电子课件-《采煤概论(第二版)》-A10-3060采煤概论20240427

采煤概论煤炭工业出版社主

编王君利12021/10/10星期日绪论一、我国煤炭资源分布▲我国是世界上煤炭产量最多的国家，2006年煤炭产量为23.5亿吨；煤炭资源丰富，全国绝大多数省市区都有不同数量的煤炭资源分布，已知的含煤面积约为55万平方公里，累计探明总储量为78223.4亿吨。仅次于俄罗斯，居世界第二位。据预测，我国煤炭资源远景储量为50592亿吨；保有储量为10025亿吨。仅次于俄罗斯、美国，居世界第三位。▲根据地质构造带为界，全国划分为五个聚煤区，分别是华北聚煤区、西北聚煤区、东北聚煤区、华南聚煤区和滇藏聚煤区。22021/10/10星期日二、煤炭资源赋存的主要特点1．成煤地质年代长从早古生代至第四纪，均有煤炭沉积。2．地质构造多，煤层赋存条件多样按煤层厚度分：薄煤层占17.36％，中厚煤层占37.84％，厚煤层占44.80％。按煤层倾角分：缓倾斜煤层占85.95％，倾斜煤层占10.16％，急倾斜煤层占3.89％。3．我国资源赋存特点是缺油、少气、富煤全国石油、天然气探明储量仅占化石能源探明储量的6%，其余94%为煤炭。煤炭埋藏深度1000米以内保有储量约1万亿吨，其中探明可采储量1145亿吨。据专家分析，2050年我国能源结构中煤炭仍将占50%以上。32021/10/10星期日三、我国煤炭工业发展历程我国煤炭开采历史悠久，距今有6800+/-150年的历史。公元前2700年黄帝时代，中国出现了早期的采矿业，春秋战国时期（公元前500年）煤炭成为重要商品；17世纪中叶，宋应星编著了世界上第一部记录煤炭开采的技术著作《天工开物》。1949年全国煤炭产量为0.32亿吨，2002年全国原煤产量为13.93亿吨；2004年全国原煤产量达到19亿吨；2006年全国原煤产量达到22.5亿吨。我国煤炭开采技术经历了七个阶段：手镐采煤—风镐采煤—爆破采煤—普通机械化采煤（普采）—高档普通机械化采煤（高档普采）—综合机械化采煤（综采）—综合普通机械化放顶煤采煤（综放）。42021/10/10星期日四、国外煤炭工业发展简介1．国外煤炭工业的新技术（1）微电子和计算机技术（2）机械电子技术（3）生物技术（4）航天技术（5）新材料2．未来的采煤技术（1）计算机控制的自动化矿井（2）采煤机器人（3）煤炭地下气化（4）化学采煤52021/10/10星期日第一章

煤矿地质知识

学习目标了解地壳的组成及地质作用、煤炭的形成和成煤条件，了解煤田地质勘探与储量划分，了解矿图的基础知识，掌握煤矿常见地质构造及其在在煤层地板等高线图上的表示方法，掌握煤矿地质相关基本概念。62021/10/10星期日第一节

地壳的组成和地质作用

一．地球及其构造1．地球的表面特征（1）大陆与海洋的分布地球的表面积5.1亿km2，其中海洋占70.8%，陆地占29.2%。（2）陆地地形主要类型陆地地形主要包括山地、丘陵、高原、平原、盆地和洼地等。（3）海底地形主要类型海底地形主要包括海岸带、大陆架、大陆坡、大洋盆地、海岭和海沟等。72021/10/10星期日2．地球的圈层构造（1）地球的外圈层1）大气圈。2）水圈。3）生物圈。（2）地球内圈层1）地壳。2）地幔。3）地核。82021/10/10星期日二、地壳的组成及地质作用1．地壳的组成（1）元素组成地壳的元素达百余种，但占主要地位的是氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢等。（2）矿物矿物是地壳中一种或多种元素在各种地质作用下形成的自然产物，具有比较固定的化学成分和一定的物理性质与形态。（3）岩石地壳主要是由岩石组成的，岩石是矿物的集合体。岩石按其生成原因的不同，可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。1）岩浆岩。岩浆岩由岩浆冷凝形成。2）沉积岩。暴露于地表的各种岩石，由于长期受大气温度变化、风雨侵蚀和生物破坏等风化、剥蚀作用，变成碎石、细砂和泥土等物质。3）变质岩。由于地壳运动和岩浆活动的影响，使已经形成的岩浆岩、沉积岩或先期变质岩，在地下深处受到高温和高压的作用，改变了原来的成分和性质，变成新的岩石——变质岩。92021/10/10星期日2．地质作用促使地壳物质发生运动和变化的各种自然作用都称为地质作用。根据地质作用进行的场所及能源的不同，可将其分为内力地质作用和外力地质作用两种。（1）内力地质作用1）岩浆活动。2）变质作用。3）地壳运动。3）固结成岩。（2）外力地质作用1）风化和剥蚀。2）搬运和沉积。4）地震作用。102021/10/10星期日三、地史与地层的概念▲在不同的地质历史阶段都有着岩石、矿物和生物的形与发展，也有着岩石、矿物和生物的破坏和淘汰。为了便于研究，通常根据地壳运动及古生物的发展，将地球的历史从古到今划分为太古代、元古代、古生代、中生代和新生代五个大的时期，每个代都包含着几亿年时间。为了反映更短的时间间隔内地壳的变化，代以下又分为若干纪，纪以下又分为世。代、纪、世是国际统一的地质时代单位。▲在各个地质时代内，都有相应的沉积岩层形成。各个地质时代内所生成的地层相应地称界、系、统。界、系、统是国际统一的地层单位。112021/10/10星期日第二节

煤的形成及煤系

一、煤的形成1．成煤的原始物质成煤的原始植物可分为高等植物和低等植物两大类。低等植物遗体形成腐泥煤，高等植物形成煤炭。2．成煤的过程（1）第一阶段：泥炭化阶段死亡后的植物遗体堆积在湖泊沼泽底部被水浸没，在缺氧的条件下，在微生物的作用下，不断地分解、化合，逐渐地形成了泥炭层。（2）第二阶段：煤化阶段随着时间的推移，地壳继续缓慢下沉，泥炭层被水携带来的泥、砂等物质覆盖，随着覆盖层的逐渐加厚，泥炭层在地下深处受覆岩层的压力和地热的作用，逐渐被压紧、脱水，碳的含量逐渐增加，氢、氧元素含量逐渐减少，经过一系列复杂的物理化学作用，泥炭就变成了褐煤。褐煤形成后，如果地壳继续下沉，覆盖岩层不断加厚，褐煤在高温、高压的影响下，引起内部分子结构、物理性质的变化，逐渐形成了烟煤，烟煤继续在温度和压力作用就会变质成无烟煤。122021/10/10星期日三、地史与地层的概念▲在不同的地质历史阶段都有着岩石、矿物和生物的形与发展，也有着岩石、矿物和生物的破坏和淘汰。为了便于研究，通常根据地壳运动及古生物的发展，将地球的历史从古到今划分为太古代、元古代、古生代、中生代和新生代五个大的时期，每个代都包含着几亿年时间。为了反映更短的时间间隔内地壳的变化，代以下又分为若干纪，纪以下又分为世。代、纪、世是国际统一的地质时代单位。▲在各个地质时代内，都有相应的沉积岩层形成。各个地质时代内所生成的地层相应地称界、系、统。界、系、统是国际统一的地层单位。132021/10/10星期日3．成煤条件（1）植物条件植物遗体是成煤的原始物质，没有植物的生长就不可能有煤的形成。（2）气候条件只有在温暖潮湿的气候条件下，植物才能大量繁殖。同时，植物遗体只有在湖泊、沼泽等地带才能被水淹没免遭完全氧化而逐渐堆积。（3）地理环境要形成分布面积较广的煤层，必须有能够产生大面积沼泽化的自然地理条件。（4）地壳运动泥炭层的积聚要求地壳发生缓慢下沉，而下沉速度最好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，形成的泥炭层就越厚。142021/10/10星期日二、煤的化学组成与煤质1．煤的化学组成煤的化学组成主要是有机质和无机质两大类。有机质是煤的主要组成部分，它包括碳、氢、氧、氮和有机硫，还有少量磷等；无机质包括无机质矿物质和水分。2．煤质煤的炭化程度越高，其中的水份和挥发份越少。评价煤质的主要指标包括水分、灰分、挥发分、胶质层厚度、发热量、硫和磷的含量以及含矸率等。三、煤的分类从2010年1月1日起，我国实行新的煤炭分类，从褐煤到无烟煤共划分为14大类17小类。其中，除了根据炼焦性能将烟煤划分为12大类外，还考虑褐煤和无烟煤的工艺性质，在褐煤中划分2个小类，在无烟煤中划分3个小类。152021/10/10星期日四、煤系煤系就是含有煤层的一整套的沉积岩系。1．煤系的特点（1）岩性主要为灰色、灰绿色及灰黑色的沉积岩组成。（2）煤系中沉积岩岩性主要上砾岩、各种粒度的砂岩、粉砂岩、泥岩和煤组成，石灰岩也比较常见，砂岩中以石英砂岩和长石砂岩为主。（3）不同时代、不同地区的含煤岩系，其岩系组合相差很大。（4）煤系的名称1）采用形成时代命名，如华北石炭纪、二叠纪煤系。2）用煤系发育良好、研究较早的地区命名。因此同一时代形成的煤系在不同地区，常有不同的地区性名称。（5）煤系中的伴生矿产，如油页岩、铝土矿、菱铁矿、黄铁矿、赤铁矿、褐铁矿等。162021/10/10星期日2．煤系类型煤系类型按沉积场所不同分为内陆型煤系和近海型煤系。内陆型煤系的沉积区为内陆地区，主要有内陆盆地、山间盆地及山前盆地等。近海型煤系的沉积区往往是滨海平原或海边的泻湖、海湾和浅海。3．含煤岩系的组成（1）煤层煤层的结构是指煤层内是否有稳定的夹矸层。（2）煤层的顶、底板煤层顶、底板岩石是指煤系中位于煤层上下一定距离内的岩层。根据顶板岩层变形和垮塌的难易程度，顶板划分为伪顶、直接顶和老顶。底板岩石分为直接底和老底。172021/10/10星期日第三节煤层的赋存特征

