采矿工程讲座论文

1、2015-2016学年第一学期期末考试试卷课程名称：采矿新技术讲座  考试形式：学术报告  专业班级：   学号：   姓名：    得分：               请围绕以下内容（任选择5个方面）论述（20分/题）。 （1） 大采高综合机械化开采技术与装备； （2） 大倾角综合机械化开采技术与装备； （3）

2、60;绿色开采技术； （4） 软岩巷道支护技术； （5） 现代化矿井生产技术的发展方向； （6） 薄煤层机械化开采技术与装备； （7） 短壁机械化采煤技术与装备； （8） 煤矿矸石充填开采技术； （9） 高效安全开采综合保障技术； （10）煤与瓦斯共采技术；  要求：（1）复印本页作为试卷封面；（2）用白色A4幅面70g纸单面书写，左侧留装订线2.5cm，右侧边距2cm，左侧装订；（3）打印或用钢笔或中性笔书写，字迹清楚端正；（5）表述详细具体，

3、不少于5000字。 绿色开采技术绿色开采技术的主要内容包括:保水开采，建筑物下采煤与离层注浆减沉，条带与充填开采，煤与瓦斯共采，煤巷支护与部分研石的井下处理，煤炭地下气化等。另外，岩层控制的关键层理论为绿色开采研究提供了一个理论平台。党的十六大报告明确提出“走出一条科技含量高，经济效益好，资源消耗低，环境污染少，人力资源优势得到充分发挥的新型工业化路子”。因此，必须充分考虑我国资源相对短缺，环境比较脆弱的基本特点，建立起适合我国国情的资源节约、环境友好的新型工业化发展道路。近期提出的循环经济是指遵循自然生态系统的物质循环和能量流动规律重构经济系统。将经济活动高效有序地组织成一个“资源利用绿色工

4、业资源再生”的封闭型物质能量循环的反馈式流程，保持经济生产的低消耗、高质量、低废弃，从而将经济活动对自然环境的影响和破坏减少到最低限度。它不同于传统经济的高开采、低利用、高排放，而是要达到“低开采、高利用、低排放”的可持续发展目标。对矿业来说就是要实现绿色矿业，其核心内容之一就是要实现绿色开采。“绿色开采”的内涵是努力遵循循环经济中绿色工业的原则，形成一种与环境协调一致的，努力去实现“低开采、高利用、低排放”的开采技术。矿区在开发建设之前与周围环境是协调一致的，开发建设后，人为活动便使环境发生巨大的变化，由此形成了矿区独特的生态环境问题，如造成农田及建筑物破坏、村庄迁徙、矸石堆积，河川径流量减

5、少、地下水供水水源干枯，在地面导致的土地沙漠化，矿物内的有害物质流入地下水中等。我国目前的煤矿生产是在以下两种情况下进行的:一是生产成本不完全，如投入不足;技术装备落后;安全设施欠账;工人工资太低。二是相关费用支付不全，如矿产资源费及植被恢复，地面塌陷与水损失，污染治理等。提出并形成绿色开采技术是为了正视开采对环境造成的影响和破坏，以便提出必要的对策并对政府提出必要的政策建议。煤炭开采形成的环境问题主要有:煤炭开采对土地资源的破坏损害，以地表塌陷和矸石山压占为主，而露天开采则以直接挖损和外排土场压占为主。煤炭开采过程中进行的人为疏干排水形成的导水裂隙对煤系含水层的自然疏干，破坏了地下水资源。同

6、时开采还可能污染地下水资源。来自矿井排出的煤层瓦斯抽放和煤矿矸石山的自燃。针对煤矿中土地、地下水、瓦斯以及矸石排放等，“绿色开采技术”主要包括以下内容:水资源保护-形成“保水开采”技术;土地与建筑物保护-形成离层注浆、充填与条带开采技术;瓦斯抽放-形成“煤与瓦斯共采”技术;煤层巷道支护技术与减少矸石排放技术;地下气化技术。绿色开采的基础理论为采矿后岩层内的“节理裂隙场”分布及离层规律;开采对岩层与地表移动的影响规律;水与瓦斯在裂隙岩体中的渗流规律;岩体应力场的分布规律及岩层控制技术。煤与瓦斯共采技术对我国来说，煤炭作为一种化石能源，具有不可替代的地位，因为它是我国目前能源结构中所占比例最大的一

