煤矿生产知识与新技术

1、. 第一节煤田地质概述 一、成煤作用 1.：从植物死亡、堆积到转变为煤的演变过程，以 及在这个演变过程中经受的各种作用。 成煤作用大致分为两个阶段： 第一阶段：第一阶段：泥炭化阶段。 第二阶段：第二阶段：煤化作用阶段。 煤是古代植物遗体经成煤作用后转变成的固 体可燃矿产。 . 烟煤、无烟煤 变质作用 煤化作用 褐煤 成岩作用 成煤作用成煤作用 泥炭 （或腐泥） 泥炭化作用 （或泥化作用） 成煤原始物质 第一节煤田地质概述 . 2.成煤的必要条件 第一、温暖潮湿的气候；第一、温暖潮湿的气候； 第二、大量植物生长、死亡；第二、大量植物生长、死亡； 第三、大面积沼泽；第三、大面积沼泽； 第四、地壳运

2、动配合第四、地壳运动配合 第一节煤田地质概述 . 二、聚煤期二、聚煤期 地质历史中形成煤炭资源的时期称为聚煤地质历史中形成煤炭资源的时期称为聚煤 期或成煤期。我国在石炭纪、二迭纪、侏罗期或成煤期。我国在石炭纪、二迭纪、侏罗 纪和第三纪为主。纪和第三纪为主。 第一节煤田地质概述 . 三、煤层赋存特征三、煤层赋存特征 （一）煤层的结构和顶、底板（一）煤层的结构和顶、底板 1. 煤层的结构煤层的结构 煤层通常是层状的。煤层通常是层状的。 分为两类分为两类: （1）简单结构煤层）简单结构煤层 （2）复杂结构煤层）复杂结构煤层 第一节煤田地质概述 . 2. 煤层的顶、底板煤层的顶、底板 顶板: 赋存在煤

3、层之 上的邻近岩层。 底板:赋存在煤层之 下的邻近岩层。 伪伪 顶顶 直接顶直接顶 老老 顶顶 直接底直接底 老底老底 第一节煤田地质概述 . （二）煤层厚度（二）煤层厚度 煤层的厚度: 煤层顶底板之间的垂直距离。 总厚度和有益厚度 总厚度:包括所有煤分层和夹矸层厚度总和. 有益厚度:是煤分层厚度的总和,不包括夹矸层厚度. 煤层最低可采厚度:当代技术和经济条件下，可开采 的最小煤层厚度.（6页表13） 第一节煤田地质概述 . 图图1-1 煤层的总厚度及有益厚度煤层的总厚度及有益厚度 0 .2 5m 0 .1 m 底 板 0 .4 m 0 .6 m 0 .5 m 顶 板 煤煤 层层 厚厚 度度

4、. 图1-2 煤层的产状要素 走向 倾斜 煤层层面 倾向 水平面 （三）煤层的构造形态（三）煤层的构造形态 1. 单斜构造单斜构造 描述煤（岩）层的 空间形态，通常用 产状要素: 走向、倾向及倾走向、倾向及倾 角角 第一节煤田地质概述 . 单 斜 构 造 断 褶 曲 构 造 断 裂 构 造 层 断 层 . 2. 褶皱构造褶皱构造 煤层及岩层受到水平挤压力后，变成弯曲形状，但仍保 持其连续性。 3. 断裂构造断裂构造 煤（岩）层受地壳运动作用力，作用力超过煤（岩）层 的强度，就产生断裂，失去了连续性和完整性的构造形态 称为断裂构造。 断裂后，两侧岩层若没有发生明显位移，称为节理节理；断 裂面两侧

5、的岩层发生了明显位移的断裂构造称为断层断层。断 层对矿井生产影响特别显著。 第一节煤田地质概述 . 断层分类断层分类: 2-上山上山; A、B、C-标高点标高点 . 二、地质图 煤矿地质图煤矿地质图:反映煤矿各种地质现象与井巷工程之 间相互关系及它们空间分布情况的所有图件。 煤矿常用地质图有： a.钻孔柱状图钻孔柱状图 b. 地质剖面图地质剖面图 c.煤层底板等高线图煤层底板等高线图 d.地形地质图地形地质图 矿图基本知识 . a. 钻孔柱状图 3 2 15 14 1310 74 5 6 118 12 9 m m . b. 地质剖面图 123 0 50 100 130 -50 -100 . c

