1、2019/3/11,1,煤矿开采学电子教案,主讲人：顾士坦、宁建国,Tel：860-57752；13589288549 E-mail：,2019/3/11,2,2 煤矿开采的基本概念,1 绪论,3 采煤方法的概念和分类,2019/3/11,3,1.1 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。,水电、核能，近几十年发展不能从根本上解决中国能源问题。煤炭还是重要的工业原料，从煤中可以提取200多种产品。（煤化工、煤变油）,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。（煤
2、炭在世界一次能源消费中所占比重为26.5%，低于石油所占比重37.3%，高于天然气所占比重23.9%）,1 绪论,能源构成（已探明储量） : 煤占96%， 油、气仅占4%。,2019/3/11,4,1.2中国能源消耗构成,1 绪论,2019/3/11,5,1.3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1千亿t的省： 陕西、宁夏、甘肃、贵州、河北、山东、安徽。,储量超过了5000亿t的省：新疆、内蒙、山西。,1 绪论,2019/3/11,6,2019/3/11,7,1.4 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
3、 t 人年，是衡量国家经济发展和人民生活水平的综合指标。,1 绪论,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。,2019/3/11,8,1.5.1 我国古代煤炭名称,石涅 春秋战国时期，山海经； 石墨 魏、晋时期； 石炭 南北朝； 煤炭 元代至今 ，宋应星天工开物。,1 绪论,1.5 中国煤炭历史发展,1.5.2 近代社会中国采矿业,我国1876年创办基隆煤矿；1878年创办开平(开滦)煤矿。近代采矿工业：机器生产：提升、运输、排水，如开滦、抚顺、淄博、萍乡等。帝国主义对我国煤炭资源掠夺性的开采。,2019/3
4、/11,9,1.5.3 半个世纪以来中国煤炭工业的发展,1 绪论,2019/3/11,10,国有重点煤矿约587处，2000年，国有重点煤矿机械化程度74.43%。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%。,1.6 高产高效矿井及机械化程度,（1）一矿一面或一矿两面；（2）综采：一个队（一个采面）100万t/a以上；（3）全员工效8t/工以上。,1 绪论,高产高效矿井模式：,2019/3/11,11,2002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,神华大柳塔矿一矿一面全矿产量920万吨，全矿
5、职工350人。,神华大柳塔矿 2000年 920万 2001年 1511万 2002年 1100万,济三矿（设计500 万） 2001年 530万 2002年 800万 2003年 1000万,1 绪论,2019/3/11,12,中国煤炭发展速度与成就举世瞩目，煤炭产量曾连续数年居世界第一。,煤炭工业以开采煤炭为目的 煤炭开采 地下开采 9394%露天开采 67%,1 绪论,1.7 总结,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。,2019/3/11,13,1.8.2 煤矿开采学课程特点,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
6、各种科学技术综合解决煤矿地下开采的问题。,教学方法：课堂讲授、录像、模型、实习、讨论。 掌握采矿工程师的基本理论和技能。,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、管理系统 4、必须采取支护措施保护工作空间 5、安全问题突出,1.8.1煤矿地下开采的特点,1 绪论,1.8 课程特点,2019/3/11,14,煤矿开采学主要讲授煤矿现代地下开采的方法和基本知识，理论结合实际地阐述适应不同煤层赋存条件的各种采煤方法、准备方式、井田开拓方式及其设计等有关问题。,总论 矿井开拓 准备方式 采煤方法,1.9 煤矿开采学讲授的内容,1 绪论,2019/3/11,15,采区是组成矿井的