7、种化石能源。然而，在煤炭演化形成的过程中，还生成了一种爆炸性气体瓦斯。在煤矿开采过程中，由于瓦斯的存在，导致煤矿存在重大安全隐患。我国之所以矿难频发，就在于多数事故特别是重大事故均是瓦斯事故。但是，瓦斯作为一种高热值的清洁能源，若被人们善加利用，则在消除煤矿安全隐患的同时，还可以为煤炭产业带来增益。因此，有必要研究煤与瓦斯共采技术。 一、煤与瓦斯共采的理论基础  煤是一种复杂的有机混合物，是远古时期的植物遗体经过掩埋、压实、变质等作用后形成的固态化石燃料。煤是一种多孔介质，在煤的表面存在着许多微小的孔隙，而这些孔隙根据形状及孔径的不同，又可以分为不同种类。目前主流的区分方法

8、是根据煤体表面孔隙孔径的不同对其分类，可分为大孔、中孔、小孔以及微孔。这些孔隙的存在使煤的比表面积很大，这就使瓦斯在煤体表面的吸附成为可能。瓦斯是煤在变质过程中所形成的，其形成后由于盖层的作用不能溢散，所以在高压的作用下，很大一部分瓦斯以吸附态的形式存在于煤的表面。因此，煤层中含有大量的瓦斯，这为煤与瓦斯共采提供了物质基础。  在煤的演化过程中，在外力的作用下，煤的原始形态往往遭到破坏，我国的煤层大多数都为构造煤，美国、澳大利亚的煤层气抽采模式在中国可行性不高，因此，必须紧密结合我国煤层赋存实际，开辟出切实可行的煤层瓦斯抽采技术路线。大量研究表明，煤层在原始状态下，由于地应

9、力的作用，具有较高的压力，而这也是瓦斯吸附于煤体表面的原因。因此，若对煤层进行降压处理，使煤层压力下降，瓦斯就会从煤体表面脱附以游离态存在，有利于瓦斯的抽采；同时，对煤层进行卸压，会导致煤层的渗透性急剧升高。因此，对煤层卸压，是煤与瓦斯共采技术的核心手段1。 二、煤与瓦斯共采技术手段  煤炭开采的过程离不开对采区的规划。对于正在进行煤炭开采的采区，往往可以将其分为规划区、采动区及采空区三个部分。规划区是指已经进行开采规划但尚未采动的区域，采动区是指正在受采动影响的区域，采空区是指煤层已经开采、地层已经稳定的区域。三区联动，所指的就是规划区、采动区、采空区联合瓦斯抽采，其核心

10、思想是“一井三用”。（1）规划区瓦斯抽采  规划区瓦斯抽采，其最主要的抽采方法是地面井进行抽采。对于地面井而言，它的部署方法有着多样性，例如，羽式井、丛式井、水平井、直井等，都是地面井的布置形式。规划区瓦斯开采方法主要是在地面部署井位，终孔位置为目标煤层，钻井完成后使用石油套管固井，之后对井底进行技术处理，技术处理的常见手段有压裂完井、射孔完井、TRD射孔完井、裸眼完井等。做好井底处理工作后，由于井筒内存在水柱压力的作用，此时不会有瓦斯从井口冒出，这就需要缓慢排水降压排采瓦斯。排水降压是瓦斯抽采的关键技术，其压降的速率直接影响到储层裂隙的形态，若排采不慎则有可能造成裂隙堵塞

11、，使瓦斯产量大幅降低。若排水降压成功，则煤层瓦斯缓慢解吸，形成气态并沿煤层裂隙向抽采井运移，最终通过抽采井流出地面加以利用。（2）采动区瓦斯抽采  采动区由于采动的影响，地层压力急剧降低，同时地层产生大量裂隙，有利于瓦斯的抽采。在煤矿开采中，为了保证采煤安全，经常采用开采保护层的方法进行开采，开采保护层后，在采动影响下，大量裂隙在被保护层中产生，解吸的瓦斯在裂隙中流动，最终被抽采利用。采动区的抽采方式主要有采动区地面井、井下长钻孔、高抽巷抽采瓦斯等不同技术手段。安全高效矿井开采综合保障技术安全高效矿井是指通过现代高新技术对传统采煤技术进行改造，采用新的采煤工艺和新的技术装备

