采煤概论(中职)

.煤炭工业学校（19732017）,同学们，开学啦!,欢迎同学们重新回到校园！,.,中国矿业大学出版社,授课人：张国强,采煤概论,.,绪论,一、我国能源结构（能源现状）能源亦称能量资源或能源资源，是指可产生各种能量（如热量、电能、光能和机械能等）或可作功的物质的统称。是指能够直接取得或者通过加工、转换而取得有用能的各种资源。包括煤炭、原油、天然气、煤层气、水能、核能、风能、太阳能、地热能、生物质能等一次能源和电力、热力、成品油等二次能源，以及其他新能源和可再生能源。在我国，能源行业的地位仍旧无可置疑，煤是我国最为主要的传统能源，从2009年开始我国一次能源生产总量达到28亿吨标准煤，是建国初期的117倍，是改革开放初期的4.4倍，已成为世界第一能源生产大国。其中，煤炭产量30.5亿吨，居世界第一位；原油产量1.9亿吨，居世界第五位；电力装机容量87000万千瓦，稳居世界第二。形成了以煤炭为主体、电力为中心、石油天然气和可再生能源全面发展的能源供应格局。改革开放30年来，我国以能源消费翻一番的水平实现了GDP翻两番的目标，支撑着中国年均10%的经济增长，创造了世界经济史上的奇迹。到2013年我国一次能源生产总量达到34.0亿吨。2014年增长到38.3亿吨。截止2014年我国能源行业的市场规模已经高达26.10万亿元，已经成为了我国最大的支柱产业之一。,.,绪论,发展至今，我国已经是全球能源第一消耗大国，对于能源的需求越来越大，但是我国能源却有着无可掩盖的问题，特别是当下我国传统能源占比仍旧过大的现状，导致我国传统能源不断消耗，资源储备急速降低，资源枯竭的威胁不断萦绕在我国能源行业的头上，针对如此情况我国从很早就开始大力推动新能源的开展建设，到十一五期间更是第一次在投入资金上超过传统能源，随后近十年，新能源都是我国能源行业建设的主要目标，在新能源建设上我国不留余力，将能源的发展作为我国未来发展的绝对重心之一，而我国在新能源发展上也取得了一定的成效，近年来新能源的利用效率得到了很大改善，已经完成了商业化的前期布局，我国新能源的完全商用已经势在必行，未来我国能源行业结构调整是行业的必然趋势，传统能源退下历史舞台将在呈阶梯段进行，未来我国的能源行业前景远大。,.,绪论,二、我国煤炭需求概况2016年中国煤炭行业发展现状及市场需求预测【图】根据煤炭工业协会数据，2015年我国煤炭产能规模达57亿吨，而产量为37亿吨，产能过剩20亿吨，产能利用率仅为65%。,.,绪论,根据2015年产量测算，我国三大产煤重省煤炭行业产能利用率均低于正常水平（80%），其中山西省仅为62%，不及全国平均水平。内蒙及陕西省产能利用率则分别为68%和75%。,.,绪论,三、我国煤矿生产技术发展概况煤矿开采在我国有着悠久的历史，新中国成立以来，特别是改革开放以来，随着国民经济的快速发展，我国煤炭工业取得了巨大的成就，煤炭开采、建井技术也有了长足的发展，采煤、掘进、运输的机械化和生产集中化程度迅速提高，煤炭生产效率大幅增加。工艺落后的小煤窑已经淘汰，大批“双高”矿井已经成为煤炭生产的骨干，安全生产条件得到有效改善。1.矿井建设施工技术的发展建井工期缩短、成井速度加快；2.煤矿开采技术的发展半机械化、普通机械化、综合机械化和厚煤层大采高一次采全后及放顶煤采煤工艺，其工作面向大型化、设备向重型化方向发展。3.矿山机械制造技术的发展大型设备和大功率设备、连续运输。4.煤矿安全技术的发展严格遵守安全生产方针；认真实施安全生产法律法规；采用先进、有效的生产技术以及防护措施。,.,绪论,四、采煤概论的基本内容采煤概论是一门系统介绍煤矿建设和生产技术基础知识的课程。1.主要知识：煤矿地质知识、井田开拓、煤矿生产系统、井巷掘进与支护、采煤方法、矿井通风、矿井灾害与预防、露天开采、煤矿环境保护等内容。2.课程特点：综合性与实践性强；抽象概念多；空间概念强。,.,第一章煤矿地质与矿图基础知识,地壳与地质作用煤的形成与煤层特征井田地质勘探与矿井储量,.,第一节地壳的组成与地质作用,应该明确的两个问题：地壳是煤及各种矿产资源形成的地方，矿产资源的形成与地壳的物质运动及演变有密切关系。地球表面生物的生长、发育及死亡的整个过程不断地改变着地球表面各种元素和矿物的分布，使某些元素离散或集中形成有价值的矿产。（生物遗体变为煤和石油等）这两个方面都是地壳物质在地质作用下运动和演变的结果，因此，研究地壳的物质组成以及在地质作用下的地壳物质运动，是掌握矿床形成和埋藏规律的基础。,.,第一节地壳的组成与地质作用,一、地壳的组成与岩石地壳是地球的固体外壳。其全球地壳平均厚度为16km，大陆地壳平均约33km；大洋地壳较薄，平均约7km。岩石是一些矿物颗粒的集合体。矿物是地壳中的一种或多种元素在各种地质作用下形成的自然产物。常见矿物:石英、正长石、白云母、橄榄石、蒙脱石、方解石、白云石、褐铁矿、石膏、滑石、石墨等。岩石的分类：1、岩浆岩岩浆岩是三大类岩石的主体，占地壳岩石体积的64.7%。