《煤矿开采学》PPT课件.ppt

煤矿开采学,课件,2,煤矿开采学,绪论 8 第一章 煤矿开采的基本概念 31 第二章 井田开拓的基本概念42 第三章 井田开拓方式60 第四章 井田开拓巷道布置89 第五章 井底车场95 第六章 采煤方法概念及分类104 第七章 采区巷道的布置形式及分析117 第八章 近水平煤层准备方式的选择131 第九章 单一走向长壁采煤法回采工艺177 第十章 放顶煤采煤法196 第十一章 急倾斜煤层采煤方法215 第十二章 采煤方法的选择及其发展237,3,煤矿开采学（绪论）,煤是工业的粮食，在我国，一次能量消耗，煤炭占75%；产量世界之最，煤种多，储量大，在1000米深度内，有1000020000亿吨；在1500米深度内，有多于56000亿吨； 一、煤炭的历史 1、煤是由植物生成的 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，宋应星编著天工开物，地质、开拓、采煤、支护、通风、提升。,4,煤矿开采学,二、解放以后我国煤炭工业技术的发展 1、产量 49年，3243万吨；50年52年，三年恢复时期，旧矿、旧设备、旧方法；52年，6650万吨； 5357年，第一个五年计划，中国经济形式变化最大。57年，1.3亿。 2006年， 23.32亿；2007年，26亿。 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。,5,煤矿开采学（绪论）,三年恢复时期5，推行壁式采煤，使用刮板运输机和截煤机。52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。57年，5137吨/月.面，机械化水平4.12% 3）、64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%。,6,煤矿开采学,4）、74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78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。79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90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%。,7,煤矿开采学,5）、单产创记录情况 （1）、82年，大同同家梁矿创年产百万吨综采队。到90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3545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。,8,煤矿开采学,（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）、机械化水平高的局 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。,9,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。,10,1.1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（4.0 km）、小型（1.5 km）。 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。,11,1.1煤田开发的概念,12,1.1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）。,13,1.1煤田开发的概念,14,1.2 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） 水平（平） 2）、按应用范围分：,15,1.2 矿山井巷名称和井田内的再划分,（1）开拓巷道：为全矿井或一个开采水平服务的巷道，如井筒、水平大巷、井底车场。 （2）准备巷道：为一个采区或几个区段服务的运输、通风等巷道； （3）回采巷道：直接为采煤工作面服务的巷道。 倾斜（斜）,16,1.2 矿山井巷名称和井田内的再划分,17,1.2 矿山井巷名称和井田内的再划分,3、煤层分类 1）、按厚度分为： （1）、薄煤层，厚度为 可采厚度1.3 m； （2）、中厚煤层，厚度为 1.33.5m； （3）、厚煤层，厚度为3.510m； （4）特厚煤层：厚度为10 m以上。 