12、，运用新的控制监测设施和新的科学管理技术及方法，在一定时期内矿井产量和效率等主要技术经济指标明显高于同类矿井平均水平的矿井。1.国外安全高效矿井开采技术条件（1）煤层赋存条件好，煤层绝大部分为水平煤层，以中厚煤层居多，并且煤层埋藏浅。（2）.绝大多数为单一长壁工作面综采，多是一井一面，产量大，工作面效率和人员工作效率高。（3）.广泛采用大功率高效能重型成套综采设备，设备可靠性高。（4）.工作面设备配套合理（5）.工作面上、下平巷多巷布置，掘进采用连续采煤机，支护使用锚杆或锚网联合支护技术（6）.矿井生产规模向大型化方向发展，矿井开拓方式、运输和通风系统进一步合理化、简单化，采区范围进一步加大，

13、以提高采区综合生产能力。（7）矿井生产强度、生产及安全状况实现实时监测监控。（8）辅助运输多采用无轨胶轮车，实现工作面快速搬家。2.我国安全高效矿井主要采煤方法1) 厚及特厚综放开采2) 厚煤层大采高综采3) 中厚煤层单一长壁综采4) 薄煤层全自动化开采5) 大倾角煤层综放开采4.排头放顶煤支架的特点1) 工作面两端部都是进出工作面内部的必经之路，所需支护面积较大，要求支架具有较强的支护力和较高的可靠性，当沿空掘巷时支架的支护能力更要不断的加强2) 工作面两端部设备多、体积大空间紧张，要求尽量压缩支架立柱及稳定机构等占用空间，加大前、后输送机机头（尾）安装及工作空间3) 放顶煤排头支架工作时，

14、一般尾梁处在较高的位置，垮落的顶煤作用在尾梁上，对支架形成了较大的附加载荷，并增大了移架阻力，因此在确定支架工作阻力及移架力时应充分考虑尾梁附加载荷的影响4) 由于前后输送机机头尾较重，受结构限制支架顶梁较长，底座较短，造成底座前端的压力比较大，因此要求支架具有可靠的推移机构及足够的推移力5) 通常放顶煤排头支架处的工作顺序为先推溜，后移架。随着社会的不断发展，对于煤炭资源的需求量也越来越大。为了满足 社会发展地需求，必须采用合理的开采技术提高煤矿的生产效率，开采出优质的煤炭资源。 选择合理的开采技术能够提高煤矿的开采效率，保证煤炭的质量。特别是随着市场经济的快速发展，煤矿企业面临着激烈的竞争

15、，为了保证煤矿企业的可持续发展必须研究先进的开采技术，从而增强煤矿企业的竞争力。软岩巷道支护技术软岩巷道支护技术：超高强度螺纹钢锚杆支护，锚注支护、联合支护。我们针对这三种支护形式的优点和创新点进行分析。 (1)超高强度螺纹钢锚杆。这是一种利用超高强度螺纹钢锚杆支护为围岩提供支护阻力的方法。这种方法比一般普通锚杆支护力提高三倍。可以大大降低巷道围岩离层、离析等的发展。同时，可以在作业中使用高强度和超高强度螺纹钢锚杆实现全长锚固，从而降低巷道围岩的大变形和移动，保护巷道顶板的稳定。 (2)锚注支护。单纯的使用锚杆技术难以控制软岩巷道的位移。软岩巷道一般顶板破碎面积大，锚杆支护难以使大面积的顶板破

