第一篇煤矿开采概论

1、第一篇 煤矿开采概论矿 山 建 设 工 程Copyright2005 矿山建设工程矿山建设工程21 煤田地质基础知识 v煤的形成？ 1.1煤层埋藏特征与煤层分类 植物v成煤条件：植物、气候、地理、地壳生物化学物理化学 腐泥煤(低等) 腐植煤(高等)两个阶段Copyright2005 矿山建设工程矿山建设工程3v颜色 一般从褐煤、烟煤到无烟煤，其颜色从棕褐、褐黑、深黑到灰黑色、钢灰色。煤粉末的颜色称为粉色，亦称条痕色（或条痕） v光泽 腐植煤随煤化程度的增高，光泽增强；但煤岩成分不同，其光泽增强程度不同。 v密度 一般暗煤密度较大，亮煤次之，镜煤最小。 v硬度v裂隙v导电性 褐煤由于孔隙度大，湿

2、度大，电阻率低；褐煤向烟煤过渡时，电阻率剧增，所以低、中变质烟煤是电的不良导体；随着煤化程度的增高，电阻率减小，到贫煤、无烟煤时，电阻率较低，尤其是无烟煤阶段，电阻率急剧减小，为电的良导体。 煤层埋藏特征与煤层分类煤的物理性质 Copyright2005 矿山建设工程矿山建设工程4v无烟煤（WY） 煤化程度最高 、硬度和密度最大、挥发分低，固定碳高，燃点高，火力耐久。良好的民用燃料，可作为化工原料和制作电极等。 v贫煤（PM） 煤化程度高、挥发分低，热值较高，耐烧，一般不粘结或微弱粘结，不结焦作为动力用煤或民用煤。 v瘦煤（SM） 煤化程度较高，挥发分低，粘结性中等，抗碎强度，耐磨强度较差，作

3、为炼焦配煤效果较好。v焦煤（JM） 中等煤化，中等强粘结性，能产生热稳定性很高的胶质体。单独炼焦时能获得块度大、裂纹少、抗碎强度高、耐磨强度高的焦炭，所以叫焦煤。作为配煤炼焦使用较好。 煤的分类 煤层埋藏特征与煤层分类Copyright2005 矿山建设工程矿山建设工程5v肥煤（FM） 中等煤化程度，挥发分中高，粘结性最强，能产生大量的胶质体，所以叫肥煤。单独炼焦时能获得熔融性好、强度高、耐磨强度比焦煤炼出的焦炭还好的焦炭。肥煤是配煤炼焦中的基础煤。 v气煤（QM） 低煤化程度，加热时能产生大量的气体和焦油，所以叫气煤。粘结性较强，也可单独结焦，焦炭多呈细长条而易碎，并有较多的纵裂纹，其抗碎强

4、度和耐磨强度均较其它炼焦煤差。气煤是制造煤气的良好原料。 v长焰煤（CY） 煤化程度最低的烟煤。颜色为褐黑色，条痕为深棕色，沥青光泽。燃烧时能发出长长的火焰而得名。粘结性差，只能作为动力用煤或气化用煤。v褐煤（HM） 颜色为褐色，也有的呈褐黑或黑色，但条痕均为褐色，故称褐煤。光泽暗淡，比重轻，碳含量低，水分大，无粘结性，含有少量的腐植酸。主要作为化工、气化及民用煤。按煤的综合利用分类：按煤的综合利用分类： 炼焦用煤、气化用煤、低温干馏用煤、加氢液化用煤、燃烧用煤。 煤的分类 煤层埋藏特征与煤层分类Copyright2005 矿山建设工程矿山建设工程6v煤田：在同一地史发展过程中，由炭质物的沉积

5、并连续发育而造成的大面积含煤地带，称为煤田。v储量：指地下埋藏着具有工业开采价值的煤炭资源的数量，可用分级和分类来表示其价值。 煤层埋藏特征 A、B-高级储量C、D-低级储量 级别越高，表示地质情况勘查得越详细，煤炭的数量和质量了解得越可靠。 煤层埋藏特征与煤层分类Copyright2005 矿山建设工程矿山建设工程7v煤层结构 ：根据煤层中有无稳定的岩石夹层（夹矸），将煤层分为简单结构煤层和复杂结构煤层 。煤层埋藏特征 煤层埋藏特征与煤层分类v煤层埋藏深度 煤层埋藏的深度大小不一，最大埋藏深度可达2km。目前我国的开采深度已达千米以上 。 v煤层厚度 v层数及层间距 Copyright200