2）、按倾角分为： （1）、近水平煤层，倾角为 012 ； （2）、缓斜煤层，倾角为12 25 ； （3）、倾斜煤层，倾角为 25 45 ；,18,1.2 矿山井巷名称和井田内的再划分,（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；,19,1.2 矿山井巷名称和井田内的再划分,（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； 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、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。,20,1.2 矿山井巷名称和井田内的再划分,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。 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；,21,1.2 矿山井巷名称和井田内的再划分,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； 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5001200万吨，有的可达5000万吨； （2）.劳动效率高，一般为3.028.0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；,22,1.2 矿山井巷名称和井田内的再划分,（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。,23,1.2 矿山井巷名称和井田内的再划分,24,1.2 矿山井巷名称和井田内的再划分,五、井田内的再划分 1、非近水平煤层的划分： 1）、划分为阶段 阶段：在井田范围内，按一定标高，沿倾斜方向每隔一定的距离，一般为500m2000m，将井田划分为沿走向的若干个长条部分称为阶段； 图1-4 分 成 阶 段 2）、阶段内的划分： （1）划分为采区 采区：在阶段内，根据地质条件和设备水平等条件的不同，沿走向每隔1000m4000m，划分成具有相对独立的生产系统的开采区域，叫采区，它是矿井生产的基本单元。,25,1.2 矿山井巷名称和井田内的再划分,图1-4 分 成 阶 段,26,1.2 矿山井巷名称和井田内的再划分,（2）划分为条带：当煤层倾角比较小时，即小于150时，可以考虑采用倾斜长壁开采。 条带：在阶段内，根据地质条件和设备水平等条件的不同，沿走向每隔100m350m，划分成可以进行开采的单元，每一个单元称为条带；图1-7 分 带 式 布 置 当井田的走向长度比较长时，每512个条带划分为一个区域，使其具有相对独立的生产系统，此区域也可以称为带区； （3）划分为分段 分段：当井田的走向长度比较短时，如达到4000m以下，并且沿走向没有沿倾斜方向的断层，则沿倾斜方向每隔100m350m，划分成可以进行开采的单元，每一个单元称为一个分段。,27,1.2 矿山井巷名称和井田内的再划分,3）、采区内的划分 划分为区段：在采区范围内，按一定标高，沿倾斜方向每隔一定的距离，一般为100m350m，将采区划分为沿走向的若干个长条部分，每一个部分称为区段；,28,1.2 矿山井巷名称和井田内的再划分,2、近水平煤层的划分： 1）、划分为盘区 盘区：在近水平煤层中，不能划分为阶段，在大致是煤层的倾斜方向上，在大约3000 m4000m的范围内，在中部布置开采水平大巷（可以有回风大巷），然后在大巷两侧沿大致走向方向，每隔1000m4000m，划分成具有相对独立生产系统的单元，每一个单元称为盘区。 2）划分为条带：大巷两侧沿大致走向方向，根据地质条件和设备水平等条件的不同，沿走向每隔100m350m，划分成可以进行开采的单元，每一个单元称为条带；,29,1.2 矿山井巷名称和井田内的再划分,同样，与非近水平煤层相类似，当井田的走向长度比较长时，每512个条带划分为一个区域，使其具有相对独立的生产系统，此区域称为带区； 3）划分为分段 分段：当井田的走向长度比较短时，如达到4000m以下，并且沿走向没有大致沿倾斜方向的断层，则沿倾斜方向每隔200m350m，划分成可以进行开采的单元，每一个单元称为一个分段； 同非近水平煤层的情况一样，每一个分段布置一个工作面，沿走向从井田的一侧向另一侧推进、采煤，直到井田边界。,30,1.2 矿山井巷名称和井田内的再划分,31,1.2 矿山井巷名称和井田内的再划分,4）、盘区内的划分 划分为区段：在盘区范围内，沿大致倾斜方向每隔一定的距离，一般为150m350m，将采区划分为沿走向的若干个长条部分，每一个部分称为区段；（同采区的情况）,32,第二章 井田开拓的基本概念 2. 