煤矿开采学学习课件

煤矿开采学授课人：李宏华煤集团砚北煤矿通灭副总工程师2煤矿开采学（绪论）煤是工业的粮食，占我国一次能量消耗的75%；煤种多，储量大，在1000米深度内，有10000～20000亿吨；在1500米深度内，有多于56000亿吨。一、煤炭的历史1、煤是由植物残骸经过复杂的生物化学作用和物理化学作用转变而成的。2、我国古代采煤的情况春秋战国时期，就有煤炭的开采和利用。石涅，涅石，石墨，石炭（炭）明朝时，才称煤炭。记载的书，宋应星编著的《天工开物》。3煤矿开采学3、煤的成因分类44、四种典型的腐殖煤5煤矿开采学5、煤按变质程度和工艺性质分为14个大类，17个小类。●无烟煤：分为无烟煤一号、无烟煤二号、无烟煤三号3个小类。●烟煤：分为长焰煤、不粘煤、弱粘煤、1/2中粘煤、气煤、气肥煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦●褐煤：分为褐煤一号和褐煤二号2个小类。6二、解放以后我国煤炭工业技术的发展1、产量1949年，3243万吨；1950年～1952年，三年恢复时期，旧矿、旧设备、旧方法；52年，6650万吨；1953～1957年，第一个五年计划，中国经济形式变化最大；1957年，1.3亿。2006年23.32亿；2007年26亿；2008年27.16亿吨；2009年29．1亿吨；2010年33亿吨；2011年38.3亿吨。2、单产及机械化水平1）、建国初期，风稿落煤，人背、人拉、马拉，高强度体力劳动。7煤矿开采学三年恢复时期，推行壁式采煤，使用刮板运输机和截煤机。1952年，4331吨/月.面。机械化水平0.73%。2）、第一个五年计划，引进苏联康拜因，在双鸭山岭西矿使用。1957年，5137吨/月.面，机械化水平4.12%3）、1964年，采用了浅截深滚筒式采煤机，可弯曲刮板运输机，采用摩擦式金属支柱，金属铰接顶梁，出现了正规普通机械化采煤工作面。65年，6646吨/月.面，机械化水平8.23%。84）、1974年，我国煤炭系统成立了综合机械化采煤指挥部，引进了43套综采设备。出现了综采机械化采煤工作面。到1978年，又引进100套综采设备和100套综掘设备（俗称双百套综合机械化设备）。煤炭机械化水平和单产又上一新台阶。1979年，单产为11220吨/月.面；机械化水平达到32.3%。从此正常向前发展。到1990年，全国统配煤矿单产16040吨/月.面。其中综采45642吨，高档普采17540吨/月.面，机械水平达到65.1%。95）、单产创记录情况（1）、1982年，大同同家梁矿创年产百万吨综采队。到1990年，已达到160队次为百万吨综采队，有连续保持9年时间，6年中，最高的产量达到180万年产。目前，每年达到百万吨综采队的有35～45个队，并创造了放顶煤400万吨。（2）、高档普采创单产最高达67万吨。从82年到90年，有将近120个高档普采队超过30万吨。10（3）、炮采队也有达到50万吨的。（4）、目前，已有许多高产高效工作面，年产1000万吨的（神华集团）。6）、机械化水平高的单位内蒙的神华集团、山西的晋城、大同、潞安、山东的兖州、河南、河北、陕西等许多矿业集团公司的许多矿井，机械化程度都很高。11第一章煤矿开采的基本概念§1.1煤田开发的概念一、煤田和矿区1、煤田：由含炭物质沉积形成的大面积含煤地带称～（自然形成）。2、矿区：开发煤田形成的社会组合称矿区。煤田，面积大，储量多，大到数百、数千平方公里，多到数亿、数百亿吨。小的，可以由一个矿区开发，大的,可以由几个矿区开发，有时，一个矿区还可以开发多个煤田。如下图。淮南矿区开发三个煤田：舜耕山煤田，八公山煤田，潘谢煤田。12§1.1煤田开发的概念二、井田1、井田：划分给一个矿井开采的那一部分煤田称为井田。矿井：组成矿区的社会单元（开发井田的社会组合）。