煤矿开采学整理

第一章煤田与矿区：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。统一规划和开发煤田或其一部分则称为矿区。井田：划分给一个矿井（或露天矿）开采的那一部分煤田，谓之井田（矿田）。井田范围：是指井田沿煤层走向的长度和倾向的水平投影宽度。矿井生产能力：一般是指矿井的设计生产能力，以“Mt/a”表示。井田：根据矿井生产能力不同，我国把矿井划分为大、中、小三种类型，称为井型。大型矿井，生产能力在1.20Mt/a以上，其中3.00Mt/a及其以上的矿井又称为特大型矿井；中型矿井，生产能力为0.45Mt/a到0.90Mt/a；小型矿井，生产能力为0.09Mt/a到0.30Mt/a。剥采比：即每采一吨煤需要剥离多少平方米的岩石量。最大经济合理剥采比，就是按该剥采比开采的煤炭成本不大于用地下开采的煤炭成本。根据我国目前露天煤矿的技术条件和实际经验，最大经济合理剥采比一般对褐煤为6m3/t左右，对烟煤为8m3/t左右。矿山井巷：在煤矿地下开采过程中，为了提升、运输、通风、排水、动力供应等需要而开掘的井筒、巷道和硐室总称矿山井巷。矿山井巷种类很多，根据井巷的长轴线与水平面的关系，可以分为直立巷道（立井、暗立井），水平巷道（平硐、平巷与大巷、石门与煤门），倾斜巷道（斜井、采区上山下山、主要上下山、斜巷、硐室）。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，称为开采水平，简称水平。按其作用和服务的范围不同，可将矿山井巷分为开拓巷道、准备巷道和回采巷道三种类型。开拓巷道：一般来说,为全矿井、一个水平或若干采区服务的巷道,如井筒、井底车场、主要石门、运输大巷和回风大巷（或总回风道 ）、主要风井，称为开拓巷道。准备巷道：为一个采区或数个区段服务的巷道,如采区上下山、采区车场、采区硐室称为准备巷道。回采巷道：仅为采煤工作面生产服务的巷道,如区段回风平巷、开切眼（形成初始采场的巷道）叫做回采巷道。矿井主要生产系统如下：1、运煤系统:从采煤工作面25破落下的煤炭,经区段运输巷20,采区运输上山14到采区煤仓12,在采区下部车场10内装车,经开采水平运输大巷5,主要运输石门4,运到井底车场3,由主井1提升到地面。2、通风系统:新鲜风流从地面经副井2进入井下,经井底车场3,主要运输石门4,运输大巷5,采区下部材料车场11,采区轨道上山15,中部车场19,区段运输巷20进入采煤工作面25。清洗工作面后,污风经区段回风巷23,采区回风石门17,回风大巷8,回风石门7,从风井6排入大气。3、运料排矸系统:采煤工作面所需材料和设备,用矿车由副井2下放到井底车场3,经主要运输石门4,运输大巷5,采区运输石门9,采区下部材料车场11,由采区轨道上山15提升到区段回风平巷23,再运到采煤工作面25。采煤工作面回收的材料、设备和掘进工作面运出的矸石,用矿车经由与运料系统相反的方向运至地面。4、排水系统:排水系统一般与进风风流方向相反,由采煤工作面,经由区段运输平巷、采区上山、采区下部车场、开采水平运输大巷、主要运输石门等巷道一侧的水沟,自流到井底车场水仓,再由水泵房的排水泵通过副井的排水管道排至地面。1-主井；2副井；3井底车场；4主要运输石门；5运输大巷；6风井；7回风石门；8回风大巷；9采区运输石门；10采区下部车场底板绕道；11采区下部材料车场；12采区煤仓；13行人进风巷；14运输上山；15轨道上山；16上山绞车房；17采区回风石门；18采区上部车场；19采区中部车场；20区段运输平巷；21下区段回风平巷；22联络巷；23区段回风平巷；24开切眼；25采煤工作面第二章采场：用来直接大量采取煤炭的场所，称为采场。采煤工作面：在采场内进行回采的煤壁，称为采煤工作面（也称回采工作面）。实际工作中，采煤工作面与采场是同义语。