一、煤层的埋藏状况1．煤层埋藏深度煤层埋藏的深度大小不一，最大埋藏深度可达2km。2．煤层的层数各煤田中的煤层数目不同，少的只有一层或几层；多的可达十几层到几十层。3．煤层的厚度煤层一般是层状的，但也是呈鸡窝状、扁豆状或其他似层状。4．煤层的倾角倾角为5～8°的煤层称为近水平煤层，倾角为8～25°的煤层称为缓斜煤层，倾角为25～45°的煤层称为倾斜煤层，倾角大于45°的煤层称为急倾斜煤层。182021/10/10星期日二、地质构造对煤层的影响1．地质构造的概念发生构造变动的煤层、岩层或岩体，形成了各式各样的构造形态（如褶皱、裂隙、断层。2．单斜构造在一定范围内，一系列岩层大致向同一方向倾斜。3．褶皱构造地壳运动时水平岩层受到侧向挤压而产生的一系列波状弯曲，称为褶皱，其中单个弯曲称为褶曲。4．断裂构造岩层受力后产生变形，当作用力达到或超过岩层的强度极限是时，岩层的连续完整性遭到破坏，则在岩层的一定部位和一定方向上产生断裂，沿断裂面两侧岩块未发生显著位移或发生显著相对位移。5．岩浆岩侵入和岩溶塌陷6．冲蚀由于古河流在泥炭层或在含煤地层中流过形成的煤层厚度发生变化或形成了无煤带192021/10/10星期日第四节

煤田地质勘探与储量一、煤田地质勘探的任务了解矿井资源/储量、井田地质条件、煤层赋存条件、水文地质条件、开采技术条件、煤种煤质等矿井的资源条件。二、煤田地质勘探阶段煤田地质勘探工作划分为煤田普查、矿区详查和井田精查三个阶段依次进行。202021/10/10星期日三、地质勘探技术手段1．遥感地质调查（1）被动遥感被动遥感是指利用飞机或卫星运载的传感仪器，接收地面反射或辐射的电磁波，获取目的物的图象信息和数据信息。（2）主动遥感主动遥感是指从飞机或卫星向地面反射电磁波，接收目的物反射的信息。需要注意的是：大比例尺地质填图不用卫片，应使用航片进行地质解释。2．地质填图地质填图是指应用地质学理论和方法在含煤地区进行全面的地质调查研究，并把所获地质信息填绘在地形图上形成地形地质图。3．坑探工程（3）探巷（2）探井（1）探槽212021/10/10星期日4．钻探工程在矿井建设和生产时期也可以在井下巷道中布置钻探工程，以解决相关地质问题。5．巷探工程在井下利用巷道直接探测地质现象。6．地球物理勘探技术利用岩层或矿床的物理性质（密度、磁性、电性、弹性波传播速度、放射性等）来寻找煤矿床、推断地质构造及解决其他地质问题的技术手段。222021/10/10星期日四、煤田地质勘探类型1．构造复杂程度构造复杂程度划分为四种类别：（1）简单构造；（2）中等构造；（3）复杂构造；（4）极复杂构造。2．煤层稳定程度煤层稳定程度划分为四种类型：（1）稳定煤层；（2）较稳定煤层；（3）不稳定煤层；（4）极不稳定煤层。232021/10/10星期日五、矿井储量1．矿井储量分级A级：煤层层位、厚度、结构及其变化情况已经查明，煤层对比可靠；煤质及其变化情况和煤种已经查明；煤层产状已经查明，煤层底板等高线已控制；落差等于和大于30m的断层已经查明；对于倾角小于10°的煤层，较大的波状起伏已基本查明；岩浆岩对煤层、煤质的影响已经查明。

B级：煤层层位、厚度、结构及其变化情况已基本查明，煤层对比可靠；煤质及其变化情况已基本查明，煤种、煤层产状已经查明，煤层底板等高线已基本控制；落差等于和大于50m的断层已经查明；岩浆岩对煤层、煤质的影响已初步查明。C级：煤层层位、厚度及其变化情况已初步查明，煤层对比基本可靠；煤质和煤种已初步查明；构造及煤层产状已初步查明。D级：对煤层层位、厚度、煤质、煤层产状、构造等均有初步了解所计算的储量。242021/10/10星期日2．矿井储量分类▲矿井地质储量包括平衡表内储量和平衡表外储量。平衡表内储量是指在当前开采技术条件下煤层的主要指标（如灰分、发热量等）和经济技术指标（如煤层厚度、赋存条件等）都符合工业要求，可供开采的储量。平衡表外储量是指煤层质量指标或经济技术指标不能满足当前工业要求，目前暂不能开采，但今后可能利用和开采的储量。▲矿井工业储量是指在井田范围内，经过地质勘探，煤层的厚度和质量均符合开采要求，地质构造比较清楚，目前即可供利用的可列入平衡表内的储量。▲矿井可采储量是矿井设计的可以采出的储量。252021/10/10星期日第五节