1 矿井储量 生产能力 服务年限,一、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）。,33,2. 1 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=(ZgP1) 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=(ZsP2) 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%。,34,2. 1 矿井储量 生产能力 服务年限,二、矿井生产能力 井型大小的确定，在划分时就需考虑储量，尺寸。 1、储量：指工业储量。 2、开采能力：矿井生产条件能保证的原煤生产能力。主要是采区的生产能力与同时生产的采区数。 同采采区数与井型有关。600万及以上，67个以上；400500万，46个；240、300万，34个；150、180万，23个；120万及以下，12个。 3、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。,35,2. 1 矿井储量 生产能力 服务年限,4、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。 三、矿井服务年限 1、计算公式： ：矿井服务年限，年；：矿井设计生产能力，万t/a或Mt/a； K：储量备用系数，取 1.31.5。 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；,36,2. 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。 不同设计矿井生产能力所要求的矿井设计服务年限及第一开采水平设计服务年限。见下表,37,2. 1 矿井储量 生产能力 服务年限,图,38,2.2 开拓方式的概念及分类,开拓方式：开拓巷道的布置方式通称开拓方式； 一、开拓方式的分类 （井筒 ：由地面通达矿体的巷道） 1、按井筒形式分：立、斜、平、综、分区域； 2、按水平数的多少分：单水平、多水平； 3、按开采准备方式分：上山式、下山式、上下山式、混合式； 按开采水平大巷的布置方式分：分煤层大巷、集中大巷、分组集中。,39,2.2 开拓方式的概念及分类,图,40,2.2 开拓方式的概念及分类,41,2.2 开拓方式的概念及分类,42,2.2 开拓方式的概念及分类,二、开拓应解决的问题 1、确定井筒的形式，数目及其配合。合理选择井筒及工业广场的位置。 2、合理地确定开采水平数目和位置（标高） 3、布置大巷和井底车场。 4、确定矿井开采程序，做好水平的接替。 5、进行矿井开拓延深，深部开拓及技术改造。 三、确定井田开拓方式的原则 1、贯彻执行有关煤炭工业的技术政策，初期工程量应少（多、快、好、省、高、安）。 2、合理集中开拓部署，生产系统简单； 3、合理开发国家资源，减少煤炭损失； 4、执行煤矿安全规程； 5、尽可能采用目前国家能够提供的新技术、新设备、新工艺； 6、有条件时，不同煤种、煤质的煤分别开采。,43,第三章 井田开拓方式 3.1 立井开拓,一、立井、多水平、分区式、上山开拓。,44,3.1 立井开拓,1、掘进顺序（矿井的建井计划、工程排队）,45,3.1 立井开拓,2、生产系统 1）、煤，2）、料（设备），3）、风，,46,3.1 立井开拓,3、各个巷道的作用： 1）、主井：用于提升煤炭，有时兼作回风用的立井，称主立井，简称主井。 2）、副井： 用于矿井辅助提升，兼作进风用的立井，称副立井，简称副井。 3）、风井：专门用于回风用的立井，称回风立井，简称风井。 4）、井底车场：位于井筒附近，联结主、副井及开采水平主要运输巷道的一组巷道和硐室的总称，是联结井下运输和井筒提升的枢纽。 5）、主石门：位于开采水平，与煤层走向直交或斜交，联结井底车场和开采水平主要运输巷道，主要服务于开采水平煤炭运输的水平巷道。,47,3.1 立井开拓,6）、运输大巷：位于开采水平，与煤层走向基本平行，和主石门及采区上、下山直接相连，主要服务于开采水平煤炭运输的水平巷道。 7）、回风大巷 : 位于开采水平上部，与煤层走向基本平行，和回风石门及采区上山直接相连，为开采水平回风服务的水平巷道。 8）、回风石门 : 位于开采水平上部，与煤层走向直交或斜交，联结回风大巷和风井，为开采水平回风服务的水平巷道。,48,3.2 斜井开拓,一、片盘斜井 是斜井开拓中最简单的开拓方式。