1、煤矿开采学资源与环境工程学院 刘承论,一、课程的性质、目的及任务 课程性质：煤矿开采学是研究矿床开采的综合性技术科学，是采矿工程专业方向核心课程和主干课程。 本课程的任务：是讲授现代化矿井的开拓方式、准备方式、采煤方法、矿井设计的基本原理和主要方法。 本课程的目的：通过本课程的学习，使采矿工程专业的学生对矿井生产系统、生产环节和开采技术有比较全面和系统的了解，使学生初步掌握现代化采矿技术，具有进行工艺设计、采区、盘区或带区设计及矿井开采设计的初步能力，并为今后研究开采问题或进矿井开采设计打下理论基础。 二、适用专业：采矿工程专业地下开采方向 三、先修课程：地质学、测量学、矿山压力及岩层控制、井
2、巷施工技术。,四、课程的基本要求 1、 了解煤田划分井田的方法；掌握矿井储量的分类、矿井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。 2、 掌握立井、斜井、平硐开拓方式的特点及适用条件。 3、 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。 4、 掌握井底车场线路及硐室组成、要求及调车方式。 5、 了解矿井开拓延深及技术改造的方法和内容。 6、 掌握矿井开采设计的基本理论与方法。 7、 掌握准备方式的类型及适用条件。 8、 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。 9、 掌握采区
3、车场的设计方法和轨道线路设计的基础知识。 10、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。 11、掌握单一长壁采煤法回采巷道布置的基本理论和方法。 12、掌握厚煤层倾斜分层长壁采煤法巷道布置及工艺过程。 13、掌握放顶煤采煤法的基本理论、巷道布置、技术参数和工艺过程。 14、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。 15、掌握选择采煤方法的原则，了解采煤方法的发展趋势。,五、课程的教学内容 （一）课堂讲授的教学内容 1、矿井开采的基本概念 2、井田开拓 煤田开发，井田开拓方式，井
4、田开拓的基本问题，井底车场，矿井开拓延深与技术改造，矿井开采设计。 3、准备方式 准备方式分类，准备巷道布置及参数分析，采区车场。 4、采煤方法 1）单一长壁采煤法 2）倾斜分层采煤法 3）放顶煤采煤法 4）急倾斜煤层采煤法 5、长壁工作面采煤工艺 采煤工艺方式及装备配套，采煤工艺技术管理及设计。,（三）实验课的教学内容1、平硐、斜井、立井开拓方式及井底车场 2、石门盘区、上山盘区、厚煤层分层开采采区或带区巷道布置 3、长壁工作面布置及采煤工艺过程 4、回采巷道布置 5、急倾斜煤层采煤方法,煤矿开采学课程学时分配,六、主要参考书 1煤矿开采学(修订本)，徐永坼，中国矿业大学出版社，1999.8
5、 2中国采煤方法，陈炎光，徐永坼，中国矿业大学出版社，1991.8 3中国采煤方法图集，徐永坼，中国矿业大学出版社，1990 4中国采煤学，张先尘，钱鸣高，煤炭工业出版社，2003.8 5中国煤矿高产高效技术，徐永圻，中国矿业大学出版社，2001八、评价方式 1、闭卷考试（笔试）占80% 2、平时作业与测验占20%九、说明 1、随着煤矿开采技术的发展，讲课过程中应适当补充一些新的内容； 2、课程结束后，进行两周的课程设计； 3、课程设计完成后，进行四周的生产实习。,小结：1. 课程的性质、目的及任务 2. 课程的基本要求 3. 课程的教学内容 4. 主要参考书 5. 考核评价方式,煤炭工业以开
6、采煤炭为目的 煤炭开采 地下开采 9394%露天开采 67%主要讲授煤炭现代地下开采的基本知识。 让学生掌握煤矿现代地下开采的基本知识。 煤矿开采学研究矿山开采技术及其内部规律性的综合性技术科学。,煤矿开采学总论,采矿学课程的特点：专业性强； 发展变化快，实践性强，时空关系强； 名词概念多； 综合性强运用各种科学技术综合解决问题。教学方法：课堂讲授、模型、实习、讨论。要求：掌握采矿工程师的基本理论和技能，学而优则用，学而优则创。 记笔记； 自学； 阅读参考书； 提出新采矿方法。,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