回采工作：在采场内，采取煤炭所进行的一系列工作，称为回采工作。采煤工艺：由于煤层的自然条件和采用的机械不同，完成回采工作各工序的方法也就不同，并且在进行的顺序、时间和空间上必须有规律地加以安排和配合。这种在采煤工作面内按照一定顺序完成各项工序的方法及其配合，称为采煤工艺。在一定时间内，按照一定的顺序完成回采工作各项工序的过程，称为采煤工艺过程。采煤系统：回采巷道的掘进一般是超前于回采工作进行的。它们之间在时间上的配合以及在空间上的相互位置关系，称为回采巷道布置系统，也即采煤系统。采煤方法就是采煤系统与采煤工艺的综合及其在时间和空间上的相互配合。但两者又是互相影响和制约的。采煤工艺是最活跃的因素，采煤工具的改革，要求采煤系统随之改变，而采煤系统的改变也会要求 采煤工艺做相应的改革。事实上，许多种采煤方法正是在这种相互推动的过程中得到改进和发展，甚至创造了新的采煤方法。壁式体系采煤法主要特点：1、通常具有较长的工作面长度，我国一般为120180m，但也有较短的80120m，或更长的180240m。先进采煤国家其工作面长度多在200m以上。2、在采煤工作面两端至少各有一条巷道，用于通风和运输。3、随采煤工作面推进，应有计划地处理运出采场。4、采下的煤沿平行于采煤工作面的方向运出采场。第三章滚筒的位置和旋转方向：普采面单滚筒采煤机的滚筒一般位于机体靠近输送机平巷一端,这样可缩短工作面下切口的长度,使煤流尽量不通过机体下方,有利于工作面技术管理。滚筒的旋转方向对采煤机运行中的稳定性、装煤效果、煤尘产生量及安全生产影响很大。单滚筒采煤机的滚筒旋转方向与工作面方向有关。当我们面向回风平巷站在工作面时,若煤壁在右手方向,则为右工作面；反之为左工作面。右工作面的单滚筒采煤机应安装：左螈旋滚筒,割煤时滚筒逆时针旋转；左工作面安装右螺旋滚筒,割煤时顺时针旋转(下图)。这样的滚筒旋转方向,有利于采煤机稳定运行。当采煤机上行割顶煤时,其滚筒截齿自上而下运行,煤体对截齿的反力是向上的,但因滚筒的上方是顶板,无自由画,故煤体反力不会引起机器震动。当机器下行割底煤时,煤体反力向下,也不会引起震动,并且下行时负荷小,也不容易产生“啃底”现象。这样的转向还有利于装煤,产生煤尘少,煤块不抛向司机位置。移架方式：我国采用较多的移架方式有三种：单架依次顺序式,又称单架连续式,支架沿采煤机牵引方向依次前移,移动步距等于截深,支架移成一条直线,该方式操作简单,容易保证规格质量,能适应不稳定顶板,应用比较多；分组间隔交错式,该方式移架速度快,适用于顶板较稳定的高产综采面；成组整体依次顺序式,该方式按顺序每次移一组,每组二三架,一般由大流量电液阀成组控制,适用煤层地质条件好、采煤机快速牵引割煤的日产万吨综采面。我国采用较多的分段式移架属于依次顺序式。可以这样记：n 单架依次顺序式：多采用，利于顶板管理；n 分组间隔交错式：产量高，移速快；n 成组整体依次顺序式：23架一组，好顶板。采煤工艺方式的选择适于采用综采综采工艺的条件：煤层地质条件较好、构造少，上综采后能很快获得高产、高效；某些地质条件特殊，但上综采后仍有把握取得较好的经济效益。普采对地质变化的适应性比综采强，工作面搬迁容易。对推进距离短、形状不规则、小断层和褶曲较发育的工作面，综采优势难以发挥，而采用普采则可取得较好的效果。与综采相比，普采操作技术较易掌握，组织生产比较容易。炮采工艺的主要优点是技术装备投资少，适应性强，操作技术较容易掌握，生产技术管理比较简单是我国目前采用依然较多的一种采煤工艺。采煤工作面作业规程的内容1、工作面的位置、范围、与临近工作面的关系及地面概况等一般情况；2、地质情况，包括可采储量、煤层厚度和倾角、顶底板岩性、地质构造、水文情况等；3、采煤方法有关内容，包括巷道及工作面布置图、有关参数、机械设备、工艺方式、各生产系统；4、绘制循环图表、劳动组织和技术经济图表；5、安全技术措施。