区 以构成采区的生产系统 3 回采巷道仅为采煤工作面服务的巷道 如区段运输平巷 区段回风平巷 开切眼 服务年限一般在0 5 1 0年左右 开拓 准备 回采是矿井生产建设中紧密相关的三个主要程序 解决好了三者之间的关系 才能保证矿井正常生产 16 4煤田划分为井田一 井田定义 划归一个矿井开采的部分煤田称为井田 煤田范围小 储量小 直接用一个矿井开拓 则称限量煤田 限量煤田 勘探已清 储量已定 富量煤田 勘探不清 有发展 理想形状 长方形 长边走向 窄边倾向 因为 倾斜方向运输较水平方向运输能力低 费用高 井田占地面积 井田在水平面的投影面积 翼 位于井筒或主要开拓巷道 大巷 主石门 一侧的井田部分 理想形式 双翼 17 4煤田划分为井田二 井田划分的原则 合理尺寸和境界 合理开发 在煤田划分为井田时 要保证各井田有合理的尺寸和境界 使煤田各部分都能得到合理的开发 首先 顺其自然 其次 技术经济有利 划分 确定合理的边界 1 要充分利用自然条件 2 井田范围 储量 煤层赋存及开采条件要与矿井生产能力相适应 3 要保证矿井有合理的开采技术条件 要有合理的井田尺寸 4 要为矿井的发展留有余地 5 要处理好相邻井田的关系 6 要有良好的安全经济效果 18 4煤田划分为井田1 要充分利用自然条件露头线 河流 湖泊 铁路 城镇 大断层 背向斜轴 地堑 地垒 倾角剧变 厚度剧变 走向突变 为什么要充分利用自然条件作为井田划分的依据 因为 用自然条件作为井田境界 相对减少了煤柱损失 提高了资源回收率 也减少了给开采工作造成的困难 利用自然条件作为井田边界划分井田 铜川矿区的井田划分 19 2 井田范围 储量 煤层赋存及开采条件要与矿井生产能力相适应对一个生产能力较大的矿井 尤其是机械化程度较高的现代化大型矿井 应要求井田有足够的储量和合理的服务年限 生产能力较小的矿井 储量可少些 3 要保证矿井有合理的开采技术条件 要有合理的井田尺寸 使所划分的井田与矿井生产能力相适应 保证矿井有足够的储量和合理的尺寸 特别是要使井田有合理的走向长度 过短 水平储量少 接替频繁 多水平运输提升通风复杂 过长 不能充分利用储量 运输 通风困难 走向长 小型矿井 1 5km 中型矿井 4km 大型矿井 7km 特大型矿井可达10 15km 20 4 要为矿井的发展留有余地矿井生产能力还要与煤层赋存条件 开采技术装备条件相适应 并要为矿井发展留有余地 随着开采技术的发展 根据当前技术水平划定井田范围 可能满足不了矿井长远发展的要求 因此 井田范围应适当划得大些 或在井田范围外留一备用区 暂不建井 以适应矿井将来发展的需要 对于煤层总厚度较大 开采条件好 为加快矿井建设和节约初期投资而建设的中小型矿井 更应如此 初期建中 小型井 后期建大型井 因此划分时应划的大些 以便将来发展 21 5 要处理好相邻井田的关系划分井田边界时 通常把煤层倾角不大 沿倾斜延展很宽的煤田 分成浅部和深部两部分 一般应先浅后深 先易后难 分别开发建井 以节约初期投资 同时也能避免浅 深部矿井形成复杂的压茬关系 给开采带来困难 浅部矿井井型及范围可比深部矿井小 如煤层赋存浅 层 组 间距大 上下煤层 组 开采无采动影响 为加速矿区建设也可在煤田浅部分煤组同时建井 然后再在深部集中建井 当需加大开发强度 必须在浅 深部同时建井或浅部已有矿井开发需在深部另建新井时 应考虑给浅部矿井的发展留有余地 不使浅部矿井过早地报废 浅深部井田间 分煤组建井间不能形成复杂的压渣关系 6 要有良好的安全经济效果 22 三 人为划分井田的方法 当没有自然条件作为井田境界时采用 一 垂直划分两矿以某一垂直面为界 各沿境界线留边界煤柱 