6、煤层底板等高线图 -100 -50 -200m m-200 -150 m m 0 m m m m-50 -100 -150m m 0 . d地形地质图 (a) (b) 图图120 山岭与湖泊等高线山岭与湖泊等高线 +40 +20 +80 +60 +0 -20 +20 . V I V 沙 N V II 河 33000 32500 32000 31500 31000 30500 30000 v勘 探 线v 建 筑 物公 路 铁 路 河 流 钻 孔 露 头 线 断 层 线 +0 +20 +40 25.3 23.6 20500 21000 21500 +110 +30 +50 +70 +90 +110

7、 +50 +70 +90 . 三、采掘工程图三、采掘工程图 采掘工程图是反映采掘工程、地质和测量信 息的综合性图纸。 1. 采掘工程平面图及剖面图（采掘工程平面图及剖面图（122） 2. 采掘工程立面图（采掘工程立面图（123） 3. 煤层层面图（煤层层面图（124） 矿图基本知识 . 第二节 井田开拓的基本问题 一、煤田划分为井田一、煤田划分为井田 （一）煤田与井田（一）煤田与井田 1.1.煤田：同一地质时期形成，并大致连续发煤田：同一地质时期形成，并大致连续发 育的含煤岩系分布区。育的含煤岩系分布区。 煤田分类：煤田分类： 富量煤田：面积大、储量丰富的煤田。富量煤田：面积大、储量丰富的煤田

8、。 限量煤田：面积小、只能由一个矿井开采。限量煤田：面积小、只能由一个矿井开采。 2.2.井田：划归一个矿山开采的那部分煤田。井田：划归一个矿山开采的那部分煤田。 . （二）煤田划分为井田（二）煤田划分为井田 1.原则：原则： 1）井田境界、储量及开采条件与矿井生产能力适应）井田境界、储量及开采条件与矿井生产能力适应 2）保证井田有合理尺寸（小：）保证井田有合理尺寸（小：1.55km， 中：中：47km，大：，大：715km） 3）自然条件）自然条件 4）相临矿井间的关系）相临矿井间的关系 2.划分方法：划分方法： 1）垂直划分（近水平煤层）垂直划分（近水平煤层） 2）水平划分（倾斜煤层）水平

9、划分（倾斜煤层） 3）按煤组划分）按煤组划分 第二节 井田开拓的基本问题 . I I 一 矿 矿 矿二 三 - 1 2 3 0 +0 - - - - 300 600 600 300 + + + + + + + + + + + + + II 图 22 井田划分方法 第二节 井田开拓的基本问题 . 第二节 井田开拓的基本问题 二、矿井储量、生产能力及服务年限 （一）矿井储量 矿井储量：矿井储量：井田内煤炭的埋藏量。 矿井工业储量矿井工业储量(Zg):(Zg): 矿井设计的资源依据，一般是列入平衡表内的 A+B+C级储量。 矿井可采储量矿井可采储量(Z):(Z): 矿井设计的可以采出的储量. . 第

10、二节 井田开拓的基本问题 工业储量Zg、可采储量Z，存在以下关系： Z = (Zg-P)C (t) 式中 P：永久煤柱损失，t； C: 采区回采率。 （规程规定：厚煤层不小于75；中厚 煤层不小于80；薄煤层不小于85。地方 煤矿不低于0.7。新设计矿井时可按上述数 据选取 ） . 第二节 井田开拓的基本问题 （二）矿井生产能力（二）矿井生产能力 矿井生产能力矿井生产能力:指矿井的设计生产能力。(万t/a) 矿井井型矿井井型:按矿井设计年生产能力大小划分的矿井类 型。一般分大型、中型、小型矿井三种。 1.大型矿井：大型矿井：生产能力为120、150、180、240、300 、400、500万t