每一阶段只能布置一个区段内的工作面，也叫整阶段连续式开采。多用于小型井。大、中型井的初期可用若干对片盘，后期建集中井。,49,3.2 斜井开拓,二、集中斜井（一般就叫斜井）,50,3.3平硐开拓,一、特点 1、特点：是一种最简单最有利的开拓方式，具有投资少，占有设备少，施工容易，生产环节少，出煤快，成本低。,51,3.4 井筒形式的分析与选择,一、立井开拓 1、优点 1）、辅助提升能力大；2）、主井采用大断面时，可安装两套提升设备，能力大；3）、管线短，井筒短，辅助工作容易；4）、可以通过特殊岩层； 2、缺点 施工困难，地面设施复杂，井底车场布置复杂，投资大等，与斜井相对应。 3、适合条件：煤层埋藏较深、表土厚、或水文地质情况比较复杂、井筒需要特殊施工法施工，或多水平开采急缓倾斜的矿井。,52,3.4 井筒形式的分析与选择,二、斜井开拓 1、片盘斜井 1）、优点：地面建筑简单，井巷工程量小，投产快，增产潜力大，技术经济指标较好。 2）、缺点：井口分散，占地多，接序紧张。 3）、适合条件：煤田位于浅部，露头发育，表土不厚(2030m)水文地质条件简单，地质构造简单。 2、集中斜井（优缺点是与立井比较而得） 1）、优点 （1）、掘进施工简单，速度快； （2）、地面建筑、井筒装备、井底车场简单，提升绞车小；,53,3.4 井筒形式的分析与选择,（3）、第一水平石门长度短，采用中央采区时，出煤快； （4）、投资少，建井期短； （5）、延深方便，对生产干扰少； （6）、采用皮带提升时，能力大，可采用自动控制，并可多水平提升； 2）、缺点 （1）、同样的开采深度，斜井比立井长，辅助经营费用多，如排水通风、供电、水气、设备线长度等。 （2）、采用绞车提升时，能力小，钢丝绳磨损严重。 （3）、辅助提升能力小，若过长，需多段，管理复杂，能力小； （4）、难以通过特殊岩层。 3）、适合条件：煤层埋藏不深、表土不厚、水文地质情况简单、井筒不需特殊施工法施工的缓倾斜及倾斜煤层的井田。,54,3.4 井筒形式的分析与选择,一、平硐开拓 1、优缺点：有许多优点，由于少一个提升环节，整个系统简单了； 1）、井下出煤可直接外运，无提升环节，系统简单，费用低； 2）、地面建筑简单，无井架和绞车房； 3）、一般不设井底车场，水仓、水泵房，无需排水设备； 4）、施工条件好，掘进速度快，初期工程量小，出煤快。 5）、受地形及煤层埋藏条件限制。 2、适用条件：山区。在工业广场水平之上有煤。其储量够一个水平的储量。,55,3.4 井筒形式的分析与选择,四、一般情况下立、斜井的适用条件 煤层埋藏深度超过400m，或有较厚冲击层，含水层、流砂层等特殊岩层，必须用立井，深度小于300m，可考虑斜井。,56,3.5 综合开拓,有时，主付井或风井都采用同一种形式的井筒，技术上有困难，经济上不合理，可考虑用综合开拓。 一、立、斜综合开拓 1、斜主、立付。斜井用皮带，能力大，副井利用立井，能力也大。 1）、特点：充分发挥皮带斜井作为主井提升的优点，克服一般斜井作为副井的缺点。 2）、适合条件：大型井和特大型井；尤其是特大型井采用。（图）,57,3.5 综合开拓,58,3.5 综合开拓,2、立主、斜付。主井为立井，副井为斜井 1）、特点：发挥立井提升速度快、能力大、通风排水有利、浅部用斜井作为副井可节约立井施工投资的优点。 2）、适合条件：小型井，中、小型井，特别是中型井，当斜井提升能力不够时采用，此时，付井用斜井足够，主井用立井，能力足够。 二、平、立或平斜综合开拓 1、 特点：利用平硐开拓井田浅部，利用立井或斜井开拓井田深部。,59,3.5 综合开拓,2、 适合条件：适用各类井型。 一般情况下，平硐完成主付井的所有工作，用斜井或立井回风，路线短。有时，用平硐进风路线太长时，可用立井，斜井进风。图1为立井进风，斜井回风。图2为前期用平硐，后期用立井，综合开拓的 3、主要缺点是：井口分两处，工业广场分散，不利于主、副井的井上、下联系；占地多、煤柱损失大；不利于生产调度。,60,3.5 综合开拓,61,第四章井田开拓巷道布置 4.1 井筒位置的确定,位置的确定不能从一方面考虑,从开拓布局的整体考虑,如水平的位置，大巷的类型等,它们相互影响。 合理的井筒位置应考虑地面情况，井下地质以及生产情况。 一、对地面布置工业广场有利 每个矿井，都有地面生产系统，行政管理系统，需占有一定的面积的土地。 1、场地足够。布置地面生产系统及其工业建筑、行政管理系统。如主付井（绞车房）、洗（选）煤厂、煤仓（场），装车站，办公楼，宿舍，食堂，浴池等。（一般情况下，工业广场的面积为：大型井 0.8 1.1公顷/10万吨，中型井 1.3 1.8公顷/10万吨，小型井 2.0 2.5公顷/10万吨）。