第一章绪论及煤矿地质知识.

《采煤概论》孙广义郭忠平主编主要参考书：《煤矿地质学》、《煤矿开采学》、《矿山压力与岩层控制》、《矿山机械》、《通风与安全学》、《井巷工程》考试成绩：考试成绩占80%；平时成绩占20%，其中出勤率和作业各占10%主讲：李迎富，15955437493，[e-mail]，292530421安徽理工大学采煤概论2019/12/192安徽理工大学采煤概论2019/12/193安徽理工大学采煤概论2019/12/194安徽理工大学采煤概论2019/12/195《采煤概论》——地下开采部分将重点论述采煤工作，掘进工作，以及组成井下生产系统的开采巷道布置等，涉及到煤矿地质、矿井设备、矿井安全技术等问题，联系到矿井的开采范围、矿井储量、生产能力及服务年限等问题。——矿井地质、矿图、井田开拓、井巷掘进与支护、采煤方法、矿井通风、露天开采(自学)、矿井安全生产技术、矿井生产系统。——本书涉及的专业知识多，名词概念多，空间概念强，说理性多，应把注意力集中在名词概念、识图及方案对比分析上。安徽理工大学采煤概论2019/12/19621世纪，我国将坚定地向中等发达国家迈进，其中能源、电力供应是首当其冲要解决的问题。目前我国主要是以煤炭为主的能源供应体系，探明可采储量为1886亿t。到2020年，煤炭供应量将达到21~29亿t，占一次能源供应总量的60%以上。煤炭仍是未来保证我国能源稳定可靠供应的基石。安徽理工大学采煤概论2019/12/197我国煤炭资源存在需求量大，利用率低，煤炭生产效率低，成本高，污染严重，无法满足可持续发展要求等问题。因此，一方面要不断地提升机械化、自动化水平，不断实现和提升高产、高效和低成本的水平；另一方面，按循环经济的规则发展以煤气化为基础的新一代洁净煤技术，全面实现“煤炭生产-运输-利用”的全面环境友好的策略。安徽理工大学采煤概论2019/12/198•中国是一个能源生产和消费大国，发展经济和环境污染的矛盾一直比较突出。一方面要在总量上满足经济发展的需要；一方面煤炭能源生产和消费的过程必须不断改进各项技术和措施，减少污染。•中国现在是一个高速发展（2011年，9.2%个GDP增速）的国家，主要能源依靠煤炭。中国的煤炭工业发展基本上走的是一条高投入、高消耗、多污染为代价的高速发展道路，给当前煤炭工业持续性发展带来挑战。•发达国家的经验表明：随着生产发展和社会进步，产品中工资的构成必将大幅增加。廉价是和提高劳动生产率同步的。中国的煤炭还必须是廉价的，以安全高效、机械化、自动化实现廉价。安徽理工大学采煤概论2019/12/199•我国煤炭开采条件恶劣。大多数矿井地质条件相对复杂，属于难采煤层，其特点是：煤层厚薄变化大，甚至是鸡窝煤；断层多，特别是小断层多，布置长壁工作面有困难；煤层倾角大；高瓦斯，有煤及瓦斯突出危险的煤层；煤层薄；在“三下”条件下开采，易自燃煤层开采等。难采煤层要实现充分机械化、高产高效必须有适应具体条件的机械化、自动化的设备。安徽理工大学采煤概论2019/12/1910•煤矿开采对地表、地层和地下水的破坏。对地表的破坏包括对地表建筑物的破坏；对地表水体（河、湖、水库等）的破坏；以及对铁路、高速公路等重要交通的破坏；对地层的破坏包括对采场围岩的破坏以及有可能引起滑坡等地质灾害；对地下水的破坏则和地层地表被破坏是密切相关的，大面积的破坏地下水泾流或疏干地下水。最近提出的一种充填采矿法有可能缓解煤矿采动破坏影响。安徽理工大学采煤概论2019/12/1911陕西省神木县店塔镇红旗村秦家燕湾村民小组原址上的房屋，因煤炭采空而倒塌安徽理工大学采煤概论2019/12/1912山西省临县庞庞塔村的路面出现巨大的裂缝安徽理工大学采煤概论2019/12/1913榆林市予州山体滑坡，27人不幸遇难安徽理工大学采煤概论2019/12/1914榆林市穿城而过的主要河流榆溪河，上世纪70年代平均流量11.7秒立方米，1992年统计只有4.8秒立方米。