岩浆是来自地壳深部或地幔中的具有高温、高压的硅酸盐熔融体。岩浆沿岩石裂缝或薄弱带上升，侵入到地壳表层或喷出地表，便冷凝固结成坚硬的岩浆岩。如花岗岩；玄武岩等。2、沉积岩沉积岩是在地壳表层环境中形成的岩石。主要是由暴露于地表的岩石,经受外力地质作用，即先经风化和剥蚀，搬运，沉积，再经受紧压、脱水、胶结，变成坚硬的岩石，如页岩、砂岩、石灰岩等。沉积岩分布最广，它覆盖的面积约占地表总面积的75%。3、变质岩变质岩是由各种不同的原有岩石,受到温度、压力及化学活性流体的作用，使原岩改变其成分、结构和构造而变成新的岩石，如石灰岩变质成大理岩等。煤是一种沉积岩。在煤矿生产中遇到的也几乎全是沉积岩。,.,二、地质作用,内力地质作用,外力地质作用,地壳运动岩浆活动变质作用地震作用,风化和剥蚀搬运和沉积固结成岩,第一节地壳的组成与地质作用,(按能源及作用场所分）地质作用,.,1.内力地质作用由地球内部能量引起的地壳物质成分、内部构造、地表形态变化的地质作用。1)地壳运动即地球内部动力引起的地壳变形和变位。地壳运动对煤矿床的形成及赋存条件有着重要影响。地壳沿地球半径方向运动时，表现为地壳的缓慢上升或下降（海陆变迁），称为升降运动。地球物质沿地球切线方向运动时，呈水平运动。表现为激烈的造山运动。2)岩浆活动是地下的岩浆沿地壳的裂缝上升，侵入地壳或喷出地表，在上升过程与围岩相互作用，不断改变自身的成分和状态直至冷凝的全部过程。岩浆喷出地表火山作用岩浆未达地表岩浆侵入活动,秦岭,第一节地壳的组成与地质作用,珠穆朗玛峰，位于中国和尼泊尔两国边界、海拔米，是喜马拉雅山主峰，也是世界第一高峰。珠穆朗玛在藏族神话中被认为是五位仙女中的第三女神。她是万山之尊、地球之巅。,.,夏威夷冒纳咯火山,意大利埃特纳火山,.,中国西昆仑山阿什库勒火山,夏威夷普乌哈鲁鲁喷发形成的岩浆河,火山口底部，可以见到红色的岩浆,裂隙式火山,.,3)变质作用地壳深部的岩石在高温高压和化学性质活泼的流体作用下，岩石的结构、构造及化学成分产生变化，形成新的岩石的作用。4)地震作用地震是地壳的快速颤动，是岩石能量积累突然释放的结果。在上述地质作用中，最活跃的、起主导作用的是地壳运动。,第一节地壳的组成与地质作用,.,第一节地壳的组成与地质作用,神戶大地震破壞(高速公路倒塌),美國加州聖安德烈斯斷層,.,2外力地质作用主要是由地球以外的太阳辐射能、日月引力能等引起的地质作用。它能使地表形态发生变化和地壳表层化学元素产生迁移、分散和富集。按作用方式分为：1)风化和剥蚀,第一节地壳的组成与地质作用,风化和剥蚀往往是彼此促进的，岩石遭受风化变得松软就易于剥蚀，剥蚀后暴露上来新鲜的岩石重新又受到风化。,.,风化作用的类型机械风化作用岩石和矿物发生机械破碎而不改变其化学成分的风化作用，称为机械风化作用。它是由于温度变化及岩石空隙中水和盐分的物态变化引起的，作用方式主要有：1.岩石的热胀冷缩2.岩石空隙中水和盐分的物态的变化,第一节地壳的组成与地质作用,.,第一节地壳的组成与地质作用,化学风化作用空气中的氧和水溶液不仅使岩石和矿物化學成分发生变化，而且使一部分被溶液帶走，或使稳定的矿物变为不稳定的矿物，这种对岩石的破坏作用称为化学风化作用。1.氧化作用氧气与各种矿物混合，产生新的矿物。黄铁矿FeS2(+)氧化成褐铁矿Fe2O3.H2O(3+)，由铜黄色变为褐红色，颜色变深，结构变疏松。在地表称铁帽，地下连着矿床。2.溶解作用任何矿物都溶于水，只是溶解度有大有小。CaCO3+CO2+H2O-Ca(HCO3)2方解石(重碳酸钙)3.水解作用水和矿物相结合的一种化学反应。正长石+H2O-高岭石+。.4.水合作用有些矿物吸引一定数量的水。石膏+H2O-硬石膏,.,生物风化作用生物的生命活动过程和尸体腐烂分解过程对岩石的破坏作用有机械和化学两种方式：1.生物的机械风化作用植物根对岩石的破坏，蚯蚓等钻洞，人类活动如挖洞、采矿等对岩石进行破碎。2.生物的化学风化作用生物死亡后，腐烂分解形成一种腐植质(胶状的物质)，是一种有机酸，对岩石起腐蚀作用.地壳表层岩石经机械破碎，化学风化后形成的松散物，再经过生物的化学风化作用，增加了有机物质-腐殖质，这种具有腐殖质、矿物质、水和空气的松散物质叫做土壤。,第一节地壳的组成与地质作用,.,叶状剥落(果洲群島),块状崩解(石澳),蜂窝状风化(長洲人頭石）,蜂窝风化(長洲),块状崩解(石澳),蜂窝状风化(長洲),第一节地壳的组成与地质作用,.,2）搬运和沉积最主要的沉积区是内陆胡泊、沼泽和海洋。3）固结成岩指松散的沉积物逐步变成坚硬的沉积岩的过程从上可见，破坏岩石改变地貌生成新岩石是外力地质作用的整个过程。,第一节地壳的组成与地质作用,.,3、关系（内力与外力地质作用）外力地质作用在很大程度上受地壳运动的制约。风化剥蚀过程主要在地壳上升隆起的地区进行，而其进行的强度也与地壳上升隆起的幅度速度有关。