煤矿开采基本知识

煤矿开采基本知识主讲人杨伟淄博煤炭经济技术开发公司第一章地质基础知识第二章煤矿生产概貌第三章井田开拓第四章巷道掘进第五章采煤方法第六章矿井通风与安全第七章矿井固定设备与供电第一章地质基础知识第一节地壳一、地壳的组成物质地球是一个巨大的椭球体，其赤道半径为6378.2km，极半径为6356.8km。地球的最外层是坚固的外壳，称为地壳，平均厚度约为20km。地壳主要由岩石组成，组成岩石的是矿物，而矿物则是由各种化学元素所组成。因此，在地壳中蕴藏着非常丰富的矿产资源。（一）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，而以氧(46.6%)和硅(27.7%)为最多。（二）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。自然界中已发现的矿物有两千多种，绝大多数呈固态，也有的呈液态（如水、石油和汞等）和气态（如沼气）。但组成岩石的常见矿物并不多，主要的仅20余种。（三）岩石:岩石是矿物的集合体，可包含一种或多种矿物。岩浆岩、沉积岩变质岩地壳中的岩石绝大部分为岩浆岩，沉积岩只占地壳总重量的5%，但沉积岩却覆盖着地球表面积的75%，是最常见的一类岩石。由于煤层一般都埋藏于沉积岩岩层中，因此沉积岩与采煤工作的关系最为密切。此外，在沉积岩地层中还有许多重要的矿产资源，如石油、天然气、沉积铁矿、盐矿、铝矿、磷矿、油页岩和石灰岩等。二、地史及地层的概念地球的形成已有四十五亿年以上的历史。为了便于研究，通常根据地壳运动和古生物的发展，将地壳的历史从古到今，划分为太古代、元古代、古生代、中生代和新生代等五个大的时期。为了反映更短的时间间隔内地壳的变化，代以下分为若干纪，纪以下又分为世。代、纪、世是国际统一的划分地质时代的单位。第二节煤的形成、用途和分类一、煤的形成远在距今约0.03～3.2亿年间，即地质史上称为第三纪、侏罗纪、二迭纪和石炭纪等时代，地球上许多地区布满了湖泊、沼泽，当时气候温暖潮湿，植物生长茂盛。二、评价煤质的主要指标水分和灰分：挥发分：固定碳：胶质层厚度：发热量：硫：磷：含矸率：三、煤的用途与工业分类分类分类指标主要用途名称符号挥发分（%胶质层厚度（毫米）无烟煤A0～10—是良好的动力和民用煤并可作化工用煤烟煤贫煤瘦煤焦煤肥煤气煤弱粘煤不粘煤长焰煤TⅡCK）KPCCHC＞10～20＞14～20＞14～30＞26或＜26＞30＞20～37＞20～37＞370（粉状）0～12＞8～25＞25＞5～250～9（块状）0（粉状）0～5多作动力和民用煤一般作配焦用煤主要的炼焦用煤配焦用煤气化、炼油、配焦用煤配焦、气化、炼油和动力用煤气化、动力和民用煤气化、炼油和动力用煤褐煤B＞40—化工、气化、炼油和民用煤第三节煤系地层和矿井地质构造一、煤系地层与煤层赋存状态（一）煤系煤是在一定历史时期形成的具有成因联系的大致连续沉积的一套含煤岩系。（二）煤层1、煤层是由植物体大量堆积，经成煤作用形成的层状固体可燃矿产。2、煤层的形态是指煤层赋存的几何形态。非层状煤层似层状煤层层状煤层按成层的连续程度3、煤层厚度是指煤层顶底板之间的垂直距离，也称为煤层真厚度。（1）薄煤层厚度小于1.3m（2）中厚煤层厚度为1.3～3.5m（3）厚煤层厚度大于3.5m.(三）煤层厚度的变化煤层厚度是影响煤矿开采的主要地质因素，煤层厚度不同，采煤方法亦不同。１、煤层厚度的原生变化泥炭层堆积过程中，形成顶板前，由于各种地质作用影响而形成的煤层形态和厚度的变化。２、煤层厚度的后生变化泥炭层被覆盖或煤系形成后，由于构造变动，岩浆侵入，河流剥蚀等地质作用引起的煤层形态和厚度的变化。构造变动引起的变化特点：原始结构破坏，出现层间揉皱和滑动镜面，在构造复杂的地段煤呈碎粒状、鳞片状和粉末状，煤的光泽变暗，灰分增高；煤层增厚带和变薄带相间出现，并沿主要构造线呈狭长条带分布；煤岩层出现不协调褶曲，有时煤岩互相穿插，致使煤层呈各种不规则状态。