7、须设置人工构筑物保护工作空间 (5) 安全问题突出,1、我国矿产资源种类齐全 人类已开发应用的矿产约160种 我国已发现150多种 已查明储量130多种2、我国是世界上开创采矿业最早的国家之一 1万年前开采并利用石料 4千多年前能够开采铜、铁、金和煤等矿产。,一、我国采矿生产技术的发展,石涅 春秋战国时期，山海经 “女床之山,其阴多石涅。”西山经 ，石涅就是石墨，也叫黑石脂 。 石墨 魏、晋时期 “石墨可书,又然之难尽,亦谓之石炭。”-水经注 石炭 南北朝 煤炭 元代至今 ，宋应星天工开物,我国古代煤炭名称,封建社会的采矿业,春秋战国（公元前500年） 煤是重要的产品 公元前100年 冶铜、冶
8、铁技术 明末 (17世纪中叶) 煤的开采技术(宋应星 地质、开拓、开采、通风、提升、 瓦斯排放)火药的发明 爆破技术促进了开采技术,近代社会中国采矿业,我国1876年创办基隆煤矿 1875年5月,清政府同意李鸿章等人在台湾等试办煤矿,后来台湾基隆煤矿成效显著,年产量达到54,000吨,它是中国第一座近代化煤矿。 1878年创办开平煤矿 开平唐山煤矿 开平矿务局于1891年发行的股票 清朝光绪二年(1876年),直隶总督李鸿章委派唐廷枢在河北唐山的开平镇开设煤矿,为洋务派创建的轮船招商局、天津机器局供应燃料,并在市场上销售。煤矿一度与英商合办。该矿目前尚存 1850年后 近代采矿工业 机器生产：
9、提升、运输、排水 如开滦、抚顺、淄博、萍乡 帝国主义对我国煤炭资源进行掠夺性的开采,半个世纪以来中国煤炭工业的发展,国有重点煤矿约587处 我国于1973年引入综合机械化采煤设备 2000年，国有重点煤矿综合机械化程度56.78% 2000年，国有重点煤矿机械化程度74.43% 2006年，国有重点煤矿机械化程度82.7%,机械化程度,高产高效矿井模式： 一矿一面或一矿两面 综采：一个队（一个采面）100万t/a 2002年 78个综采队年产超过100万吨18个综采队年产超过200万吨9个综采队年产超过300万吨神华大柳塔矿综采队年产803万吨一矿一面全矿产量920万吨全矿职工350人济三矿（
10、设计500 万）2001年 530万2002年 800万2003年 1000万,高产高效矿井建设,煤炭是我国的主要能源,煤炭储量：我国含煤面积约55万km2 2002年底探明可直接利用的储量为1886亿t 按年产19亿t，可采100年 2002年底有6872亿t 资源量 我国煤炭占一次能源结构的70%左右 我国石油、天然气等资源有限，趋于枯竭。水电、核能，近几十年发展不能根本解决中国能源问题。,中国煤炭资源分布,除上海外 各省和自治区均有， 北部占探明储量的86% ，南部占探明储量的14% 储量超过了5000亿t的省：新疆、内蒙、山西储量超过1千亿t的省： 陕西、宁夏、甘肃、贵州、河北、山东、
11、安徽,中国能源消耗构成,煤与人民生活息息相关,人均能耗：每人每年的能源平均消耗量 t （人年） 是衡量国家经济发展和人民生活水平的综合指标维持最低生活，需要： 0.4 t 标准煤 丰衣足食的现代化生活: 1.2 1.6 t 标准煤 高级现代化生活: 2 3 t 标准煤。,我国把每公斤含热7000大卡（29306千焦）的定为标准煤,也称标煤,中国煤炭工业的发展历史及现状； 发展速度与成就举世瞩目，煤炭产量曾连续居世界第一； 中国的采矿业总体来讲与发达国家有不小的差距，但潜 力巨大； 资源人均占有量低。,小结,采矿方法，主要是采煤方法 winning method 采（带）区准备 prepare
12、矿井开拓 development 矿井设计 mine design,二、煤矿开采学的内容,三、矿井开采的基本概念,煤田（coal field） 在地质历史发展过程中，由含炭物质沉积形成的大面积含煤地带。矿区（mining area） 开发煤田所形成的社会组合。一般一个矿区开发一个煤田矿务局，矿业集团,井田（Underground mine field）,（一） 井田划归一个矿井开采的那部分煤田或全部煤田。范围（储量）：走向长度 倾向水平投影（宽度） 井田面积大小,井型 井田走向长度（m） 小型矿井 1500 中型矿井 4000 大型矿井 7000,（二）矿井生产能力和井型 （designed
13、mine capacity and production scale of mine）,矿井生产能力 矿井设计生产能力，万t /a。即设计中规定矿井在单位时 间（年或日）内采出的煤炭和其它矿产品的数量。 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。 井型 根据矿井设计生产能力不同，我国将矿井分为大、中、小三种类型，称井型。,矿井年产量 （effective output per year）,矿井年产量 矿井实际生产的煤炭数量，万t/a。矿井年产量与生产能力有时同义，有时不同义。,（三）矿井可采储量和服务年限,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