沉积、固结成岩过程主要在地壳下降沉陷地区形成，沉积物的物质成分，厚度和分布范围等，都受着地壳沉降的幅度和速度的限制。,第一节地壳的组成与地质作用,.,泥炭历来被认为是温暖潮湿气候条件下的产物。根据近代研究表明，在气候条件中湿度所起的作用比温度更重要。因为现代无论在温暖的低纬度和寒冷的高纬度(5070)，只要是降水量大于蒸发量的地区，都有较厚的泥炭层堆积，干旱条件显然不利于成煤。有利于成煤作用的地理环境是沼泽。沼泽分布在滨海平原、海湾泻湖、内陆大湖、三角洲平原、河流冲积平原和冲积扇前等环境。成煤作用有利的构造背景是古构造稳定期。地壳缓慢沉降，容易在地表形成积水洼地。造山运动和地壳上升阶段，均不利于泥炭的堆积和保存。,第二节煤的形成与煤层特征,.,芦苇河流树木湿地,芦苇沼泽,稻田湿地,.,第二节煤的形成与煤层特征,成煤过程划分示意图,.,上述可见，要形成有开采价值的煤层，必须具备下列条件：1、植物条件：我国的三大聚煤时期（晚古生代的石炭二迭纪、中生代的侏罗纪和新生代的第三纪），分别是植物界的孢子植物，裸子植物和被子植物繁殖的极盛时代。2、气候条件：温暖潮湿。3、地理环境：大面积沼泽化的自然地理条件。滨海平原、海湾泻湖、河漫滩、河口三角洲等。4、地壳运动：泥炭层的积聚要求地壳缓慢下沉，下沉速度最好为与植物遗体堆积的速度大致平衡，这种状态持续的时间越久，形成的泥炭层越厚。泥炭层形成以后，地壳下降较快，有利于泥炭的保存和转变成煤。,第二节煤的形成与煤层特征,.,第二节煤的形成与煤层特征,二、煤系和煤田煤系是含有煤层的一组沉积岩层（也叫含煤地层）。煤系一般是按其形成的时代来命名的，如华北的石炭二迭纪煤系，东北的侏罗纪煤系，华南的晚二迭纪煤系。煤田在地质历史发展过程中，同一地质时期形成并大致连续发育的含煤岩系分布区称为煤田。,.,三、煤的性质及工业分类,由于成煤的原始物质,成煤环境及所受的变质作用不同,煤的种类很多,其物理性质和化学组成也有差别。性质不同的煤用途也不一样。（一）煤的性质1、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，见表1-3。2、化学组成煤是由有机物和无机物混合组成的。,第二节煤的形成与煤层特征,.,第二节煤的形成与煤层特征,.,（二）煤的工业分类1、常用的煤质指标：水分（W）、灰分（A）、挥发分（V）、发热量（Q）、胶质层厚度（Y）、含矸率。2、工业分类表1-4,第二节煤的形成与煤层特征,.,四、煤层特征,由于成煤时期的原始条件和受地壳运动的影响不同，埋藏在地下的煤层的赋存状态、顶底板岩性及含水性、煤层的含瓦斯性及自燃倾向、以及受地质构造影响的程度等都有明显的差别，而这些都与采矿工作密切相关，因此，有必要对其进行研究。(一)煤层赋存状态1、煤层厚度厚煤层煤层厚度3.5m约占产量40%中厚煤层1.3-3.5m40%薄煤层1.3m20%,第二节煤的形成与煤层特征,.,2、煤层的稳定性根据煤层厚度变化情况及对开采的影响，将煤层分为四类：稳定性煤层：井田范围内厚度均大于最低开采标准，厚度的变化也有一定标准。较稳定煤层：厚度变化较大，但在井田范围内大多可开采，仅局部不可采。不稳定煤层:厚度变化很大，常有增厚、变薄、分岔或尖灭现象，井田范围内经常出现不可采区。如图1-8所示。极不稳定性煤层：煤层常呈鸡窝状，串珠状，断断续续分布，井田范围内仅局部可采。如图1-9所示。,第二节煤的形成与煤层特征,.,3、煤层结构根据煤层中有无较稳定的夹石层，将煤层分为两类：简单结构煤层：没有层状出现的比较稳定的夹石层。复杂结构煤层：煤层中常含有较稳定的夹石层。,第二节煤的形成与煤层特征,.,（二）煤层顶板与底板,第二节煤的形成与煤层特征,.,(1)顶板顶板是指位于煤层上方一定距离内的岩层。根据顶板岩层岩性、厚度和位置，采煤时顶板变形特征和跨落难易程度，将顶板分为伪顶、直接顶、老顶三种。伪顶：伪顶指直接覆盖在煤层之上的薄层岩层。岩性多为炭质页岩或炭质泥岩，厚度一般为几厘米至几十厘米。直接顶：直接顶位于伪顶之上或直接位于煤层之上的岩层。岩性多为粉砂岩或泥岩，厚度为12m左右。老顶：老顶位于直接顶之上或直接位于煤层之上的岩层。岩性多为砂岩或石灰岩，一般厚度较大，强度也大。,第二节煤的形成与煤层特征,.,(2)底板底板是指位于煤层下方一定距离内的岩层。对生产影响最大的煤层底板一般为伪底和直接底。伪底：指煤层之下与煤层直接接触的岩层。它往往是当初沼泽中生长植物的土壤，富含根须化石。岩性以炭质泥岩为主，厚度不大，常为几十厘米。直接底：位于伪底之下的岩层。岩性多为粉砂岩或砂岩，厚度较大。,第二节煤的形成与煤层特征,.,一、煤田地质勘探的目的与任务煤田地质勘探是运用地质科学和技术方法来分析、研究、探测煤层，查明地层、地质构造、煤层及开采技术条件等因素，正确评价矿床的经济意义，划分出各种不同类型的资源量和储量。其目的是为矿山设计、建设和生产提供可靠的地质资料，保证煤层资源经济、合理、安全开发。