7、基本单位，采区生产以采煤为核心，同时又包括掘进等准备工作及运输、装载、通风、供电、维修等环节。采区准备巷道的布置和生产系统，既要适合采煤的发展又要利于井田的开拓。,采煤方法是煤矿生产的核心组织工艺形式。采煤工作面是煤矿生产的第一线。采用合理的采煤方法、搞好采煤工作面生产是矿井生产的关键。研究掌握采煤方法，掌握采煤工艺及回采巷道布置的知识，不仅是煤矿生产必须的，也是研究采区准备及井田开拓的基础。,井田开拓是整个矿井开采的全局性战略部署。,1 绪论,2019/3/11,16,1 绪论,具体内容,第一章 煤矿开采的基本概念,第二章 采煤方法的概念与分类,第三章 井田开拓的基本概念与开拓方式,第四章
8、井田开拓巷道布置,第五章 井底车场,第六章 矿井开拓延深与技术改造,第七章 准备方式的类型及其选择,第八章 煤层群的开采顺序,绪论,2019/3/11,17,1 绪论,第九章 采区准备巷道布置及参数分析,第十章 采煤方法的概念和分类,第十一章 单一走向长壁采煤法采煤系统,第十二章 倾斜分层走向长壁下行垮落采煤法,第十三章 倾斜长壁采煤法,第十四章 急斜煤层采煤法,第十五章 柱式体系采煤法,第十六章 采煤方法的选择及发展,2019/3/11,18,煤田（coal field）：在地质历史发展过程中，同一地质时期形成，由含炭物质沉积形成的大面积含煤地带并大致连续发育的含煤岩系分布区。,2.1 煤田
9、开发的概念,2 煤矿开采的基本概念,矿区（mining area）：统一规划和开发的煤田或其一部分，开发煤田形成的社会组合。,煤田范围很大，面积可达数百或数千平方公里，储量从数亿吨到数百、数千亿吨。,大煤田可由几个矿区开发；较小煤田可由一个矿区开发；也可有一个矿区开发数个小煤田（相当小）。,一般一个矿区开发一个煤田（矿务局，矿业集团公司）。,2019/3/11,19,根据地质构造带为界，全国划分为五个聚煤区：,2 煤矿开采的基本概念,5.滇藏聚煤区：包括西藏、青海南部、四川和云南西部。煤炭资源量占全国0.1。,4.华南聚煤区：包括贵州、广西、广东、海南、湖南、湖北、重庆、江西、福建、江苏和安徽
10、南部、四川和云南大部。其煤炭资源量占全国5.9。,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8。,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33。,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。资源量占全国量的53。,2019/3/11,20,华北(石炭二叠纪)聚煤区,京、津、冀、晋、鲁、豫、宁等省市自治区的全部或大部，甘肃的东部，内蒙古、辽宁、吉林的东部，陕西，安徽的北部和江苏的西北部,2019/3/11,21,煤田与矿区,峰峰煤田：3400 km2； 淮南煤田：约3000 km2 大屯煤田
11、：245 km2； 枣庄煤田：500 km2 淮北煤田：691.2 km2； 鹤岗煤田：252 km2 水城煤田（黔西）：7130 km2； 铜川煤田：387.2 km2 神东煤田：31172 km2；探明储量：2263亿t；远景储量：10000亿t 徐州矿务局：730 km2； 平顶山矿务局：714 km2 大同矿务局：约2550km2 兖州矿区,2 煤矿开采的基本概念,2019/3/11,22,井田（Underground mine field）,井田（矿田）划归一个矿井开采的一部分煤田或全部煤田。,2 煤矿开采的基本概念,井田面积大小：矿井生产能力，服务年限,井田大小 ：范围 走向长度
12、倾向水平投影（宽度）,2019/3/11,23,井型 井田走向长度（m）,矿井生产能力和井型,矿井生产能力： 矿井设计生产能力，万t /a。设计中规定矿井在单位时间（年）内采出的煤炭和其它矿产品的数量。,2 煤矿开采的基本概念,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。,小型矿井 1500 中型矿井 4000 大型矿井 7000,2019/3/11,24,井型 ：根据矿井设计生产能力不同，将矿井划分的类型，称为井型。 井型分大、中、小三种。,大型矿井： 120、150 、180 、240 、300、400、 500及500以上其中300万t/a及其以上称特大型矿井,2