14、和服务年限应愈大； 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 4050a，国内一般不小于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。,（四）井田内的再划分,1、井田划分为阶段 阶段 （horizon） 沿一定标高划分的一部分井田。 阶段划分 在井田范围内，沿煤层倾斜方向，按一定标高将煤层划分为若干平行于走向的并等于井田走向全长的长条形，每一个长条形叫一个阶段。,阶段的走向长等于井田的走向长 阶段下部布置运输大巷,阶段上部布置回风大巷,井田划分为阶段,井田划分为阶段,阶段的开采顺序：下行式,水平（level ）,水平（level ） 常指某一标高的水平
15、面。表示：标高、开采顺序、用途及范围 水平名称： （1）0、-200、-500水平等 （2）矿井生产中，表示开采顺序，又称第一（开采）水平、第二水平 （3）矿井生产中，常把运输大巷所在的水平称运输水平；回风大巷所在的水平称回风水平。,开采水平（ mining level）,开采水平（简称水平） （ mining level）：布置有井底车场、阶段运输大巷，并担负全阶段运输任务的水平。 广义的水平：布置大巷的某一标高的水平面 既包括一个水平，又包括所服务的阶段,（二）阶段内的再划分 1 阶段划分为采区，采区划分为区段, 阶段, 阶段, 阶段, 阶段, 阶段, 阶段,1区段,2区段,3区段,1区段
16、,2区段,3区段,采区,采区式划分,采区（district）与区段（district sublevel）采区：在阶段范围内，沿走向把阶段划分为具有独立生产系统的区域，每一区 域叫一个采区。采区参数： 采区斜长=阶段斜长（可达1000m）采区走向长=400m5000m采区运输上（下）山和轨道上（下）山区段：在采区内沿倾斜方向划分的开采块段。区段参数：区段斜长（与开采方法、地质条件有关） 回采工作面斜长+上下区段平巷宽+区段煤柱区段走向长=采取走向长区段下部有区段运输平巷区段上部有区段回风输平巷区段平巷与采区上（下）山的连接,采区,走向长壁工作面： 工作面沿倾斜布置，沿走推进,2 阶段划分为划分为
17、带区，带区划分为分带,分带沿煤层走向把阶段划分为若干长条，每一个长条叫一个分带。走向长=工作面长度，倾斜长=阶段斜长。 带区由若干分带组成，并具有独立生产系统的区域叫带区,倾斜向长壁工作面： 工作面沿走向布置沿倾向推进,阶段划分为划分为带区，带区划分为分带,J1 阶段,J2 阶段,J3 阶段,J 3阶段,J2 阶段,J1 阶段,带区,分带,立体图,平面图,3）井田直接划分为盘区或带区,适应条件：井田沿倾斜高差较小的条件下,panel,（五）矿井生产系统的概念,矿井生产系统,1、矿井巷道的开掘顺序原则尽量采用平行作业；尽快沟通风路。 2、矿井主要生产系统1）运煤系统 2）通风系统3）运料排矸系统
18、4）排水系统 5）动力供应（电、压风）6）通讯、监测系统,（六）矿井开拓、准备和回采的概念,1、井巷名称 矿山井巷 为进行采矿，在地下开掘的井筒、 巷道和硐室的总称。 2、按倾角分类 垂直井巷 倾斜井巷 水平井巷,垂直井巷,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（担负水平的煤或材料、矸石等）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。,水平巷道,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
19、，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 平巷 - 无直接地面出口，沿煤层走向开掘的水平巷道 煤层平巷 开掘在煤层中的平巷 岩石平巷 开掘在岩石中的平巷,水平巷道,阶段大巷 为一个开采水平或阶段服务的水平巷道阶段运输大巷阶段回风大巷区段平巷 为一区段服务的水平巷道区段运输平巷区段回风平巷,倾斜巷道,斜井 在地层中开凿的直通地面的倾斜巷道主斜井 用于提升煤炭副斜井 用于行人、提升矸石、通风,上下山采区,上山采区 位于开采水平以上的采区（煤炭向下运输） 下山采区 位于开采水平以下的采区（煤炭向上运输） 上山 位于开采水平以
