采矿学煤矿开采学总论

采矿学煤矿开采学总论1.煤矿地下开采的特点、受资源赋存条件的制约、工作场所不断移动、复杂的生产和管理系统、必须设置人工构置物保护工作空间、安全问题突出第1页/共63页近代社会中国采矿业我国1

8

76年创办基隆煤矿1

8

78年创办开平煤矿第2页/共63页1850年后近代采矿工业机器生产:提升、运输、排水如开滦、抚顺、淄博、萍乡帝国主义对我国煤炭资源进行掠夺性的开采半个世纪以来中国煤炭工业的发展时间（年）产量（亿t）时间（年）产量（亿t）19490.324199910.4419796.355420009.99199010.79200111.06199512.92200213.93199613.74200316.4199713.252004199812.33第3页/共63页国有重点煤矿约587处2000年,国有重点煤矿机械化程度74.43%我国于1973年引入综合机械化采煤设备2000年,国有重点煤矿综合机械化程度56.78%机械化程度第4页/共63页高产高效矿井模式:—矿一面或一矿两面综采:一个队（一个采面）100万t/a全员工效8t/工以上1992年 累计129处矿井达到高产高效标准。平均全员工效 7.730t/工高产高效矿井第5页/共63页2

0

02年7

8个综采队年产超过10

0万吨1

8个综采队年产超过20

0万吨9个综采队年产超过3

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0万吨神华大柳塔矿综采队年产8

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3万吨—矿一面全矿产量9

2

0万吨全矿职工3

5

0人高产高效矿井第6页/共63页神华大柳塔矿2

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00年9

2

0万2

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01年1

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02年1

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00万济三矿（设计5

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0万）2

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01年5

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02年8

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0万2

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03年1

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00万高产高效矿井第7页/共63页煤炭是我国的主要能源煤炭储量:我国含煤面积约55万km22002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2002年底有3317亿t基础储量2002年底有6872亿t资源量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。水电、核能，近几十年发展不能根本解决中国能源问题。第8页/共63页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%储量超过了5000亿t的省:新疆、内蒙、山西储量超过1千亿t的省:陕西、宁夏、甘肃、贵州、河北、山东、安徽第9页/共63页中国能源消耗构成第10页/共63页年度消费（%）煤石油天然气水利核能195096.720.910.032.330197081.5614.141.233.060198069.5023.752.983.770199074.2019.002.004.800200069.4019.902.806.901202068.0014.405.408.503.7•发展速度与成就举世瞩目,煤炭产量曾连续居世界第一•中国的采矿业总体来讲与发达国家有不小的差距,但潜力巨大•资源人均占有量低小结第11页/共63页采矿方法,主要是采煤方法w

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d采（带）区准备p

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re矿井开拓

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t矿井设计

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n二、采矿学(煤矿开采学)内容第12页/共63页煤田（coal field）—在地质历史发展过程中,由含炭物质沉积形成的大面积含煤地带。矿区（mining area）—开发煤田形成的社会组合。一般一个矿区开发一个煤田矿务局,矿业集团三、矿井开采的基本概念第13页/共63页井田（Underground

mine

field）（一） 井田井田—划归一个矿井开采的一部分煤田或全部煤田井田大小:第14页/共63页范围走向长度倾向水平投影（宽度）井田面积大小矿井生产能力服务年限煤田划分为井田井型井田走向长度（

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）小型矿井1

5

00中型矿井4

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00大型矿井7

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00第15页/共63页（二）矿井生产能力和井型（designed

mine

capacity

andproduction

scale

of

mine）矿井生产能力—矿井设计生产能力,万t/a。即设计中规定矿井在单位时间（年或日）内采出的煤炭和其它矿产品的数量。矿井核定生产能力—矿井经过技术改造,核定后的生产能力,万t/a。井型 — 根据矿井设计生产能力不同,我国将矿井分为大、中、小三种类型,称井型。第16页/共63页井型划分第17页/共63页井型 生产能力（万t/a）大型矿井:120、150、180、240、300、400、500及500以上其中300万t/a及其以上称特大型矿井中型矿井: 45、 60 、90。小型矿井: 9 、15、 21、30。矿井年产量（effective