13、煤矿开采的基本概念,中型矿井： 45 、 60 、90 。,小型矿井： 9 、 15 、 21、 30。,井型 生产能力（万t / a）,2019/3/11,25,矿井年产量,矿井年产量： 矿井实际生产的煤炭数量，以万t或Mt表示。,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一般在 4050a；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。,2 煤矿开采的基本概念,矿井年产量与生产能力的联系与区别。,2019/3/11,26,
14、2 煤矿开采的基本概念,2.2 矿山井巷名称和井田内划分,2.2.1 矿山井巷名称,2019/3/11,27,2 煤矿开采的基本概念,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。,（1）垂直巷道 （2）倾斜巷道 （3）水平巷道,立 井：有直接通达地面出口的垂直巷道，一般位于井田中部。暗立井：没有直接通达地面出口的立井，装有提升设备。溜 井：担负自上而下溜放煤炭或矸石任务的暗井。,（1）垂直巷道,井巷按倾角分类：,2019/3/11,28,2 煤矿开采的基本概念,平硐：有出口直接通到地表的水平巷道称为平硐。 石门：和煤层走向正交或斜交的水平岩石巷道。 煤门：开掘在煤层中并与煤层走向
15、垂直或斜交的水平巷道。 平巷：没有出口直接通达地表，沿煤层走向开掘的水平巷道。,斜 井：有直接出口通达地面的倾斜巷道。 暗斜井：没有直接通达地面的出口、用作相邻的上下水平联系的斜巷。 上 山：无直接出口通地面，位于开采水平以上，为本水平或采区服务的斜巷。 下 山：位于开采水平以下，为本水平或采区服务的倾斜巷道。,硐室：空间三个轴线长度相差不大且又不直通地面的地下巷道，如绞车房、变电所、煤仓等。,（2）倾斜巷道,（3）水平巷道,2019/3/11,29,2 煤矿开采的基本概念,2.2.2 井田内划分,在井田范围内，沿着煤层的倾斜方向，按一定标高把煤层划分为若干个平行于走向的长条部分，每个长条部分
16、具有独立的生产系统。,阶段,2019/3/11,30,2 煤矿开采的基本概念,阶段的走向长度：即为井田走向长度。 阶段垂高：阶段上部边界与下部边界的垂直距离，一般为100250m。,阶段斜长：阶段的倾斜长度。,2019/3/11,31,2 煤矿开采的基本概念,开采水平：通常将设有井底车场、阶段运输大巷，担负全阶段运输任务的水平。-150、-300、一水平、二水平。,（2）水平,阶段与水平的区别与联系。,2019/3/11,32,2 煤矿开采的基本概念,（3）阶段内再划分,沿走向把阶段划分为若干个具有独立生产系统的块段。采区倾向长度与阶段斜长相等。,（a）采区式划分,采区走向长度一般由500m到
17、2000m。采区斜长一般为6001000m。在采区范围内，沿煤层倾向将采区划分为若干区段。,2019/3/11,33,2 煤矿开采的基本概念,在阶段范围内不划分采区，而是沿倾向将煤层划分为若干平行于走向的长条带，每个长条带称为分段，每个分段沿斜长布置一个采煤工作面。,（b）分段式划分,与采区式相比，减少了采区上、下山及相关硐室工程量，采煤工作面可以连续推进，减少了工作面搬家次数，生产系统简单。,分段式划分适用于地质构造简单、走向长度较小的井田，我国很少采用。,2019/3/11,34,2 煤矿开采的基本概念,在阶段内沿煤层走向划分为若干个具有独立生产系统的带区，带区内又划分成为若干个倾斜分带，
18、每个分带布置一个采煤工作面。采煤工作面沿煤层倾向推进（仰斜或俯斜）。,J1、J2、J3阶段； F1、F2F6带区；分带,(c)带区式划分,适用于倾斜长壁采煤法，巷道布置简单，比采区式布置掘进工程量少，但分带工作面两侧倾斜回采巷道（分带巷道）掘进困难、辅助运输不方便。,在煤层倾角较小（12）的条件下，带区式的应用正在扩大。,2019/3/11,35,2 煤矿开采的基本概念,(d)井田直接划分为盘区或带区,近水平煤层，落差小，可直接划分为盘区或带区。盘区内巷道布置及生产系统与采区布置基本相同；带区布置时，与阶段内的带区式布置基本相同。,采区、盘区、带区等的开采顺序一般采用前进式，从井田中央向边界，
19、先采井田中央井筒附近的煤，有利于减少初期工程量及初期投资，矿井尽快投产。,2019/3/11,36,2 煤矿开采的基本概念,2.3 矿井生产的基本概念,1主井、2副井、3井底车场、4主要运输石门、5运输大巷、6风井、7回风石门、8回风大巷、9采区运输石门、10采区下部车场、11采区下部材料车场、12采区煤仓、13行人进风巷、14运输上山、15轨道上山、16上山绞车房、17采区回风石门、18采区上部车场、19采区中部车场、20区段运输平巷、21下阶段回风平巷、22联络巷、23区段回风平巷、24开切眼、25回采工作面,2019/3/11,37,2 煤矿开采的基本概念,根据巷道服务范围及其用途，矿井