第五章说明倾斜分层走向长臂下行垮落采煤方法的工艺特点一、顶分层回采工艺特点顶分层采煤工作面的顶板是煤层的原生顶板，其采煤工艺与中厚煤层长壁采煤法基本相同，只了要为下部分层铺设假顶或形成再生顶板的工作。1、人工假顶 a. 竹笆、荆笆假顶; b.金属网假顶; c.塑料网假顶2、再生顶板二、假顶下采煤工艺的特点1、假顶下的支护和顶网管理2、假顶下的放顶工艺3、分层采高的控制第七章放顶煤采煤法概念：在缓斜厚煤层的底部（或煤层上部某一范围的底部）布置长壁 工作面用常规方法进行采煤，随该工作面推进，利用矿山压力或人工破碎方法，将顶煤破碎，而后将顶煤放出，由采面运出。预采顶分层网下放顶煤开采：首先沿煤层顶板布置一个普通长壁工作面（顶分层开采），而后沿煤层底板布置放顶煤工作面，将两个工作面之间的顶煤放出。放顶煤采煤法主要优点：1、单产高；2、效率高；3、成本低；4、巷道掘进量小；5、减少了搬家倒面次数，节省了采煤工作面的安装和搬迁费用；6、对煤层厚度变化和地质构造适应性强。放顶煤采煤法主要缺点：煤损多，易发火，煤尘大，瓦斯易积聚。试分析综采放顶煤技术对厚煤层开采的适应性1.煤层厚度：一般认为一次采出的煤层厚度以610m为佳。顶煤厚度过小易发生超前冒顶，增大含矸量；煤层太厚破坏不充分，会降低采出率。2.煤层的可放性：煤质松软，层理节理发育。煤质中硬，f 2最好。个别f = 3.1 3.9，层理节理发育亦可；3.煤层倾角：不宜太大，缓倾斜煤层中一般15度，太大影响支架的稳定性，25度30度煤层中也试验成功；4.煤层结构：过厚过硬的夹矸影响顶煤放落，单层夹矸厚大于0.5m或f大于 3要采取措施顶煤中的夹矸总厚度不宜大于顶煤厚度的10% 15%；5.顶板条件：顶板岩性最理想的条件是基本顶I、 II级，直接顶有一定厚度，采空区不悬顶，冒落后松散体基本充满采空区；6.地质构造：煤层厚度变化大，地质构造复杂，断层切割块段，阶段煤柱等无法应用分层长壁采煤法时，可放顶煤；7.自然发火、瓦斯及水文地质条件。第十章采煤方法的发展方向（1）不断改进采煤工艺，发展机械化；（2）改进巷道布置，优化采区系统和参数；（3）缓斜、倾斜厚煤层开采：大采高综采一次采全厚 ；厚煤层放顶煤采煤法 ；倾斜分层下行垮落采煤法 （4）薄煤层机械化开采；（5）无煤柱护巷技术； （6）急斜煤层开采技术；（7）三下”采煤问题中充填采矿方法 ；（8）连续采煤机为特征的柱式体系采煤法；（9）采煤工艺是采煤方法的核心，改善采煤工艺主要依赖于回采设备(尤其是支护、采煤设备)的改进。 （10）用系统发展的观点分析采煤方法的各项参数及其优化组合，发展采煤方法选择及优化设计的方法，把采煤方法的研究和完善提高到一个新水平。第十一章准备方式：准备巷道的布置方式称准备方式。合理准备的准备方式应遵循以下几项原则：有利于矿井合理集中生产,使采准巷道系统有合理的生产能力和增产潜力；保证具备完善的生产系统,有利于充分发挥机电设备的效能,并为采用新技术、发展综合机械化和自动化创造条件 力求在技术和经济上合理,尽量简化巷道系统,减少巷道掘进和维护工程量,减少没备占用台数和生产费用,便于采掘正常衔接；煤炭损失少,有利于提高采出率；安全生产条件好,符合煤矿安全规程的有关规定。准备方式的分类：一、按煤层赋存条件采区式、盘区式与带区式准备二、按开采方式上山采 (盘)区与下山采(盘)区准备三、按采区上 (下)山的布置单翼采区、双翼采区与跨多上山采区准备四、按煤层群开采时的联系单层准备与联合准备第十二章开采煤层群时，各煤层的开采顺序有下行式和上行式两种。先采上煤层（组）后采下煤层（组）称下行式开采顺序。反之，则称为上行式开采顺序。合理的煤层开采顺序：在考虑煤层采动影响关系的前提下，保证开采水平、采区、采煤工作面的正常接替，保证矿井持续稳产高产，最大限度地采出煤炭资源；减少巷道掘进机维护工作量，合理集中生产，充分发挥设备能力，提高技术经济效益；便于防治灾害，保证生产安全可靠。