,62,4.1 井筒位置的确定,2、少占农田，不占良田及重要文化古籍和园林，要避免村庄搬迁及河流改道； 3、有较好的工程地质和水文地质条件，避开滑坡，崩岩，溶洞，流沙等地段。森林地区应与林地有足够的防火距离。 4、避免井筒和工业广场遭受水灾。井口位置高于最高洪水位，工业广场不受洪水威胁。 5、便于矿井的供水，供电，运输，便于排污，排矸的处理。不影响居民生活。 6、充分利用地形，使地面生产系统合理，尽可能少平整土地。 对于平硐开拓，主要考虑地面，若地面无太大的限制，则可考虑井下。,63,4.1 井筒位置的确定,二、对井下开采有利 应使井巷工程量，运输量，维护量，通风效果上达到较佳水平，使工业广场压煤量达到合理。 1、走向的位置：在储量中心。此时，运输量最小，通风费用最低，水平接替易。（解释运输量、通风问题） 2、倾斜方向的位置 1）、斜井：多数在井田边界外。主要考虑地面和所选用设备所要求的倾角而决定地面的位置。 2）、立井：主要是第一水平工程量，总工程量和工业广场煤柱的关系。越靠上部，煤柱越少，初期工程量较少，但深部工程量可能大，延深生产环节多等。,64,4.1 井筒位置的确定,三、对井筒和井底车场掘进和维护有利的位置 1、要使井筒尽可能不通过或少 通过流砂层、较厚的冲积层及丰富的含水层； 2、要使井筒不通过地质破坏激烈的地带及受采动影响的地区； 3、井筒位置要使井底车场有较好的围岩条件。 四、风井布置形式 中央（并列，边界），对角，分区独立，分区域（画图，优缺点，适用条件）。,65,4.1 井筒位置的确定,1、中央并列式布置 （1）、优点：工业场地布置集中，管理方便，井筒保护煤柱损失少。 （2）、缺点：通风路线长，通风阻力大，井下漏风多。 （3）、适用条件：井田范围小，生产能力不大，瓦斯等级低的矿井。 （4）、中央并列式布置的示意图,66,4.1 井筒位置的确定,67,4.1 井筒位置的确定,2、中央边界式(中央分裂式) （1）、优点：通风路线较短，通风阻力较小，井下漏风较小，石门工程量增加不多。 （2）、缺点：工业场地布置分散，井筒保护煤柱较多，当矿井转入深部开采后，需要维护较长的上山回风道。 （3）、适用条件：煤层赋存不太深的缓倾斜煤层矿井或煤层赋存较深，沼气涌出量大的矿井。 （4）、中央边界式布置的示意图,68,4.1 井筒位置的确定,69,4.1 井筒位置的确定,3、对角式通风 （1）、 优点：通风路线长度变化小，风压比较稳定，有利于扇风机工作。 （2）、 缺点：风井较多，所需通风设备较多，工业场地布置分散，主、副井与风井贯通需要较长时间。 （3）、 适用条件：对通风要求很严格的矿井，如高沼气矿井，煤层易于自然的矿井，有煤和瓦斯突出危险的矿井。 （4）、 对角式布置的示意图,70,4.1 井筒位置的确定,71,4.2 开采水平的划分及上、下山开采,水平的多少，主要取决于井田内煤层的斜长和阶段尽寸的大小。一个水平开采的矿井叫单水平开采，两以及其以上，为多水平开采。 阶段按标高划分，上下标高一定，阶段垂高便确定了，而水平垂高是指该水平开采范围的垂高，只采一个阶段时，水平垂高就是阶段垂高。两个阶段时，即上下山开采时，水平垂高为两个阶段的垂高。当采用辅助水平、下山开采、辅助大巷时，可能开采的高度很高。 对于近水平煤层，不划分阶段，将煤层分组。划分水平，再分成盘区或带区。,72,4.2 开采水平的划分及上、下山开采,一、合理的水平垂高（针对非近水平煤层而言） 应以合理的阶段斜长为前提，并使开采水平有合理的服务年限，利于水平采区接替。 1、具有合理的阶段斜长 阶段斜长，若分带，则为条带的推进长度，若分区，为采区上山长度。从运输、行人方面考虑。 1）、煤的运输 对于缓倾斜和倾斜煤层，用自溜运煤或皮带运煤，对斜长的限制不大，15001800m以内，目前的皮带运输，长度可以提高到2500m甚至达到3000m； 用刮板运输机时，太长了，运输机台数多，系统可靠性差，中小型矿井用矿车运煤时，应在600m以,73,4.2 开采水平的划分及上、下山开采,内。对于急倾斜煤层，溜煤高度不能太长，低于70120m。 2）、辅助提升：这是限制斜长的主要因素。应采用一段提升最好。一般采用绞车提升。1.6m绞车，600m长；2.0m，900m长。 3）、行人条件：对斜长限制不严重，放在次要位置考虑，当长度长时，采用猴车运人。 2、具有合理的区段数 考虑合适的区段斜长，应为其整数倍来划分为采区。 缓倾斜35个区段，倾斜、急倾斜不少于2个，区段太少，不利于工作面接替。 3、利于采区的正常接替 矿井正常生产期间，应使采区接替正常。,74,4.2 开采水平的划分及上、下山开采,矿井有增产采区、减产采区、正常生产区、准备采区。 