11、/a及500万t/a以上的矿井；习惯上称 300万t/a以上的矿井为特大型矿井。 2.中型矿井：中型矿井：生产能力为45、60、90万t/a。 3.小型矿井：小型矿井：生产能力为9、15、21、30万t/a。 . （三）矿井服务年限（三）矿井服务年限 在划定的井田范围内。当矿井生产能力A一定 时，可计算出矿井的设计服务年限T。 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和矿区总体设计可取1.5， 地方矿可取1.3。 （表21矿井及水平服务年限） 第二节 井田开拓的基本问题 KA Z T . 第二节 井田开拓的基本问题 三、矿井开采的概念三、矿井开采的概念 （一）井田再划

12、分（一）井田再划分 1井田划分为阶段和水平井田划分为阶段和水平 阶段阶段: :沿一定标高划分的一部分井田。 开采水平开采水平: :阶段运输大巷及井底车场所在的水平 位置及服务的开采范围，也简称“水平”。 . 二水平 _ + 0 1 三水平-300 -150 + 150 2 一水平 h h 1 1 图24 井田划分为阶段 第二节 井田开拓的基本问题 . 第二节 井田开拓的基本问题 2阶段内的再划分阶段内的再划分 阶段内的划分通常有：采区式和带区式。 （1）采区式划分）采区式划分 采区采区: :在阶段或开采水平内，沿走向划分为具有独 立生产系统的开采块段。 区段区段: :在采区内,若采用走向长壁采

13、煤,沿煤层倾斜方 向将采区划分为若干长条形煤带 。 . 2 6A 53 4 C1 1 4 J J J 1 1 Q C1CC A C 2 3 2 3 32 Q Q 3 Q 2 Q 1 Q 图 25 采区式划分 1阶段运输大巷；2阶段回风大巷；3采区运输上山； 4采区轨道上山；5区段运输平巷；6区段回风平巷 . （2）带区式划分）带区式划分 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，带区内又划分为若干个倾 斜分带，每个分带布置一个采煤工作面。 第二节 井田开拓的基本问题 . J1 2J 3 J F5F3F1F2F4F6 12 图 26 带区式划分 J1，J2，J3阶段；F1，F2，F

14、3，F4，F5，F6带区；、分带 . （二）井巷名称（二）井巷名称 矿山井巷矿山井巷: :为进行地下开采的需要而开掘的井筒、 巷道和硐室的总称。 根据井巷长轴线与水平面的关系，矿山井巷可 分为: 1.1.垂直巷道垂直巷道 2.2.水平巷道水平巷道 3.3.倾斜巷道倾斜巷道 第二节 井田开拓的基本问题 . 第二节 井田开拓的基本问题 1.1.垂直巷道垂直巷道 （1）立井：）立井：服务于地下开采，在地层中开 凿的直通地面的竖直巷道。(如主井、副 井及风井等) （2）暗立井：）暗立井：不与地面直接相通的直立巷 道称为暗立井。 . 第二节 井田开拓的基本问题 2.2.水平巷道水平巷道 （1）平硐服务于

15、地下开采，在地层中开凿的 直通地面的水平巷道。称为平硐。 （2）大巷与平巷：与地面不直接相通的水平 巷道，其长轴方向与煤层走向平行。 （3）石门与煤门 石门：石门：与地面不直接相通的水平巷道，其长轴 线与煤层走向正交或斜交的岩石水平巷道。 煤门：煤门：在厚煤层内，与煤层走向正交或斜交的 水平巷道。 . 第二节 井田开拓的基本问题 3.3.倾斜巷道倾斜巷道 巷道长轴线与水平面有明显坡度的 巷道。 （1）斜井）斜井 （2）上山与下山）上山与下山 （3）斜巷）斜巷 . 11 6 9 9 10 12 13 8 3 4 1 7 613 2 10 5 图 27 矿山井巷 1立井；2斜井；3平硐；4暗立井；