矿图基础知识一、概述1．矿图的种类矿井测量图是根据地面和井下实际测量资料绘制的。矿井地质图一般是在矿井测量图的基础上，将生产过程中收集的地质资料和原有勘探资料，经过分析推断绘制而成的。2．矿图比例尺根据对图纸不同的要求，矿图常用的比例尺有1：500、1：1000、1：2000、1：5000、1：10000等。262021/10/10星期日3．坐标系统（1）地理坐标某点的经纬度称为该点的地理坐标。（2）平面直角坐标在矿区的小范围内，若用地理坐标表示地面点的位置很不方便，通常采用平面直角坐标来表示地面点的相对位置。（3）高程地面上任一点至水准面的垂直距离称为该点的高程。由于选取的水准面不同，高程又分为绝对高程和相对高程。272021/10/10星期日4．标高投影标高投影图就是注明有标高数字的正投影图。282021/10/10星期日二、等高线图1．地形等高线图等高线是地面上高程相同的若干点所连成的光滑曲线，或者说是水平面与地表面相交的曲线。将高程不同的等高线投影到平面上，再按一定的比例绘成图，并标明各等高线标高，就得到地形等高线图。相邻两条等高线之间的高程差，称为等高距。在同一张图上，等高距应一致。等高线上任一点向相邻等高线可以作很多线段，投影到水平面后其中最短的一条线段称为这两条等高线在该两点间的平距。利用等高线可以表示如下地形：（1）山岗和盆地；；（2）山脊和山谷（3）鞍部地形。292021/10/10星期日2．根据等高线图作地形剖面图在矿区作各种线路的设计时，如铁路、公路、渠道、管路、架线等线路设计，往往需要了解某方向线上的地面起伏情况。这时，就需要沿此直线作剖面图。（1）作一条与AB平行的横线和一条与AB线垂直的纵线，以横线表示水平长度，以纵线表示高程。（2）沿纵线按比例以等高距为间隔作平行于横线的水平线，并在每条线上注明其标高70、71、72……若纵线与横线的比例一致时，则剖面图能真实反映地面的形态，可直接用比例尺和量角器测量出坡长和倾角。（3）在地形等高线图上用两脚规量取剖面线与各等高线交点的间距，并按此间距将各交点转绘在剖面图的横线上；然后，自这些点作横线的垂线与各点高程值相同的高程水平线相交，将各个交点依次用光滑的曲线连接起来，即得所求的剖面图。302021/10/10星期日3．煤层底板等高线图不同高程的水平面与煤层底板的交线，称为煤层底板等高线。将煤层底板等高线，用标高投影的方法投影到水平面上，按照一定比例尺绘出的图纸，称为煤层底板等高线图。（1）确定走向等高线的方向就是煤层的走向。（2）确定倾向在等高线图上任选一条等高线（如—20等高线），在该等高线上任取一点A为垂足作垂线AB，且指向低标高方向，则AB方向为煤层走向。（3）确定煤层倾角1）作图法。在任意两等高线之间作垂线AB，AB为两等高线的平距L；过B作AB的垂线BC，并取BC等于两等高线之相应高差h；连接AC，则∠CAB为煤层倾角。2）计算法。根据三角函数关系tga＝h/L，可求出煤层倾角α。312021/10/10星期日4．常见的地质构造在煤层底板等高线图上的表示方法（1）褶曲构造的表示法若等高线凸出方向标高升高，则褶曲为向斜；若等高线凸出方向标高降低，则褶曲为背斜。（2）盆地及穹窿构造的表示法由边缘向中间，等高线标高逐渐增加的为穹窿构造；逐渐降低的为盆地构造。（3）倒转煤层构造的表示法倒转时的煤层底板等高线出现不同标高的等高线交叉，（4）断层构造的表示法断面交线分上盘断面交线和下盘断面交线，上盘断面交线用

表示；下盘断面交线用——×—×—表示。322021/10/10星期日第二章

煤矿生产概况学习目标掌握煤矿井下六大生产系统，了解煤矿地面生产系统，熟练掌握煤矿井下各生产系统的作用，掌握矿井巷道的分类及各种巷道名称和空间位置。332021/10/10星期日第一节

矿井生产系统一、井下生产系统1．提升运输系统矿井提升运输系统包括主要提升运输系统和辅助提升运输系统，主要提升运输系统是指煤炭的提升运输（主井系统），辅助提升运输系统是指矸石、材料、设备的提升和运输以及人员的升降（副井系统）。矿井提升系统主要由矿井提升机、电动机、电气控制系统、安全保护装置、提升信号系统、提升容器、提升钢丝绳、井架、天轮、井筒装备及装卸载附属设备等组成。按井筒倾角和提升容器，可分为立井提升系统和斜井提升系统。342021/10/10星期日1）立井提升系统立井提升系统可分为立井罐笼提升系统、立井箕斗系统、立井吊桶系统。煤炭通过矿车（或皮带运输机）运到主井井底煤仓上口，卸入井底煤仓9内，通过装载设备装入位于井底的箕斗4；同时，位于井口的另一个箕斗通过卸载曲轨5使其卸载闸门打开，将煤炭卸入井口煤仓6中，上下两个箕斗分别与两根钢丝绳7连接，两根钢丝绳绕过井架3上的天轮2后，以相反的方向缠于提升机的卷筒1上，当提升机运转时，钢丝绳一上一下往返提升箕斗和下放箕斗，完成提升煤炭的任务。352021/10/10星期日立井箕斗系统362021/10/10星期日2）斜井提升系统①主井提升运输系统煤炭自采煤工作面25的刮板输送机，经过转载机，转装至区段运输运输平巷20的胶带输送机上，再转至运输机上山14的皮带运输机，卸至采区煤仓12，由装载闸门装车，经下部车场绕道10、运输大巷5、运输石门4和井底车场3，由主井1提到地面。②副提升运输系统矸石从掘进工作面装车，经轨道上山15、采区下部车场11、运输大巷5、井底车场3、副井2提升到地面。材料、设备在地面装车经副井2、井底车场3、运输大巷5、采区下部车场11、轨道上山15、采区上部车场18（或采区中部车场19至掘进工作面）、区段回风平巷23运到采煤工作面。372021/10/10星期日斜井提升系统382021/10/10星期日2．通风系统

通风系统是利用各种通风设备（主要通风机、局部通风机）和通风设施（风门、风桥、风帘、风筒等），源源不断地将地面新鲜空气按一定的路线、一定的风量送到井下各用风地点；同时把井下的乏风排至地面，同时将井下的各种有害气体稀释到《煤矿安全规程》所允许浓度以下，以保证井下工作人员身心健康和设备的正常运转。下图通风系统为：新鲜风流经副井2、井底车场3、运输大巷5、采区下部车场绕道10、行人进风斜巷13、运输上山14、区段运输平巷20至采煤工作面25；冲洗工作面后的污浊风流经区段回风平巷23、采区回风石门17、回风大巷8、矿井回风石门7、风井6、风洞30由矿井主要通风机排至地面。392021/10/10星期日402021/10/10星期日3．供电系统供电系统就是，由国家电网来的双路电源到达煤矿35kV变电站后，利用各种设备（变压器和开关）和电缆，变压后通过电缆输送到井下中央变电所，将地面变电站的高压电，按矿井用电设备的要求进行降压或变流后送到用电地点，以保证用电设备的正常运转。4．排水系统排水系统的作用是利用排水设备，将井下涌水排至地面，以维持井下正常、安全的生产。要求水泵必须有工作、备用和检修，工作水泵的能力，应能在20h内排出矿井24h的正常涌水量；备用水泵的能力应不小于工作水泵能力的70%。工作和备用水泵的总能力，应能在20h内排出矿井24h的最大涌水量。412021/10/10星期日5．压风、供水系统压风系统的作用是利用空气压缩机对空气加压，然后利用压风管供給井下各种风动设备，如风镐、风钻、混凝土喷射机等，为其提供动力。6．煤矿井下安全避险“六大系统”煤矿井下安全避险“六大系统”（以下简称“六大系统”）指监测监控系统、人员定位系统、紧急避险系统、压风自救系统、供水施救系统和通信联络系统。422021/10/10星期日二、地面生产系统矿井地面生产系统涉及的内容非常广泛，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、扇风机房、锅炉房、材料仓库、机修厂，坑木加工场及行政福利设施等专用建筑。1．选煤系统（1）无加工设备的地面选煤系统（2）设有选矸设备的地面选煤系统（4）设有洗选厂的地面选煤系统（3）设有筛分厂的地面选煤系统2．地面排矸系统由副井到矸石堆放场所都铺有轨道线路，这就形成了矿井地面的排矸运输系统。432021/10/10星期日3．材料、设备的运输矿井正常生产期间，需要的各种材料、设备，由副井井口至木材加工场、机修厂和材料库都铺有轨道线路，这就形成了材料、设备的运输生产系统。4．地面管线系统为了保证矿井生产、生活的需要，地面工业广场内还需设上下水道、热力管道、压气管道、地下电缆、瓦斯抽放管路、灌浆管路等。442021/10/10星期日三、地面工业广场布置1．选择矿井地面工业场地的基本要求（1）场地内应有一定的平整地面，以利布置各种地面生产系统和所有建筑物、构筑物。要充分利用地形以缩短和简化物料的运输，并使场内的土石方工程量最少。（2）工业场地的位置应便于和标准轨铁路、公路衔接，并使专用的铁路、公路土石方和桥涵工程量最小。（3）场址不应选择在受洪水威胁和有内涝的地点。在平原地区，还应考虑场内雨水、污水排出的可能性。（4）工程地质条件较好，地下水位较低，同时，应避开滑坡、溶洞、流砂，采空区等不良影响。（5）选择场址时应考虑供电、给水方便。（6）场址附近便于排矸及综合利用。（7）与已建成的矿井、或其他企业及居住区毗连时，应考虑充分利用已有设施的可能性。452021/10/10星期日2．地面工业场地的平面布置地面工业场地的构筑物主要有：为主井服务的建筑物和构筑物、为副井服务的建筑物和构筑物、为煤炭贮存外运服务构筑物、对原煤进行技术加工的筛分楼和选煤厂、动力系统（如变电所、空压机房等）、风机房、材料库、矸石场、修理厂，以及行政、生活福利设施。矿井地面还有防火、自来水设备、净水和排水设备，其建筑物有蓄水池、沉淀池，水塔、水泵房等。462021/10/10星期日第二节