保证矿井产量均衡。生产采区的生产时间应大于准备区的准备时间。这需要采区有一定的储量，当走向长度确定后，倾斜长度的增加会使采区储量增加。这样，分滩到每一米运输大巷、采区石门、上山、采区硐室这一类巷道上的煤量也会增加。 4、保证开采水平有足够的服务年限 开拓一个水平需掘进许多巷道，工程量大，准备时间长，为保证矿井有一个较稳定的生产期，水平服务年限必须大于延深水平时间（35a）与两水平过渡时间(23a)之和，至少8a以上 。 我国有关矿井水平服务年限的规定见下表：,75,4.2 开采水平的划分及上、下山开采,水平设计服务年限(a) 井 型 缓倾斜煤层 倾 斜煤层 急倾斜煤层 大型井 2040 2030 1520 中型井 1520 1520 1215 小型井 各 省 自 定 各 省 自 定 各省自定,5、经济上有利的水平高度 近水平煤层，在煤区内划分成条带或盘区，盘区的斜长（上山）2500m，下山 1000m，条带斜长可达到2000m ，阶段高度确定后，可考虑下山开采的应用。,76,4.2 开采水平的划分及上、下山开采,二、下山开采的应用 1、存在的问题 可以节省一个水平的布置巷道，能充分利用原有的井巷和设施，节省开拓工程量和基建投资，可延长水平的服务年限，推迟矿井下一水平延深的期限，煤炭无反向运输。但下山开采存在以下几方面的问题 1）、运输：向上运输，无法自溜。要求有较大的运输能力； 2）、排水：每个采区都需设排水设施，不集中，耗电大。 3）、通风：新、污风相邻，易漏风，且风流路线长，阴力大。 4）、掘进：下山掘进困难，装岩、排水跑车架。,77,4.2 开采水平的划分及上、下山开采,78,4.2 开采水平的划分及上、下山开采,2、适用条件 有下列条件，可以避开其缺点，能够采用。（图18-1或绘图说明) 1）、16，瓦斯小，涌量小。 2）、深部境界不一致，单设一个水平有困难，则最终阶段用下山开采。 3）、当开采强度增大，水平储量不够，水平接续紧张，采用在局部地段用下山开采。俗称剃头。 3、注意事项 1）、上、下山划分的采区尽可能划分一致，利用维护的上山采区巷道回风（风路长），也可利用大巷辅巷回风（当皮带运输，有辅巷运辅助工作）。 2）、剃头时，可利用下山通到下一水平，准备下一水平巷道，加快水平的准备。,79,4.3 开采水平大巷的布置,大巷俗称矿井的动脉。合理的大巷布置应有利于矿井建设、矿井生产。大巷也是开采水平布置的关键。首先应了解大巷是干什么的。 一、对大巷布置的要求 1、大巷运输方式与设备 1）、矿车运输 架线电机车有7吨、10吨、14吨，蓄电池机车有8吨、10吨、矿车有1、1.5、3吨固定式，3吨、5吨底卸式、7吨侧卸式，还有设备车、材料车、人车。同样有非标准矿车。轨距有600、900的，1、1.5吨固定式、3吨底卸式，用600mm轨距。能统一解决煤炭运输和辅助运输问题，便于不同煤种煤层的分采分运，能适应两翼生产不均衡的变化，不受巷道弯曲程度的限制，便于长距离运输，要求巷道断面大，弯道多时运行速度慢。,80,4.3 开采水平大巷的布置,2）、皮带运输 生产能力大，易实现自动化，对巷道坡度及变形量没有严格要求，但要求巷道要直，两翼生产不均衡时，要求设备能力大，需要铺设轨道解决辅助运输问题(皮带主要用于运煤)。有时，需要开辅助大巷，辅助运输占运煤量的20%左右。 2、运输设施对大巷的要求 1）、皮带运输：大巷要直，允许有坡度（ 17 ）。 2）、矿车运输：大巷要平，可以有流水坡度（35），可弯曲，有曲线半径。 3、根据井田面积或运输距离选择运输设备 一般情况下，井田面积小于10KM2，用皮带，运距小于2km，用皮带。当井田面积大于30 KM2 ，用矿车，运距大于5km，用矿车。中间情况，需比较。,81,4.3 开采水平大巷的布置,4、大巷的运输设备 大巷运输设备一览表 矿井生产能力 ( Mt /a ) 运 煤 辅助运输 大巷轨距(mm) 240 5t 底卸式矿车 1.5 t 固定式矿车 900 胶带输送机 1.5 t 固定式矿车 600 90180 3t 底卸式矿车 1或1.5 t固定式矿车 600 3t 固定式矿车 1.5 t 固定式矿车 900 60 1 t 固定式矿车 1 t 固定式矿车 600 5、大巷的断面及支护 断面应满足运输、通风、行人、设管线敷设的要求。,82,4.3 开采水平大巷的布置,二、大巷布置方式 1、分煤层大巷：每一个煤层布置一条煤层大巷。利用一条主石门与各大巷联系起来 1）、布置：（绘图说明） 2）、优点：初期工程量小，反向运输少，出煤快。 3）、缺点：总工程量大，煤柱多，维护困难，轨道、管线占用多，生产分散，管理复杂。 4）、适用条件：煤层间距大，集中布置有困难。