(四)煤层顶板和底板顶板：赋存在煤层之上的临近岩层底板：赋存在煤层之下的临近岩层1、顶板的类型根据顶板的岩性、厚度及回采过程中垮落的难易程度，分为3种顶板类型。伪顶直接顶老顶2、底板的类型直接底老底二、矿井地质构造矿井地质构造是井田边界及其范围内的褶皱、断层、节理和层间滑动等地质构造的统称。（一）褶皱构造岩层和煤层在构造应力作用下形成的一系列连续的弯曲称为褶皱构造。每一个单独的弯曲称为褶曲有2种基本形式:向斜：岩层向下弯曲，核部是老岩层，两翼是新岩层背斜：岩层向上弯曲，核部是新岩层，两翼是老岩层褶曲要素（基本组成部分）：核部、翼部、轴面、枢纽背斜向斜（二）断层构造岩层或煤层受力超过其强度极限发生变形破坏的类型，可以分为两类：断层（两侧岩块有显著位移）和节理（裂隙）。断层是影响矿井安全生产的最主要的地质构造。1、断层要素断层面断盘断层线（断层交面线）断距（1）断层面断层的断裂滑动面称为断层面。走向、倾向、倾角。（2）断盘位于断层面两侧的岩块称为断盘。（3）断层线和断层交面线断层线是指断层在地表的出露线，也就是断层面与地面的交线，它反映了断层的延展方向。断层面与岩层面的交线称为交面线。断层面与煤层底板面的交线称煤层交面线，或断煤交线。（4）断距断距指断层两盘相对错开的距离，包括：真断距、地层断距、铅直断距和水平断距。ab——总断距或真断距hi——地层断距dg——铅直断距或称落差gn——水平断距2、断层的分类根据上下两盘岩体相对移动性质来划分平移（推）断层逆断层正断层复合型断层断层扭性剪性张性断层压性断层根据受力性质分)(3、裂隙裂隙又称为节理，指沿断裂面两侧没有发生明显位移的断裂。三、陷落柱岩溶陷落柱是煤系地层下部可溶性岩石在地下水和重力作用下所产生的塌陷现象。非构造裂隙剪裂隙张裂隙构造裂隙次生裂隙原生裂隙根据成因第二章煤矿生产概貌第一节煤田的开发一、煤田和矿区在地质历史发展过程中，同一地质时期形成并大致连续发育的含煤岩系分布区称为煤田。统一规划和开发的煤田或其一部分则称为矿区。二、井田划归一个矿井（或露天矿）开采的那一部分煤田，谓之井田（矿田）。三、矿井生产能力和井型矿井生产能力，一般是指矿井的设计年产量，以万T/a表示。我国把矿井划分为大、中、小三种类型，称井型。大型矿井：生产能力为120万T/a、150万T/a、180万T/a、240万T/a、300万T/a、400万T/a、500万T/a及以上的矿井，300万T/a及其以上的矿井又称特大型矿井。中型矿井：生产能力为45万T/a、60万T/a、90万T/a小型矿井：生产能力为9万T/a、15万T/a、21万T/a、30万T/a。我国国有煤矿多为大、中型矿井；地方煤矿多为中小型矿井；乡镇煤矿多是小煤窑，年产量在多小于3万T/a。第三节矿井生产系统（一）开拓巷道1、井筒和平峒2、井底车场3、回风井4、石门5、运输大巷6、回风大巷（二）准备巷道1、采区车场2、采区煤仓3、采区上山4、采区下山（三）回采巷道1、区段运输平巷2、区段回风平巷3、开切眼二、井下生产运输提升系统三、井下生产动力供应系统四、井下生产通风安全系统五、井下生产排水系统六、地面生产系统第三章井田开拓第一节煤田划分为井田一、矿井年产量井型设计年产量（万吨/年）服务年限（年）备注特大型井300及以上80以上矿井设计按年工作日300天计算大型井2401801501209070以上50～70中型井603030～40小型井2115910～20二、矿井服务年限三、矿井储量Z可采=KAT四、井田范围第二节井田内的再划分一、井田划分为阶段二、阶段划分为采区可将井田内的划分顺序归纳如下：布置回采工作面分带式布置回采工作面区段盘区或左右部分上下山部分布置回采工作面连续式布置回采工作面区段采区阶段井田第三节矿井开拓方式一、斜井开拓二、立井开拓三、平硐开拓第四章井巷掘进第一节岩石的分级岩石的物理机械性能对于掘进和开采工作影响很大，为了能够用简明的指标来区分各种岩石破碎的难易程度，通常按岩石的单向抗压强度，把岩石分为十级，并用坚固性系数f来表示。