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煤矿开采基本知识主讲人杨伟淄博煤炭经济技术开发公司 .第一章第一章 地质基础知识地质基础知识第二章第二章 煤矿生产概貌煤矿生产概貌第三章第三章 井田开拓井田开拓第四章第四章 巷道掘进巷道掘进第五章第五章 采煤方法采煤方法第六章第六章 矿井通风与安全矿井通风与安全第七章第七章 矿井固定设备与供电矿井固定设备与供电.第一章第一章 地质基础知识地质基础知识.第一节第一节 地壳地壳 一、地壳的组成物质一、地壳的组成物质n地球是一个巨大的椭球体，其赤道半径为6378.2km，极半径为6356.8km。地球的最外层是坚固的外壳，称为地壳，平均厚度约为20km。地壳主要由岩石组成，组成岩石的是矿物，而矿物则是由各种化学元素所组成。因此，在地壳中蕴藏着非常丰富的矿产资源。.n（一）元素n组成地壳的元素达百余种，但占主要地位的是氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢等，而以氧(46.6%)和硅(27.7%)为最多。n（二）矿物n矿物是地壳中一种或多种元素在各种地质作用下形成的自然产物，具有比较固定的化学成分和一定的物理性质与形态。n自然界中已发现的矿物有两千多种，绝大多数呈固态，也有的呈液态（如水、石油和汞等）和气态（如沼气）。但组成岩石的常见矿物并不多，主要的仅20余种。.n（三）岩石:岩石是矿物的集合体，可包含一种或多种矿物。n岩浆岩、岩浆岩、n沉积岩沉积岩n变质岩变质岩n地壳中的岩石绝大部分为岩浆岩，沉积岩只占地壳总重量的5%，但沉积岩却覆盖着地球表面积的75%，是最常见的一类岩石。由于煤层一般都埋藏于沉积岩岩层中，因此沉积岩与采煤工作的关系最为密切。此外，在沉积岩地层中还有许多重要的矿产资源，如石油、天然气、沉积铁矿、盐矿、铝矿、磷矿、油页岩和石灰岩等。.二、地史及地层的概念二、地史及地层的概念n地地球球的的形形成成已已有有四四十十五五亿亿年年以以上上的的历历史史。为为了了便便于于研研究究，通通常常根根据据地地壳壳运运动动和和古古生生物物的的发发展展，将将地地壳壳的的历历史史从从古古到到今今，划划分分为为太太古古代代、元元古古代代、古古生生代代、中中生生代代和和新新生生代代等等五五个个大大的的时时期期。为为了了反反映映更更短短的的时时间间间间隔隔内内地地壳壳的的变变化化，代代以以下下分分为为若若干干纪纪，纪纪以以下下又又分分为为世世。代代、纪纪、世世是是国国际际统统一一的的划划分分地地质质时时代的单位。代的单位。.第二节煤的形成、用途和分类n一、煤的形成一、煤的形成n远在距今约0.033.2亿年亿年间，即地质史上称为第三纪、侏罗纪、二迭纪和石炭纪等时代，地球上许多地区布满了湖泊、沼泽，当时气候温暖潮湿，植物生长茂盛。n二、评价煤质的主要指标二、评价煤质的主要指标n水分和灰分水分和灰分：挥发分挥发分：固定碳：胶质层厚固定碳：胶质层厚度：发热量：硫：磷：含矸率：度：发热量：硫：磷：含矸率：.三、煤的用途与工业分类分类分类指标主要用途名称符号挥发分（%胶质层厚度（毫米）无烟煤A010是良好的动力和民用煤并可作化工用煤烟煤贫煤瘦煤焦煤肥煤气煤弱粘煤不粘煤长焰煤TCK）KPCCHC10201420143026或263020372037370（粉状）0128252552509（块状）0（粉状）05多作动力和民用煤一般作配焦用煤主要的炼焦用煤配焦用煤气化、炼油、配焦用煤配焦、气化、炼油和动力用煤气化、动力和民用煤气化、炼油和动力用煤褐煤B40化工、气化、炼油和民用煤.