用于倾角不大的煤层及井田走向两端的划分 特别近水平煤层 井田沿走向两端 一般采用沿倾斜线 勘探线或平行勘探线的垂直面划分 如图16 2所示 一 二矿之间及三矿左翼边界即是 近水平煤层井田无论是沿走向还是沿倾向 都宜采用垂直划分法 如图16 3所示 图16 2井田边界划分方法1 垂直划分 2 水平划分 3 以断层为界 23 二 水平划分以某一水平标高为界 即以该标高煤层底板等高线为界 并沿该煤层等高线留边界煤柱 用于倾角较大的煤层 如图16 2中 三矿井田上部及下部边界就是分别以 300m和 600m等高线为界的 三 按煤组划分按煤层 组 间距的大小来划分矿界 把煤层间距较小的相邻煤层划归一个矿井开采 把层间距较大的煤层煤层 组 划归另一个矿井开采 见图16 4 另外 划分井田时还应便于工业场地的布置 以及照顾行政区域的划分 24 5井田内的再划分 教材P8 11 25 一 井田划分阶段1 阶段划分及特征 1 阶段概念在井田范围内 沿煤层倾斜方向 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 阶段上下部边界一般布置回风 运输大巷 每个阶段都有独立的运输和通风系统 如 在阶段下部边界开掘阶段运输大巷 兼作进风巷 在阶段上部边界开掘阶段回风大巷 为整个阶段服务 上阶段采完后 该阶段的运输大巷作为下一阶段的回风大巷 井田划分为阶段和水平J1 J2 J3 第一 二 三阶段1 阶段运输大巷2 阶段回风大巷 26 2 阶段的特征 走向长度阶段的走向长度就是井田长度 阶段垂高 H 阶段上部边界至下部边界的垂直高度 阶段高度 阶段斜长阶段斜长 L L H sin 由阶段垂高确定 27 3 水平和开采水平的概念布置运输或回风大巷的某一标高的水平面 或阶段间的水平分界面 叫水平 通常以标高表示 如 1500水平 通常将设有井底车场 阶段运输大巷并且担负全阶段运输任务的水平 称 开采水平 简称 水平 4 阶段与水平联系和区别阶段 井田一部分 强调开采范围和储量 水平 强调巷道布置 包括所服务的阶段 二者联系是用水平上的巷道开采阶段内的煤炭资源根据煤层赋存条件和井田范围 一个井田可用一个水平开采 也可用两个或两个以上的水平开采 前者称单水平开拓 后者称多水平开拓 5 上 下山的概念上山 位于开采水平以上 煤炭自上向下运下山 位于开采水平以下 煤炭自下向上运 单水平上下山 多水平上山 多水平上下山 多水上山与上下山混合 28 2 阶段内的再划分 采区式划分 阶段内划分为采区 J1 J2 J3 阶段 C1 C2 C3 采区 q1 q2 q3 区段 采区划分为区段 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 在采区范围内 沿煤层倾斜方向将采区划分为若干个长条部分 每一块长条部分称为区段 29 分段式划分 阶段内划分为分段 J1 J2 J3 阶段 F1 F2 F3 分段 分段1 分段2 分段3 阶段1 阶段2 阶段3 在阶段范围内沿倾斜方向将煤层划分为若干平行于走向的长条带 每个长条带称为分段 每个分段沿倾斜布置一个采煤工作面 30 带区式划分 阶段内划分为带区 J1 J2 J3 阶段 F1 F2 F3 分带 分带1 分带2 分带3 阶段1 阶段2 阶段3 在阶段内沿煤层走向划分为若干个具有独立生产系统的带区 带区内又划分成为若干个倾斜分带 每个分带布置一个采煤工作面 分带内采煤工作面沿煤层倾斜推进 分带1 分带2 分带3 31 二 井田直接划分为盘区或带区 近水平煤层的井田划分 盘区1 盘区2 盘区3 盘区4 盘区5 盘区6 盘区7 盘区8 盘区1 