output

per第18页/共63页year）矿井年产量—矿井实际生产的煤炭数量,万t/a。矿井年产量与生产能力有时同义,有时不同义。（三）矿井可采储量和服务年限矿井可采储量 生产能力 服务年限可采储量愈多,生产能力和服务年限愈大可采储量一定,应有合理的生产能力和服务年限国外大型矿井的服务年限 40~50a国内一般不小于60a国内外矿井的生产能力有增大和服务年限有缩小的趋势第19页/共63页（四）井田内的再划分第20页/共63页1、井田划分为阶段阶段（horizon）—沿一定标高划分的一部分井田阶段划分在井田范围内,沿煤层倾斜方向,按一定标高将煤层划分为若干平行于走向的并等于井田走向全长的长条形,每一个长条形叫一个阶段。阶段的走向长等于井田的走向长阶段下部布置运输大巷,阶段上部布置回风大巷井田划分为阶段第21页/共63页井田划分为阶段阶段的开采顺序:下行式第22页/共63页井田划分为阶段第23页/共63页水平（

level

）水平（level）—常指某一标高的水平面。表示:标高、开采顺序及用途（1） 0、-200、-500水平等（2）矿井生产中，表示开采顺序，又称第一水平、第二水平（3）矿井生产中，常把运输大巷所在的水平称运输水平；回风大巷所在的水平称回风水平。第24页/共63页开采水平（

mininglevel）开采水平（简称水平）（mining level）— 布置有井底车场、阶段运输大巷,并担负全阶段运输任务的水平。广义的水平—布置大巷的某一标高的水平面既包括一个水平,又包括所服务的阶段上下回风水平运输水平第25页/共63页（二）阶段内的再划分Ⅰ阶段Ⅱ阶段Ⅲ阶段Ⅱ阶段Ⅲ阶段Ⅰ阶段1 阶段划分为采区,采区划分为区段1区段2区段3区段1区段2区段3区段第26页/共63页采区式划分:采区（district）与区段（districtsublevel）采区:在阶段范围内，沿走向把阶段划分为具有独立生产系统的块，每一块叫一个采区。采区斜长=阶段斜长（可达1000m）采区走向=400m~5000m区段:在采区内沿倾斜方向划分的开采块段。区段下部有区段运输平巷区段上部有区段回风输平巷区段平巷与采区的斜巷相连（运输上山和轨道上山）第27页/共63页采区走向长壁工作面:工作面沿倾斜布置第28页/共63页,沿走推进2 阶段划分为划分为带区,带区划分为分带分带—沿煤层走向把阶段划分为若干长条,每一个长条叫一个分带。由若干分带组成,并具有独立生产系统的区域叫带区倾斜向长壁工作面:工作面沿走向布置，沿倾向推进第29页/共63页阶段划分为划分为带区,带区划分为分带J1

阶段J2

阶段

J3

阶段J2

阶段J

3阶段J1

阶段第30页/共63页3）井田直接划分为划分为盘区或带区井田沿倾斜高差较小的条件下第31页/共63页panel（五）矿井生产系统的概念第32页/共63页矿井生产系统、矿井巷道的开掘顺序原则:尽量采用平行作业；尽快沟通风路。2、矿井主要生产系统）运煤系统）通风系统）运料排矸系统）排水系统）动力供应（电、压风））通讯、监测系统第33页/共63页（六）矿井开拓、准备和回采的概念1、井巷名称矿山井巷—为进行采矿，在地下开掘的井筒、巷道和硐室的总称。2.按倾角分类：❏垂直井巷❏倾斜井巷❏水平井巷第34页/共63页111453666131312121229101-立井,2-斜井,3-平硐,4-暗立井,5-溜井,6-石门,9-上山,10-下山11-风井12-岩石平巷,13-煤层平巷,矿山井巷第35页/共63页垂直井巷第36页/共63页立井（竖井）—在地层中开凿的直通地面的垂直巷道主立井 （主井）用于提升煤炭。副立井（副井）用于行人、运料、通风、排放矸石。风井、排水井暗立井— 无直通地面的出口的垂直巷道主暗立井, 副暗立井溜井— 用于自上而下溜煤的垂直巷道。溜煤眼-长度短,直径小的溜井。水平巷道平硐 — 在地层中开凿的直通地面的水平巷道主平硐,副平硐石门 —无直接地面出口,垂直或斜交于煤层走向,在岩层中开掘的水平巷道煤门 - 无直接地面出口,垂直或斜第37页/共63页水平巷道平巷 - 无直接地面出口,沿煤层走向开掘的水平巷道煤层平巷 — 开掘在煤层中的平巷岩石平巷 — 开掘在岩石中的平巷第38页/共63页水平巷道阶段大巷