第三节第三节煤系地层和矿井地质构造煤系地层和矿井地质构造一、煤系地层与煤层赋存状态一、煤系地层与煤层赋存状态（一）煤系（一）煤系煤是在一定历史时期形成的具有成因联系煤是在一定历史时期形成的具有成因联系的大致连续沉积的一套含煤岩系。的大致连续沉积的一套含煤岩系。.（二）煤层（二）煤层1、煤层是由植物体大量堆积，经成煤作、煤层是由植物体大量堆积，经成煤作用形成的层状固体可燃矿产。用形成的层状固体可燃矿产。2、煤层的形态是指煤层赋存的几何形态。、煤层的形态是指煤层赋存的几何形态。.3、煤层厚度是指煤层顶底板之间的垂直距离，也、煤层厚度是指煤层顶底板之间的垂直距离，也称为煤层真厚度。称为煤层真厚度。（1）薄煤层）薄煤层厚度小于厚度小于1.3m（2）中厚煤层中厚煤层厚度为厚度为1.33.5m（3）厚煤层厚煤层厚度大于厚度大于3.5m.(三）煤层厚度的变化三）煤层厚度的变化煤层厚度是影响煤矿开采的主要地质因素，煤煤层厚度是影响煤矿开采的主要地质因素，煤层厚度不同，采煤方法亦不同。层厚度不同，采煤方法亦不同。、煤层厚度的原生变化泥炭层堆积过程中，形、煤层厚度的原生变化泥炭层堆积过程中，形成顶板前，由于各种地质作用影响而形成的煤层形成顶板前，由于各种地质作用影响而形成的煤层形态和厚度的变化。态和厚度的变化。、煤层厚度的后生变化泥炭层被覆盖或煤系形、煤层厚度的后生变化泥炭层被覆盖或煤系形成后，由于构造变动，岩浆侵入，河流剥蚀等地质成后，由于构造变动，岩浆侵入，河流剥蚀等地质作用引起的煤层形态和厚度的变化。作用引起的煤层形态和厚度的变化。.构造变动引起的变化特点：构造变动引起的变化特点：原始结构破坏，出现层间揉皱和滑动镜面，原始结构破坏，出现层间揉皱和滑动镜面，在构造复杂的地段煤呈碎粒状、鳞片状和粉在构造复杂的地段煤呈碎粒状、鳞片状和粉末状，煤的光泽变暗，灰分增高；煤层增厚末状，煤的光泽变暗，灰分增高；煤层增厚带和变薄带相间出现，并沿主要构造线呈狭带和变薄带相间出现，并沿主要构造线呈狭长条带分布；煤岩层出现不协调褶曲，有时长条带分布；煤岩层出现不协调褶曲，有时煤岩互相穿插，致使煤层呈各种不规则状态。煤岩互相穿插，致使煤层呈各种不规则状态。.(四四)煤层顶板和底板煤层顶板和底板顶板：赋存在煤层之上的临近岩层顶板：赋存在煤层之上的临近岩层底板：赋存在煤层之下的临近岩层底板：赋存在煤层之下的临近岩层1、顶板的类型、顶板的类型根据顶板的岩性、厚度及根据顶板的岩性、厚度及回采回采过程中垮落的难易程度，分为过程中垮落的难易程度，分为3种顶板类型。种顶板类型。伪顶伪顶直接顶直接顶老顶老顶2、底板的类型、底板的类型直接底直接底老底老底.二、矿井地质构造二、矿井地质构造矿井地质构造是井田边界及其范围内的褶皱、断矿井地质构造是井田边界及其范围内的褶皱、断层、节理和层间滑动等地质构造的统称。层、节理和层间滑动等地质构造的统称。（一）褶皱构造（一）褶皱构造岩层和煤层在构造应力作用下形成的一系列连续岩层和煤层在构造应力作用下形成的一系列连续的弯曲称为褶皱构造。的弯曲称为褶皱构造。.每一个单独的弯曲称为褶曲每一个单独的弯曲称为褶曲有有2种基本形式种基本形式:向斜：岩层向下弯曲，核部是老岩层，两向斜：岩层向下弯曲，核部是老岩层，两翼是新岩层翼是新岩层背斜：岩层向上弯曲，核部是新岩层，两背斜：岩层向上弯曲，核部是新岩层，两翼是老岩层翼是老岩层褶曲要素（基本组成部分）：褶曲要素（基本组成部分）：核部、翼部、核部、翼部、轴面、轴面、枢纽枢纽.