f值是岩石单向抗压强度与标准抗压强度10MPa之比。例如，测得某种岩石的单向抗压强度为80MPa，则其坚固性系数f值为8。岩石分级表级别坚固性程度岩石坚固系数fⅠ最坚固的岩石最坚固、致密的石英岩及玄武岩。其它最坚固的岩石20Ⅱ很坚固的岩石很坚固的花岗岩类：15Ⅲ坚固的岩石花岗岩（致密的）及花岗岩类岩石；10Ⅲa坚固的岩石坚固的石灰岩；不坚固的花岗岩；坚固的砂岩；8Ⅳ相当坚固的岩石一般的砂岩；铁矿石6Ⅳa相当坚固的岩石砂质页岩；泥质页岩5Ⅴ坚固性中等岩石坚固的页岩：不坚固的砂岩及石灰岩；软的砾岩4Ⅴa坚固性中的岩石各种（不坚固的）页岩；致密的泥灰岩3Ⅵ相当软的岩石软的页岩；很软的石灰岩；石膏；冻土；无烟煤；2Ⅵa相当软的岩石碎石土；坚硬的烟煤；硬化的粘土1.5Ⅶ软岩粘土（致密的）；软的烟煤；坚硬的表土层；1.0Ⅶa软岩微砂质粘土（黄土、细砾石）0.8Ⅷ土壤状岩石腐植土；泥炭；微砂质粘土；湿砂0.6Ⅸ松散岩石砂；小的细砾石；填方土；已采下的煤0.5Ⅹ流动性岩石流砂；沼泽土；含水黄土及其他含水土壤0.3第二节巷道断面及施工概述一、巷道断面形状二、巷道施工概述巷道按在煤层或岩层中的位置，可分为以下三类：煤巷半煤岩巷岩巷巷道施工时的主要工序有：破、装、运、支；辅助工序有排水、挖砌水沟、通风、铺轨和测量等。第三节钻眼爆破一、钻眼机具（二）煤电钻（二）凿岩机二、矿用炸药及起爆器材（一）矿用炸药炸药是一种由碳、氢、氧、氮等元素组成的固体（或胶体、液体）物质，当受到外界能量作用时，能够迅速分解，产生大量气体和放出大量热量。由于高温使气体体积急剧膨胀，对炮眼眼壁施加巨大压力而破碎煤、岩。矿用铵梯炸药成分和使用范围炸药名称煤矿铵梯炸药岩石铵梯炸药1号2号3号1号2号化学组成（%）硝酸铵梯恩梯木粉食盐68152157110415671032082144-85114-使用范围低沼气矿井高沼气矿井无沼气和煤尘爆炸危险的工作面（二）起爆器材雷管三、炮眼布置第四节巷道支护一、木棚子二、金属支架三、锚杆支护锚杆的种类较多：金属锚杆木锚杆竹锚杆树脂锚杆钢筋或钢丝绳砂浆锚杆第五节巷道掘进的辅助工序一、通风工作二、排水三、辅轨四、测量工作局部通风机通风第五章采煤方法采煤方法主要分为：露天开采井工开采水力采煤其它（煤炭汽化、液化等）我们在此讲的是井工开采主要包括：1、采区巷道布置走向长壁开采倾斜长壁开采2、采煤工作面采煤工艺爆破式采煤工艺普通机械化采煤工艺综合机械化采煤工艺放顶煤开采等第一节采区巷道布置一、走向长壁采煤法巷道布置二、倾斜长壁采煤法巷道布置第二节采煤工艺主要包括：1、落煤（破煤）2、装煤3、运煤4、移运输机5、支护6、采空区处理一、爆破式采煤工艺1、装煤和运煤2、工作面支护（1）木支护（2）金属摩擦支柱（3）单体液压支柱（4）金属铰接顶梁（5）悬臂式支护二、普通机械化采煤工艺三、综合机械化采煤工艺1、双滚筒采煤机2、支撑式液压支架3、掩护式液压支架4、支撑掩护式液压支架5、综采工作面的设备布置6、综合机械化采煤的工艺过程开始采煤前，输送机靠近煤壁，全部液压支架处于支撑状态。支架底座箱前缘与输送机电缆槽槽帮之间预先留有一个截深的宽度，既便于采煤机司机操作和人员行走，又可以实现割煤后立即移支架。双滚筒采煤机骑在输送机上，由下向上采煤。一般是沿牵引方向前滚筒在上割顶煤，后滚筒在下割底煤、装余煤，这样可以减少片帮和使底板留下的浮煤最少，便于移输送机。随着采煤机向上割煤，液压支架紧跟采煤机后逐架前移(降柱、移架、升柱)，及时支护割煤后新暴露出的顶板。最后一道工序是顺序推