1、采矿学电子教案,中国矿业大学矿业工程学院主讲：万志军教授,课程内容及结构体系,2018/7/3,2,2018/7/3,3,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。,2018/7/3,4,课
2、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。,2018/7/3,5,授课形式与要求,授课：课堂讲授+录像+讨论
3、+实验（模型课）听课：上课、笔记考核方式：过程考核+结束考核过程考核（3个大作业）占总成绩的35%；结束考核（闭卷笔试、实践型题目为主）占总成绩的65%。,2018/7/3,6,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、石平五、许家林，矿山压力与岩层控制徐州：中国矿业大学出版社，2010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，2012,第一章 煤矿开采的基本概念,第一节 煤田
4、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,2018/7/3,7,一、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,2018/7/3,8,一、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。,2018/7/3,9,沁水煤田,大同煤田,宁武煤田,河东煤田,西山煤田,霍西煤田,2018/7/3,10,神东煤田,2018/7/3,11,2018/7/3,12,1、煤
5、层分类,2018/7/3,13,2、影响开采的因素,2018/7/3,14,二、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：,2018/7/3,15,沁水煤田,大同煤田,宁武煤田,河东煤田,西山煤田,霍西煤田,2018/7/3,16,2018/7/3,17,2、矿区煤种分类,2018/7/3,18,3、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。,2018/7/3,19,三、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
6、规定的矿井在单位时间内采出的煤炭数量，一般以“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。,2018/7/3,20,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。,2018/7/3,21,五、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，
7、就可以考虑采用露天开采。,2018/7/3,22,2018/7/3,23,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,2018/7/3,24,一、井田尺寸,井田尺寸：由井田走向长度、倾斜宽度和面积来反映。 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小于8km，中型矿井不小于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。 S=Si,2018/7/3,25,二、井田划分为阶段和水平,阶段：在井田范围内
8、沿倾向，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。,2018/7/3,26,几几十km,几十几km,2018/7/3,27,阶段与水平的区别：,2018/7/3,28,三、阶段内的再划分,2018/7/3,29,1、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。 区段：是采区内沿倾斜方向划分的开采块段。,2018/7/3,30,阶段与区段的区别：,
9、2018/7/3,31,近水平煤层的采区称为盘区。,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。共用一套生产系统的若干分带组成带区。,2018/7/3,32,注意区分：,2018/7/3,33,四、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。,2018/7/3,34,盘区（带区）式划分,2018/7/3,35,在我国新建的一批高产高效矿井中，在条件适宜时，一般在井田倾向中部布置三条大巷，一条运煤
10、，一条辅助运输，另一条用于回风，大巷两侧不再划分采区、盘区或带区，而是直接布置工作面。,注：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。,井田划分新发展,2018/7/3,36,盘区式划分,神东大柳塔煤矿5-2煤采用斜井开拓方式，划分4个盘区，大巷条带式开采。,2018/7/3,37,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,2018/7/3,38,一、矿井井巷的基本概念,2018/7/3,39,1、直立巷道,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