,第三节煤田地质勘探与矿井储量,.,二、煤田地质勘探阶段一般对客观地质规律的认识都是逐步深入的，由低级到高级，由点到面，而且矿山基本建设也是分阶段的。因此，地质勘查也是分阶段的。1、普查阶段普查阶段指在选定的普查区内采用露头检查、地质填图、较少的探矿工程及物探方法，大致查明煤层资源的勘查工作。2、详查阶段详查（矿区详查）阶段指在普查圈出的详查范围内，通过大比例尺地质填图及各种勘查方法和手段，采用比普查阶段更密的探矿工程，基本查明煤层资源的勘查工作。3、精查阶段勘探（井田精查）阶段指在已知具有工业价值矿床或矿区总体规划划定的勘查（精查）区，通过加密各种勘查工程，详细查明煤层资源的勘查工作。,第三节煤田地质勘探与矿井储量,.,三、煤田地质勘探方法1、遥感地质调查主要是通过探测目标物的电磁辐射来获取目标物的信息。有摄影遥感等遥感技术手段。2、地质填图把煤系地层、煤层产状和构造等测绘在地形图上，绘制成地质图。3、坑探工程在覆盖层较薄的地区，用人工方法为地质测量揭露岩层、煤层、矿体及地质构造等地质现象，或为了采集矿样所设计的一些坑探、钻探工程，主要有探槽、探井和探巷（硐）等。4、钻探工程利用钻机向地下钻孔，利用空心钻头和钻杆来获取岩、煤芯，以取得必要的资料。钻探工程是最重要最常用的地质勘探技术手段。5、地球物理勘探技术地球物理勘探技术简称“物探”，是利用具有不同物理性质（如密度、磁性、电性、弹性波传播速度、放射性等）的岩层和煤层对地球物理场所产生的异常来寻找矿体、圈定含煤区域、推断地质构造及解决其它地质问题的一种技术手段。,第三节煤田地质勘探与矿井储量,.,四、煤炭资源和储量经济意义分类一个矿区、一个矿井煤炭资源的大小以储量来表示，同时还具有经济含义。经济的：地质可靠程度已达到探明或控制程度，其数量和质量是依据符合市场价格确定的煤炭工业指标计算的。边际经济的：地质可靠程度已达到探明或控制程度。经可行性研究或预可行性研究，其内部收益率在零至行业基准内部收益率之间，净现值等于或接近于零。次边际经济的：地质可靠程度已达到探明或控制程度。经可行性研究或预可行性研究，其内部收益率小于零，净现值小于零。内蕴经济的：地质可靠程度已达到探明或控制、推断、预测程度。未做可行性研究或预可行性研究，仅对普查、详查、勘探工作取得不同地质可靠程度的勘查资源，通过概略研究作了相应的投资机会评价。,第三节煤田地质勘探与矿井储量,.,五、煤炭资源和储量分类方案煤炭资源和储量分类方案主要以地质可靠程度和经济意义将矿产资源分为储量、基础储量和资源量三大类十六种类型。下表中所用编码(111334)，第1位数表示经济意义：1为经济的，2M为边际经济的，2S为次边际经济的，3为内蕴经济的，?为经济意义未定的；第2位数表示可行性评价阶段：1为可行性研究，2为预可行性研究，3为概略研究；第3位数表示地质可靠程度：1为探明的，2为控制的，3为推断的，4为预测的。b为未扣除设计、采煤损失的可采储量。,第三节煤田地质勘探与矿井储量,.,煤炭资源和储量分类表,.,煤田划分为井田矿井生产能力和服务年限井田再划分井田内开采顺序巷道分类开拓方式,第二章井田开拓,.,一、煤田在地质历史发展的过程中，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。二、矿区开发煤田形成的社会区域，称为矿区。三、井田在矿区内，划归给一个矿井开采的那一部分煤田。露天、井工开采。一般情况下，煤田（矿区）井田（矿井）,第一节煤田划分为井田,.,第一节煤田划分为井田,.,一、矿井生产能力矿井设计生产能力设计中规定矿井在单位时间（年或日）内采出的煤炭和其它矿产品的数量。矿井核定生产能力矿井经过技术改造，核定后的生产能力。,第二节矿井生产能力和服务年限,.,二、井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：120、150、180、240、300、400、500及500以上（wt）其中，300wt及其以上又称特大型矿井。中型：45、60、90（wt）。小型：9、15、21、30（wt）。,第二节矿井生产能力和服务年限,.,三、矿井服务年限矿井服务年限是指按矿井可采储量、设计生产能力，并考虑储量备用系数计算出的矿井开采年限。,第二节矿井生产能力和服务年限,.,一、井田划分为阶段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。开采水平布置有井底车场和主要运输大巷，并担负该水平开采范围内的主要运输和提升任务的水平。一个开采水平可只为一个阶段服务，也可以为该水平上下两个阶段服务。,第三节井田再划分,.,第三节井田再划分,.,二、井田划分为盘区当井田内煤层倾角很小，接近水平时，由于煤层沿倾斜方向高差很小，没有必要再按标高划分阶段。这时，可沿煤层主要延展方向布置主要大巷，将井田分为两翼，然后以大巷为轴将两翼分成若干适宜开采的块段，每个块段叫一个盘区。每个盘区通过盘区石门与主要大巷相连构成相对独立的生产系统。