6、5 矿山建设工程矿山建设工程8v煤层顶底板 煤层埋藏特征 煤层埋藏特征与煤层分类 常见的煤层顶底板岩石有碳质页岩、砂质泥岩、砂岩、石灰岩、粘土岩、砾岩等。 伪顶直接顶基本顶 Copyright2005 矿山建设工程矿山建设工程9v按煤层倾角分煤层分类 煤层埋藏特征与煤层分类v按煤层厚度分 v按煤层稳定性分 稳定、较稳定、不稳定、极不稳定煤层 Copyright2005 矿山建设工程矿山建设工程10v三种基本类型：单斜构造、褶皱构造和断裂构造。 1.2 地质构造 v岩层的产状 走向、倾向和倾角 。 真倾角视倾角Copyright2005 矿山建设工程矿山建设工程11褶皱构造 地质构造 单个弯曲褶

7、曲 多个褶曲相连褶皱Copyright2005 矿山建设工程矿山建设工程12褶皱构造Copyright2005 矿山建设工程矿山建设工程13断裂构造地质构造 ab垂直断距（落差） bc水平断距 a-正断层；b-逆断层；c-平推断层v断层要素 v断层分类 Copyright2005 矿山建设工程矿山建设工程14冲蚀、岩溶塌陷和岩浆侵入 地质构造 a-同生冲蚀；b-后生冲蚀 Copyright2005 矿山建设工程矿山建设工程15v井田区域地形图 井田区域地形图是全面反映井田范围内地物和地貌的综合性图纸。地物是指地面上各种不同的物体，如农田、河流、道路、森林、房屋建筑等，地貌是指地面高低起伏的形态

8、，加高山、盆地、山谷、山脊等。1.3 采矿常用图件 比例符号比例符号非比例符号非比例符号线状符号线状符号 注记说明注记说明：补充以上符号不足而加的文字说明，如地名、村名、铁路名、测点的标高值等。 Copyright2005 矿山建设工程矿山建设工程16地形等高线 采矿常用图件 地形等高线图地形等高线图 Copyright2005 矿山建设工程矿山建设工程17地形等高线 采矿常用图件 地貌与等高线图地貌与等高线图 山脊山脊凸凸出方向出方向坡度坡度降低降低山谷山谷凸出方向凸出方向坡坡度升高度升高Copyright2005 矿山建设工程矿山建设工程18井田区域地形图的识读 采矿常用图件 识读井田区域

9、地形图，应从整体开始，先看轮廓，后看细部，逐渐深入，这样就能获得较清晰全面的认识。 图名、比例尺、北方向、地貌概况、地物情况图名、比例尺、北方向、地貌概况、地物情况 Copyright2005 矿山建设工程矿山建设工程19煤层底板等高线图 采矿常用图件 不同高程的水平面与煤层底板的交线，称为煤层底板等高线。将煤层底板等高线，用标高投影的方法投影到水平面上，按照一定比例尺绘出的图纸，称为煤层底板等高线图。 Copyright2005 矿山建设工程矿山建设工程20煤层底板等高线图 采矿常用图件 v表示方法：褶曲构造、盆地及穹隆构造、倒转煤层构造、断层构造。 盆地和穹隆构造盆地和穹隆构造褶曲构造的表

10、示法褶曲构造的表示法 倒转煤层构造倒转煤层构造正断层正断层逆断层逆断层 Copyright2005 矿山建设工程矿山建设工程21断层构造断层构造上盘上盘下盘下盘Copyright2005 矿山建设工程矿山建设工程22采掘工程平面图 采矿常用图件 l 主要反映井田或采区技术边界线，保护煤柱边界线，煤层露头线或风化带，煤层底板等高线，较大断层断面交线，向斜、背斜轴线，煤层尖灭带，火成岩侵入区等。l 主要用途：了解本煤层或邻近煤层地质情况及采掘工程空间位置关系，指挥生产，及时掌握采掘进度，进行采区设计，修改地质图件，安排生产计划，以及进行三量计算等。l 采掘工程平面图有两种类型：一种是设计图，如井田

11、开拓方式图、水平主要巷道平面图、采区巷道布置图、采煤工作面布置图等；另一种是测量图，如井田煤层采掘工程平面图、采区煤层采掘工程平面图、采煤工作面煤层采掘工程平面图等。l 井田区域地形图、煤层底板等高线图及采掘工程图是煤矿必备的基本图件。 Copyright2005 矿山建设工程矿山建设工程23采矿常用图件 采掘工程投影平面示意图采掘工程投影平面示意图 1主井；主井；2副井；副井；3井底车场；井底车场；4运输大巷；运输大巷；5上山；上山；6区段平巷；区段平巷；7工作面；工作面；8回风巷；回风巷；9采空区；采空区；10风井风井 Copyright2005 矿山建设工程矿山建设工程242 井田开拓