盘区2 盘区3 盘区4 盘区5 盘区6 盘区7 在开采近水平煤层时 由于井田沿倾向的高差很小 很难把井田划分为阶段 因此 通常沿在煤层的主要延展方向布置大巷 在大巷的两侧划分若干具有独立生产系统的块段 每一个块段叫做盘区或带区 盘区相当于采区 有独立的运输和通风系统 因此通常将近水平煤层的采区叫盘区 盘区内巷道布置及生产系统及采区基本相同 带区则与阶段内带区布置基本相同 即在盘区内 通常沿倾斜将煤层划分为区段 采用走向长壁采煤法 而在带区内 则沿走向将煤层划分为分带 采用倾斜长壁采煤法 32 三 井田划分为区域 分区域开拓 分区域布置 集中出煤 为了保证矿井生产能力 生产合理集中化 33 6矿井储量 生产能力和服务年限一 矿井储量 一 矿井资源 储量1 矿井地质资源量 Z 地质报告提供的查明煤炭资源的全部 包括探明的内蕴经济的资源量331 控制的内蕴经济的资源量332 推断的内蕴经济的资源量333 2 工业 资源储量 Zg 地质资源量中的大部分资源量 矿井工业资源 储量 12lb 122b 2M21 2M22 333 K 34 3 矿井设计资源 储量 ZS 矿井工业资源 储量减去设计计算的断层煤柱 防水煤柱 井田境界煤柱 地面建 构 筑物煤柱等永久煤柱损失量 P1 后的资源 储量 称矿井设计资源 储量ZS Zg P1式中 P1 永久煤柱损失量4 矿井设计可采储量 ZK 矿井设计资源 储量减去工业场地和主要井巷煤柱的煤量 P2 后乘以采区回采率 为矿井设计可采储量ZK Zs P2 C式中 P2 工业场地和主要井巷煤柱量C 采区回采率 由此计算过程为 矿井地质资源量 矿井工业资源 储量 ZG 矿井设计资源 储量 ZS 矿井设计可采储量 ZK 35 二 储量损失1 设计损失 根据煤层赋存条件 所采用的采煤方法以及保证开采安全的需要 在设计中规定永远遗留在地下的一部分储量 1 全矿总损失 2 采区损失 3 采煤工作面损失Zk Zg P C C 采区回采率 2 实际损失 指在开采过程中实际发生的损失 三 回采率 工业储量中可采出的哪部分储量占工业储量的百分比 对煤炭资源回采率的规定 36 二 矿井生产能力 一 矿井生产能力 P6 矿井生产能力 矿井年产量 矿井核定生产能力 井型 指矿井的设计生产能力矿井在单位时间 一年 内所能采出的煤炭数量 以万t a或Mt a表示 矿井每年实际生产出来的煤炭数量 其数值常常不同于矿井生产能力 且每年的产量常不相等 对矿井各生产系统的能力核定 核定后的综合生产能力 矿井生产能力的类型 根据矿井设计生产能力不同 我国将矿井分为大 中 小三种类型 称井型 大型矿井 120 150 180 240 300 400 500及500万t以上 其中300万t a及其以上又称特大型矿井 中型矿井 45 60 90万t小型矿井 3 6 9 15 21 30万t 37 二 矿井生产能力的确定 P296 P298 矿井生产能力是煤矿生产建设的重要指标 在一定程度上综合反映了矿井生产技术面貌 是井田开拓的一个主要参数 也是选择井田开拓方式的重要依据之一 矿井设计生产能力 应根据资源条件 外部建设条件 国家对煤炭资源配置及市场需求 开采条件 技术装备 煤层及采煤工作面生产能力 经济效益等因素 经多方案比较后确定 主要考虑以下几个方面 1 储量条件 2 开采能力 3 各生产环节能力 4 安全生产条件 煤炭工业矿井设计规范 GB50215 2005 5 1 2采区设计生产能力 应根据采区内地质条件 煤层生产能力 采掘机械化程度 同时生产的采煤工作面个数及其接替关系等因素 经综合论证后确定 采区内同时生产的采煤工作面个数 应体现工作面合理集中生产和保证工作