01第一章煤矿开采的基本概念

中国矿业大学矿业工程学院主讲：万志军教授2019/8/172课程内容第一章煤矿开采的基本概念第二章长壁垮落采煤法采煤工艺第三章长壁工作面工艺参数、管理及设计第四章单一走向长壁采煤方法第五章倾斜长壁采煤法第六章厚煤层倾斜分层长壁下行垮落法采煤法第七章长壁放顶煤采煤法第八章急倾斜煤层采煤法第九章柱式体系采煤法第十章采煤方法的选择及发展2019/8/173课程内容第十一章准备方式类型第十二章准备巷道布置及参数分析第十三章采区车场第十四章井田开拓的基本概念第十五章井田开拓方式第十六章井田开拓的基本问题第十七章井底车场第十八章矿井采掘接替、开拓延深与技术改造第十九章矿井开采设计露天开采简介2019/8/174课程要求掌握不同采煤工艺方式的装备、装备配套原则、工艺过程、工艺技术管理及参数确定方法、适用条件及选择采煤工艺方式的依据。掌握单一长壁采煤法回采巷道布置的基本理论、方法。掌握厚煤层倾斜分层长壁采煤法巷道布置和工艺过程。掌握放顶煤采煤法的基本理论、巷道布置、技术参数、工艺过程适用条件。掌握急（倾）斜煤层开采的基本理论、不同采煤方法的巷道布置、技术参数、工艺过程及适用条件。掌握选择采煤方法的原则，了解采煤方法的发展趋势。掌握准备方式的类型、适用条件。2019/8/175课程要求掌握准备巷道布置的基本理论，掌握采区、盘区、带区设计及技术参数确定的方法；了解准备方式的改革及发展趋势。掌握采区车场的型式、设计方法和轨道线路设计基本知识。了解煤田划分井田的方法；掌握矿井储量的分类、矿井设计生产能力确定的原则、井田开拓方式分类和井田开拓解决的主要问题及依据。掌握立井、斜井、平硐及综合开拓方式的特点及适用条件。掌握阶段划分、开采水平设置、上下山开采、大巷布置、采掘三量管理的基本理论和方法。掌握井底车场线路及硐室组成、要求及调车方式。了解矿井开拓延深及技术改造的内容和方法。掌握矿井开采设计的基本理论与方法。2019/8/176授课形式与要求授课：课堂讲授+录像+实验（模型课）听课：上课、笔记考试：闭卷笔试2019/8/177主要参考书汪理全，徐金海，屠世浩，等．矿业工程概论．徐州：中国矿业大学出版社，2004徐永圻．采矿学．徐州：中国矿业大学出版社，2003张先尘、钱鸣高．中国采煤学．煤炭工业出版社．2003钱鸣高．矿山压力与岩层控制．徐州：中国矿业大学出版社，2003建设部，煤炭工业矿井设计规范，中国计划出版社，2005国家安监总局、国家煤矿安监局，煤矿安全规程，煤炭工业出版社，2010第一章煤矿开采的基本概念第一节煤田开发的概念第二节井田内的划分及开采顺序第三节矿井生产的概念第四节采煤方法分类一、煤层赋存特征及影响开采的地质因素二、矿区开发三、井田四、矿井设计生产能力和井型五、地下开采与露天开采第一节煤田开发的概念一、煤层赋存特征及影响开采的地质因素煤田：同一地质时期形成，并大致连续发育的含煤系分布区。煤田中的煤层数目、层间距和赋存特征各不相同。我国多数煤矿开采的是多煤层煤田。按煤层倾角分类近水平煤层8°缓倾斜煤层8°~25°中倾斜煤层25°~45°急倾斜煤层45°按煤层厚度分类薄煤层1.3m中厚煤层1.3m~3.5m厚煤层3.5m按煤层稳定性分类稳定煤层中等稳定煤层不稳定煤层极不稳定煤层1、煤层分类：2、影响开采的因素二、矿区开发矿区：统一规划和开发的煤田或其中一部分。1、矿区煤田构成分类煤田构成分类实例单一煤田矿区平顶山矿区、抚顺矿区、徐州矿区等两个煤田矿区北票等矿区多个煤田矿区六盘水矿区等部分煤田矿区神东矿区、松藻矿区、铜川矿区、韩城矿区等2、矿区煤种分类矿区煤种分类矿区数量实例焦煤矿区重点煤矿28处西山、霍州、临汾、吕梁等烟煤矿区重点煤矿24处兖州、平顶山等无烟煤矿区重点煤矿11处晋城、阳泉、郑州、永城等褐煤矿区重点煤矿5处霍林河、小龙潭等矿区规模划分设计生产能力（Mt/a）亿吨级矿区神华集团、中煤集团、同煤集团特大型矿区10~30大型矿区5~10中型矿区3~5小型矿区33、矿区建设规模：矿区均衡生产的规模，应与矿区的均衡生产服务年限相适应。