,第三节井田再划分,.,三、阶段内再划分,第三节井田再划分,.,一、煤层沿倾斜的开采顺序下行开采上行开采一般地，不论是整个井田，还是阶段内、采区内，对同一煤层，都应首先考虑使用下行开采顺序。二、煤层沿走向的开采顺序前进式：工作面背向采区上（下）山方向。后退式：工作面面向采区上（下）山方向。,第四节井田内开采顺序,.,一、按空间位置和形状垂直巷道：立井、暗立井、溜井。倾斜巷道：斜井、暗斜井、上山、下山。水平巷道：平硐、石门、煤门、平巷。,第五节巷道分类,二、按巷道用途及其服务范围开拓巷道：为全矿井、一个开采水平或阶段服务的巷道，如井筒、井底车场、阶段（或水平）运输大巷和回风大巷等。准备巷道：为整个采区服务的巷道，如采区上（下）山、采区上下车场、采区石门等。回采巷道：为工作面采煤直接服务的巷道，如区段上、下平巷和开切眼等。,.,第五节巷道分类,1.立井，2.斜井，3.平硐，4.暗立井，5.溜井，6.石门,9.上山，10.下山，11.风井，12.岩石平巷，13.煤层平巷,.,开拓巷道的布置方式通称为开拓方式。,第六节开拓方式,.,(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式混合式,第六节开拓方式,.,斜井单水平分区式开拓1.主井；2.副井；3.井底车场；4.阶段运输平巷；5.阶段辅巷；6.采区运输上山；7.采区轨道上山；8、15.区段运输平巷；9、16.区段回风平巷；10、17.采煤工作面；11.阶段回风平巷；12-回风井；13.采区运输下山；14.采区轨道下山；18.专用回风上山；19.采区煤仓；20.井底煤仓；21.行人进风上山；22.回风联络巷,第六节开拓方式,.,第三章矿井生产系统,地面生产系统井下生产系统,.,井下生产系统有掘进、采煤和运输提升等三个主要过程，还有通风、排水、材料和动力供应等辅助生产系统。井下生产系统的主要任务是保证井下采煤、掘进、运输、提升、排水和通风等工作正常进行，把采掘出来的煤炭和矸石输送到地面，再和地面生产系统相衔接。同时，将动力、材料和设备，送至所需地点。,第三章矿井生产系统,地面生产系统通常包括地面提升系统、运输系统、排矸系统、选煤系统和管道线路系统。此外，还有变电所、压风机房、锅炉房、机修厂、坑木加工场、矿灯房、浴室及行政福利大楼等专用建筑物。地面生产系统的主要任务是煤炭经过运输提升到地面后的加工和外运，还要完成矸石排放、动力供给、材料设备供应等工作。,.,一、概述矿井地面设备、建筑物和构筑物及各种管线组成的总体称为矿井地面生产系统。所占用的场地称为地面工业场地。影响地面工业场地布置的主要因素有：1、矿井的开采方法及提升方式2、煤的性质及用户对煤质的要求3、矿井的井型及服务年限4、工业场地的工程、水文条件及地形、气候条件5、矿井的发展远景及与邻近企业的关系。,第一节地面生产系统,.,二、地面工业场地布置1、分散式布置工业场地内各建筑物与构筑物基本上单独修建和分散布置，建筑物的体积比较小，而数目较多。目前，多数矿井属这种布置方式。分散式布置方式适合于地形复杂、机械化程度不高的中小型矿井。2、综合式布置把工业场地内的建筑物组合成大型综合建筑物，即所谓的同体建筑物。采用综合式布置时，各建筑物与构筑物的组合，要最大限度地适合生产工艺过程的要求，缩短运输距离，并使建筑结构尽量简单。,第一节地面生产系统,.,三、矿井地面生产系统（一）矿井地面生产系统的类型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（二）排矸与运料系统1矸石场的选址及类型。风向，水源。2材料、设备的运输：材料、设备的运输系统布置必须以副井为中心。（三）地面管线系统上下水道、热力管道、压缩空气管道、地下电缆等。,第一节地面生产系统,.,神东大柳塔矿综采面长400米,采高6米，推进长度6000米，工作面年产1024万吨。,.,第二节井下生产系统一、运输系统（一）采煤工作面的运输方式一般用可弯曲刮板输送机运输。（二）区段运输平巷运输一般用转载机和可伸缩胶带输送机运输。（三）采区上（下）山运输方式运输上山：胶带输送机轨道上山：轨道运输（四）大巷运输方式电机车运输；胶带输送机运输。,.,（五）井筒提升方式1、平硐直接用电机车或胶带输送机运输2、斜井箕斗；胶带输送机；串车。3、立井箕斗；罐笼。,第二节井下生产系统,.,二、运输与提升设备类型（一）运输设备类型1、输送机1）刮板输送机：适用于倾角小于25的采煤工作面。,第二节井下生产系统,.,2）带式输送机：（1）可伸缩带式输送机。是机械化采煤工作面中顺槽运输的配套输送机（2）钢绳牵引带式输送机。适用于长运距输送的特殊型带式输送机（3）水平弯曲带式输送机：能在水平面内改向折曲输送物料的带式输送机。（4）大倾角带式输送机。在倾角为1625范围内使用的带式输送机（5）管状带式输送机。物料在输送过程中完全处于封闭状态的带式输送机。（6）气垫式带式输送机。