矿井巷道分类一、按巷道的空间位置分类矿井巷道按空间位置分为直立巷道、水平巷道、倾斜巷道与硐室。472021/10/10星期日1．垂直（直立）巷道（1）竖（立）井，有通达地面出口，是进入地下的主要垂直巷道，一般位于井田中部。（2）小井，有通达地面的出口，断面和深度都较小，一般在井田上部边界地点，只作为地质勘探或临时提升以及通风等用。（3）暗井（盲井），没有通达地面的出口的垂直巷道。根据其所担负的任务不同可分为主暗井（下一水平的煤炭提升井）、副暗井（下一水平的矸石提升、物料及人员的升降等）、溜煤井。482021/10/10星期日2．水平巷道（1）平硐，有一个通达地面的出口，是进入地下的主要水平巷道。一般除运煤外，还兼作运料、行人、通风、供电和排水等用。（2）平巷平巷是指在地下的煤层中或岩层中沿其走向所开掘的水平巷道（一般为3‰—50/00坡度），包括阶段运输平巷、阶段回风平巷、区段运输平巷与区段回风平巷以及区段集中平巷等。（3）石门石门是指没有通达地面的出口，在岩层中开掘的垂直或斜交于岩层走向的水平巷道，一般有联络石门、运输石门、回风石门等。（4）煤门在煤层中开掘的垂直或斜交于煤层走向的水平巷道。一般在厚煤层中较为常见。492021/10/10星期日3．倾斜巷道（1）斜井有一通达地面的出口，是进入地下的主要倾斜巷道。（2）上山没有通达地面的出口，且位于开采水平之上，沿煤层或岩层从主要运输大巷由下向上开掘的倾斜巷道。按服务范围不同，可分为阶段上山、采区上山。按用途和装备分为轨道上山、皮带上山等。（4）溜煤眼专作溜煤用的小斜巷。（5）开切眼连接区段运输平巷和区段回风平巷，准备开采的采煤工作面。（3）下山没有通达地面的出口，且位于开采水平以下，沿煤层或岩层从主要运输大巷由上向下开掘的倾斜巷道。502021/10/10星期日4．硐室井下生产系统的构成，还必须设置一定的硐室。硐室实际上就是长度较小，断面较大的特殊巷道。一般有变电所、水泵房、火药库、电机车库、井下调度室、候车室、躲避所等。512021/10/10星期日二、按巷道的用途和服务范围分类1．开拓巷道为全矿井或一个开采水平服务的巷道井筒（或平硐）、井底车场、回风井、主要石门、主要运输和回风平巷等。2．准备巷道：为一个采区或两个以上的回采工作面服务的巷道采区车场、采区煤仓、采区上（下）山、区段集中平巷、区段集中石门等。3．回采巷道：为一个回采工作面服务的巷道称为回采巷道区段车场、区段运输和回风平巷、工作面开切眼等。522021/10/10星期日第三章

井田开拓学习目标了解煤田划分井田的原则、了解矿井储量、年产量和服务年限的关系。掌握井田划分方法；掌握各种井田开拓方式的巷道掘进顺序及生产系统；掌握井底车场和主要巷道的布置特点。532021/10/10星期日第一节

煤田划分为井田在地质历史发展的过程中，含炭物质沉积形成的基本连续的大面积含煤地带，称为煤田。开发煤田形成的社会区域，成为矿区。大的煤田往往被划分为几个矿区去开发，面积和储量较小的煤田也可由一个矿区来开发。矿区的范围仍然很大，需根据煤炭储量、赋存条件等情况，进一步划分为井田。在矿区内，划归给一个矿井开采的那一部分煤田，称为井田（矿田）。542021/10/10星期日一、井田划分的原则1．充分利用自然条件作为划分井田的依据尽可能利用大断层等自然条件作为井田边界，或者利用河流、铁路、城镇下面留设的安全煤柱作为井田边界。2．保证矿井有合理的开采技术条件井田有合理的尺寸和足够的储量。3．统筹兼顾、全面规划，处理好相邻井田的关系4．要为矿井的发展留有余地5．要有良好的经济效果552021/10/10星期日三、井田人为境界的划分方法1．垂直划分相邻矿井以某一垂直面为界，沿境界线两侧各留井田边界煤柱，称为垂直划分。2．水平划分以一定标高的煤层底板等高线为界，并沿该煤层底板等高线留置边界煤柱，这种方法称作水平划分。3．按煤组划分按煤层（组）间距的大小来划分矿界，即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（组）划归另一个矿井开采。562021/10/10星期日第二节

矿井储量、年产量和服务年限一、矿井储量矿井储量是指矿井范围内的煤炭埋藏量。

Z工＝S×L×∑m×r

矿井在实际开采过程中，由于考虑井田内可能有局部地质变化，勘探程度较低等情况，储量不是十分准确的，加之在回采过程中有一部分煤炭损失，故实际能够采出的煤炭只是工业储量中的—大部分，这部分称为可采储量。Z可＝（Z工一P）×C采

572021/10/10星期日二、矿井年产量矿井井型按年产量大小分为特大型矿井、大型矿井、中型矿井、小型矿井四种类型，矿井年产量又称为矿井年生产能力，是指矿井在一年内所能生产煤炭的数量。井型矿井设计生产能力矿井设计服务年限开采水平设计服务年限（a）（万t/a）（a）开采0°～25°开采25°～45°开采45°~90°特大≥600300~50080704035

大120、150、180、24060302520中45、60、9050252015小15、21、30各省自定

我国设计规范规定的各类井型的矿井和开采水平设计服务年限582021/10/10星期日三、矿井的服务年限矿井的服务年限是指矿井从投产到报废的开采年限。大型矿井的服务年限应当长一些；否则，将使大量井巷和地面建筑物等在短期内报废，大量机器设备拆卸迁移，造成人力、物力和财力的浪费，使吨煤成本增高，新老矿井接替频繁。中、小型矿井的服务年限不宜过长，否则将使井田范围过大，造成开采技术上的困难，同样会导致吨煤成本增高和效率下降，降低了矿井开采的经济效益。矿井的设计服务年限计算公式：T=Z可/AK。592021/10/10星期日第三节