,83,4.3 开采水平大巷的布置,84,4.3 开采水平大巷的布置,2、集中大巷（图） 1）、布置：多个煤层用一条大巷，在最下层煤底板岩石中或煤中（较硬、较薄）。（绘图说明） 2）、优点：总工程量少，易维护，生产集中，能力大。 3）、缺点：初期工程量较多，煤层间距大时，石门工程量大，反向运输量大。 4）、适用条件：煤层间距小的矿井。,85,4.3 开采水平大巷的布置,86,4.3 开采水平大巷的布置,3、分组集中大巷（图） 1）、布置：划分煤组，每组一条集中大巷。各组大巷用一条主石门联系。（绘图说明） 2）、优点：生产采区多，能力大； 3）、缺点：初期工程量大。 4）、适用条件：煤层数多，能分组。 5）、分组原则： （1）、煤层间距近的分为一组（间距在全井田范围有可能不一致，如被断层断开，可能相距甚远）。 （2）、煤质相同一组，瓦斯涌出量相差太大的分开，有突出、突水危险的分开。,87,4.3 开采水平大巷的布置,88,4.3 开采水平大巷的布置,三、运输大巷位置的选择 主要是在煤层内，还是底板岩石内及距煤层的间距大小。 1、煤层大巷 1）、优点： （1）掘进易、速度快、投资少； （2）可探明煤层状况； （3）出煤快、见效快，对环境保护有利。 2）、缺点： （1）、维护困难，费用大，受采动影响严重； （2）、大巷的坡度和方向不易保证； （3）、煤柱损失大，上下两侧各需留40 50m，易发火。 3）、适用条件：中、小型矿井，采用分层大巷布置。特殊情况，如底板附近有含水层或岩石软；煤无自燃发火危险且较硬的条件下。,89,4.3 开采水平大巷的布置,2、岩石大巷 优缺点与煤层大巷相对应。多数矿井采用。其位置应避开支承压力的影响。 h=1530m，考虑采区用岩石上山，集中平巷，采区煤仓诸因素一般h=30m以上。 四、矿井总回风巷的布置 主要是第一水平总回风巷的布置（以后各水平则利用前一水平运输大巷）。 有三种方式： 1、布置在最下层煤层中。最下层煤为薄及中厚煤层，煤质较硬，围岩稳定。 2、布置在底板岩石中。同运输大巷相似，距煤层1520m。 3、与运输大巷在一个层位，两者也可高差 1015m。条带式开采时用。 4、若回风大巷距地面较近，有时需在煤层中留防水煤柱。 5、在急倾斜煤层中，回风大巷要考虑煤层地板的滑动问题。,90,第五章 井底车场,井底车场是矿井的咽喉，是煤、料、人、物的转运处，是枢纽，是开采水平布置的重要部分。 定义：连接井筒和井下运输巷道的一组巷道和硐室的总称。,91,5.1井底车场硐室,92,5.1井底车场硐室,一、主井系统硐室 推车机，翻车机硐室（卸载硐室），井底煤仓、装载硐室、清仓硐室。井底水窝泵房。硐室的布置与线路布置有关，应在易维护的岩石中。 二、副井系统硐室 马头门、泵房、变电所、水仓、清仓硐室，候车站。泵房与变电所相邻。水仓最低，水仓入口处是开采水平的最低点。泵房、变电所高于井底车场水平0.5m，有防水门、防火门。 三、其它硐室 调度室、医疗室、架线、蓄电池机车库、机车修理间、充电室、火药库、消防库。充电室、火药库需单独回风。,93,5.2 调车方式及线路布置,一、调车方式 1、顶推调车 2、专用设备调车 3、甩车调车（自滚式） 4、顶推拉调车,94,5.2 调车方式及线路布置,二、存车线长度的确定 井底车场有主井煤车和付井材料，矸石的空重车线、调车线， 长度： 1、井空、重车线长：大型井，1.52.0列，中小型，1.01.5列。 2、付井空、重车线长：大型井：1.01.5列，中小型0.51.0列。而付井提矸时，一般应大于1.0列，小型井按0.5列。 3、材料车线：大型，10个矿车以上，一般为1520个。中小型为510个。 4、调车线：一整列车长（矿车加上机车长）（图）,95,5.2 调车方式及线路布置,96,第六章 采煤方法概念及分类 6.1采煤方法的概念,任何一种采煤方法均包括二项主要内容：采煤系统、回采工艺。 1、采场：直接大量采取煤炭的场所称采场；也叫采煤工作面，采煤礃子面。 2、回采工作面：采场内进行回采的煤壁称回采工作面。一般通俗称采场为回采工作面。 3、回采工作：在采场内，为采出煤炭所进行的一系列工作。由5个字组成：破、装、运（采煤过程）、支、控（顶板管理）。 4、辅助工作：为正常完成回采工作面的工作而需要做的辅助工作或服务工作。如：移溜、洒水、灌浆、端头支护、通风、运料、顺槽支护、工作面标准化管理的工作等。,97,6.1采煤方法的概念,5、回采工艺：在回采工作面，按照一定顺序完成各项回采工作的方法及其配合，称为回采工艺；煤层自然条件不同，采用机械不同，完成这些工序的方法就不同，在进行的时间、顺序、空间上都有一定的规律。 6、回采工艺过程：在一定时间内，按照一定顺序完成回采工作各项工序的过程称回采工艺过程。 