煤矿开采与掘进技术

煤矿开采技术与掘进技术—重庆市煤矿矿长资格培训班教学课件第一章概述第一节我国煤炭资源一、我国煤炭资源分布我国是世界上发现、利用、开采煤炭最早的国家，也是煤炭产量最多的国家，煤炭资源丰富，全国绝大多数省市区都有不同数量的煤炭资源分布，已知的含煤面积约55万k㎡，累计探明总储量为78223.4亿t。仅次于俄罗斯，居世界第二位。据预测，我国煤炭资源远景储量为50592亿t；保有储量为10025亿t。仅次于俄罗斯、美国，居世界第三位。二、煤炭资源赋存的主要特点1.成煤的地质年代长。从早古生代至第四纪，均有煤炭沉积。具有工业价值的煤层形成始于早石炭世，成煤期自老到新有：早古生代、早石炭世、早二叠世、石炭二叠纪、晚二叠世、晚三叠世、早侏罗世、中侏罗世、白垩纪、第三纪、第四纪等11个地质年代。我国三大聚煤期：石炭二叠纪、早中侏罗纪及晚侏罗纪、第三纪。2.地质构造多，煤层赋存条件多样。三、我国能源赋存特点我国资源赋存特点，决定了能源必须以煤炭为主。我国的资源赋存是缺油、少气、富煤。全国石油、天然气探明储量仅占化石能源探明储量的6%，其余94%为煤炭。煤炭1000米以浅保有储量约1万亿吨，其中探明可采储量1145亿吨。煤层气35万亿立方米。按目前的生产和消费水平，可以开采使用100年以上。而石油可采储量只有38亿吨，可采年限仅20年；天然气总资源量为38万立方米，探明剩余可采储量可开采37年。四、全国的五个聚煤区根据地质构造带为界，全国划分为五个聚煤区：1.华北聚煤区：包括山西、山东、河北、河南、甘肃、陕西、内蒙古大部、江苏北部、辽宁和吉林南部。其煤炭资源量占全国总煤炭资源量的53％。2.西北聚煤区：包括新疆、青海、宁夏、内蒙古西部。其煤炭资源量占全国总煤炭资源量的33％。3.东北聚煤区：包括辽宁、吉林、黑龙江、内蒙古东部。其煤炭资源量占全国总煤炭资源量的8％。四、全国的五个聚煤区4.华南聚煤区：包括贵州、广西、广东、海南、湖南、湖北、江西、福建、江苏和安徽南部、四川和云南大部。其煤炭资源量占全国煤炭资源量6％。5.滇藏聚煤区：包括西藏、青海南部、四川和云南西部。其煤炭资源量占全国总煤炭资源量的0.1％。五、煤的形成在显微镜下观察，可以发现：煤是由高等植物转化而来的。1.成煤植物：植物分为低等植物和高等植物。由低等植物形成的煤称为腐泥煤；由高等植物形成的煤称为腐植煤。目前开采主要是腐植煤。2.成煤作用：煤由植物经过漫长极其复杂生物化学、物理化学作用转变而成的。成煤作用分为两个阶段：泥炭化阶段、煤化阶段。六、成煤的必要条件1.植物条件：植物是成煤的原始物质。2.气候条件：潮湿、温暖的气候是成煤的必要条件。3.地理条件：发生大面积沼泽化的自然条件。4.地壳运动条件：地壳大幅度快速下沉。七、最新煤炭分类国家标准将煤炭分为14类。分别是：无烟煤（WY）、贫煤（PM）、贫瘦煤（PS）、瘦煤（SM）、焦煤（JM）、1/3焦煤（1/3JM）、肥煤（FM）、气肥煤（QF）、气煤（QM）、1/2中粘煤（1/2ZM）、弱粘煤（RN）、不粘煤（BN）、长焰煤（CY）、褐煤（HM）。。我国煤炭资源已经探明可采储量中，按煤层厚度分：☆薄煤层占17.36％☆中厚煤层占37.84％☆厚煤层占44.80％按煤层倾角分：☆缓倾斜煤层占85.95％☆倾斜煤层占10.16％☆急倾斜煤层占3.89％我国最早开办的近代煤矿：台湾基隆煤矿1876年兴建，1878年投产。河北开平煤矿1877年兴建，1881年投产。八、煤的分类1.煤炭按煤的含碳量和煤化程度分类硬煤（含无烟煤、烟煤）、褐煤、泥炭。煤炭按煤的含碳量和煤化程度分类表类别含碳量煤化程度及特点无烟煤90－98％煤化程度高，挥发分低，密度大，燃点高，无粘结性，燃烧时多不冒烟。烟煤75－90％煤化程度低于无烟煤高于褐煤，特点是挥发分产率范围宽，不结焦与强结焦均有，燃烧时有烟。褐煤60－75％煤化程度低，特点是外观多呈褐色，光泽暗淡，含有较高内在水分和不同数量腐植酸。