安徽理工大学采煤概论2019/12/1915•在开采过程中浪费资源的问题浪费煤炭资源。当前我国煤炭开采总的回采率大体上在50-60%之间，盲目宣传国外依靠丢煤提高效率的做法，使我国煤炭、特别是厚煤层的煤炭回采率急剧降低。浪费伴生资源，主要是浪费CH4资源。我国煤矿每年向大气排放的CH4资源相当于每年天然气产量的30%-40%，而CH4会破坏臭氧层和造成温室效应，还是煤矿的重要灾害源。因此，把煤炭和CH4同时采出具有重大现实意义的。开采CH4能源的方法主要有开采前、开采中（这是主要的）抽取和从矿井的大气中分离出CH4（CH4浓度低于0.75％）。安徽理工大学采煤概论2019/12/1916•煤炭是我国的重要能源。煤炭占一次能源的67%左右；67％电力、60％的化工原料、80％的民用能源均来自煤炭。在今后相当长的时期，煤炭作为我国最主要能源的地位不会改变。•煤炭除了提供能源，还可以提取各种原料。•煤种齐全，但煤炭灰分普遍较高，大部分煤炭灰分在10％～30％。•煤炭资源丰富，但人均占有量较低。目前已探明的煤炭储量1886亿吨，占据世界第二；我国人均占有量约234.4t，低于世界人均占有量312.7t。•煤炭资源的分布和消费区分布不协调，呈现北多南少，西多东少。产煤区集中在安徽、山东、山西、内蒙、陕西、贵州、新疆、宁夏等；消费区集中在上海、武汉、珠江三角洲、四川、辽宁等。绪论安徽理工大学采煤概论2019/12/1917安徽理工大学采煤概论2019/12/1918我国采煤工艺的发展•20世纪50年代初期，在前苏联的帮助下推广长壁式回采工艺，采用金属摩擦支柱支护，爆破落煤和人工装煤的回采工艺方式——炮采技术。•50年代末期和60年代初期，逐步推广使用滚筒采煤机、可弯曲刮板输送机、金属摩擦支柱与铰接顶梁，实现了破煤、装煤和运煤的机械化——普采技术。•70年代，引进并研制自移式液压支架、大功率采煤机、强力可弯曲刮板输送机、可伸缩胶带输送机——综合机械化采煤工艺。落煤—装煤—运煤—支护等工序全部实现机械化。•80年代，推广使用单体液压支柱代替金属摩擦支柱支护顶板，使普采技术得到了进一步提高，并开始研究推广使用的厚煤层放顶煤回采工艺。•90年代，发展了大采高回采工艺。•目前，研究矿井绿色开采技术：煤与瓦斯共采、保水开采、矸石充填开采。安徽理工大学采煤概论2019/12/1919安徽理工大学采煤概论2019/12/1920金属摩擦支柱滚筒采煤机可弯曲刮板输送机自移式液压支架单体液压支柱可伸缩胶带输送机安徽理工大学采煤概论2019/12/1921•煤巷由爆破落煤、人工装煤、木材支护发展到综掘进机掘进、金属支架和锚杆支护。•岩巷由手持式风钻钻眼、爆破落岩、人工装岩发展到凿岩机钻眼爆破、装岩机装岩、联合掘进机破、装岩，锚杆喷浆支护、锚索支护等。巷道掘进和支护的发展煤矿开采的环境效应•耕地破坏——地表塌陷区(0.2公顷/万t)。•地下水破坏——废水排出地面(2t/t)。•煤炭燃烧——废气(85%煤炭是直接燃烧的，产生：二氧化硫74％，二氧化氮85％，一氧化氮60％，悬浮颗粒70％)。•矸石山——废矸。全国国有煤矿矸石山约1500多座，矸石排放量占全国工业废渣25％，累计积存量30亿t以上，占地133400公顷。安徽理工大学采煤概论2019/12/1922金属支架AM50型横轴式掘进机EBZ160型纵轴式掘进机锚杆锚索安徽理工大学采煤概论2019/12/1923安徽理工大学采煤概论2019/12/1924安徽理工大学采煤概论2019/12/1925•井筒掘进—巷道掘进—采煤工作面—采空区的处理。•采出的煤炭要运送至地面；随着煤炭的采出，采煤工作面不断移动，因此要不断掘进巷道，保证工作面正常接续。•为了保证矿井的正常生产，必须供给井下新鲜空气，做好防治井下水、火、瓦斯、煤尘等灾害发生。煤矿生产的过程煤矿当前面临的问题•浅部煤炭资源的枯竭——向深部拓展。•深部开采面临的问题：地温、地压、瓦斯、通风、巷道支护、冲击地压等问题。•煤矿开采后的环境治理问题。