井田再划分为了有计划开采井田范围内的煤炭资源，必须把井田若干个更小的部分，这就是井田再划分。一、井田再划分的方法1．井田划分为阶段当开采倾斜、急倾斜和部分缓倾斜煤层时，通常沿煤层倾斜方向，按预定的标高将井田划分为若干长条形部分，每一个长条形部分称为阶段。每个阶段都有独立的运输和通风系统。为了说明开采位置或顺序以及巷道用途，对只开采上山部分的水平，通常相应地以阶段分界面分为第一水平、第二水平、第三水平或运输水平、回风水平等。布置有主要运输大巷和井底车场，并担负该水平开采范围内的主要运输和提升任务的水平，称为开采水平。602021/10/10星期日在倾角较小（多为16°以下）的煤层中，可以在两个阶段的分界面上布置井底车场和阶段运输大巷，建立开采水平。利用这个开采水平既采上山部分（即开采水平以上）的煤层，也采下山部分（即开采水平以下）的煤层。这时一个开采水平开采两个阶段。这种开拓方式称为单水平上、下山开拓。612021/10/10星期日在倾角较大时（多为16°以上），由于掘进下山及下山运输的困难，通常只在每个阶段的下部边界建立开采水平，只采上山阶段的煤层。每个阶段开采的煤均向下运输到相应的水平，由各水平经主井提升至地面。这时一个开采水平只采一个阶段。622021/10/10星期日当深部储量不多，单独设开采水平不合理，或最下一个阶段因地质情况复杂不能设置开采水平时，可采用多水平混合式开拓方式。第一水平只开采一个上山阶段，第二水平开采上、下山两个阶段，即在整个井田中，上面的某几个水平开采上山阶段，而最下一个水平开采上、下山两个阶段。632021/10/10星期日在开采水平内，有时因生产需要而增设的有阶段或分层运输大巷的水平位置及所服务的开采范围，称为辅助水平。辅助水平也要布置大巷及车场，有上山或下山与开采水平连通，承担辅助水平开采的运输、通风等任务，但不直接向井底运煤，一般也不直接与井（硐）相通。辅助水平的设置是以加大水平垂高为前提，而辅助水平的应用又可以加大水平垂高，但设置辅肋水平毕竟是增加了矿井的运输环节，使生产系统趋于复杂，在具体矿井条件下，如果没有明显的技术经济优越性，一般不宜采用。642021/10/10星期日2．井田划分为盘区

采用沿煤层主要延展方向布置主要运输大巷，将运输大巷两侧划分成若干块段的方法来划分井田，每一块段称为盘区。每一个盘区都是一个独立的开采单元，有独立的运输系统和通风系统。盘区的巷道布置方式一般由采用的采煤方法来确定。652021/10/10星期日二、阶段内的布置方式1．连续式布置当阶段的倾斜长度不大，走向长度较短时，井田的每一翼可沿阶段倾斜全长布置一个回采工作面，即全阶段工作面。回采工作面可以由井田中央向井田边界推进，或者从井田边界向井田中央推进。阶段内的这种布置称为连续式布置。662021/10/10星期日2．分区式布置在阶段范围内，沿走向把阶段再划分为若干部分，每一部分称为采区。采区走向长度可取1.0～2.5km，采区倾斜长度等于阶段的斜长。采区内有独立的生产系统（运输和通风等系统）。672021/10/10星期日第四节

井田开拓方式开拓巷道在井田内的总体布置方式，称为井田开拓方式。由这些井巷构成的生产系统，称为井田开拓系统。一、斜井开拓1．斜井多水平分区式开拓（1）井巷开掘顺序在井田走向中央，从地面沿底板岩石开凿一对斜井通入地下。主、副井掘至第一开采水平标高后，开掘井底车场3，然后向井田两翼开掘阶段运输大巷4。除上述开拓巷道外，还要开掘回风井6。当回风井6掘至回风水平标高后，沿底板岩层向井田两翼开掘阶段回风大巷7，然后用采区回风石门8通入煤层中。当阶段运输大巷4掘过第一采区的上山开口位置后，开掘石门5进入煤层，然后开掘第一个采区的准备巷道和回采巷道。682021/10/10星期日692021/10/10星期日（2）生产系统回采工作面采出的煤炭，经区段运输平巷12、输送机上山9运至采区煤仓11，在阶段运输大巷4中装车，电机车牵引煤车至井底车场3，把煤卸入主井煤仓后，由主井1提至地面。材料和设备由副井2下放到井底车场3，经阶段运输大巷4、采区石门5、轨道上山10和区段回风平巷13，运至回采工作面。新鲜风流经副井2、井底车场3、阶段运输大巷4、轨道上山10、区段运输平巷12到达回采工作面；废风经区段回风平巷13、采区回风石门8、阶段回风大巷7、回风斜井6和风硐15，由通风机排出地面。以下各区段工作面的回风风流，经各区段的回风平巷至运输上山9上行，才能进入采区回风石门8。702021/10/10星期日（3）采掘关系及开采顺序开采顺序一般采用“采区前进、区内后退”，即先采靠近井筒的采区，在每个采区内部，回采工作面从采区边界向采区上山方向后退回采。采区内各区段之间的开采顺序一般采用下行式，即沿倾斜方向由上而下依次回采。只有当煤层倾角很小时，才能够考虑用上行式开采顺序。712021/10/10星期日（斜井多水平分区式开拓的特点是：矿井阶段长，水平服务年限长，有利于生产的稳定；阶段走向划分若干个采区，每个采区能布置双工作面生产，并且可以同时开采几个采区，因而水平的生产能力大，有利于矿井集中生产；采区有独立完整的生产系统，采区之间相互不影响，从而有利于安全生产。同时，可以利用地质条件的变化带来自然划分采区，因而对地质变化的适应性较强。但是这种开拓方式由于阶段斜长较大，，矿井投产前，除开拓工程以外还要作采区的准备工作，因而存在着初期工程量大、需用设备多、初期投资大、建井周期长等缺点。722021/10/10星期日2．斜井多水平连续式开拓

斜井多水平连续式开拓，也称片盘斜井开拓，如图3—13所示。井田内有一层煤，井田沿倾斜划分为四个阶段。矿井有两个工作面同时回采。732021/10/10星期日（1）井巷开掘顺序在井田中央，从地面沿煤层倾斜开掘主斜井l和副斜井2。当井筒掘至第一阶段下部边界时，开掘第一阶段的井底车场3，然后沿煤层向两翼开掘第一阶段运输平巷4和副巷5。同时，在第一阶段上部边界沿煤层开掘阶段回风平巷6。当阶段运输平巷4和阶段回风平巷6掘至井田边界后，在井田边界掘开切眼，将5和6贯通。在开切眼内安装好设备后，即可向井筒方向后退回采。742021/10/10星期日（2）矿井的生产系统回采工作面采出的煤炭，由刮板输送机运到阶段运输平巷4中装车。运输平巷的煤车通过电机车或无级绳牵引到井底车场3，由主井1的绞车提升到地面。新鲜风流由主井l进入井底车场3，经两翼的阶段运输平巷4到达回采工作面。清洗工作面后的废风经阶段回风平巷6、副井2和风硐，由通风机排到地面。为了避免新风与废风相混，主井和回风平巷交叉处应设置风桥。在副井井口附近设置风门，防止地面风流短路。752021/10/10星期日斜井多水平连续式开拓的特点是：开拓方式较简单、建井期短。但同时回采的工作面少、生产能力小。另外，延深工作频繁，生产和掘进之间相互影响较大。工作面整阶段连续推进，对地质条件变化适应性差。所以它适用于煤层埋藏稳定、地质构造简单、井田走向长度短的小型矿井。762021/10/10星期日3．斜井单水平分区式开拓在开采埋藏深度不大的近水平煤层时采用。772021/10/10星期日（1）井巷开掘顺序井筒采用顶板穿层布置当主副井掘至开采水平标高后在煤层底板中开掘井底车场3、运输大巷4及井底车场煤仓20，在煤层中开掘运输大巷副巷5，待运输大巷及其副巷掘至采区中部后开掘采区煤仓19、行人进风斜巷21、采区运输上山6、采区轨道上山7、回风联络巷22，与此同时在井田上部边界开掘风井12、阶段回风平巷11与回风联络巷贯通，然后在采区内第一区段上下部边界区段运输平巷8、区段回风平巷9，待区段平巷掘至采区边界后开掘开切眼，贯通区段运输平巷8与区段回风平巷9。在开切眼内安装采煤设备后，即可进行采煤作业。782021/10/10星期日（2）生产系统运煤系统：10—8—6—19—4—3—1—地面；通风系统：新鲜风流2—3—4—21—6—8—10，污浊风流10—9—22—11—12—地面；运料系统：2—3—4—7—9—10。792021/10/10星期日4．斜井形式选择（1）斜井倾角主要依据其装备的提升设备确定。（2）斜井采用串车和箕斗提升时，其提升能力受井筒斜长影响较大。近年来，胶带输送机技术应用更加广泛。斜井在地下的空间布置形式主要受煤层赋存条件、地面地形和提升方式影响。（3）煤层斜井：斜井沿煤层开掘，施工容易、速度快、投资少。但当煤层较厚、煤层松软、构造复杂及煤层有自燃倾向时，不宜沿煤层布置。此外，沿层斜井需要留设井筒保护煤柱，资源浪费大。（4）底板斜井：为了避免上述问题，可以将井筒布置在煤层底板中。但当煤层倾角小于井筒倾角时，水平石门工程量太大。优点是井筒易维护，不需保护煤柱。（5）穿层斜井：当煤层倾角小于井筒倾角时，为减少水平石门工程量或免受地面因素影响，斜井可穿越煤层布置。802021/10/10星期日5．斜井开拓的特点和使用条件斜井开拓的主要优点是：井筒施工技术和设备简单，掘进速度快，地面工业广场构筑物、井筒装备简单，初期投资少，建井工期短；多水平开拓时石门总长度较短，因此掘进石门的工程量和沿石门的运输工作量较少；井筒延深施工方便，对生产干扰少；采用强力带式输送机，可同时提升几个水平的煤炭。斜井开拓的主要缺点是：井筒较长沿井筒敷设的管线长度较大；围岩不稳定时精通维护费用高，当采用绞车提升时，提升能力低，费用较高；通风路线长，风阻大，费用高；为斜井留设的煤柱煤炭损失大，当表土层厚或由流沙层时，有时难以通过。斜井的适用条件是：煤层埋藏浅、表土层不厚、水文地质简单，无流沙层，井筒不需要特殊施工的缓斜和中倾斜煤层。812021/10/10星期日二、立井开拓1．立井多水平分区式开拓

