煤矿的基本知识

关于煤矿的基本知识1.煤的简介煤是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化学和物理化学变化逐渐形成的固体可燃性矿产。俗称煤炭。成分：主要由碳、氢、氧、氮、硫和磷等元素组成，碳、氢、氧三者总和约占有机质的95％以上，是现代社会中非常重要的常规能源

碳是煤中最重要的组分，其含量随煤化程度的加深而增高。泥炭

50％～60％褐煤

60％～70％烟煤

74％～92％无烟煤

90％～98％第2页,共67页，2024年2月25日，星期天常见煤的种类无烟煤泥炭褐煤烟煤第3页,共67页，2024年2月25日，星期天成煤的两个阶段：1、炭泥化阶段2、煤化作用阶段(成岩过程变质过程)。2.煤的形成第4页,共67页，2024年2月25日，星期天堆积在水体中的植物遗体泥炭腐泥褐煤烟煤无烟煤在地表常温常压下泥炭化作用腐泥化作用盆地基底下降埋藏至地下深部成岩作用变质作用温度压力上升冰川过程可能有助于成煤植物遗体汇集和保存天然气第5页,共67页，2024年2月25日，星期天泥炭化作用指高等植物遗体在沼泽中堆积经生物化学变化转变成泥炭的过程。腐泥化作用指低等生物遗体在沼泽中经生物化学变化转变成腐泥的过程。腐泥是一种富含水和沥青质的淤泥状物质。成岩作用指经过一系列的物理、化学（或生物）变化过程使松散沉积物固结形成沉积岩石的作用，第6页,共67页，2024年2月25日，星期天3.煤炭的重要作用煤炭是地球上蕴藏量最丰富，分布地域最广的化石燃料。根据世界能源委员会的评估，世界煤炭可采资源量达4.84104亿吨标准煤，占世界化石燃料可采资源量的66.8％第一次科技革命（工业革命）18世纪60年代蒸汽机的发明第二次科技革命（19世纪70年代）电力的广泛应用第7页,共67页，2024年2月25日，星期天衡量生活水平统一度量

人均能耗：每人每年的能源平均消耗量t

（人·年），是衡量国家经济发展和人民生活水平的综合指标。煤炭的重要地位维持最低生活需要：0.4t标准煤丰衣足食的现代化生活:1.2

1.6t标准煤高级现代化生活:2

3t标准煤。第8页,共67页，2024年2月25日，星期天煤炭在国内的地位煤炭储量：我国含煤面积约55万km2，2002年底探明可直接利用的储量为1886亿t，按年产19亿t，可采100年我国煤炭占一次能源结构的70%左右，我国石油、天然气等资源有限，趋于枯竭。煤炭在世界一次能源消费中所占比重为26.5%，低于石油所占比重37.3%，高于天然气所占比重23.9%）能源构成（已探明储量）:煤占96%，油、气仅占4%水电、核能，近几十年发展不能从根本上解决中国能源问题水资源有限且南北不平衡核能放射性污染，仍存在争议煤炭还是重要的工业原料从煤中可以提取200多种产品。（煤化工、煤变油）第9页,共67页，2024年2月25日，星期天中国能源消耗构成煤炭是我国的主要能源第10页,共67页，2024年2月25日，星期天中国煤炭工业的发展第11页,共67页，2024年2月25日，星期天中国煤炭资源分布除上海外，各省和自治区均有，北部占探明储量的86%