背斜向斜.（二）断层构造（二）断层构造岩层或煤层受力超过其强度极限发生变形岩层或煤层受力超过其强度极限发生变形破坏的类型，可以分为两类：破坏的类型，可以分为两类：断层（两侧岩块有显著位移）和节理（裂隙）断层（两侧岩块有显著位移）和节理（裂隙）。断层是影响矿井安全生产的最主要的地质构断层是影响矿井安全生产的最主要的地质构造。造。1 1、断层要素、断层要素 断层面断层面 断盘断盘 断层线（断层交面线）断层线（断层交面线）断距断距.（1）断层面）断层面断层的断裂滑动面称为断层面。断层的断裂滑动面称为断层面。走走向、倾向、倾角。向、倾向、倾角。（2）断盘）断盘位于断层面两侧的岩块称为断盘。位于断层面两侧的岩块称为断盘。（3）断层线和断层交面线）断层线和断层交面线断层线是指断层在地断层线是指断层在地表的出露线，也就是断层面与地面的交线，它反映表的出露线，也就是断层面与地面的交线，它反映了断层的延展方向。了断层的延展方向。断层面与岩层面的交线称为交面线。断层面与岩层面的交线称为交面线。断层面与煤层底板面的交线称煤层交面线，或断断层面与煤层底板面的交线称煤层交面线，或断煤交线。煤交线。（4）断距）断距断距指断层两盘相对错开的距离，断距指断层两盘相对错开的距离，包括：真断距、地层断距、铅直断距和水平断距。包括：真断距、地层断距、铅直断距和水平断距。.ab总断距或真断距hi地层断距dg铅直断距或称落差gn水平断距.2、断层的分类、断层的分类根据上下两盘岩体根据上下两盘岩体相对移动性质来划分相对移动性质来划分.3、裂隙、裂隙裂隙又称为节理，指沿断裂面两侧没有发生裂隙又称为节理，指沿断裂面两侧没有发生明显位移的断裂。明显位移的断裂。三、陷落柱三、陷落柱岩溶陷落柱是煤系地层下部可溶性岩石在地岩溶陷落柱是煤系地层下部可溶性岩石在地下水和重力作用下所产生的塌陷现象。下水和重力作用下所产生的塌陷现象。.第二章煤矿生产概貌.第一节煤田的开发一、煤田和矿区一、煤田和矿区在地质历史发展过程中，同一地质时期形成并大致连续发育的含煤岩系分布区称为煤田。统一规划和开发的煤田或其一部分则称为矿区。.n二、井田二、井田n划归一个矿井（或露天矿）开采的那一部分煤田，谓之井田（矿田）。.n三、矿井生产能力和井型三、矿井生产能力和井型n矿井生产能力，一般是指矿井的设计年产量，以万T/a表示。我国把矿井划分为大、中、小三种类型，称井型。n大型矿井：生产能力为120万T/a、150万T/a、180万T/a、240万T/a、300万T/a、400万T/a、500万T/a及以上的矿井，300万T/a及其以上的矿井又称特大型矿井。n中型矿井：生产能力为45万T/a、60万T/a、90万T/an小型矿井：生产能力为9万T/a、15万T/a、21万T/a、30万T/a。n我国国有煤矿多为大、中型矿井；地方煤矿多为中小型矿井；乡镇煤矿多是小煤窑，年产量在多小于3万T/a。.第三节矿井生产系统.n（一）开拓巷道n1、井筒和平峒n2、井底车场n3、回风井n4、石门n5、运输大巷n6、回风大巷.n（二）准备巷道n1、采区车场n2、采区煤仓n3、采区上山n4、采区下山.n（三）回采巷道n1、区段运输平巷n2、区段回风平巷n3、开切眼.n二、井下生产运输提升系统二、井下生产运输提升系统n三、井下生产动力供应系统三、井下生产动力供应系统n四、井下生产通风安全系统四、井下生产通风安全系统n五、井下生产排水系统五、井下生产排水系统n六、地面生产系统六、地面生产系统.