这种开拓方式与斜井多水平分区式开拓方式相比，只是井筒形式不同。822021/10/10星期日（1）井巷开掘顺序在井田走向中部开凿一对立井，1为主井、2为副井。待主、副井掘至+l00m水平后，开凿井底车场3及主石门；主石门穿入m2煤层底板岩石适当位置后，开掘主要运输本巷4；当其掘至第一、第二采区中央后，掘采区下部车场7；在m2煤层中掘采区输送机上山8及轨道上山9；与此同时，在井田上部边界掘回风井6、回风大巷5、回风石门14、采区上部车场15。采区上山掘通之后，掘第一区段的运输石门16及区段溜煤眼17。通人m1煤层后，掘各煤层的运输平巷、回风平巷及开切眼。832021/10/10星期日（2）生产系统

从m1煤层回采工作面采出的煤炭，经区段运输平巷10、区段溜煤眼17、采区输送机上山8到采区煤仓18，在采区装车站装入矿车；电机车牵引矿车经运输大巷4进入井底车场3，将煤卸人井底煤仓后由主井l提至地面。新鲜风流经副井2进入井下，经井底车场3、主要运输大巷4、行人进风巷9、输送机上山8、区段运输石门16进入m1煤层，经运输平巷进入m1煤层的回采工作面。清洗工作面后的废风经区段回风平巷、区段回风石门14、总回风巷5、回风井6由通风机排出地面。

材料和设备由副井2、井底车场3、主要运输大巷4、轨道上山9、区段回风石门14、区段回风平巷11进入m1煤层回采工作面。842021/10/10星期日2．立井单水平分区式开拓井田沿倾斜划分为两个阶段，每个阶段划分为4个采区，每个采区划分为4～6个区段。852021/10/10星期日（1）井巷开掘顺序首先在井田走向中部开掘主立井l、副立井2，在第一阶段下部布置井底车场3、阶段运输大巷4。在井田上部边界中央开凿回风井15，在回风水平布置回风大巷5。运输大巷和回风大巷分别用采区下部车场6和采区回风石门7与采区相联系。采区内布置有输送机上山8和轨道上山9，区段运输平巷10和区段回风平巷11，并在区段运输平巷和区段回风平巷之间布置回采工作面12。862021/10/10星期日（2）生产系统上山采区回采工作面采出的煤炭，经区段运输平巷、输送机上山、采区下部车场、运输大巷至井底车场，由主井提至地面。新鲜风流由副井进入井底车场，经阶段运输大巷、采区下部车场、采区输送机上山、区段运输平巷进入回采工作面。清洗工作面后的废风经区段回风平巷、采区轨道上山、采区回风石门、阶段回风大巷、风井排到地面。材料、设备由副井下至井底车场，经运输大巷、采区下部车场，由轨道上山提升并送往回采工作面上回风平巷或其他的工作地点。下山采区工作面采出的煤，经采区输送机下山上运至下山采区的上部车场，经第一阶段的运输大巷运往井底车场，由主井提至地面。新鲜风流由副井进入井底车场，经运输大巷、采区轨道下山、区段运输平巷进入回采工作面。清洗工作面后的废风经区段回风平巷、输送机下山，并通过配风巷和上阶段保留的回风上山而进入回风大巷，由风井排到地面。872021/10/10星期日3．立井单水平分带式开拓井田内有一层可采煤层，煤层倾角小于12°，没有大的地质构造变化，井田划分为两个阶段，可以采用分带式倾斜长壁采煤法开采。882021/10/10星期日（1）井巷开掘顺序在井田中央从地面开凿主立井1、副立井2，主副井掘至开采水平标高后，开掘井底车场3、主要运速大巷4、回风石门5、回风大巷6、当运输大巷向两翼掘进一定距离后，掘进行人斜巷12、运料斜巷11进入煤层，并沿煤层掘进分带运输巷7、煤仓10、分带回风巷8，最后沿煤层走向掘进开切眼贯通7和8，形成采煤工作面，即可采煤。892021/10/10星期日（2）生产系统运煤系统：采煤工作面9采下的煤—7—10—4—3—1提升到地面。通风系统：新风六自地面—2—3—4—12—7—9；从工作面流出的污浊风流—8—6—5—1排出。这种开拓方式，巷道布置和生产系统简单，建井速度快，投产早，但上阶段的分带工作面风流下行应采取瓦斯监测措施，主井装有箕斗提升设备，兼做回风井应加强通风管理。902021/10/10星期日4．立井开拓的适用条件及特点立井开拓与斜井开拓相比较，立井井筒掘进及延深需要较高的技术。井筒开凿需要的设备多，掘进速度较慢，井筒装备复杂，基本建设投资大。但是，当开采水平深度一定时，立井开拓具有井筒短、提升速度快、提升能力大的特点。井筒短还可以缩短各种管路和线路的长度。另外，立井井筒还具有通风阻力小、容易维护的优点。从上述可知，立井开拓的矿井，其生产经营费用比斜井低。

立井开拓的适应性很强，一般不受煤层倾角、厚度、水文等地质条件的限制。因此，当煤层埋藏较深、表土层厚度较大或水文情况比较复杂井筒需要特殊施工，或多水平开拓急倾斜煤层以及地质条件不适合斜井或平硐开拓时，都可以采用立井开拓。912021/10/10星期日三、平硐开拓自地面利用水平巷道进入地下煤层的开拓方式，称为平硐开拓。这种开拓方式，在一些山岭、丘陵地区较为常见。922021/10/10星期日1．走向平硐平行于煤层走向而布置的平硐。2．垂直平硐

垂直于煤层走向布置的平硐。根据煤层与地形的关系，垂直平硐可以从煤层顶板或底板进人煤层。932021/10/10星期日3．斜交平硐平硐与煤层走向成斜交布置。根据地形高差的大小布置若干个平硐进行开采，这种布置方式称为阶梯平硐。942021/10/10星期日四、综合开拓井田开拓中，通常主、副井都是采用一种井筒形式。但是，在有的情况下，采用单一的井硐形式开拓井田在技术上有困难，经济上也不合理，因而出现了主、副井采用不同的井硐形式的综合开拓。