，南部占探明储量的14%储量超过1千亿t的省：

陕西、宁夏、甘肃、贵州、河北、山东、安徽储量超过了5000亿t的省：

新疆、内蒙、山西第12页,共67页，2024年2月25日，星期天煤炭开采煤层介绍第13页,共67页，2024年2月25日，星期天煤层分类

a.按厚度分0.3-0.5m极薄煤层0.5-1.3m薄煤层1.3-3.5m中厚煤层3.5-8.0m厚煤层>8m巨厚煤层b.按倾角分<5°近水平煤层5°-25°缓倾斜煤层25°-45°倾斜煤层>45°急倾斜煤层第14页,共67页，2024年2月25日，星期天稳定煤层：全区均可采，煤层厚度变化不大或有一定规律性；较稳定煤层：煤厚有相当变化，大多可采，局部不可采；不稳定煤层：煤厚变化大，分岔、尖灭、增厚、变薄时有出现；极不稳定煤层：常呈透镜状、断续分布、仅局部可采。c.按稳定性分第15页,共67页，2024年2月25日，星期天煤层厚度及其变化是影响煤矿开采的主要地质因素之一。煤层厚度级不同，采煤方法亦不同。煤层发生分岔、变薄、尖灭等厚度变化，则直接影响煤炭储量平衡和煤矿正常生产。

第16页,共67页，2024年2月25日，星期天煤炭的开采根据煤层的赋存情况（厚度、埋藏深度等）和开采技术条件露天开采7%-8%地下开采（矿井开采）92%-93%第17页,共67页，2024年2月25日，星期天露天开采第18页,共67页，2024年2月25日，星期天第19页,共67页，2024年2月25日，星期天露天开采应用条件：煤层厚度大、煤层裸露与地表或埋藏浅特点：优点机械化程度高产量大，一般可达500～1200万吨，有的可达5000万吨；劳动效率高，一般为3.0～28.0吨/工，是井工开采的数倍，有的达到数十倍成本低，大约是井工开采的50%资源回收率高，达90%以上作业空间不受限制；木材、电力消耗少；建设速度快，产量有保证，生产安全，劳动条件好；第20页,共67页，2024年2月25日，星期天缺点受天气影响大需要进行大量的基建剥离，基建投资较大占用土地多，矸石占地面积大，污染环境；对矿床赋存要求严格凡是煤田浅部有露天开采条件的，应根据经济合理剥采比优先选择露天开采剥采比——每采一吨煤需要剥离岩石量的体积量经济合理剥采比——按剥采比开采的煤炭成本不大于用地下开采的煤炭成本例如：最大经济合理剥采比：褐煤6m3/t

烟煤8m3/t第21页,共67页，2024年2月25日，星期天矿井开采煤田、矿区、井田1、煤田：由含炭物质沉积形成的大面积含煤地带称～（自然形成）。2、矿区：开发煤田形成的社会组合称矿区3、井田：划分给一个矿井开采的那一部分煤田称为井田。煤田，面积大，储量多，大到数百、数千平方公里，多到数亿、数百亿吨。小的，可以由一个矿区开发，大的可以由几个矿区开发，有时，一个矿区还可以开发多个煤田。第22页,共67页，2024年2月25日，星期天矿井开采第23页,共67页，2024年2月25日，星期天矿井开采第24页,共67页，2024年2月25日，星期天开拓方式开拓方式立井斜井平硐综合单水平多水平上下山上山上下山混合分层大巷集中大巷分组集中大巷第25页,共67页，2024年2月25日，星期天立井开拓第26页,共67页，2024年2月25日，星期天立井开拓第27页,共67页，2024年2月25日，星期天

井田开拓矿井系统

第28页,共67页，2024年2月25日，星期天第29页,共67页，2024年2月25日，星期天立井开拓各个巷道的作用：主井：用于提升煤炭，有时兼作回风用的立井，称主立井，简称主井。副井：用于矿井辅助提升，兼作进风用的立井，称副立井，简称副井。风井：专门用于回风用的立井，称回风立井，简称风井。井底车场：位于井筒附近，联结主、副井及开采水平主要运输巷道的一组巷道和硐室的总称，是联结井下运输和井筒提升的枢纽。主石门：位于开采水平，与煤层走向直交或斜交，联结井底车场和开采水平主要运输巷道，主要服务于开采水平煤炭运输的水平巷道。第30页,共67页，2024年2月25日，星期天运输大巷：位于开采水平，与煤层走向基本平行，和主石门及采区上、下山直接相连，主要服务于开采水平煤炭运输的水平巷道。回风大巷:

位于开采水平上部，与煤层走向基本平行，和回风石门及采区上山直接相连，为开采水平回风服务的水平巷道。回风石门:

位于开采水平上部，与煤层走向直交或斜交，联结回风大巷和风井，为开采水平回风服务的水平巷道。第31页,共67页，2024年2月25日，星期天立井开拓掘进顺序掘进顺序掘进顺序主井副井井底车场主石门运输大巷回风大巷回风石门风井采区准备巷道采煤工作面采煤工作面采区

采区第32页,共67页，2024年2月25日，星期天立井开拓生产、通风系统新鲜风流污风风流煤流主井副井井底车场主石门运输大巷回风大巷回风石门风井采区准备巷道采煤工作面采煤工作面采区

采区第33页,共67页，2024年2月25日，星期天立井开拓特点

优点1）辅助提升能力大；2）主井采用大断面时，可安装两套提升设备，能力大；3）管线短，井筒短，辅助工作容易；4）可以通过特殊岩层；缺点施工困难，地面设施复杂，井底车场布置复杂，投资大等，与斜井相对应。适合条件煤层埋藏较深、表土厚、或水文地质情况比较复杂、井筒需要特殊施工法施工，或多水平开采急缓倾斜的矿井。例如：煤层埋藏深度超过400m，或有较厚冲击层，含水层、流砂层等特殊岩层，必须用立井第34页,共67页，2024年2月25日，星期天斜井开拓片盘斜井

是斜井开拓中最简单的开拓方式。每一阶段只能布置一个区段内的工作面，也叫整阶段连续式开采。多用于小型井。大、中型井的初期可用若干对片盘，后期建集中井。第35页,共67页，2024年2月25日，星期天斜井开拓集中斜井（一般就叫斜井）第36页,共67页，2024年2月25日，星期天斜井开拓特点片盘斜井优点：地面建筑简单，井巷工程量小，投产快，增产潜力大，技术经济指标较好。缺点：井口分散，占地多，接序紧张。适合条件煤田位于浅部，露头发育，表土不厚(20～30m)水文地质条件简单，地质构造简单。第37页,共67页，2024年2月25日，星期天斜井开拓特点集中斜井（对比立井）优点1）掘进施工简单，速度快；2）地面建筑、井筒装备、井底车场简单，提升绞车小；3）第一水平石门长度短，采用中央采区时，出煤快；4）投资少，建井期短；5）延深方便，对生产干扰少；6）采用皮带提升时，能力大，可采用自动控制，并可多水平提升；缺点1）同样的开采深度，斜井比立井长，辅助经营费用多，如排水通风、供电、水气、设备线长度等。2）采用绞车提升时，能力小，钢丝绳磨损严重。3）辅助提升能力小，若过长，需多段，管理复杂，能力小；4）难以通过特殊岩层。适合条件煤层埋藏不深（不超过400m）、表土不厚、水文地质情况简单、井筒不需特殊施工法施工的缓倾斜及倾斜煤层的井田。第38页,共67页，2024年2月25日，星期天平硐开拓第39页,共67页，2024年2月25日，星期天平硐开拓特点优点：1）井下出煤可直接外运，无提升环节，系统简单，费用成本低；2）地面建筑简单，无井架和绞车房；3）一般不设井底车场，水仓、水泵房，无需排水设备；4）施工条件好，掘进速度快，初期工程量小，出煤快。缺点受地形及煤层埋藏条件限制。适用条件山区。在工业广场水平之上有煤。其储量够一个水平的储量。第40页,共67页，2024年2月25日，星期天综合开拓

有时，主副井或风井都采用同一种形式的井筒，技术上有困难，经济上不合理，可考虑用综合开拓。立、斜综合开拓斜主、立副立主、斜副平、立或平斜综合开拓第41页,共67页，2024年2月25日，星期天综合开拓