不用托辊（或不用上托辊），将输送带沿着气垫层运行的带式输送机。,第二节井下生产系统,.,2、轨道运输基本设备时轨道、矿车和牵引设备。（1）轨道。（2）矿车。,第二节井下生产系统,.,第二节井下生产系统,.,（3）钢丝绳运输。（1）有极绳运输：钢丝绳的一端固定在绞车上，另一端钩挂在矿车上运行，适用于625倾斜井巷。（2）无极绳运输：空车和重车利用摘挂车装置分别挂在往返的两侧钢丝绳上，即可进行运输。无极绳运输多用于水平巷道中。,第二节井下生产系统,.,（4）电机车运输电机车是以电力为动力，用牵引电动机驱动车轮的机车。目前，我国采用的电机车均为直流电机车。根据供电方式不同，可分为架线式电机车和蓄电池式电机车。架线式电机车在行驶时，常常发生电火花，有可能引起瓦斯、煤尘爆炸，所以架线式电机车一般用于低瓦斯矿井中的主要运输巷道，而高瓦斯矿井中则采用蓄电池式电机车。随着综采综掘的迅速发展，现已研制成功防爆特殊型胶套轮蓄电池机车，为采区辅助运输提供了一种新型机车设备。,第二节井下生产系统,.,（二）提升设备类型1、立井提升（1）立井箕斗提升。（2）立井罐笼提升。立井副井的提升容器普遍采用罐笼，用来提升材料、设备、矸石并供人员上、下。在中、小型矿井中也可以用罐笼提煤。,第二节井下生产系统,.,2、斜井提升（1）斜井箕斗提升。（2）斜井串车提升。（3）斜井钢丝绳牵引带式输送机提升：适用1825斜井中。（4）斜井提升机。单绳缠绕式：单滚筒；双滚筒。多绳摩擦式：2-6根钢丝绳。,第二节井下生产系统,.,第二节井下生产系统,.,运煤系统,11,第二节井下生产系统,.,辅助运输系统,第二节井下生产系统,.,二、矿井通风系统矿井通风方法、通风方式、通风网路与通风设施的总称。矿井通风系统是否合理，对整个矿井通风状况的好坏和能否保障矿井安全生产起着重要的作用，同时还应在保证安全生产的前提下，尽量减少通、风工程量，降低通风费用，力求经济合理。,第二节井下生产系统,.,通风系统,第二节井下生产系统,.,三、矿井排水系统矿井排水方式可分为自流式和扬升式两种。平硐开拓采用自流式；扬升式是借助于水泵将水排至地面，可分为固定式和移动式两种。井下水泵房为固定式，竖井和斜井掘进时可采用移动式。（一）矿井排水系统1、采区排水上山采区：自流至大巷水沟内。下山采区，下山底部设采区水仓，用水泵排至大巷水沟。2、大巷排水：35的坡度，水沟自流。3、井底排水：井底水仓（8小时的涌水量）、水泵房。,第二节井下生产系统,.,二、矿井排水设备（一）矿井涌水量涌水量小的矿井：Q2时，地面建筑物将出现明显裂缝破坏。,.,318,4、根据发生的地点和位置分类(1)煤体冲击。发生在煤体内，根据冲击深度和强度又分为表面、浅部和深部冲击。(2)围岩冲击。发生在顶底板岩层内，根据位置有顶板冲击和底板冲击。,.,319,我国是世界上高温热害矿井最多的国家。随着开采深度的增加、围岩温度提高，矿井热害问题越来越突出。据1999年不完全统计，70多处国有重点煤矿大中型生产井工煤矿的采掘工作面最高气温超过煤矿安全规程的要求，超过26，其中30多处矿井采掘工作面温度超过30，最高达37。全国煤矿热害突出的矿井有平顶山八矿、新汶斜庄矿、丰城建新矿、徐州三河尖矿、永荣曾家山矿以及新开发的巨野矿区等。,第九节矿井热害,.,第八章露天开采,概述露天开采的主要工艺过程露天开采程序及开拓运输系统露天矿生产能力,.,第一节概述,一、生产工艺环节露天开采工艺环节分主要生产环节和辅助生产环节两类。(一)主要生产环节(1)煤岩预先松碎采掘设备的切割力是有限度的，除软岩可以直接采掘外，对中硬以上的煤岩必须进行预先松碎后方能采掘。(2)采装利用采掘设备将工作面煤岩铲挖出来，并装人运输设备(汽车、铁道、车辆、输送机)的过程。(3)运输采掘设备将煤岩装入运输设备后，煤被运至卸煤站或选煤厂，土岩运往指定的排土场；(4)排土和卸煤土岩按一定程序有计划地排弃在规定的排土场内，煤被卸至选煤厂或卸煤站。(二)辆助环节辅助环节包括；动力供应；疏干及防排水；设备维修：线路修筑、移设和维修；滑坡清理及防治等。,.,第一节概述,二、露天开采的采场要素及开采工艺分类1.台阶在开采过程中，露天矿往往被划分为若干具有一定高度的水平分层，这种分层被称为“台阶”。台阶要素包括：台阶上部水平面，即上盘、下盘；朝向采空区的倾斜面，即坡面和台阶高度h，台阶坡面角等。2.露天矿场要素（1）露天开采境界（2）边帮（3）边帮角3.开拓与开采要素出入沟：建立采场与地表运输通道的露天沟道。开段沟：开掘某标高采掘工作面的沟道。开采程序：采场内土岩的剥离和采煤工程，在空间和时间上合理配合的发展顺序。,.,第一节概述,图21-1矿场划分为台阶,图21-2台阶要素图1上盘;2下盘;3坡面;4台阶坡顶线;5台阶坡底线,图21-3露天采场构成要素,非工作帮AG、BF,工作边帮角,最终边帮角、,.,第一节概述,三、露天开采的优缺点(1)矿山生产规模大山西平朔安太堡露天矿年产原煤15.00Mt。