—

为一个开采水平或阶段服务的水平巷道第39页/共63页阶段大巷:阶段运输大巷阶段回风大巷。区段平巷—为一区段服务的水平巷道区段平巷:区段运输平巷区段回风平巷倾斜巷道第40页/共63页斜井—在地层中开凿的直通地面的倾斜巷道斜井:主斜井用于提升煤炭副斜井 用于行人、提升矸石、通风上下山采区上山采区 — 位于开采水平以上的采区下山采区 — 位于开采水平以下的采区上山 — 位于开采水平以上,为本水平或采区服务的倾斜巷道。下山 —位于开采水平以下,为本水平或采区服务的倾斜巷道。第41页/共63页倾斜巷道第42页/共63页按层位分:煤层上下山—布置在煤层中的岩石上下山—布置在岩层中的上下山上下山按用途分:运输上下山用于运煤运料上下山用于运料分带斜巷:运输斜巷运料斜巷矿井开拓、准备和回采的概念3.按井巷作用和服务范围分：1）开拓巷道（developmentroadway）：为全矿、一个水平或若干采区服务的井巷。服务时间长。10 30a或以上。2）准备巷道（preparationroadway）：为一个采区服务的巷道。在采区范围内，从掘好的开拓巷道至区段的通路。T>3 5a。第43页/共63页矿井开拓、准备和回采的概念entry）:为回采工作面生产直接服务的巷道。T=3、回采巷道（gateway,0.5 1.0a开切眼回风巷运输巷第44页/共63页四、采煤方法（一）采煤方法分类采煤方法—采煤工艺与回采巷道布置及其在时间上、空间上的相互配合。第45页/共63页采煤工艺—采煤工作面各工序所用方法、设备及其在时间上、空间上的相互配合。C

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y水平分层采煤方法早采壁式体系水采

柱式体系柱式体系单一长壁放顶煤整层开采斜切分层水平分段放顶煤倾斜分层掩护支架分层开采

整层开采整层开采房式房柱式倾斜短壁式走向短壁式走向长壁倾斜长壁走向长壁倾斜长壁下行垮落上行充填垮落刀柱四、采煤方法分类第46页/共63页1、壁式体系采煤法longwallsystemcoalwinningmethodcoalminingmethod壁式体系采煤法一般特点:工作面较长,80 250m工作面两端,一般至少各有一条回采巷道—般顶板暴露面积大,矿山压力显现较为强烈工作面运煤的刮板输送机与工作面平行第47页/共63页采煤方法分类第48页/共63页露天❏按倾角分:根据开采技术条件煤层按倾角分类:地下开采开采近水平煤层缓倾斜煤层倾斜煤层

急倾斜煤层α<8°8°

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25°25°

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45°α

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45°α<5°5°

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10°10°

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45°α

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45°近水平煤层采煤法缓倾斜煤层采煤法倾斜煤层采煤法急倾斜煤层采煤法采煤方法分类露❏按厚度分:根据开采技术条件煤层按厚度分类:地下开采(m)天开采(m)M<1.31.3

~

3.5M

>3.5薄煤层

M<3.5中厚煤层3.5

~

10厚煤层

M>10薄及中厚煤层采煤法厚煤层采煤第法49页/共63页采煤方法分类第50页/共63页❏按采煤工艺分:爆破采煤法普通机械化采煤法综合机械化采煤法blast-winningtechnologyconventionallymechanizedcoalwinnigtechnologyFully-mechanizedcoalwinnigtechnology采煤方法分类第51页/共63页❏按采空区处理方法分:（老塘） 垮落采煤法gobsgoafswaste 刀柱（煤柱支撑）法充填采煤法❏按推进方向分:走向长壁采煤法longwallminingonthestrike倾斜长壁采煤法（俯斜,仰斜）Longwallminingtothediportotherise单一长壁垮落采煤法(a)走向长壁,第52页/共63页(b) 倾斜长壁（仰斜）,(c) 倾斜长壁（俯斜）刀柱（煤柱支撑）法第53页/共63页采煤方法分类❏按厚煤层分层方法分:倾斜分层水平分层斜切分层倾斜分层—将厚煤层分成若干与煤层层面相平行的分层，然后逐层开采。水平分层—将厚煤层分成若干与水平面相平行的分层，然后逐层开采。斜切分层—将厚煤层分成若干与水平面成一定角度（25 30 ）的分层，然后逐层开采。第54页/共63页倾斜分层厚煤层分层间开采顺序:下行式和上行式一般为下行式第55页/共63页水平分层与斜切分层第56页/共63页厚煤层整层放顶煤开采厚煤层整层开采:放顶煤开采（3.5