一、立、斜综合开拓1、斜主、立副。斜井用皮带，能力大，副井利用立井，能力也大。特点：充分发挥皮带斜井作为主井提升的优点，克服一般斜井作为副井的缺点。适合条件：大型井和特大型井；尤其是特大型井采用。第42页,共67页，2024年2月25日，星期天综合开拓2、立主、斜副。主井为立井，副井为斜井特点：发挥立井提升速度快、能力大、通风排水有利、浅部用斜井作为副井可节约立井施工投资的优点。适合条件：小型井，中、小型井，特别是中型井，当斜井提升能力不够时采用，此时，付井用斜井足够，主井用立井，能力足够。第43页,共67页，2024年2月25日，星期天综合开拓一、立、斜综合开拓第44页,共67页，2024年2月25日，星期天综合开拓二、平、立或平斜综合开拓特点利用平硐开拓井田浅部，利用立井或斜井开拓井田深部。适合条件：适用各类井型。一般情况下，平硐完成主副井的所有工作，用斜井或立井回风，路线短。有时，用平硐进风路线太长时，可用立井，斜井进风。主要缺点井口分两处，工业广场分散，不利于主、副井的井上、下联系；占地多、煤柱损失大；不利于生产调度。第45页,共67页，2024年2月25日，星期天综合开拓二、平、立或平斜综合开拓第46页,共67页，2024年2月25日，星期天5.采煤方法任何一种采煤方法均包括二项主要内容：采煤系统、回采工艺。采场：直接大量采取煤炭的场所称采场；也叫采煤工作面，采煤礃子面。回采工作面：采场内进行回采的煤壁称回采工作面。一般通俗称采场为回采工作面。回采工作：在采场内，为采出煤炭所进行的一系列工作。由5个字组成：破、装、运（采煤过程）、支、控（顶板管理）。辅助工作：为正常完成回采工作面的工作而需要做的辅助工作或服务工作。如：移溜、洒水、灌浆、端头支护、通风、运料、顺槽支护、工作面标准化管理的工作等。第47页,共67页，2024年2月25日，星期天回采工艺：在回采工作面，按照一定顺序完成各项回采工作的方法及其配合，称为回采工艺；煤层自然条件不同，采用机械不同，完成这些工序的方法就不同，在进行的时间、顺序、空间上都有一定的规律。回采工艺过程：在一定时间内，按照一定顺序完成回采工作各项工序的过程称回采工艺过程。采煤系统：回采巷道与采场的回采工作在时间上的配合和空间上的相互关系称回采巷道布置系统，也叫采煤系统。采煤方法：采煤系统与回采工艺的组合。新的设备具有新的回采工艺，要求有新的采煤系统。采煤系统又会促进回采工艺的改造，互相影响。第48页,共67页，2024年2月25日，星期天采煤方法的分类采煤方法旱采水采壁式体系柱式体系房式倾斜短壁式走向短壁式房柱式整层开采整层开采掩护支架水平分层单一长壁倾斜分层放顶煤水平分段放顶煤斜切分层分层开采垮落倾斜长壁走向长壁刀柱下行垮落倾斜长壁走向长壁上行充填柱式体系整层开采我国幅源辽阔，地质条件差异很大，各种各样的采煤方法很多。第49页,共67页，2024年2月25日，星期天采煤方法的分类一、壁式体系采煤法以长壁工作面为主，占95%以上的产量。二、柱式体系采煤法国内用的较少，占产量3～4%。第50页,共67页，2024年2月25日，星期天采煤方法的分类一、壁式体系采煤法1、薄及中厚煤层单一长壁的采煤方法，一次采全高，整层开采。2、厚煤层分层开采的采煤方法煤厚，一次采不了，分成若干层，一次次回采。1）、倾斜分层（图2-4a）2）、水平分层（急倾斜厚煤层（M＞10m）（图2-4b）3）、斜切分层（急倾斜厚煤层（M＞10m）（图2-4c）3、厚煤层整层开采1）、4.5m以下一次采全高（大采高）2）、10m以下一次采全高，放顶煤。3）、4.0～6.0m急倾斜，55°～65°，采用伪倾斜柔性掩护式支架采煤。4）、25m以上的厚煤层，可采用分段放顶煤；第51页,共67页，2024年2月25日，星期天采煤方法的分类第52页,共67页，2024年2月25日，星期天采煤方法的分类顶板管理用全部垮落。若坚硬，可强制放顶，高压注水等。若效果不理想，可采用刀柱式第53页,共67页，2024年2月25日，星期天采煤方法的分类第54页,共67页，2024年2月25日，星期天二、柱式体系采煤法采煤方法的分类第55页,共67页，2024年2月25日，星期天采煤方法第56页,共67页，2024年2月25日，星期天6、矿井通风煤矿基本知识①供给井下人员足够的空气，满足人员呼吸的需要；②稀释和排出各种有毒有害气体和矿尘；③调节气候条件，给作业人员一个舒适的环境，以提高工作效率。矿井通风的重要性