12、v几个基本概念 2.1 井田与井田的再划分 煤田 在地质历史发展的过程中，含炭物质沉积形成的基本连续的大面积含煤地带，称为煤田。矿区 开发煤田形成的社会区域，成为矿区。井田 在矿区内，划归给一个矿井开采的那一部分煤田，称为井田（矿田）。 Copyright2005 矿山建设工程矿山建设工程25v划分的原则 ：充分利用自然条件、要有合理的走向长度、要处理好相邻井田的关系、要为矿井的发展留有余地、要有良好的安全经济效果。 v划分方法：垂直划分、水平划分、按煤组划分及按自然条件形状划分。 煤田划分为井田 井田与井田的再划分1垂直划分；垂直划分；2水平水平划分；划分；3以断层为界以断层为界1、2浅部分

13、组建斜井；浅部分组建斜井；3深部集中建立井深部集中建立井Copyright2005 矿山建设工程矿山建设工程26v阶段 ：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，每个长条部分具有独立的生产系统，称之为一个阶段。 倾斜煤层v盘区:沿煤层的延展方向布置大巷，在大巷两侧划分成为具有独立生产系统的块段，这样的块段称为盘区或带区 。 近水平煤层井田的再划分阶段和盘区 井田与井田的再划分Copyright2005 矿山建设工程矿山建设工程27阶段的再划分井田与井田的再划分采区式划分 分段式划分 带区式划分 采区沿走向划分阶段区段沿倾向划分采区Copyright2

14、005 矿山建设工程矿山建设工程28v立井开拓立井开拓 2.2 井田开拓方式 1主井主井2副井副井3井底车场井底车场4主要石门主要石门5运输大巷运输大巷6回风大巷回风大巷7分带运煤斜巷分带运煤斜巷8分带回风巷分带回风巷9工作面工作面10溜煤眼溜煤眼11运料斜巷运料斜巷12行人进风斜巷行人进风斜巷13回风井回风井 （单水平带区式开拓）（单水平带区式开拓） 由地表进入煤层为开采水平服务所进行的井巷布置和开掘工程称为井田开拓 Copyright2005 矿山建设工程矿山建设工程29井田开拓方式1主井主井2副井副井3第一阶段运输平巷第一阶段运输平巷4第二阶段运输平巷第二阶段运输平巷5第一阶段回风平巷第

15、一阶段回风平巷6副巷副巷7井底水仓井底水仓8联络巷联络巷9采煤工作面采煤工作面10联络巷联络巷11车场车场12主要通风机主要通风机 v斜井开拓斜井开拓 2.2 井田开拓方式 片盘斜井开拓片盘斜井开拓 Copyright2005 矿山建设工程矿山建设工程30井田开拓方式1主井主井2副井副井3第一阶段运输平巷第一阶段运输平巷4第二阶段运输平巷第二阶段运输平巷5第一阶段回风平巷第一阶段回风平巷6副巷副巷7井底水仓井底水仓8联络巷联络巷9采煤工作面采煤工作面10联络巷联络巷11车场车场12主要通风机主要通风机 v斜井开拓斜井开拓 2.2 井田开拓方式 片盘斜井开拓片盘斜井开拓 Copyright200

16、5 矿山建设工程矿山建设工程31井田开拓方式v综合开拓综合开拓 2.2 井田开拓方式 主斜井主斜井副立井开拓副立井开拓 主平硐主平硐副斜井开拓副斜井开拓 主平硐主平硐副立井开拓副立井开拓 Copyright2005 矿山建设工程矿山建设工程32v垂直巷道垂直巷道 (井筒井筒)2.3 矿井巷道 立（竖）井：有通达地面出口，是进入地下的主要垂直巷道，一般位于井田中部。担负矿井主要提煤任务的称为主井，担负人员升降、下料和提矸等辅助提升任务的称为副井。 小井：也有通达地面的出口，但断面和深度都较小，一般在井田上部边界地点，只作为地质勘探或临时提升以及通风等用。 暗立井（盲立井）：没有直接通达地面的出口

17、的垂直巷道。根据其所担负的任务不同可分为主暗立井（下一水平的煤炭提升井）、副暗立井（下水平的矸石提升、物料及人员的升降等）、溜煤井。 Copyright2005 矿山建设工程矿山建设工程33v水平巷道水平巷道矿井巷道 平硐：有一个通达地面的出口，是进入地下的主要水平巷道。一般除运煤外，还兼作运料、行人、通风、供电和排水等用。若开掘两条平硐，根据用途不同，也可分成主平硐和副平硐。 平巷：没有通达地面的出口，在地下的煤层中或岩层中沿其走向所开掘的水平（5以下坡度）巷道。一般有集中运输平巷、主要运输平巷、区段运输与回风平巷等。 石门：没有通达地面的出口，在岩层中开掘的垂直或斜交于岩层走向的水平巷道。