第十五章采区设计的依据：1、已批准的采区地质报告：地质说明书和附图；2、根据矿井生产、接替和发展对所设计采区要求。采区设计的步骤：1、认真学习党和国家有关煤矿生产、建设的方针政策，并了解局、矿对采区设计的具体要求和规定。（简单化即为：了解具体要求和规定；）2、明确设计任务，掌握设计依据；3、深入现场，调查研究；4、研究方案，编制设计；5、审批方案设计；6、进行施工图设计。第十六章第三节 开拓方式的概念及分类概念：在一定的井田地质、开采技术条件下，矿井开拓巷道可有多种布置方式，开拓巷道的布置方式通常称为开拓方式。分类：一、按井筒（硐）形式：立式开拓、斜井开拓、平硐开拓、综合开拓。二、按开采水平数目：单水平开拓（井内只设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：上山式、上下山式及混合式。（1）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。开采水平分别开采上山阶段及下山阶段，阶段内采用采区式准备或带区式准备；近水平煤层，开采水平分别开采井田上山部分及下山部分，采用盘区式或带区式准备。（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，分组中设集中大巷。第十八章第一节 开采水平的划分及上下山开采开采水平的尺寸以水平垂高(或称水平高度)表示。水平垂高是指该水平开采范围的垂高。若一个开采水平只开采一个上山阶段,阶段的垂高就是水平的垂高,通常所说的水平高度,如不附加说明,即指阶段高度。若一个水平开采上山各一个阶段,水平垂高就应是这两个阶段的总垂高。在极少数情况下,一个开采水平开采两个上山阶段(此时要在上阶段下部设辅助水平),水平垂高就应包括两个上山阶段的垂高。合理的水平垂高合理的开采水平垂高应以合理的阶段垂高(斜长)为前提，并使开采水平有合理的服务年限，有利于矿井水平和采区的接替，还要有较好的技术经济效果。合理的水平垂高应注意满足以下要求。 (一)具有合理的阶段斜长；(二)具有合理的区段数目；(三)要有利手采区的正常接替；(四)要保证开采水平有合理的服务年限及足够的储量；(五)经济上有利的水平垂高。第二节 开采水平大巷的布置一、对大巷布置的一般要求大巷的主要任务是担负煤矸、物料和人员的运输,以及通风、排水、敷设管线。对大巷的基本要求是便于运输,利于掘进和维护,能满足矿井通风安全的需要。根据矿井生产能力和矿井地质条件的不同,大巷可采用不同的运输方式和设备,而不通的运输设备又对大巷提出拉不同的要求。（一）大巷的运输方式和设备我国各类井型矿井的大巷设备一般采用矿车运输。少数大中型矿井大巷采用胶带输送机运煤，而矸石、物料仍采用矿车运输。（二）大巷的巷道断面和支护大巷的断面要能满足运输、通风、行人和管缆敷设的需要,符合煤矿安全规程)的规定。（三）大巷的方向和坡度第十九章第二节 井底车场形式及其选择由于井筒形式、提升方式、大巷运输方式及大巷距井筒的水平距离等不同,井底车场的形式也各异。按照矿车在井底车场内的运行特点,井底车场可分为环行式和折返式两大类型。固定式矿车运煤时,两类车场均可选用,底卸式矿车运煤时,则一般用折返式车场。井底车场可分为环形式、折返式两大类，固定式矿车运煤时，两大类都可用，底卸式矿车运煤时，一般为折返式井底车场。一、固定式矿车运煤时井底车场形式1、环形式井底车场a.立井环形式井底车场卧式、斜式、立式、刀式b.斜井环形式井底车场2、折返式井底车场a.立井折返式井底车场梭式车场、尽头式车场b.斜井折返式井底车场二、底卸式矿车运煤时井底车场1、底卸式矿车卸煤原理2、尽头式车场3、梭式车场三、小型矿井井底车场形式1、小型立井井底车场形式环形式、折返式、梭式车场、尽头式车场2、小型斜井井底车场形式甩车场、平车场四、大巷胶带机运煤的井底车场大巷胶带机运煤的井底车场五、井底