“一通三防”是煤矿安全生产中的重中之重。“一通三防”中的“一通”就是指“矿井通风”，“三防”系指“防瓦斯、防尘、防自燃发火”。煤矿安全生产“十二字方针”中的“以风定产”，就是以通风能力核定生产能力。只要有人正常作业的地方就必须保证有效通风。有效的矿井通风是煤矿安全生产的最基本保证。矿井通风的任务第57页,共67页，2024年2月25日，星期天几个专业术语矿井通风系统：是向矿井各作业地点供给新鲜空气、排出污浊空气的通风网络、通风动力和通风控制设施的总称。矿井通风方式：是指矿井进风井与回风井的布置方式。分中央式、对角式、区域式、混合式四种。

风巷：进风风流所经过的巷道叫进风巷。

回风巷：回风风流所经过的巷道叫回风巷。

盲巷：凡长度超过6M而又不通风或通风不良的独头巷道，统称为盲巷。

分区通风（并联通风）：采区或采掘工作面的回风流直接进入回风巷而不再进入其它采掘工作面或用风地点的通风系统。矿井通风煤矿基本知识第58页,共67页，2024年2月25日，星期天串联通风采掘工作面或硐室的回风再进入其它采掘工作面或硐室的通风方式，称为串联通风，也叫一条龙通风。扩散通风利用空气的自然扩散运动而对掘进工作面或硐室进行通风的方法叫扩散通风。

独立风流从主要进风巷分出的，经过爆炸材料库或充电硐室后再进入主要回风巷的风流。

上行通风风流沿采煤工作面由下向上流动的通风方式。

下行通风风流沿采煤工作面由上向下流动的通风方式。

局部通风利用局部通风机或主要通风机产生的风压对局部地点进行通风的方法。

循环风局部通风机的回风，部分或全部再进入同一部局部通风机的进风风流中。

通风网络

矿井风流按照生产需求在井巷中流动时，有分、有合，通常把风流分岔、汇合的路线结构形式叫通风网路。煤矿基本知识第59页,共67页，2024年2月25日，星期天新鲜空气（新风）污浊空气（乏风）

井下空气的主要成分：氧气和氮气

氧气：相对密度为1.105，人体在静止状态下耗氧量为0.25l/min，在工作时耗氧量为1－3l/min；

当浓度小于17％时，呼吸困难、心跳加快，

当浓度小于15％时，无力进行劳动，

当浓度小于12％时，有生命危险。

当浓度小于3％时,立即死亡。

《规程》规定工作面进风流中>=20％

氮气：相对密度为0.97，微溶于水，不助燃，无毒。地层中涌出。当氮气浓度升高时，意味着氧气浓度的减少，可引起缺氧窒息。矿井空气成分1井下空气成分煤矿基本知识第60页,共67页，2024年2月25日，星期天井下空气中常见的有毒有害气体：一氧化碳（CO）、二氧化氮（NO2）、硫化氢（H2S）、二氧化硫（SO2）、二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氢气（H2）等。其来源是爆破生成的炮烟、矿物氧化、火灾、爆炸，以及柴油机工作产生的废气等。井下各种有害气体最高允许浓度第61页,共67页，2024年2月25日，星期天人体在不同二氧化碳浓度下的反应一氧化碳与人体中毒的关系第62页,共67页，2024年2月25日，星期天甲烷，对空气的相对密度为0.55，难溶于水。一定浓度并遇到高温(650