16、碎岩石完全处于受压状态而形成组合拱。在软岩巷道支护过程中，我们可以利用锚杆兼注浆管，实现外锚内注，锚注一体化，是保证解决破碎软岩巷道支护的一种形式。锚注支护有下面几个好处。在节理发育的软岩巷道中，通过注入混泥土可以改变围岩的破碎状态，提高岩石的整体性和自身围岩强度，从而达到支护目的。利用注浆锚杆注浆。这种方式可以有效的利用混泥土堵住顶板裂隙，隔断空气、防止围岩受到水、风的侵蚀，降低围岩受地质作用力的影响。锚注支护后可以为锚杆提供可靠的主力基础，充分发挥锚杆的作用，注浆加固可以实现全长锚固，提高锚注效果。锚注支护可以提高巷道围岩破碎岩石的强度和弹性变形量。在松动岩石中，岩石的强度和变形量主要是受

17、破损岩体面影响，导致岩石强度和变形范围降低。但是，当使用混泥土进行锚注后，由于液浆的粘接力，可以显著提高岩石的强度，为保证岩石的稳定性提供基础。锚注充实了破碎孔隙，保证巷道的顶板压力均匀的分布在巷道周围，避免了局部受力导致的不稳定或破坏。锚注混泥土填实孔隙后，在顶板处形成一个加固拱，这个拱和喷网层、锚杆压缩等组成多层组合拱，加强了巷道的支护强度。锚注后，顶板的压力可以转移到拱周边，分摊上部载荷，同时通过锚注拱两边的传递，可以将上方载荷压力传导到地下。综上所述，在节理地形、结构破碎松散、断层等软岩巷道，使用锚注支护时最佳的支护形式。但是对于含有大量的膨胀性矿物的巷道，锚注技术不能使用。联合支护形

18、式就是同时使用多种支护方式对同一地点的顶板进行支护，联合支护的主要形式有：锚注加固、锚喷和U型钢联合支护、锚喷和注浆型钢可伸缩性支架联合支护法、三联锚杆支护等支护形式。煤矿设计人员在选择联合支护时，必须根据现场的地质条件和生产作业形式，选择合理的联合支护方式。在这几中联合支护中，锚喷支护是性能优越、性价比最高的一种支护形式，应作为首要选择。综上所述，煤矿应根据自身的发展选择适当的方式进行软岩巷道的支护。软岩是一种十分困难的支护岩体，在进行支护过程中，必须满足支护后有足够的作用力改善顶板的围岩状态，使围岩趋于稳定，从而提高围岩的承载能力。随着科技的发展，锚喷支护是我国巷道支护的发展方向，锚喷技术

19、具有超高强度、可伸缩、全长锚固等优点，对软岩巷道的支护效果明显。所以，在以后的工作中，我们应广泛使用锚喷技术，提高巷道的支护质量，为煤矿的安全生产垫定基础。现代矿井生产技术发展方向高产高效矿井,、生产集中、机械化程度高、产量高、效率高、安全好、效益好的矿井,也可简称为“合理生产,三高、两好矿井”。20世纪80年代初,先进国家建设高产高效矿井已成为煤炭生产发展的主流、煤矿经济增长的基本途径。但到目前为止,对高产高效矿井仍没有公认的严格定义和数量标准,高产高效矿井仅是以高产高效为目标的建矿方向,其内涵是随着煤炭工业生产技术的发展而变化的,也会因不同国家、地区的生产环境、技术条件而异的。 相邻的新区

20、,通过技术改造或改扩建合并开发,可不建新井;对老井深部和老井深部新的勘探区,要合理调整井田边界,结合开拓延伸进行合并集中,采区和工作面几何尺寸适度加大;在优化巷道布置上,推行单层化和全煤巷化,并尽可能实现单水平生产;在生产规模上,要控制最小生产规模,现有小型煤矿要通过联合改造,提高规模等级。推行高产、高效、安全的采煤工艺。要根据我国开采技术的实际,推广应用以下几种采煤方法。缓倾斜厚及特厚煤层,在解决防火、防尘和资源回收率的前提下,推行综采放顶煤技术;构造复杂的矿井、中小型矿井及大矿的边角可采用轻型支架、悬移支架、网格支架等;稳定缓倾斜中厚煤层应推行综采;有一定地质变化的煤层推行高档普采或水力采煤;稳定或较稳定薄煤层应推行刨煤机采煤;积极推行特殊条件煤层采煤方法。a.提高采掘工作的单产、单进。b.优化设计,合理布置,集中生产,减少采区,减少同时生产的阶