泥炭50－60％高等植物遗体，在沼泽中经泥炭化作用形成的一种松散富含水分的有机质堆积物。2、煤的工业用途分类分类分类指标用途名称符号挥发分胶质层厚度无烟煤WY0－10动力用煤和民用烟煤︹YM︺贫煤PM〉10－250动力用煤和民用瘦煤SM〉14－200－12一般作配焦用煤焦煤JM〉14－30〉8－25主焦煤，冶金主要用煤肥煤FM〉26〉25配焦煤主要用于冶金气煤QM〉30〉5－25气化、炼油、配焦用煤弱粘煤RM〉20－370－9配焦、气化、民用煤不粘煤BM〉20－370气化、动力、民用煤长焰煤CY〉370－5气化、动力、民用煤褐煤HM〉40化工、气化、民用煤3、煤层按厚度分类煤层按厚度分类薄煤层：井工开采时厚度在1.3m以下，露天开采时厚度在3.5m以下的煤层。中厚煤层：井工开采时厚度在1.3m～3.5m，露天开采时厚度在3.5m～10m的煤层。厚煤层：井工开采时厚度在3.5m以上，露天开采时厚度在10m以上的煤层。4、煤层按倾角分类近水平煤层：井工开采时倾角在8º以下，露天开采时倾角在5º以下的煤层。缓倾斜煤层：井工开采时倾角在8º～25º，露天开采时倾角在5º～10º的煤层。倾斜煤层：井工开采时倾角在25º～45º，露天开采时倾角在10º～45º的煤层。急倾斜煤层：井工或露天开采时倾角在45º以上的煤层。5、煤层按稳定性分类稳定煤层：煤层厚度变化很小，变化规律明显，煤层结构简单或较简单，全区可采或基本可采的煤层。较稳定煤层：煤层厚度有一定的变化，变化规律较明显，煤层结构简单至复杂，全区可采或大部分可采，可采范围内厚度变化不大的煤层。不稳定煤层：煤层厚度变化较大，变化规律不明显，煤层结构复杂至极复杂的煤层。极不稳定煤层：煤层厚度变化极大，呈透镜状、鸡窝状，一般不连续，很难找出规律，可采块段分布零星的煤层。第二节开采技术发展现状一、开采技术发展历程1.我国是世界上最早开发利用煤炭资源的国家，距今有6800+/-150年的历史。我国煤炭开采经历了七个阶段：手镐采煤—风镐采煤—爆破采煤—普通机械化（普采）采煤——高档普采—综合机械化采煤—综合机械化放顶煤采煤。2.解放前，我国煤矿普遍采用穿峒式、高落式、残柱式采煤方法。开采技术发展历程3.解放后，我国加强了采煤方法的改革，逐步推广了壁式体系采煤法，二十世纪六十年代以浅截深单滚筒采煤机、可弯曲刮板运输机、金属摩擦支柱和金属绞接顶梁支护的普通机械化采煤工作面问世。1974年第一批国产综合机械化采煤设备在井下生产试验。1978年以来，我国先后从国外引进100多套综合机械化采煤设备。4.综采、综放技术最新成果：煤厚小于1.3ｍ煤层：刨煤机组开采煤厚在1.3～1.8ｍ煤层：薄煤层综采煤厚在1.8～3.5ｍ煤层：中厚煤层综采煤厚在3.5～13ｍ煤层：一次采全高综放技术2019年国有重点煤矿综合机械化采煤程度已达56.73％，年产超过100万吨的采煤队有52个。其中，神华集团大柳塔矿综采队工效达543.8t／工；铁法矿务局晓南矿综采队工效达127.59t／工。二十世纪九十年代，我国开始进行综合机械化放顶煤试验，取得了圆满成功，技术经济效益十分明显。2019年国有重点煤矿综合机械化放顶煤创年产100万吨的采煤队有37个。其中，兖州矿业集团东滩矿综放队年产512万吨，工效达246.96t／工。目前，我国已有利用综放技术一次开采6-13m的成功经验。我国于二十世纪五十年代开始进行水力采煤试验，并取得成功。目前，水力采煤产量占1.8％。露天煤矿产量占3－5％。二、煤炭按煤的含碳量和煤化程度分类1.无烟煤:含碳量90％～98％，煤化程度较高，挥发分低，密度大，燃点高，无粘结性，燃烧时多不冒烟。2.烟煤：含碳量75％～90％，煤化程度低于无烟煤高于褐煤，特点是挥发分产率范围宽，不结焦与强结焦均有，燃烧时有烟。3.褐煤：含碳量60％～75％，煤化程度低，特点是外观多为褐色，光泽暗淡，含有较高内在水分和不同数量腐植酸。