16、5溜井；6石门；7煤门； 8煤仓；9上山；10下山；11风井；12岩石平巷；13煤层平巷 . 第二节 井田开拓的基本问题 （三）矿井巷道布置及生产系统（三）矿井巷道布置及生产系统 1巷道布置巷道布置 矿井巷道开掘原则： （1）要尽快构通风路 （2）要尽量平行作业 2矿井主要生产系统矿井主要生产系统 （1）运煤系统 （2）通风系统 （3）运料排矸系统 . 24 25 20 23 18 17 25 20 23 24 2122 21 22 22 19 15 14 13 19 10 11 9 5 4 3 2 8 7 6 1 16 26 10 12 . 第二节 井田开拓的基本问题 （四）矿井开拓、采区准

17、备和工作面准备（四）矿井开拓、采区准备和工作面准备 按其作用及服务范围不同，可分为开拓巷道、准备巷 道及回采巷道。 1.1.开拓巷道：开拓巷道：从地面到采区巷道。 （为井田开拓而开掘的基本巷道） 2.2.准备巷道：准备巷道：采区内为采区或几个工作面服务的巷道。 （为准备采区而掘进的主要巷道） 3.3.回采巷道：回采巷道：只为一个工作面服务的巷道。 （形成采煤工作面及为其服务的巷道） . 第二节 井田开拓方式 井田开拓井田开拓: :为开采煤炭，由地表进入煤层为 开采水平服务所进行的井巷布置和开掘 工程。 开拓方式开拓方式: :开拓巷道的布置方式称为。 按井筒（硐）形式可分为：按井筒（硐）形式可分

18、为： 1.立井开拓 2.斜井开拓 3.平硐开拓 4.综合开拓 . 第二节 井田开拓方式 一、立井开拓一、立井开拓 主井、副井均采用立井的开拓方式。主井、副井均采用立井的开拓方式。 二、斜井开拓二、斜井开拓 主井、副井均为斜井的开拓方式。主井、副井均为斜井的开拓方式。 三、平硐开拓三、平硐开拓 用主平硐的开拓方式。用主平硐的开拓方式。 四、综合开拓四、综合开拓 . 1 4 20 15 9 818 7 1719 1 6 1 31 71 0 2 2 1 8 1 8 5 2 3 1 4 6 12 11 2 1 1 6 I I I- I 2 1 3 4 5 1 0.11 1 8 1 7 18 14 78

19、 9 立 井 开 拓 . 6 3 4 1 2 7 17 I-I 18 14 7 617 2 1 3 21 13 5 15 20 9 8 12 1119 15 16 20 4 I I 10 斜 井 开 拓 . 3 8 11 3 75 6 42 8 9 1 I I - I 10, 7 10 11 5 9 1 2 4 I 6 , 2-13 垂直走向平硐开拓 1主平硐；2主要运输大巷；3副巷（后期回风） ；4盘区上山下部车 场；5盘区轨道上山；6盘区运输机上山；7盘区煤仑；8盘区下山 上部车场；9盘区回风井；10盘区运输机下山；11盘区轨道下山 平 硐 开 拓 . 综合开拓 4 2 3 1 图 2-1

20、6 主斜井副立井综合开拓 1主斜井；2副立井；3井底车场；4阶段运输大巷 . 第二节 井田开拓方式 五、平硐、斜井开拓的优缺点及适用条件五、平硐、斜井开拓的优缺点及适用条件 1 1、平硐、平硐 优点：优点：开拓、运输、排水等系统简单，省去了提升、排 水环节及设备，平硐施工技术简单。 缺点：缺点：平硐开拓受到地形条件的限制。 适用条件：煤层埋藏在当地基准面以上，且有一定的储 量。 2 2、斜井、斜井 优点：优点：施工简单，掘进速度快，费用低；斜井用胶带提 煤时，提升能力大。 缺点：缺点：在开采深度相同的条件下，井筒长，管线长，维 修难，通风阻力大，辅助提升能力小。 适用条件：埋藏浅，水文地质情况