根据不同的地质与生产技术条件，综合开拓可以有多种形式，如平硐与立井、斜井与立井、平硐与斜井等。952021/10/10星期日五、煤层群开拓

当若干煤层或煤组由一个矿井开采时，称为煤层群开拓。1．煤层间的联系方式用一个矿井开拓煤层群时，各煤层间需要用巷道联系，以构成全矿井完整的生产系统。根据煤层倾角大小、层间距离和运输方式，各煤层之间可用石门、斜眼或立眼联系。962021/10/10星期日2．煤层群的分组

为了合理开采煤层群，尽量减少工程量，便于生产集中管理，改善开采的技术经济效果，通常根据煤种、煤质、厚度及层间距等因素，按照开采技术的要求，将煤层群划分为若干个煤层组。分组原则：（1）煤种和煤质相同的煤层，应尽可能划分为一组，以便于煤质管理和不同煤种的分别运送。、（2）同组煤层的层间距应当较近，以便于生产管理，减少石门的掘进工程量。（3）各煤组煤层的总厚度大致相等，以便配采和均衡生产。（4）瓦斯等级相同或近似的煤层，尽可能的划为一组，以便于通风管理。（5）应考虑同组煤层采用相同采煤方法的可能性。972021/10/10星期日六、井田开拓中的几个主要问题1．井筒位置及数目的确定一般地，一个矿井至少应有一主一副两个井硐，主井担负煤炭提升，副井担负辅助提升任务。所谓井筒位置，主要是指两个方面，一是井口和井底沿井田走向和倾斜方向的位置；二是井筒本身所通过的岩层层位。选择井筒位置应从地面因素、地下因素和技术经济因素等三方面进行论证和比较。（1）地面因素的影响；（2）地下因素；（3）技术经济因素。982021/10/10星期日六、井田开拓中的几个主要问题1．井筒位置及数目的确定一般地，一个矿井至少应有一主一副两个井硐，主井担负煤炭提升，副井担负辅助提升任务。所谓井筒位置，主要是指两个方面，一是井口和井底沿井田走向和倾斜方向的位置；二是井筒本身所通过的岩层层位。选择井筒位置应从地面因素、地下因素和技术经济因素等三方面进行论证和比较。（1）地面因素的影响；（2）地下因素；（3）技术经济因素。992021/10/10星期日2．开采水平的确定（1）采区下山开采在多水平开拓的井田中，每一个水平可以只开采上山阶段，也可以开采上、下山两个阶段。决定是否采用下山开采的因素很多，最主要的是矿井基本建设的工程量和基本建设投资的大小以及生产技术条件和因素等。（2）开采水平的确定根据井田内划分阶段的多少，可以设一个或几个开采水平。这主要取决于井田的斜长和阶段尺寸的大小以及是否采用下山开采。1002021/10/10星期日第五节

井底车场与主要巷道的布置一、阶段大巷布置1．阶段运输大巷的运输方式胶带运输时，巷道断面一般比轨道运输要小。但为了机器检修，必须另开一条轨道巷与其并行。有时可将轨道与输送机布置在一条巷道内（称为机轨合一），但巷道断面要增加。目前，我国阶段大巷的运输方式主要有轨道运输和胶带输送机运输两种。轨道运输时，大巷断面由电机车和矿车尺寸决定。1012021/10/10星期日2．运输大巷的布置方式（1）分层运输大巷在开采水平各煤层中分别开掘运输大巷，并用阶段石门或溜井与井底车场相通。分层运输大巷可以沿煤层掘进，也可以在煤层底板中开掘。1022021/10/10星期日（2）集中运输大巷在开采水平内只开一条运输大巷为各煤层服务，它通过采区石门与各煤层相联系。集中运输大巷的特点是：减少了大巷的掘进量和维护量，增加了联系各煤层的采区石门，有利于采区巷道联合布置，实现合理集中生产。1032021/10/10星期日（3）分组集中大巷分组集中大巷是前述两种方法的过渡形式，它兼有前两种方式的部分特点。当井田内各煤层的层间有大有小用一条集中运输大巷服务于全部煤层在技术经济上都不合理时，可以各煤层的间距及煤层特点将煤层分为若干煤组，每一煤组布置一条运输大巷担负本煤组的运输任务，称为分组集中大巷。分组大巷以采区石门联系本煤组各煤层。1042021/10/10星期日3．运输大巷的位置运输大巷在煤层群或煤组中的具体位置直接关系到大巷掘进和维护的难易程度。大巷位置与大巷布置方式关系密切。一般地，对服务年限较长的大巷（如水平服务年限长的集中大巷、分组集中大巷等），最好布置在不受采动影响的煤层或煤组底板岩石中。当大巷服务年限不太长，煤组下部煤层为薄及中厚煤层，煤质坚硬、围岩稳定且自燃倾向不严重和煤与瓦斯突出危险较小时，也可沿该煤层布置。1052021/10/10星期日4．阶段回风巷布置矿井第一水平的回风巷布置应根据情况区别对待。对于开采急倾斜、倾斜和大多数缓倾斜煤层的矿井，第一阶段的回风巷可设在煤组稳定的底板岩石中。有条件时，可设在煤组下部煤组坚硬，围岩稳定的薄及中厚煤层中。当井田上部冲积层较厚，且含水丰富时，井田上部边界必须留设防水煤柱，第一阶段的回风平巷可以布置在防水煤柱中。开采近水平煤层群，矿井沼气含量高时，为避免下行风，回风巷可以布置在上部煤层或顶板岩石中，并与运输大巷重叠布置，以减少护巷煤柱损失。1062021/10/10星期日二、井底车场井硐与井下主要巷道连接处的一组巷道和硐室的总称。1．井底车场硐室及运输线路（1）井底车场硐室1）主井（箕斗井）系统。主井（箕斗井）系统包括翻笼硐室、煤仓、箕斗装载硐室，清理斜巷及绞车硐室、主井井底水窝和泵房等。2）副井（罐笼井）系统。副井（罐笼井）系统包括马头门、中央变电所、中央水泵房、水仓、排水管子道、候罐室等。此外，还有调度室、机车库及修理间、防火门硐室、消防列车库、乘车站等。井下火药库一般设在井底车场范围之外。1072021/10/10星期日（2）井底车场运输线路