矿区建设规模和生产服务年限对照表矿区建设规模（Mt/a）1510~158~105~83~51~3均衡生产服务年限/a908070706050三、井田井田：划归一个矿井开采的那部分煤田。矿井：形成地下煤矿生产系统的井巷、硐室、装备、地面建筑和构筑物的总称。四、矿井设计生产能力和井型矿井设计生产能力：设计中规定的矿井在单位时间内采出的煤炭数量，以“Mt/a”表示。矿井井型：根据矿井设计生产能力不同划分的矿井类型。矿井设计生产能力大小直接关系到基建规模和投资多少，影响到矿井整个生产期间的技术经济面貌，确定井型和矿井生产能力是矿区总体设计的一个重要内容。矿井井型的划分设计生产能力（Mt/a）特大型矿井3.0、4.0、5.0、6.0及以上大型矿井1.2、1.5、1.8、2.4中型矿井0.45、0.6、0.9小型矿井0.3及以下五、地下开采与露天开采地下开采：通过由地面向地下开掘井巷采出煤炭的方法称为地下开采，又称为井工开采。露天开采：直接从地表揭露并采出煤炭的方法称为露天开采。与露天开采相比，地下开采要复杂和困难。当煤层厚度达到一定值，直接出露地表，或其覆盖层较薄、开采煤层与覆盖层采剥量之比在经济上有利时，就可以考虑采用露天开采。第二节井田内的划分及开采顺序一、井田尺寸二、井田划分为阶段和水平三、阶段内的再划分四、井田直接划分为盘区、带区或分带一、井田尺寸井田尺寸由井田走向长度、倾斜长度和面积来反映。井田走向长度：表征矿井开采范围的重要参数，要与开采技术及装备水平适应，根据目前开采技术水平，大型矿井井田的走向长度不少于8km，中型矿井不少于4km。井田的倾斜宽度：井田沿煤层倾斜方向的水平投影宽度。井田的面积与矿井的井型有关。二、井田划分为阶段和水平阶段：在井田范围内平行走向按一定标高划分的一部分井田。注：每个阶段都必须有独立的运输和通风系统。开采水平：通常指布置有井底车场和阶段运输大巷、并且承担全阶段运输任务的水平，有时简称为“水平”。注：水平用标高来表示。阶段与水平的区别：三、阶段内的再划分1、采区式划分在阶段内沿走向把阶段划分为若干个具有独立生产系统的开采块段，每一开采块段称为一个采区。注：采区的倾斜长度就是阶段的斜长。C4C6区段：是采区内沿倾斜方向划分的开采块段。注：阶段与区段不同。阶段与区段的区别：2、带区式划分在阶段内沿煤层走向把阶段划分为若干适合于布置采煤工作面的长条，每一个长条称为一个分带。分带相当于采区内的区段旋转了90°。注意区分：四、井田直接划分为盘区、带区或分带在近水平煤层条件下，由于井田沿倾斜的高差较小，局部范围内煤层的走向又变化较大，井田很难以一定的标高为界划分为若干阶段，则要将井田直接划分为盘区、带区或分带。盘区就是近水平煤层的采区。盘区（带区）式划分在我国新建的一批高产高效矿井中，一般布置三条大巷，一条运煤，一条辅助，第三条用于回风，大巷两侧不再划分采区、盘区或带区，而是直接布置工作面。根据煤层倾角条件，井田内的不同区域可分别划分为采区、盘区或带区。第三节矿井生产的概念一、矿井井巷的基本概念二、矿井生产系统三、开采顺序一、矿井井巷1、直立巷道直立巷道的长轴线与水平面垂直，如立井、暗立井和溜井。立井：地层中开凿的直通地面的直立巷道，又称竖井（按功能分为主立井、副立井、风井、排水井、充填井等）。暗立井：不与地面直通的直立巷道，其用途同立井。溜井：一种专门用来由高到低溜放煤炭的暗立井。其中高度不大、直径较小的称为溜煤眼。2、水平巷道巷道的长轴线与水平面近似平行。平硐：地层中开凿的直通地面的水平巷道，作用类似于立井，有主平硐、副平硐、排水平硐和通风平硐等。平巷：地层中开凿的、不直通地面、其长轴方向与煤层走向大致平行的水平巷道。常见平巷有运输大巷、回风大巷、区段平巷、石门等。石门：岩层中开凿的、不直通地面、与煤层走向垂直或斜交的岩石平巷。