18、如联络石门、运输石门、回风石门等。 煤门：没有通达地面的出口，在煤层中开掘的垂直或斜交于煤层走向的水平巷道。 Copyright2005 矿山建设工程矿山建设工程34v倾斜巷道倾斜巷道矿井巷道 斜井：斜井： 有一个通达地面的出口，是进入地下的主要倾斜巷道。其用途与立井相同并有主、副井之分。 上山：上山： 没有通达地面的出口，且位于开采水平之上，沿煤层或岩层从主要运输大巷由下向上开掘的倾斜巷道。根据其服务范围不同，可分为阶段上山、采区上山等。根据其用途不同，可分为输送机上山和轨道上山。有的采区布置有通风或行人上山、集中溜煤上山等。 下山：下山：它的位置和开掘方向与上山相反。除溜煤下山、输送机下山

19、是向上运煤和轨道下山是向下运料以外，其它与上山相似。 溜煤眼：溜煤眼：专作溜煤用的小斜巷。 开切眼：开切眼：连接区段运输平巷和区段回风平巷的斜巷，准备开采的采煤工作面。 Copyright2005 矿山建设工程矿山建设工程35矿井巷道 硐室：硐室：长度较小，断面较大的特殊巷道。一般有变电所、水泵房、火药库、电机车库、躲避所、井下调度室、候车室等。 2.3 矿井巷道 v开拓巷道开拓巷道 为全矿井或一个开采水平服务的巷道称为开拓巷道。如井筒（或平硐），井底车场、回风井、主要石门、主要运输和回风平巷等巷道为开拓巷道。v准备巷道准备巷道 为一个采区或两个以上的回采工作面服务的巷道称为准备巷道。如采区车

20、场、采区煤仓、采区上（或下）山、区段集中平巷、区段集中石门等巷道为准备巷道。v回采巷道回采巷道 为一个回采工作面服务的巷道称回采巷道。如区段车场、区段运输和回风平巷、工作面开切眼等巷道为回采巷道。 Copyright2005 矿山建设工程矿山建设工程36v 硐室硐室矿井巷道主井主井副井副井井底车场井底车场主要运输石门主要运输石门主要运输平巷主要运输平巷主要回风平巷主要回风平巷风井风井主要回风石门主要回风石门Copyright2005 矿山建设工程矿山建设工程373 采煤技术 v顶板分类 3.1 矿山压力基本知识 伪顶 它直接位于煤层之上，是一层极易垮落的薄岩层，常随采随落，多由页岩或泥质页岩组

21、成，厚度一般在0.30.5m以下。 直接顶 直接位于伪顶或煤层（无伪顶时）之上，常由一层或数层页岩、砂质页岩组成，厚度由几米至十余米，不很坚硬，是工作面支架支护的主要对象，一般在回柱或移支架后很快垮落。老顶 位于直接顶或煤层（因为有些煤层无伪顶或无直接顶）之上，是由砂岩、石灰岩或砾岩等组成的厚而坚硬的岩层。一般情况下，老顶能在采空区上方维持很大的悬露面积，不随直接顶一起垮落。 Copyright2005 矿山建设工程矿山建设工程38矿山压力基本知识v采场矿山压力现象采场矿山压力现象 顶板下沉、顶板下沉速度、支柱变形与折损、顶板破碎情况、局部冒顶、工作面顶板沿煤壁切落（或称大面积冒项）。 v老顶

22、初次来压老顶初次来压 当直接顶垮落后不能充满采空区支撑老顶时，随着工作面的不断推进，老顶悬露跨度不断增加，老顶开始变形。当达到极限跨度时，其自重及上覆岩层的重量超过它本身的强度极限，老顶将发生断裂和大面积的垮落，称为老顶初次垮落。 老顶初次垮落时给工作面造成的压力增大的现象，称为老顶初次来压。老顶初次垮落时，开切眼煤壁至工作面煤壁的距离，称为老顶初次垮落步距。 采场矿压显现规律 LCopyright2005 矿山建设工程矿山建设工程39矿山压力基本知识老顶周期来压老顶周期来压 当老顶的悬露跨度达到一定长度时，在老顶自重及上部岩体弯曲下沉的作用下，又将发生老顶的折断和垮落。随着工作面的推进，老顶的这种垮落现象周而复始地出现，称为老顶周期垮落。 周期垮落时给工作而造成压力增大的现象，称为老顶周期来压。每次周期来压的间隔距离称为周期来压步距。 采场矿压显现规律