黑岱沟、霍林河、元宝山和伊敏河露天煤矿计划规模为5.0012.00Mt/a。国外已有规模达50.00Mt/a的露天煤矿，年剥离量可达1亿到3亿m3。(2)劳动效率高1996年霍林河南露天煤矿原煤全员效率达19t/工；平朔安太堡露天煤矿全员效率36.6t/工。(3)生产成本低露天开采成本的高低与所选择的工艺、煤岩运距、开采单位煤量所需剥离的土岩数量等有关。但与地采相比是低的。世界露天采煤成本约为地下开采采煤成本的二分之一。(4)资源采出率高一般可达90以上，还可对伴生矿产综合开发。(5)作业空间不受限制露天矿由于开采后形成的是敞露空间，可以选用大型或特大型的设备，因而开采强度较大。(6)木材、电力消耗少。(7)建设速度快，产量有保证，生产安全，劳动条件较好。(8)占用土地多，污染环境露大开采后的复田作业需花费相当数量的时间与资金。(9)受气候影响大严寒、风雪、酷暑、暴雨等会影响生产。(10)对矿床赋存条件要求严格。露天开采范围受到经济条件限制，因此覆盖层太厚或埋藏较深的煤层尚不能用露天开采法。,.,第二节露天开采的主要工艺过程,露天开采工艺方法，根据采掘、运输、排土三个主要生产环节所采用的开采机械设备的工作特点，可以划分为三种类型：间断式开采工艺、连续式开采工艺、半连续式开采工艺。下面重点介绍我国露天煤矿采用较多的间断作业工艺方式。,.,第二节露天开采的主要工艺过程,一、煤岩预先破碎露天矿广泛采用的预先松碎方法是穿孔爆破。即选用合适的穿孔设备，按一定规格打出孔眼。再进行装药爆破，爆破后使煤岩松散成一定规格的块度，便于采装。(一)穿孔穿孔用穿孔机完成，穿孔机有冲击式和回转式两类1、钢绳冲击式钻机2、潜孔钻机3、牙轮钻机(二)爆破爆破工作是将煤岩从整体中分离下来，并按一定块度和工程要求堆积成一定的几何形体。爆破用炸药主要应用以硝酸铵为主加适量可燃剂组成的干爆炸剂和以硝酸铵水溶液为主加敏化剂等组成的含水炸药。如铵梯炸药、铵油炸药和铵沥蜡炸药。起爆方法可分为电起爆和非电起爆两类。电起爆有电雷管和起爆器两种，非电起爆有火力起爆和导爆索起爆。,.,冲击式穿孔机工作原理图1钻具;2钢绳;3天轮;4压轮;5后绳轮;6卷筒;7主动齿轮;8冲击轮;9连杆;10桅架,第二节露天开采的主要工艺过程,.,KQ-200型潜孔钻机示意图,KY-310型牙轮钻机,第二节露天开采的主要工艺过程,.,第二节露天开采的主要工艺过程,二、采装工作采装工作就是将软岩或预先松碎了的煤岩，通过机械设备采挖并装入运输设备中，或倒卸在指定地点。广泛得到应用的间断式采装设备有：单斗挖掘机、前装机和铲运机等几种形式。(一)单斗挖掘机单斗挖掘机按其工作装置可分如下几种：正铲、反铲、刨土铲、拉铲和抓斗铲。（如图）1.正铲1)正铲的组成2.液压铲(二)前装机该机将采装、短距离运输、排弃和辅助作业集于一个设备。它灵活机动，运行速度高，爬坡作业性能好，维护费用低。前装机多是轮胎式的，运输距离一般不超过150m。,.,第二节露天开采的主要工艺过程,图21-7各种工作装置的单斗铲挖掘机示意图a正铲;b反铲;c刨土铲;d拉铲;e抓斗铲,.,第二节露天开采的主要工艺过程,三、运输1.铁路运输铁路运输适宜长距离、较大运量、采场尺寸也较大的矿山。2.公路运输公路运输主要设备是自卸汽车，它具有较高的机动灵活性，爬坡能力比铁路列车大，曲线半径小，建设速度快，基建投资低等均是其优点。3联合运输除铁道、汽车运输外，还有箕斗运输、斜坡卷扬串车运输、重力运输（溜井）等。,.,第二节露天开采的主要工艺过程,四、排土露天开采为了采煤而必须剥离的土岩，经运输设备运至一定地点排弃，这个排弃的场所称排土场。排土场可选择在开采范围以外称外排土场，也可利用已开采的空间进行排弃，称为内排土场。(一)排土场位置选择位置选择首先应考虑近距离排土，少占或不占农田，尽可能减少对环境的污染。为此，在近水平和缓斜煤层条件下，从开采设计上应尽可能采用采场内采空区排土；在倾斜与急斜煤层条件下，可利用分区开采实现内排，或将剥离物排至已采尽的采空区，这些均为内排土。内排时，采掘工作面和排土工作面间应留一定的安全距离。(二)排土设备及排弃方式1铁道运输2汽车运输,.,第三节露天开采程序及开拓运输系统,一、开采程序（一）采剥工程台阶划分及台阶开采程序露天矿场开采程序系指在露天开采范围内采煤、剥岩的顺序。开采程序的选择与煤岩赋存条件、露天矿场的尺寸和几何形状、工艺类型、开拓方式以及煤产量、质量、投产时间、达产时间等有关。根据煤岩赋存条件和矿场尺寸，可以考虑台阶划分及台阶高度、设备的选型、开拓运输系统及第一个沟位的确定。决定方案时，应拟多个方案从中择优。（二）工作帮及其推进1、开段沟初始位置确定2、工作帮构成3、工作帮推进,.,第三节露天开采程序及开拓运输系统,二、矿床开拓矿床开拓指开掘矿山坑道(或修筑通路)以开辟从地表至矿床或自矿床的某一开采部分至另一部分的运输通路，并为开掘开段沟和开掘矿山坑道(沟道或井巷)的工作创造条件。