安徽理工大学采煤概论2019/12/1926第一节地壳的组成及地质作用地壳的组成与岩石–组成地壳的是岩石，岩石是一些矿物颗粒的集合体。矿物是地壳中的一种或多种元素在各种地质作用下形成的自然产物，其内部构造和化学成分比较固定。–组成地壳的岩石种类繁多，按照生成方式，可以将岩石划为岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类别。–岩浆岩是由岩浆冷凝而成的，是三大类岩石的主体，占地壳岩石体积的64.7%。如花岗岩–变质岩是各种岩石受到温度、压力及化学作用，使得原来岩石的成分、结构和构造发生改变而形成新的岩石。如石灰岩变质成大理岩–沉积岩分布最广，地表约75%的面积都覆盖有沉积岩，有许多重要的矿产如煤、油页岩、岩盐等是沉积岩。–煤是一种沉积岩。在煤矿生产中遇到的几乎全是沉积岩。局部地带会遇到岩浆岩的侵入，并呈现变质现象。第一章煤矿地质基础知识安徽理工大学采煤概论2019/12/1927油页岩粉砂岩细砂岩泥岩煤盐岩石灰岩砂质泥岩页岩安徽理工大学采煤概论2019/12/1928埋藏在地下的煤和其他矿产资源，都是地壳物质运动和各种地质作用的产物。由自然动力促使地球物质组成、内部构造和外部形态发生变化与发展的过程称为地质作用。内动力地质作用–由地球内部能量引起的地壳物质成分、内部构造、地表形态发生变化的地质作用，包括地壳运动、岩浆活动、变质作用和地震作用等。外动力地质作用–作用在地壳表层，主要是由地球以外的太阳辐射能、太阳及月球引力等引起，使得地表形态发生变化和地壳表层化学元素发生迁移、分散和富集。包括：风化和剥蚀、搬运和沉积、固结成岩。–在外动力地质作用下，地壳的岩石不断被破坏、雕刻，又不断形成新的岩石，形成各种矿产资源。地质作用安徽理工大学采煤概论2019/12/1929第二节地质构造沉积岩在形成时期除局部倾斜外，基本上是水平的，而且在一定范围内是连续分布的，但是经过地质构造运动，水平的可能变为倾斜或弯曲，连续的、完整的可能被断开、错动或破碎，这种岩石变形或变位的产物称为地质构造。地质构造分为：单斜构造、褶皱构造和断裂构造。安徽理工大学采煤概论2019/12/1930水平构造和单斜构造未经构造变动的沉积岩层，其形成时期的原始产状是水平的，先沉积的老岩层在下部，后沉积的新岩层在上部，称为水平构造。岩层向同一个方向倾斜，形成单斜构造。单斜构造往往是褶曲的一翼、断层的一盘或者是由局部地层的不均匀上升或下降所起。岩层在空间的位置称为岩层产状。倾斜岩层的产状是用岩层层面的走向、倾向和倾角3个产状要素来表示。安徽理工大学采煤概论2019/12/1931美国的科罗拉多高原广东韶关的丹霞山广西桂林的象鼻山安徽理工大学采煤概论2019/12/1932走向：岩层层面与水平面交线的方位角称为岩层的走向。方位角是从子午线的北端开始沿顺时针方向计算至该直线间的水平夹角，它的范围从0°到360°。倾向：垂直走向沿层面倾斜方向向下引出一条直线，此直线在水平面的投影的方位角，称为岩层的倾向。倾角：倾斜线与其在水平面上的投影线间的夹角。走向倾斜煤层层面倾向水平面安徽理工大学采煤概论2019/12/1933褶皱构造组成地壳的岩层受构造应力的强烈作用，使岩层形成一系列波状弯曲而未丧失其连续性的构造，称为褶皱构造。褶皱构造是岩层产生的塑性变形。褶曲要素─核部：位于褶曲中央最内部的一个岩层。─翼部：位于核部两侧、向不同方向倾斜的岩层。─轴面：从褶曲顶部平分两翼的面。─轴：轴面与地表面的交线。─枢纽：轴面与褶曲岩层面的交线，反映褶曲延伸方向产状的变化。安徽理工大学采煤概论2019/12/1934背斜褶曲：背斜褶曲是岩层向上拱起的弯曲。当地表受到剥蚀露出不同地质年代的岩层时，较老的岩层出现在褶曲的轴部，从轴部向两翼，依次出现的是较新的岩层。向斜褶曲：向斜褶曲是岩层向下凹的弯曲。在褶曲轴部出露的是较新的岩层，向两冀依次出露的是较老的岩层。背斜和向斜褶曲安徽理工大学采煤概论201