20、巷道分为开拓巷道、准备巷道和回采巷道三类。,2）矿井开拓、采区准备和工作面回采,开拓巷道：为全矿井或一个开采水平服务的巷道。井筒、井底车场、主要石门、运输大巷、回风大巷、主要风井等。,准备巷道：为采区或数个区段服务的巷道；采区上（下）山、采区车场、采区硐室等；服务年限3-5年以上。,回采巷道：形成采煤工作面及为其服务的巷道。区段运输平巷、区段回风平巷、开切眼（形成初始采场的巷道）；服务年限0.5-1.0年左右。,2019/3/11,38,2 煤矿开采的基本概念,开拓巷道的作用在于形成新的或扩展原有的阶段或开采水平，为构成矿井完整生产系统奠定基础；准备巷道的作用在于准备新的采区，从而形成采区生产
21、系统；回采巷道的作用在于切割出新的采煤工作面并进行生产。,开拓、准备、回采是矿井生产建设中紧密相关的三个主要程序，解决好三者间的关系，对于保证矿井正常生产运营具有重要意义。,2019/3/11,39,3.1 采煤方法的概念 采煤方法 采煤工艺与回采巷道布置及其在时间上、空间上相互配合的总称。 采煤工艺（Coal mining technology）采煤工作面内按照一定顺序完成各项工序的方法、设备及其配合。 采场用来直接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。,3 采煤方法的概念和分类,2019/3/11,40,3.2 采煤方法分类,按照采煤工艺、矿压控制特点，分
22、为壁式体系和柱式体系。,2019/3/11,41,壁式体系采煤法一般特点： 工作面较长，80250m； 工作面两端，一般至少各有一条回采巷道； 一般顶板暴露面积大，矿山压力显现较为强烈； 工作面运煤的刮板输送机与工作面平行。,1）壁式体系采煤法,2019/3/11,42,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,2019/3/11,43,地下开采 (m) 露天开采(m) 薄煤层 M3.5 M 10 薄及中厚煤层采煤法厚煤层采煤法分层开采 整层开采,根据开采技术条件煤层按厚度分类：,2019/3/11,
23、44,按采煤工艺分 ：爆破采煤法 blast-mining technology普通机械化采煤法 conventionally mechanized coal winning technology 综合机械化采煤法 Fully -mechanized coal winning technology 按采空区处理方法分： （老塘） 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 to the dip or to the rise,2019/3/11,
24、45,按是否将煤层全厚进行一次开采分为： 整层采煤法 分层采煤法,2019/3/11,46,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）,2019/3/11,47,刀柱（煤柱支撑）式采煤法,2019/3/11,48,按厚煤层分层方法分： 1）倾斜分层 2）水平分层 3）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。,2019/3/11,49,厚煤层分层间开采顺序：下行式和上行式一般为
25、下行式,倾斜分层,2019/3/11,50,水平分层,斜切分层,2019/3/11,51,厚煤层整层开采： 放顶煤开采 long wall mining with sublevel caving （3.55m）下限,2019/3/11,52,2）柱式体系采煤法 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，采煤时形成窄（短）工作面成组向前推进，采房和回收煤柱设备合一； 矿山压力显现较和缓，用锚杆支护工作空间，支护较简单； 采场内煤的运输方向垂直工作面； 煤柱支撑顶板 ，工作面通风条件较壁式采煤法差，采出率较低,2019/3/11,53,房柱式采煤法示意图,2019/3/11,54,1954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、德国等广泛采用壁式体系采煤法。美国、加拿大、澳大利亚、南非、印度等国广泛采用柱式体系采煤法。,3.3 采煤方法的发展与应用,