11、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：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。,2018/7/3,40,2、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。,2018/7/3,41,3、倾斜巷道,巷道的长轴线与水平面有一定夹角
12、。 斜井：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。,2018/7/3,42,4、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。,2018/7/3,43,二、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。,
13、井下安全避险六大系统：监测监控、人员定位、紧急避险、压风自救、供水施救和通信联络。,2018/7/3,44,1、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：,2018/7/3,45,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。 作用：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。,2018/7/3,46,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。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
14、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。作用：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。,2018/7/3,47,回采巷道回采巷道：形成采煤工作面并为其服务的巷道。如区段运输平巷(顺槽)、区段回风平巷(顺槽)和开切眼。作用：切割出新的采煤工作面，并进行生产。,2018/7/3,48,2018/7/3,49,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,2018/7/3,50,平行作业：以主井和风井为起点同时掘进 主井方向,2018/7/3,51,风井方向,2018/7/3,
15、52,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。,2018/7/3,53,3、生产系统,运煤系统,通风系统,新风：,乏风：,2018/7/3,54,运料排矸系统,运料：,排矸：与运料方向相反,排水系统：一般与进风风流方向相反,供电系统：,2018/7/3,55,2018/7/3,56,三、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。
16、 考虑因素：井巷初期工程量，井巷掘进及维护工程量，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。,2018/7/3,57,1、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。,2018/7/3,58,2018/7/3,59,2018/7/3,60,2、采区、盘区或带区内工作面的开采顺序（方向）,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。,2018/7/3,61,20
17、18/7/3,62,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。,2018/7/3,63,2018/7/3,64,3、阶段间开采顺序,下行开采：先采标高高的阶段，后采标高低的阶段。 上行开采：先采标高低的阶段，后采标高高的阶段。,注：阶段间采用下行开采顺序可以减少建井初期工程量和资金投入，缩短建井工期，并且有利于阶段内煤层保持稳定。,2018/7/3,65,2018/7/3,66,4、区段间开采顺序,与阶段间开采顺序相同，分为区段间下行开
18、采顺序和区段间上行开采顺序。,区段间采用下行开采顺序有利于区段内煤层保持稳定，特别是在煤层倾角较大的情况下。,5、煤层间、厚煤层分层间及煤组间开采顺序,煤层间、厚煤层分层间及煤组间先采标高高的部分，后采标高低的部分称为下行开采顺序，反之，则称为上行开采顺序。,2018/7/3,67,第四节 采煤方法,一、长壁式体系采煤法二、柱式体系采煤方法,2018/7/3,68,采煤方法：采煤工艺与回采巷道布置及其在时间、空间上的相互配合。,按照采煤工艺和矿压控制特点，可以将采煤方法分为壁式和柱式两大体系。,2018/7/3,69,2018/7/3,70,一、长壁式体系采煤法,主要标志：工作面的开采长度。一