矿床开拓包括确定矿体开采顺序、开拓方法、台阶高度及坑线布置等项内容。露天矿按有无坑道把开拓方法分为有沟、无沟、地下井巷和混合开拓四类；按运输方式分为铁路运输、公路运输、斜坡卷扬和平硐溜井开拓四类。,.,第三节露天开采程序及开拓运输系统,上部水平改为螺旋坑线示意图,.,第三节露天开采程序及开拓运输系统,移动坑线示意图,.,第四节露天矿生产能力,一、露天开采境界露天开采境界系指露天矿场开采终了时形成的空间轮廓。它由矿场的地表境界、底部境界和四周帮坡组成。1、影响露天开采境界的因素(1)自然因素包括煤层埋藏条件，如：赋存状态、厚度、倾角、煤质、围岩岩性、地形地貌、工程和水文地质条件等。(2)技术组织因素包括开采技术水平、装备水平、地面主要建筑物、城市、厂房等。(3)经济因素包括基建投资、基建期和达产时间、煤炭的开采成本及销售价格中煤炭的贫化损失、设备供应情况及国民经济发展水平等。2、合理开采深度的确定原则当一个煤田或煤田的部分被确定用露天法开采时，首先必须确定以什么原则圈定其合理的开采范围。,.,第四节露天矿生产能力,二、剥采比所谓剥采比即是开采单位煤量所须剥离的岩石量。1、平均剥采比np露天开采境界内，全部岩石量与采出煤量之比。2、境界剥采比nk当露天开采境界做少量变化（扩大或减少h）所引起的岩土量与煤量变化之比值。3、生产剥采比ns露天矿某一生产时期剥离的岩土量与采出煤量之比。4、经济合理剥采比nj指分摊到单位煤量上的最大允许的剥离量，该值为一系列经济因素所决定。主要的计算方法有：（1）露天、地下开采单位煤量成本相等；（2）露天开采法采出煤的成本与其售价相等；,.,第四节露天矿生产能力,三、露天矿生产能力露天矿生产总能力应为年采煤和剥离两个量之和，亦即年采剥总量为A=Ap+Av=Ap+nsAp=Ap（1+ns）（21-12）式中Ap年采煤量，t（m3）/a；Av年剥岩量，m3（t）s；ns生产剥采比，m3（t）/m3（t）。从上式可以看出露天矿的煤岩生产能力A，除受到煤层的生产能力影响外，还受到生产剥采比ns的影响。它还决定着煤炭开采成本、工效、设备数量、人员、投资的多少等。,.,第四节露天矿生产能力,1.按技术条件确定生产能力技术条件主要是可能布置的挖掘机工作面数目，矿山工程延深速度，运输线路的通过能力等。2.按经济条件确定生产能力按经济条件确定煤炭生产能力包括：合适的矿山服务年限可能的投资额和经济效果最优来确定。3.按需求量确定生产能力按需求煤量确定生产能力时，必须对市场的需求量进行预测。首先要对国内外历年煤炭供求情况做一统计分析，其次对今后若干时间的需煤前景做一估计，在此基础上预测未来的供求关系及风险，从而确定生产能力。,.,第九章矿井环境保护,地表沉陷大气污染水污染噪声污染和煤尘污染矿井环保问题的解决,.,第一节地表沉陷,煤炭采出造成地表塌陷我国煤炭开采以井工开采为主，按1998年煤炭产量构成，井工矿开采煤炭产量占93%。国有重点煤矿采用的采煤方法基本都是长壁式开采，全部用跨落法管理顶板。由于采动造成上覆岩层移动、变形、跨落，直至地表塌陷。据测定，缓倾斜、倾斜煤层开采，地表塌陷最大深度一般为煤层开采总厚度的0.7倍，塌陷面积是煤层开采面积的1.2倍左右。到1996年全国约有40万公顷土地因煤矿开采而造成不同程度的塌陷，且以每年2万公顷的速度递增。煤炭开采引起地表塌陷，损坏了地面构筑物、民用建筑物，使农田塌陷，灌溉设施损坏，塌陷区积水以及桥梁、铁路、输电线路等受到不同程度影响。,.,煤是由、组成的极其复杂的高分子有机化合物。2煤炭燃烧时80%左右的硫是可燃的，燃烧时硫分大部分以2的形式排出，例如电厂燃烧含1%硫的煤，烟气中的2在0.1%左右。2进入大气后，可转化为3、24；后形成酸雨。x煤炭燃烧时，煤中的以和2的形式放出，可使血红蛋白转变为亚销基血红蛋白或正铁血红蛋白，使人体血液输氧能力降低;刺激肺的粘液状隔膜，它还可能是哮喘病的触发器。2对于呼吸器官粘膜尤其是肺部有强烈的刺激作用，其毒性比2和都大，2对于大部分动物的致死量为100;与碳氧化合物在强烈的阳光作用下会发生光化学反应而产生光化学烟雾，是大气污染的二次污染物，它也是一种温室气体，所以它造成的污染危害更大。2燃煤产生的2产生温室效应，使气温上升、气候变坏、降雨量和降雨量分布改变，造成干旱和洪水，严重威胁人类的健康和生存。据统计，我国2排放量占世界第一，2产生的排放量占全国总排放量的70%，我国酸雨覆盖面积已占30%以上。1995年，我国由于酸雨和2污染造成农作物、森林和人体健康等方面的经济损失约为1100多亿元，接近当年国民生产总值的2%，成为制约我国经济和社会发展的重要因素。,第二节大气污染,.,(2)煤炭开采中的甲烷气。夹藏在煤层和顶板岩层之中的煤层甲烷，是在成煤作用过程中生成的一部分烃类气体，它在开采时被释放出来。我国大中型煤矿吨煤甲烷气涌出量平均为13，每年排入大气的甲烷气在10亿3以上，其所造成的大气污染和温室效应不仅危害矿区环境，也对全国乃至全球环境