4.泥炭：含碳量50％～60％，高等植物遗体，在沼泽中经泥炭化作用形成的一种松散富含水分的有机质堆积物。三、煤炭在国民经济中的重要作用煤炭的用途：工业动力、火力发电、化学工业原料、民用燃料。据煤炭科学研究总院刘修源介绍，2000年我国能源结构为：煤炭占67.9％，石油占26.6％，天然气占2.6％，水电、核电、风能、太阳能仅占2.9％。预计到2050年仍将占47.7％。四、煤炭开采带来的主要问题资源有限，不可再生。开采利用过程中带来的污染与破坏。开采与利用的经济效益和社会效益。煤炭开采中的安全问题。煤炭工业的可持续发展问题。五、我国煤炭开采技术发展三种模式兖矿模式：大型煤炭企业与高等院校、科研机构合作，进行大规模技术创新，努力建设世界一流的高产高效矿井。彬县模式：利用高等院校、科研机构开发的新技术改造中小型矿井。神华模式：直接引进国外全套先进装备，一次性投资2亿元。六、我国煤炭工业运行趋势国民经济的持续快速发展，对煤炭的消耗需求不断增加。经济的发展是建立在能源消耗基础之上的。近几年，国家通过实行积极的财政政策，扩大内需，促进了国民经济的快速发展，也拉动了煤炭需求。2019年全国煤炭产量达到15.9亿吨，创历史最高水平；2019年煤炭产量达到19亿吨。预计2019年煤炭产量将超过20亿吨。按照国民经济年均增长7%～8%的发展速度，专家预测到2019年、2019年、2019年的煤炭需求将分别达到20亿吨、21.5亿吨和22亿吨;在一次能源中的比重将分别为65%、62%和60%左右。根据这个预测，2019年将出现供应偏紧；2019年将出现供应明显不足。即使煤炭产量保持一定的增幅，届时也可能出现0.5～1亿吨的缺口。第一章复习思考题1．名词解释：①薄煤层②中厚煤层③厚煤层④近水平煤层⑤缓倾斜煤层⑥倾斜煤层⑦急倾斜煤层。2．我国的三大聚煤期。3．我国煤炭资源赋存的特点。4．我国的五个聚煤区域。5．最新煤炭分类国家标准。6．成煤的必要条件。7．煤炭开采带来的主要问题。8．开采技术经历的七个阶段。9．煤炭的用途。第二章煤田划分第一节煤田划分为井田一、基本概念1.煤田：在地质历史发展的过程中，有含炭物质沉积形成的基本连续大面积含煤地带，称为煤田。对于面积较大、储量较多的煤田，若由一个矿井来开采整个煤田，显然在经济上极不合理，在技术上有难以实现。因此，需要将煤田进一步划分成适合于由一个矿区来开采的若干个区域。第一节煤田划分为井田2.矿区是开发煤田形成的社会组合。3.矿区开发：矿区范围仍然很大，需根据煤炭储量、赋存条件、煤炭市场需求量、投资环境等情况，确定矿区规模，划分井田，规划井田开采方式、规划矿井或露天矿建设顺序、确定矿区附属企业类别、数目和生产规模、建设过程等，总称为矿区开发。第一节煤田划分为井田4.井田在矿区内，划归给一个矿井开采的部分煤田，称为井田。井田范围的大小、矿井生产能力和服务年限的确定，是矿区总体设计中必须解决好的关键问题之一。第一节煤田划分为井田二、矿井巷道矿井开采需要在地下煤岩层中开凿大量的井巷和硐室。这些井巷种类很多，按其所处空间位置和形状，可分为垂直巷道、水平巷道和倾斜巷道。1．垂直巷道（1）立井——有直接通达地面出口的垂直巷道叫做立井，又称竖井。立井一般位于井田中部，担负全矿煤炭提升任务的叫主立井，担负人员升降和材料、设备、矸石等辅助提升任务的为副立井。第一节煤田划分为井田（2）暗立井——没有直接通达地面出口的立井，装有提升设备，也有主、副暗立井之分。暗立井通常用作上下两个水平之间的联系，即将下水平的煤炭通过主暗井提升到上一个水平，将上一个水平中的材料、设备和人员等转运到下水平。（3）溜井——担负自上而下溜放煤炭任务的暗井称为溜井。第一节煤田划分为井田2．倾斜巷道⑴斜井——有直接出口通达地面的倾斜巷道叫斜井。主要担负全矿井下煤炭提升任务的斜井叫主斜井；只担负矿井通风、行人、运料等辅助提升任务的斜井叫副斜井