井田范围，走向长，大型（7.0km）、中型（4.0km）、小型（1.5km）。2、煤田划分为井田的原则：1）、充分利用自然条件划分。利用大断层、褶曲、铁路、公路、河流、城镇等，如下图。13§1.1煤田开发的概念IIIIIIIVVVI1、河流；2、煤层露头；3、居民区；4、铁路；5、井田境界线；6、断层线14§1.1煤田开发的概念13+0-600二矿-300+0II一矿三矿-300-600I－I21－垂直划分；2－水平划分；3－以断层为界15§1.1煤田开发的概念2）、有合理的尺寸3）、有足够的储量。与生产能力、服务年限有关。4）、处理好相邻矿井之间的关系，如浅部、深部。如下图。3、煤田划分为井田的方法1）、垂直划分。切豆腐块2）、水平划分。以一定标高为界3）、按煤组划分（近水平煤层情况）。16§1.1煤田开发的概念三、矿井生产能力与井型1、矿井生产能力：指矿井的设计年生产能力，单位用万t/a或Mt/a表示（矿井生产能力是设计计划任务书给定的，是系列化的，不能随便给定，如100万吨、75万吨，（目前，按国际通用方法用Mt/a）。2、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。3、井型：按照矿井生产能力的大小不同，将其划分为不同的级别，成为不同的井型。1）、小型井：9、15、21、30（万t/a）；2）、中型井：45、60、90（万t/a）；3）、大型井：120、150、180、240（万t/a）；4）、特大型井：300、400、500、600、800、1000、1200、1500、2000、5000（万t/a）。而1200、1500、2000、5000（万t/a）的矿井多数为露天矿井。17§1.1煤田开发的概念4、矿井年产量：矿井实际生产的煤炭数量，万t/a。矿井可采储量Zk生产能力A服务年限T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。国内大型矿井的服务年限，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。18§1.1煤田开发的概念矿井储量1、地质储量：在井田范围内所包含有的煤层的所有计算出的煤炭储量，包括平衡表内和平衡表外储量1）、平衡表内储量：在目前的技术经济条件下，所要求的煤层质量指标（灰分、发热量等）达到可以利用的、其指标符合要求且在目前技术条件下能够采出的储量（A+B+C+D）。2）、平衡表外储量：目前尚难利用将来可能会利用，目前技术条件不能够采出而将来能够采出的储量。2、工业储量Zg：经过勘探，其煤层厚度和质量均合乎开采要求，而地质构造又比较清楚的平衡表内储量。A+B+C（+0.5D）。19§1.1煤田开发的概念矿井储量生产能力服务年限3、矿井设计储量：在矿井设计中，由工业储量减去永久煤柱的损失量。Zs=(Zg－P1)Zs：矿井设计储量；Zg：工业储量P1：永久煤柱的损失量，包括井田境界煤柱、断层煤柱、铁路、公路、河流、城镇、重要建筑等需要保护的煤柱；4、矿井设计可采煤量Zk=(Zs－P2)·CZk：矿井设计可采煤量；P2：包括工业广场煤柱、井筒保护煤柱、水平大巷保护煤柱、阶段分界煤柱、主要上下山保护煤柱，可以定义为暂时煤柱。C：矿井设计的采区回采率，分为三类：厚煤层≥75%，中厚煤层≥80%，薄煤层≥85%。20§1.1煤田开发的概念生产环节能力提升、运输、通风、排水、供电、井底车场通过能力等等。各环节能力，一般按设计能力进行设计，如果设备特殊，可能成为限制矿井生产能力的因素。21§1.1煤田开发的概念安全生产条件：主要是指瓦斯、通风、水文地质等因素。这四个因素储量是基础，开采能力是关键，各环节能力应配套，安全生产条件必须保证。