第三章井田开拓第一节煤田划分为井田.一、矿井年产量一、矿井年产量井型设计年产量（万吨/年）服务年限（年）备注特大型井300及以上80以上矿井设计按年工作日300天计算大型井2401801501209070以上5070中型井60303040小型井211591020.n二、矿井服务年限二、矿井服务年限n三、矿井储量三、矿井储量Z可采可采=KATn四、井田范围四、井田范围.第二节井田内的再划分一、井田划分为阶段.二、阶段划分为采区可将井田内的划分顺序归纳如下：.第三节矿井开拓方式一、斜井开拓.二、立井开拓.三、平硐开拓.第四章井巷掘进第一节岩石的分级岩石的物理机械性能对于掘进和开采工作影响很大，为了能够用简明的指标来区分各种岩石破碎的难易程度，通常按岩石的单向抗压强度，把岩石分为十级，并用坚固性系数f来表示。f值是岩石单向抗压强度与标准抗压强度10MPa之比。例如，测得某种岩石的单向抗压强度为80MPa，则其坚固性系数f值为8。.岩石分级表级别坚固性程度岩石坚固系数f最坚固的岩石最坚固、致密的石英岩及玄武岩。其它最坚固的岩石20很坚固的岩石很坚固的花岗岩类：15坚固的岩石花岗岩（致密的）及花岗岩类岩石；10a坚固的岩石坚固的石灰岩；不坚固的花岗岩；坚固的砂岩；8相当坚固的岩石一般的砂岩；铁矿石6a相当坚固的岩石砂质页岩；泥质页岩5坚固性中等岩石坚固的页岩：不坚固的砂岩及石灰岩；软的砾岩4a坚固性中的岩石各种（不坚固的）页岩；致密的泥灰岩3相当软的岩石软的页岩；很软的石灰岩；石膏；冻土；无烟煤；2a相当软的岩石碎石土；坚硬的烟煤；硬化的粘土1.5软岩粘土（致密的）；软的烟煤；坚硬的表土层；1.0a软岩微砂质粘土（黄土、细砾石）0.8土壤状岩石腐植土；泥炭；微砂质粘土；湿砂0.6松散岩石砂；小的细砾石；填方土；已采下的煤0.5流动性岩石流砂；沼泽土；含水黄土及其他含水土壤0.3.第二节巷道断面及施工概述一、巷道断面形状一、巷道断面形状.二、巷道施工概述二、巷道施工概述n巷道按在煤层或岩层中的位置，可分为以下三类：n煤巷n半煤岩巷n岩巷n巷道施工时的主要工序有：n破、装、运、支；辅助工序有排水、挖砌水沟、通风、铺轨和测量等。.第三节钻眼爆破一、钻眼机具一、钻眼机具（二）煤电钻（二）煤电钻.（二）凿岩机.二、矿用炸药及起爆器材二、矿用炸药及起爆器材（一）矿用炸药n炸药是一种由碳、氢、氧、氮等元素组成的固体（或胶体、液体）物质，当受到外界能量作用时，能够迅速分解，产生大量气体和放出大量热量。由于高温使气体体积急剧膨胀，对炮眼眼壁施加巨大压力而破碎煤、岩。.矿用铵梯炸药矿用铵梯炸药成分和使用范围炸药名称煤矿铵梯炸药岩石铵梯炸药1号2号3号1号2号化学组成（%）硝酸铵梯恩梯木粉食盐68152157110415671032082144-85114-使用范围低沼气矿井高沼气矿井无沼气和煤尘爆炸危险的工作面.（二）起爆器材雷管.三、炮眼布置三、炮眼布置.第四节巷道支护一、木棚子.二、金属支架二、金属支架.三、锚杆支护三、锚杆支护.n锚杆的种类较多：n金属锚杆n木锚杆n竹锚杆n树脂锚杆n钢筋或钢丝绳砂浆锚杆.第五节巷道掘进的辅助工序n一、通风工作一、通风工作n二、排水二、排水n三、辅轨三、辅轨n四、测量工作四、测量工作.局部通风机通风.