按服务范围有主石门、采区石门等。3、倾斜巷道巷道的长轴线与水平面有一定夹角。斜井：是地层中开凿的直通地面的倾斜巷道，作用类似于立井，分主斜井和副斜井。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。按所在岩层层位分煤层上下山和岩石上下山；按用途和作用分轨道上下山和通风行人上下山。4、硐室硐室：有专门用途、在井下开凿和建造的断面较大且长度较短的空间构筑物，如绞车房、水泵房、变电所和煤仓等。二、矿井生产系统矿井生产系统：由完成特定功能的设施、设备、构筑物、线路和井巷的总称，由矿井的运煤、通风、运料、排矸、排水、动力供应、通讯、监测等子系统组成。1、矿井开拓、准备、与回采的概念按其作用和服务范围不同，可将矿井井巷分为：开拓巷道开拓巷道：为井田开拓而开掘的基本巷道，是为全矿井、一个开采水平或若干采区服务的巷道，服务年限较长，如主副井、主运输石门、阶段运输大巷、阶段回风大巷、风井等。开拓巷道的作用在于形成新的或扩展原有的阶段或开采水平，为构成矿井完整的生产系统奠定基础。准备巷道准备巷道：为准备采区、盘区或带区而掘进的基本巷道。是在采区、盘区或带区范围内，从已开掘好的开拓巷道起，到达区段或分带斜巷的通路，在一定时期内为全采区、盘区或带区服务，或为数个区段或分带服务，如采区上下山、采区或带区车场、变电所、煤仓等。准备巷道的作用在于准备新的采区、盘区或带区，以便构成采区、盘区或带区生产系统。回采巷道回采巷道：形成采煤工作面及为其服务的巷道，如区段运输平巷(顺槽)、区段回风平巷(顺槽)和开切眼。回采巷道的作用在于切割出新的采煤工作面，并进行生产。矿井巷道开掘的原则：尽量平行作业，尽快沟通风路。2、井巷开掘顺序平行作业：以主井和风井为起点同时掘进主井方向风井方向为保证采煤工作面正常接替，在第一区段生产期间，需要适时地开掘为第二区段生产服务的中部车场、区段平巷和开切眼。当两个方向的开拓和准备巷道均已掘通形成通风回路后，即可自采区上山向采区两翼掘进第一区段回采巷道，开切眼完成后即可安装调试工作面。3、生产系统运煤系统通风系统新风：乏风：运料排矸系统运料：排矸：与运料方向相反排水系统排水系统一般与进风风流方向相反供电系统：三、开采顺序井田划分后，采区、盘区、或带区间需要按照一定的顺序开采，煤层间、阶段间和区段间也需要按照一定的顺序开采。确定开采顺序应当考虑井巷的初期工程量，井巷的掘进及维护工程量，开采水平、阶段、采区、盘区、或带区及采煤工作面的正常接替，开采影响关系，采掘干扰程度和灾害防治。1、采区、盘区或带区间开采顺序沿井田走向方向，井田内采区、盘区或带区间开采顺序分前进式和后退式两种。前进式：自井筒或主平硐附近向井田边界方向依次开采。后退式：自井田边界方向向井筒或主平硐方向依次开采。采区、盘区或带区间开采顺序比较开采顺序优点缺点前进式矿井建设初期工程量和初期投资少，使矿井尽快投产。1、采掘相互影响；2、大巷在一侧或两侧采空的状态下维护相对困难，维护费较高；3、后续采区通风时，新鲜风流通过已采侧大巷时风量有一定泄露。后退式1、避免了采掘干扰；2、便于运输大巷和总回风巷的维护，维护费用相对前进式少；3、大巷漏风相对较少；4、便于回收大巷煤柱。矿井建设初期工程量和初期投资多，矿井投产时间相对较长。2、采区、盘区或带区内工作面开采顺序采区或盘区后退式开采：工作面由采区走向边界向采区运煤上山或盘区主要运煤巷道方向推进的开采顺序。前进式开采：工作面由背向采区运煤上山或背向盘区主要运煤巷道方向推进的开采顺序。带区后退式开采：分带工作面向运输大巷方向推进的开采顺序。前进式开采：分带工作面背向运输大巷方向推进的开采顺序。注：前进式与后退式的主要区别是工作面生产期间回采巷道是预先掘出来还是在推进过程中形成。采区、盘区或带区内工作面开采顺序比较开采顺序优点缺点前进式所需回采巷道不需预先掘出，采煤和形成回采巷道同时进