19、般把长度在50m以上的采煤工作面称为长壁工作面。,1、壁式体系采煤方法的一般特点,1）尺寸：采煤工作面较长，通常在80-400m； 2）矿压：随着采煤工作面推进，顶板暴露面积增大，矿山压力显现比较强烈；,2018/7/3,71,3）巷道布置：采煤工作面两端，一般至少各有一条回采巷道与之相连，以形成生产系统； 4）采煤工艺：采煤工作面可分别用爆破、滚筒式采煤机或刨煤机破煤、装煤，用支架支护工作空间，用垮落法或充填法处理采空区。,2、壁式体系采煤方法分类,1）按煤层倾角：近水平、缓（倾）斜、中斜和急（倾）斜煤层采煤法； 2）按煤层厚度：薄煤层、中厚煤层和厚煤层采煤法；,2018/7/3,72,3）
20、按采煤工艺：爆破采煤法、普通机械化采煤法和综合机械化采煤法； 4）按采空区处理方法：垮落采煤法、刀柱（煤柱支撑）采煤法、充填采煤法。 5）按工作面布置及推进方向：走向长壁采煤法和倾斜长壁采煤法。 6）按是否将煤层一次开采：整层采煤法和分层采煤法。,注：按工作面沿倾斜推进方向不同，倾斜长壁又分为仰斜开采和俯斜开采。,2018/7/3,73,3、整层采煤法 整层采煤法：一次采出煤层全厚的开采方法称为整层采煤法，按采煤工艺不同又分为：,2018/7/3,74,（1）单一长壁采煤法“单一”表示不分层，多用于薄及中厚煤层；厚度3.57.0m的近水平、缓（倾）斜厚煤层，又称大采高一次采全厚采煤法，采煤工作
21、面一般采用综合机械化采煤工艺；急（倾）斜煤层中的薄及中厚煤层，采煤工作面可沿伪斜布置，可减小工作面倾角。,2018/7/3,75,（a）走向长壁（b）倾斜长壁 （仰斜）（c）倾斜长壁 （俯斜）,2018/7/3,76,刀柱（煤柱支撑）采煤法示意图,当煤层顶板坚硬时，如采用强制放顶（或注水软化顶板）垮落法处理采空区有困难，有时可采用刀柱法（煤柱支撑法）处理采空区，称单一长壁刀柱式采煤法。,2018/7/3,77,（2）放顶煤长壁采煤法,厚度4.0m以上的近水平、缓（倾）斜煤层，沿底板布置采高2.03.0m的采煤工作面，工作面向前推进采煤的同时，在工作面后部放落上部和后部的顶煤，实现整层开采。(放
22、顶煤一次采全厚),（3）柔性掩护支架采煤法,对急（倾）斜煤层，随着采煤工作面俯斜或俯伪斜采煤，利用柔性掩护支架自重及其上方垮落的矸石重量下放支架，并在支架掩护下实现整层采煤。,2018/7/3,78,4、分层采煤法,分层采煤法：把厚煤层划分为中等厚度（适合于一次开采）的若干分层，再依次开采各分层的开采方法称为分层采煤法。 分层间有上行和下行两种开采顺序。,2018/7/3,79,（a）倾斜分层（b）水平分层（c）斜切分层,2018/7/3,80,（1）倾斜分层,倾斜分层：是将厚煤层划分成若干与煤层层面相平行的分层。各分层工作面沿走向或倾斜推进，相应的采煤方法就是倾斜分层采煤法。,（2）水平分层
23、,水平分层：是将厚煤层划分为若干个与水平面相平行的分层。工作面沿走向推进，相应的采煤方法就是水平分层采煤法。,2018/7/3,81,（3）斜切分层,斜切分层：是将厚煤层划分成若干个与水平面有一定角度（25-30）的分层。工作面沿走向推进，相应的采煤方法就是斜切分层采煤法。 水平分段放顶煤采煤法：近年来在急（倾）斜特厚煤层中发展应用的采煤法，与水平分层相似，煤厚一般在25m以上，分段高度为分层高度的3-4倍以上，一般为10-12m，分段底部采高约3m，放顶煤高度79m。,2018/7/3,82,发展趋势： 长壁体系采煤方法适用性强，可广泛用于不同厚度、倾角、围岩条件的煤层，并为发展综合机械化创
24、造了有利条件，采出率高，在世界范围内有进一步发展的趋势。,2018/7/3,83,二、柱式体系采煤方法,主要标志：间隔开掘煤房采煤和留设煤柱。一般特点：,1）开采布置：在煤层内布置一系列宽5-7m的煤房，采煤房时形成窄工作面，一般成组向前推进。煤房之间留设煤柱，煤柱宽数米至20-30m不等，每隔一定距离用联络巷贯通，构成生产系统，并形成条状或块状煤柱，用于支撑顶板； 2）矿压：采煤房时矿山压力显现较缓和，可以用锚杆支护工作空间，支护比较简单。,2018/7/3,84,3）设备：高度机械化的柱式体系采煤法目前多用连续采煤机及配套设备，且在一组煤房内交替作业； 4）采掘配合：采掘合一，掘进准备也是
25、采煤过程，回收煤房间煤柱时，也使用同一种类型的采煤配套设备。 高度机械化的柱式体系采煤方法，一般只分为房式和房柱式两种。,2018/7/3,85,房式采煤法：房间煤柱作为永久煤柱支撑顶板，不回收。（只采房，不采柱） 房柱式采煤法：房间煤柱作为暂时支撑，在煤房开采结束后进行回收。（既采房，也采柱）,2018/7/3,86,适用条件：高度机械化的柱式体系采煤方法应用条件严格，主要适用于近水平薄或中厚煤层，煤层顶板中等稳定以上，瓦斯含量低，开采深度不大的中小型矿井，美、澳、加、印、南非等国家应用较多。 水力采煤法就回采巷道布置来说，也是柱式体系采煤方法的一种。 工艺落后的柱式体系采煤法还有巷柱式、残柱式、高落式等，统称为非正规采煤法。,2018/7/3,87,我国煤层赋存条件多样，开采条件复杂。新中国成立后经过半个多世纪的采煤方法改革，发展了以长壁采煤法为主，并有多种其他方法的采煤方法体系。据不完全统计，我国先后曾用过百余种采煤方法，目前采用的约有50种。,2018/7/3,88,