井底车场运输线路包括存车线、行车线及辅助线路。井底车场的巷道线路包括主井重车线14、主井空车线15、副井重车线16、副井空车线17、材料车线18、绕道回车线19、调车线20及一些连接巷道，井底车场的硐室主要包括有：主井系统硐室—翻笼（翻车机）硐室3、煤仓4、箕斗装载室5、清理井底撒煤斜巷6及硐室等；副井系统硐室—中央变电所7、水泵房8、水仓13及等候室等；其他硐室尚有调度室、电机车修理间、人车停车场等。1082021/10/10星期日2．井底车场的型式和特点（1）环形式井底车场环形井底车场的特点是重列车在车场内总是单向运行。因而调车工作简单，可以达到较大的通过能力。但车场的开拓工程量较大。按照井底车场空、重车线与运输大巷或主要石门的相对位置关系，环形车场又可分为卧式、斜式和立式三种。a）卧式车场b）斜式车场c）立式车场1092021/10/10星期日2．井底车场的型式和特点（2）折返式井底车场折返式车场的特点是空、重车在车场内有折返运行。根据车场两端是否可以进出车，折返式车场又可分为梭式车场和尽头式车场两种。a）立井梭式车场b）立井尽头式车场1102021/10/10星期日3．井底车场型式选择选择井底车场型式时，应根据矿井的不同条件考虑以下主要原则：（1）运输系统和调车方式简单，有利于采用集中、闭塞、自动控制信号系统。（2）车场通过能力较矿井实际生产能力富裕30％以上。（3）减少巷道开拓工程量。（4）尽量减少巷道交岔点，以便减少施工的困难和提高行车速度，增大并底车场的通过能力。（5）整个车场巷道和硐室，应布置在稳定的易于维护的岩层中。1112021/10/10星期日第四章巷道掘进与支护学习目标了解岩石性质与分类；巷道地压产生及分布特点；掌握井巷的施工工序及所用设备。1122021/10/10星期日第一节井巷施工概述一、岩石的性质1．岩石的密度岩石的密度是指单位体积内（不包括空隙）岩石的质量。岩石密度的大小取决于组成岩石矿物的密度，而与岩石的空隙和吸水多少无关。煤矿常见岩石的密度：砂岩为2.6～2.75×103kg/m3，页岩为2.57～2.77×103kg/m3，石灰岩为2.48～2.85×103kg/m3。1132021/10/10星期日2．岩石的重度岩石的重度是指单位体积岩石所受重力大小，用γ表示。3．非均质性和异向性岩体是地质体的一部分，按组成结构，岩体可分为两类：一类为层状岩体，如沉积岩及其变质岩；另一类为块状岩体，如岩浆岩及其变质岩。煤矿中所见到的岩体多属于层状岩体，如页岩、砂岩、石灰岩等。由于成分和胶结物不同以及各种弱面的存在，使这类岩体表现为非均质性和各向异性。1142021/10/10星期日5．岩石的碎胀性岩石破碎以后的体积比整体状态下增大，这种性质称为岩石的碎胀性。4．岩石的孔隙性岩石的孔隙性是指岩石中孔洞和裂隙的发育程度，常用孔隙度表示。孔隙度时岩石中各种孔洞、裂隙体积的总和与岩石总体积的比，用n表示。孔隙度越大岩体强度越低，透水性越大，则越不稳定。1152021/10/10星期日6．岩石的强度岩石强度是指岩石抵抗外力破坏的能力。岩石强度对于巷道掘进具有重大意义。岩石强度与受力状态有关，岩石因受力状态不同，其强度也不同，而且相差悬殊，一般符合下列顺序：三向等压抗压强度＞三向不等压抗压强度＞双向抗压强度＞单向抗压强度＞抗剪强度＞抗弯强度＞单向抗拉强度。7．岩石的硬度岩石的硬度是指岩石抵抗其他硬物压入的能力。1162021/10/10星期日二、围岩分类1．岩石的普氏分级在生产实践中，为了方便，一般采用“坚固系数f”来表示岩石破碎的难易程度。f值的求法，是用岩石的单向抗压强度R0（MPa）除以10。根据f的大小，将岩石分为十级十五种。2．锚喷支护围岩分类为合理选择锚喷联合支护类型，科学确定支护参数，及时指导设计与施工，根据煤矿岩石性质的特点和构造情况，我国制定了煤矿锚喷支护围岩分类，把围岩稳定性分为五类。3．煤巷围岩稳定性分类现场常采用的分类指标包括三个强度，即煤层顶板、底板岩石及煤层的单向抗压强度；三个距离：即巷道埋深、护巷煤柱宽度、直接顶初次垮落步距（岩体完整指数）；一个比值：即直接顶厚度与采高之比。将煤巷的围岩稳定性分为五类：Ⅰ类为非常稳定，Ⅱ类为稳定，Ⅲ类为中等稳定，Ⅳ类为不稳定，Ⅴ类为极不稳定。1172021/10/10星期日三、巷道地压1．地压现象和地压在原岩中开掘空间（井巷或采场）后，将引起空间周围岩体的应力重新分布，出现次生应力，围岩产生变形、移动或破坏，支护体也随之出现变形、移动或破裂、折断等一些特殊的力学现象。通常把次生应力引起围岩及支护体的变形、移动和破坏的全过程称为地压现象。在脆性岩体中，可能发生冒顶、片帮等围岩的破坏现象；在塑性岩体中，围岩向巷道空间产生较大的变形，表现为巷道顶板下沉、两帮突出、底板鼓起等现象。1182021/10/10星期日2．巷道顶压的产生在岩体内开掘出巷道后，若新掘出的巷道断面未得到及时、有效支护，巷道顶板在上覆岩层重力作用下，就会向下弯曲变形，表面岩层在拉应力作用下，遭到破坏，产生次生裂隙，随时间的增加，裂隙将加深、加宽，顶板岩层开始冒落，新暴漏出的顶板，在上覆岩层重力作用下继续变形破坏、岩石冒落，直至形成一个拱形的冒落区后，顶板形成新的应力平衡，顶板冒落暂时停止。1192021/10/10星期日3．巷道侧压和巷道底压的产生在自然平衡拱形成过程中，巷道上部岩层压力不断传给巷道两帮。若巷道两帮岩石坚硬，则两帮不会被压坏；若岩石松软，则巷道两帮岩石将沿如图4—2a所示的斜面垮落，即所谓片帮。这部分垮落的岩石所产生的水平分力，就是巷道的侧压。当片帮达到一定宽度而停止时如图虚线所示位置。这时岩体内又处于新的平衡状态。1202021/10/10星期日第二节

巷道施工一、岩巷掘进1．钻眼机具爆破（1）钻眼工作爆破破岩须用凿岩机钻眼、人工装药，而后封孔、联线、爆破。钻眼爆破工作的好坏，对巷道掘进速度、规格质量、支护效果、掘进工效、掘进成本都有较大的影响。（2）钻眼机械1）冲击式钻眼机械①气动凿岩机（又称风钻）以压缩空气为动力，推动机体内的活塞往复运动，每往前运动一次活塞杆便撞击一次钎尾。②电动式凿岩机利用电动机带动锤块撞击钢钎尾部；水力支腿支撑凿岩机，并给予轴向推力。③钻眼工具：凿岩机钎子是由断面形状为六角形或圆形的中空钢钎锻制而成。钎子由钎杆、钎肩和钎尾三部分组成。1212021/10/10星期日2）旋转式钻眼机具①煤电钻由电动机、减速器、散热风扇、开关、手柄和外壳组成。煤电钻主要用于煤层或很软的岩层中钻眼。他功率小、机体轻，钻眼时可用人力抱钻和推进。②岩石电钻与煤电钻构造基本相同，只是岩石电钻功率大，重量大，钻眼时需要很大的轴向推力，必须有推进和支撑设备。1222021/10/10星期日3）掘进凿岩台车凿岩机在推进器的导轨上，因推进机械的作用而前后移动，完成钻进和退钻的动作。钻臂可上下、左右摆动，以便将凿岩机安置在所需钻眼的位置。台车行走机构有轨轮、履带及轮胎三种形式。4）液压凿岩机是以液压为动力的凿岩机，它和风动凿岩机一样，也由冲击机构、转钎机构及排粉系统等组成。1232021/10/10星期日（3）炮眼的种类和作用岩石与空气相接触的表面称为自由面。药包中心到自由面的垂直距离叫最小抵抗线。在掘进巷道断面上，根据位置和作用将炮眼分为掏槽眼、辅助眼和周边眼三种。1242021/10/10星期日1）掏槽眼。位于当道断面中部，首先起爆拉开槽口，创造第二自由面，为周边眼爆破创造有利条件。1~8号炮眼。掏槽方式有直眼掏槽法、斜眼掏槽法和混合掏槽法。2）辅助眼。在掏槽眼的外围，除崩落岩石外，还能扩大掏槽眼所掏的槽口，提高周边眼的爆破效果。9~29号炮眼。3）周边眼。靠近巷道的周边，起爆后崩落岩石，形成巷道轮廓。30~51号炮眼。1252021/10/10星期日（4）矿用炸药1）硝甘炸药的优点是感度和爆力较强，具有良好的抗水性，但是使用过程中安全性较差。所以适用于爆破含水较多的坚硬岩石，在无瓦斯、煤尘又有水的工作面、立井、斜井施工中还有使用。2）硝铵炸药可以用于有瓦斯和煤尘爆炸危险矿井中。在爆炸时它产生短而温度较低的火焰，可避免引起瓦斯或煤尘爆炸。与硝甘炸药相比，硝铵炸药的爆炸能力较低，但在安全方面，硝铵炸药却具有更多的优点，例如硝铵炸药在低温下不致冻结。炸药性质较稳定，不致由于撞击、摩擦而爆炸等。1262021/10/10星期日3）乳化炸药是在硝铵炸药中加入乳化剂或发泡剂，先后有岩石乳化炸药、快速发泡型乳化炸药和高分子乳化炸药等在煤矿中使用。4）高压气体爆破是利用机械设备或通过物理变化产生高压气体，在煤、