20、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。,上山采区,下山采区,倾斜巷道,按层位分：岩石上下山 布置在岩层中的上下山煤层上下山 布置在煤层中的上下山 按用途分：运输上下山 用于运煤运料上下山 用于运料等 分带斜巷：运输斜巷运料斜巷,矿井开拓、准备和回采的概念,3、按井巷作用和服务范围分 1）开拓巷道（development roadway）为全矿、一个水平或若干采区服务的井巷。服务时间长，1030a或以上。2）准备巷道（preparation roadway）为一个采区服务的巷道。在采区范围内，从掘好的开拓巷道至区段的通路。T35a。,矿井开拓、
21、准备和回采的概念,3）回采巷道（gateway， entry）为回采工作面生产直接服务的巷道。T = 0.51.0a,运输巷,四、采煤方法,（一）采煤方法的概念 采场 用来大量采取煤炭的场所。 采煤工作面在采场内进行回采的煤壁，也称回采工作面。实际工作中，采煤工作面与采场是同义语。 回采工作 在采场内，为采取煤炭所进行的一系列工作。如：破、装、运、支、处等,采煤工艺采煤工作面各工序所用方法、设备及其在时间上、 空间上的相互配合。采煤系统回采巷道的掘进一般是超前于回采工作进行的。它们在时间上的配合及在空间上的位置关系，称为回采巷道布置系统，也即采煤系统。采煤方法 采煤工艺与回采巷道布置及其在时间
22、上、空间上的相互配合。,采煤方法分类,1、 壁式体系采煤法,long wall system coal winning method coal mining method 壁式体系采煤法一般特点:1）工作面较长，80250m（或更长）2）工作面两端，一般至少各有一条回采巷道3）一般顶板暴露面积大，矿山压力显现较为强烈4）工作面运煤的刮板输送机与工作面平行,采煤方法分类,按倾角分： 根据开采技术条件煤层按倾角分类：地下开采 露天开采近水平煤层 45 45近水平煤层采煤法缓倾斜煤层采煤法倾斜煤层采煤法急倾斜煤层采煤法,采煤方法分类,按厚度分： 根据开采技术条件煤层按厚度分类：地下开采 (m)薄煤层
23、 M3.5薄及中厚煤层采煤法厚煤层采煤法分层开采 整层开采,采煤方法分类,按采煤工艺分 ：爆破采煤法普通机械化采煤法综合机械化采煤法blast-winning technologyconventionally mechanized coal winnig technology Fully -mechanized coal winnig technology,采煤方法分类,按采空区（老塘）处理方法分: 垮落采煤法刀柱（煤柱支撑）法充填采煤法 按推进方向分:走向长壁采煤法 long wall mining on the strike 倾斜长壁采煤法（俯斜，仰斜） Long wall mining
24、to the dip or to the rise,单一长壁垮落采煤法,( a) 走向长壁， ( b) 倾斜长壁（仰斜）， ( c) 倾斜长壁（俯斜）,刀柱（煤柱支撑）法,采煤方法分类,按厚煤层分层方法分：倾斜分层水平分层斜切分层 倾斜分层将厚煤层分成若干与煤层层面相平行的分层，然后逐层开采。 水平分层将厚煤层分成若干与水平面相平行的分层，然后逐层开采。 斜切分层将厚煤层分成若干与水平面成一定角度 （2530）的分层，然后逐层开采。,倾斜分层,厚煤层分层间开采顺序：下行式和上行式一般为下行式,水平分层与斜切分层,2530,厚煤层整层放顶煤开采,厚煤层整层开采： 放顶煤开采 （3.55m）下限
25、long wall mining with sublevel caving,2、柱式体系采煤法,（短壁体系采煤法） pillar system coal winning method shortwall system coal winning method 房式采煤法 room,chamber mining 房柱式采煤法 room and pillar mining 特点：煤房比较窄 57m采掘合一煤柱支撑顶板,房柱式采煤法,（二） 采煤方法的发展与应用,采煤工艺1954年英国开始用长壁综合机械化采煤技术上世纪80年代开始采用大功率、高可靠性的机电一体化综合机械化采煤技术 我国主要采用长壁体系采煤法 俄罗斯、乌克兰、波兰、德国采用长壁体系 美国、加拿大、澳大利亚、南非广泛采用柱式体系,五、煤矿开采学分支学科,(一) 矿山压力及其控制（rook pressure and control） 矿山压力显现 采场矿压 巷道矿压 (二) 矿井设计及采煤工艺 井巷布置 shaft and roadway layout 开采部署 采煤工艺 （三）采矿系统工程 用系统工程的方法解决采矿的问题,