第五章采煤方法n采煤方法主要分为：n露天开采n井工开采n水力采煤n其它（煤炭汽化、液化等）n我们在此讲的是井工开采.n主要包括：n1、采区巷道布置n走向长壁开采n倾斜长壁开采n2、采煤工作面采煤工艺n爆破式采煤工艺n普通机械化采煤工艺n综合机械化采煤工艺n放顶煤开采等.第一节采区巷道布置n一、走向长壁采煤法巷道布置一、走向长壁采煤法巷道布置n二、倾斜长壁采煤法巷道布置二、倾斜长壁采煤法巷道布置.第二节采煤工艺n主要包括：n1、落煤（破煤）n2、装煤n3、运煤n4、移运输机n5、支护n6、采空区处理.一、爆破式采煤工艺.1、装煤和运煤.2、工作面支护（1）木支护.（2）金属摩擦支柱.（3）单体液压支柱.（4）金属铰接顶梁.（5）悬臂式支护.二、普通机械化采煤工艺.三、综合机械化采煤工艺1、双滚筒采煤机.2、支撑式液压支架.3、掩护式液压支架.4、支撑掩护式液压支架.5、综采工作面的设备布置.6、综合机械化采煤的工艺过程n开始采煤前，输送机靠近煤壁，全部液压支架处于支撑状态。支架底座箱前缘与输送机电缆槽槽帮之间预先留有一个截深的宽度，既便于采煤机司机操作和人员行走，又可以实现割煤后立即移支架。双滚筒采煤机骑在输送机上，由下向上采煤。一般是沿牵引方向前滚筒在上割顶煤，后滚筒在下割底煤、装余煤，这样可以减少片帮和使底板留下的浮煤最少，便于移输送机。随着采煤机向上割煤，液压支架紧跟采煤机后逐架前移(降柱、移架、升柱)，及时支护割煤后新暴露出的顶板。最后一道工序是顺序推移输送机，移输送机地点应滞后采煤机后滚筒1015米，以使输送机的弯曲度不致于过大。其总的生产过程就是：n割煤降柱移架升柱推溜。.四、综采放顶煤开采.第六章矿井通风与安全第一节矿井通风任务与安全生产方针名称符号最高容许浓度（体积%）一氧化碳氧化氮（换算成二氧化氮）二氧化硫硫化氢氨氢CONO2SO2H2SNH3H20.00240.000250.00050.000660.0040.5.1、矿井通风的任务是：n供给井下人员以足够的新鲜空气；n把有毒和有害气体(总称为矿井瓦斯)稀释到安全浓度以下，并和悬浮的矿尘一起排出井外；n使井下有适宜的气候条件。(采掘工作面的空气温度不超过26，机电硐室的空气温度不超过30)。.n2、煤矿生产的五大自然灾害：水、火、瓦斯、煤尘、顶板n3、煤矿安全生产的方针是：安全第一预防为主综合治理总体推进.第二节矿井沼气和二氧化碳n一、沼气的生成与涌出沼气的生成与涌出1、瓦斯的生成2、瓦斯的存在状态3、矿井瓦斯等级低沼气矿井（10立方米）煤与瓦斯突出矿井.二、沼气的爆炸和顶防二、沼气的爆炸和顶防n1、沼气的性质n2、沼气的危害n3、沼气爆炸的条件n4、预防沼气爆炸的措施1加强通风。2坚持瓦斯检查制度。3对于采用一般通风方法不能解决沼气超限问题的矿井，最好预先抽放沼气。4井下禁止使用明火和吸烟。5有沼气和有煤与沼气突出危险的矿井，应按规定选用适当类型的电气设备，并在使用中使各种电气设备经常处于完好状态。6严格执行煤矿安全规程中关于放炮工作的各项规定。.第三节矿尘n1、矿尘的危害n2、煤尘的爆炸与预防n3、尘肺病及顶防.第四节矿井通风n一、通风压力与通风阻力一、通风压力与通风阻力.矿井通风阻力h摩=R摩Q2.二、矿井通风构筑物n(一)风墙n(二)风门n(三)风桥.(四)风桥与防爆门.三、通风测量.四、扇风机及反风.反风道反风示意图.第七章矿井固定设备及供电一、矿井提升二、矿井排水三、矿井压气四、矿井供电.一、提升设备.二、矿井排水.三、矿井压气.四、矿井供电.祝各位：工作顺利身体健康.