21、简单的煤层。 . 第二节 井田开拓方式 3 3、立井：、立井： 优点：优点：维护费用低，管线短，人员、材料升降 速度快。 缺点：缺点：井筒施工复杂、掘进速度慢。 适用条件：埋藏深、水文条件复杂时用。 4 4、综合开拓：、综合开拓： 只用立、斜、平一种方式不合理时，可用综 合方式。 . 第二节 井田开拓方式 采煤技术采煤技术 采煤工作面回采工艺包括：破煤、装采煤工作面回采工艺包括：破煤、装 煤、运煤、支护及采空区处理五大项。煤、运煤、支护及采空区处理五大项。 采煤工艺指的是：炮采、普采、综采采煤工艺指的是：炮采、普采、综采 。 . 第三节 煤矿生产新技术 一、煤矿安全高效开采地质保障技术一、煤矿

22、安全高效开采地质保障技术 煤矿安全高效矿井地质保障系统，是根据安全高效矿井机械煤矿安全高效矿井地质保障系统，是根据安全高效矿井机械 化、集中化程度高的特点和安全生产需要，以地质量化预测为先导化、集中化程度高的特点和安全生产需要，以地质量化预测为先导 ，以物探、钻探等综合技术为手段并依托先进的计算机技术从而实，以物探、钻探等综合技术为手段并依托先进的计算机技术从而实 现煤矿地质工作的动态管理和安全地质预警的全过程。现煤矿地质工作的动态管理和安全地质预警的全过程。 二、煤巷锚杆支护技术的发展趋势二、煤巷锚杆支护技术的发展趋势 锚杆支护巷道安全性主要取决三个方面的因素：锚杆支护巷道安全性主要取决三个

23、方面的因素： 1 1、巷道围岩的物理力学性质、巷道围岩的物理力学性质 2 2、巷道所处的应力环境、巷道所处的应力环境 3 3、巷道支护强度、巷道支护强度 . 三、灾区救护新技术三、灾区救护新技术 随着科学技术的进步，装备水平的提高，近年 来灾区救护新技术也有较快发展；发达国家在矿山救 护领域采用了一些世界领先的新技术，而我国的矿山 救护技术当前还没有重大突破。 从发达国家灾区救护技术上，可以看到他们在职 工培训、灾区自救、互救方面的好经验、好做法。如： 第三节 煤矿生产新技术 . 1、灾区通讯技术、灾区通讯技术 在南非、加拿大、澳大利南非、加拿大、澳大利亚等国的井下和灾区通讯， 都广泛采用了“

24、无线移动电话无线移动电话”，它发送的信号，可穿透 煤层、岩层和土壤，实现远距离输送。达到了方便、快捷、 安全、高效的要求。在事发的第一时间，灾区职工能够立 即汇报灾情，指挥部能迅速制定有效的抢救方案、组织快 速救援。这对减少事故伤亡、降低事故损失、防止灾变继 发、组织成功抢救极为重要。 1996年某国有矿井某国有矿井发生了掘进工作面瓦斯燃烧事故， 三名救护队员在灾区执行任务时因迷路而遇难。如果当时 装备有这种先进的“灾区无线移动电话”，事故就不会发 生（详见教案十）。 第三节 煤矿生产新技术 . 2、灾区搜救技术、灾区搜救技术 安徽省某金属矿安徽省某金属矿发生坍塌事故，采用“生命探测仪生命探测仪”实施了成功 的救援，而这一技术目前在煤矿尚未推广应用。 近年来发达国家，在灾区搜救方面，采取了声纳探测声纳探测、地音探测、地音探测、 机器人搜救机器人搜救等多项先进新技术。以色列等国以色列等国具有世界领先的矿井“人员人员 定位搜救系统定位搜救系统”。而我国某大城市施工地铁发生坍塌事故后，到第二天 还不知道遇险人员被埋在哪里。 2006年美国美国某矿的3000米深井，发生瓦斯爆炸事故，13名矿工被 困，矿主采用了地面打钻，把机器人从钻孔内送入灾区执行搜救探查任 务。因灾情严重，搜