矿井服务年限1、计算公式：T=Z/(A*K)T:矿井服务年限，年；A:矿井设计生产能力，万t/a或Mt/a；K：储量备用系数，取1.3～1.5。2、储量备用系数的意义：考虑两个方面原因：1）、由于在地质勘探过程中，很多地质构造不能完全控制，包括断层、褶皱、岩浆岩侵入带、陷落柱等，加大了煤柱的损失量；22§2.1矿井储量生产能力服务年限2）、由于国民经济建设和发展的需要，市场需要煤炭，煤炭的需求量增加，而在矿井设计中，各个生产环节均有富裕能力，当实际地质条件与精查地质报告所提供的资料相差不大是，实际的矿井生产能力会提高，从而使实际的产量增加；鉴于以上两个原因，在计算矿井服务年限时，需要留有富裕量。23§1.1煤田开发的概念四、露天矿开采与地下开采的概念1、露天开采：从散露的地表直接采出有用矿物的方法叫露天开采。有水力和机械两种开采法。2、地下开采：从地面开始掘进井硐通达有用矿体，然后采出它们，这样的方法称之为地下开采,9394%。3、露天开采与地下开采相比较所具有的特点：1）、优点：（1）.产量大，一般可达500～1200万吨，有的可达5000万吨；（2）.劳动效率高，一般为3.0～28.0吨/工，是井工开采的数倍，有的达到数十倍；（3）.生产成本低，大约是井工开采的50%；（4）.资源回收率高，达90%以上；24§1.1煤田开发的概念（5）.作业空间不受限制；（6）.木材、电力消耗少；（7）.建设速度快，产量有保证，生产安全，劳动条件好；2）、缺点：（1）.占用土地多，污染环境；（2）.受气候影响大；（3）.对矿床赋存要求严格。25§1.1煤田开发的概念26§1.1煤田开发的概念露天矿场全貌27§1.1煤田开发的概念露天矿场28§1.1煤田开发的概念露天矿场29§1.1煤田开发的概念露天开采30§1.1煤田开发的概念4、煤矿地下开采的特点1）、受资源赋存条件的制约。2）、工作场所不断移动。3）、复杂的生产和管理系统。4）、必须设置人工构置物保护工作空间。5）、安全问题突出。31§1.1煤田开发的概念5、煤层分类1）、按厚度分为：（1）、薄煤层，厚度为可采厚度～1.3m；（2）、中厚煤层，厚度为1.3～3.5m；（3）、厚煤层，厚度为3.5～10m；（4）、特厚煤层：厚度为10m以上。2）、按倾角分为：（1）、近水平煤层，倾角为0°～12°；（2）、缓斜煤层，倾角为12°～25°；（3）、倾斜煤层，倾角为25°～45°；32§1.1煤田开发的概念（4）急倾斜煤层，倾角为45°～90°。3）、按煤层厚度的变化情况分为：稳定煤层、较稳定煤层、不稳定煤层、极不稳定煤层。（1）、稳定煤层：在井田范围内，煤层全区发育，煤层厚度变化不大，全区可采；（2）、较稳定煤层：在井田范围内，煤层绝大部分发育，煤层厚度变化不太大，全区大部分可采；（3）、不稳定煤层：在井田范围内，煤层局部发育，煤层厚度变化较大，全区少部分可采；33§1.1煤田开发的概念（4）极不稳定煤层：在井田范围内，煤层仅极少部分发育，煤层厚度变化极大，只为串珠状和鸡窝状的形态。34§1.2矿山井巷名称和井田内的再划分一、矿山井巷名称1、矿山井巷：在地下开采中，为提升、运输、通风、排水、动力供应等需要而开掘的井筒、巷道和硐室总称为矿山井巷。2、矿山井巷的分类根据分类的不同，分成不同的类型。（图1-3）1）、按空间形态分：垂直（立）：立井、暗井；水平（平）：平硐、平巷、石门、煤门；倾斜：斜井、上山、下山、斜巷。2）、按应用范围分：35§1.2矿山井巷名称和井田内的再划分立井（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。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，垂直或斜交于煤层走向，在煤层中开掘的水平巷道。36§1.2矿山井巷名称和井田内的再划分平巷：无直接地面出口，沿煤层走向开掘的水