7、采煤系统：回采巷道与采场的回采工作在时间上的配合和空间上的相互关系称回采巷道布置系统，也叫采煤系统。 8、采煤方法：采煤系统与回采工艺的组合。新的设备具有新的回采工艺，要求有新的采煤系统。采煤系统又会促进回采工艺的改造，互相影响。,98,6.2采煤方法的分类及应用情况,我国幅源辽阔，地质条件差异很大，各种各样的采煤方法很多。 一、壁式体系采煤法 以长壁工作面为主，占95%以上的产量。 1、薄及中厚煤层单一长壁的采煤方法一次采全高，整层开采。,99,6.2采煤方法的分类及应用情况,图,100,6.2采煤方法的分类及应用情况,101,6.2采煤方法的分类及应用情况,顶板管理用全部垮落。若坚硬，可强制放顶，高压注水等。若效果不理想，可采用刀柱式1.66%（图）。此种方法占总产量的53.34%，其中，单一走向、单一倾斜、刀柱式、厚煤层大采高一次采全厚采煤法为43.16%、8.65%、1.66%、2.44%。,102,6.2采煤方法的分类及应用情况,2、厚煤层分层开采的采煤方法 煤厚，一次采不了，分成若干层，一次次回采。 1）、倾斜分层（图2-4a ） 2）、水平分层（急倾斜厚煤层（M10m）（图2-4b ） 3）、斜切分层 （急倾斜厚煤层（M10m）（图2-4c ） 一般采用下行垮落方法。 3、厚煤层整层开采 1）、4.5m以下一次采全高（大采高） 2）、10m以下一次采全高，放顶煤。 3）、4.06.0m急倾斜，5565，采用伪倾斜柔性掩护式支架采煤。 4）、25m以上的厚煤层，可采用分段放顶煤；,103,6.2采煤方法的分类及应用情况,104,6.2采煤方法的分类及应用情况,二、柱式体系采煤法 国内用的较少，占产量34%。（图）,105,第七章 采区巷道的布置形式及分析,构成完整的采准系统，才能采煤。因此，需要在开拓巷道的基础上，再开一系列准备巷道和回采巷道。保证运输、通风、行人、排水等。 采区巷道的布置形式有许多种，根据不同的地质条件，可采用不同的形式。,106,7.1倾斜、缓倾斜走向长壁的采区巷道布置式,对于单一煤层，单一厚煤层、煤层群可有三种基本形式：单层、联合、倾斜分层。 一、单层准备方式 采用分层大巷时，一定是单层布置。图4-1中，是用石门贯穿各煤层，此煤是单一的薄及中厚煤层或一次采全高的厚煤层。 1、准备过程：已有的巷道，后准备的巷道，图4-1巷道交汇处，局扇等。 2、生产系统：1）煤、2）料、3）、风、4）、掘进煤；5）、供电；6）、供水； 3、巷道类型：回采巷道，准备巷道。 1）、为整个采区服务的巷道：运、轨上山，通风、行人、采区上中下部车场、煤仓、绞车房、变电所等； 2）、连接巷道：下部车场（上山与大巷），上部车场（上山与回风石门），中部车场（上山与区段平巷）。 3）、安装机电设备的硐室：绞车房、变电所； 4）、联络巷；,107,7.1倾斜、缓倾斜走向长壁的采区巷道布置式,108,7.1倾斜、缓倾斜走向长壁的采区巷道布置式,二、单一厚煤层倾斜分层准备方式 煤层较厚，不能一次采完，而需要分层，大多数采用下行全部垮落法，少数用上行充填法。在下行分层采煤过程中，层间需铺设假顶（人工假顶）。,109,7.1倾斜、缓倾斜走向长壁的采区巷道布置式,110,7.1倾斜、缓倾斜走向长壁的采区巷道布置式,三、煤层群单层准备方式 采区石门贯穿的各个煤层均单独布置采区上山、车场、装车站。 四、多煤层联合准备方式 在大巷采用集中大巷或分组集中大巷的布置时，集中一部分煤层采用一组上山（下山）来开采。 五、煤层群分组集中采区联合准备方式 煤层群组用一组大巷开拓，但组内可能分成几个分组，一个分组内联合，形成独立的生产系统，,111,7.1倾斜、缓倾斜走向长壁的采区巷道布置式,112,7.2倾斜、缓倾斜走向长壁采区巷道布置的分析,一、区段平巷的布置 1、区段参数：区段斜长及区段走向长度 1）、区段斜长：回采工作面长度，区段煤柱宽度和上下两巷宽度之和。 工作面长：综采工艺，不小于160m；普采工艺，薄煤层，不小于120m，中厚煤层，不小于140m；炮采工艺，80150m； 煤柱宽度，815m； 平巷宽：普、炮采，2.53.0m，综采4.04.5m； 2）、区段走向长：就是采区走向长，一翼的长度约为工作面的推进长度； 一翼长：综采时，当采高大于3.2m或小于1.4m时，不小于1000m；采高在1.43.2m之间，不小于1200m；普采时，不小于700m；炮采时，420540m；采区走向长，分为单翼、双翼。,113,7.2倾斜、缓倾斜走向长壁采区巷道布置的分析,2、区段平巷的坡度和方向 平巷，实则不平，有510的坡度，这是由于煤层起伏造成的； 1）、普采面区段平巷 （1）、轨道平巷：也叫回风平巷，回风顺槽，上