采煤概论第一章

1、采煤概论采煤概论高文哲高文哲 1521419198515214191985 我国能源结构及煤炭需求概况我国能源结构及煤炭需求概况 我国煤矿生产技术发展概况我国煤矿生产技术发展概况 采煤概论的基本内容采煤概论的基本内容绪论绪论一、我国能源结构及煤炭需求概况一、我国能源结构及煤炭需求概况 l煤炭是现代世界五大能源（煤炭、石油、天然气、煤炭是现代世界五大能源（煤炭、石油、天然气、水电、核电）之一水电、核电）之一 l我国是世界上第二大能源消费国和第三大能源生产我国是世界上第二大能源消费国和第三大能源生产国国 l我国目前在一次性能源生产总量中，煤炭产量占我国目前在一次性能源生产总量中，煤炭产量占70%7

2、0%以上以上 l随着国民经济的快速发展，对能源的需求也呈快速随着国民经济的快速发展，对能源的需求也呈快速增长的态势。增长的态势。 绪论绪论 我国是世界上第二大能源消费国和第三大能源生产国，煤炭是现代世界五大能源（煤炭、石油、天然气、水电、核电）之一，是我国的主要能源，也是国家能源安全和经济安全的基础。绪论绪论绪论绪论 中国煤炭资源虽丰富，但勘探程度较低，经济可采储量较少。所谓经济开采储量是指经过勘探可供建井，并且扣除了回采损失及经济上无利和难以开采出来的储量后，实际上能开采并加以利用的储量。在目前经勘探证实的储量中，精查储量仅占30，而且大部分已经开发利用，煤炭后备储量相当紧张。中国人口众多，

3、煤炭资源的人均占有量约为2344t，而世界人均的煤炭资源占有量为3127t，美国人均占有量更高达1045t，远高于中国的人均水平。绪论绪论 中国煤炭资源在储量、勘探程度、地理分布、煤种及煤质等方面有以下特点： 1）煤炭资源丰富，但人均占有量低。 2）煤炭资源的地理分布极不平衡。 3）各地区煤炭品种和质量变化较大，分布不理想。 4）条件简单，适于露天开采的储量少。绪论绪论 采煤概论是一门系统介绍煤矿建设和生产技术基础知识的课程，主要包括：煤矿地质知识、井田开拓、矿井生产系统、井巷掘进与支护、采煤方法、矿井通风、矿井灾害及预防、露天开采煤矿环境保护等内容。绪论绪论 二、我国煤矿生产技术发展概况 1

4、.矿井建设施工技术的发展 2.煤矿开采技术的发展 3.矿山机械制造技术的发展 煤矿安全技术的发展绪论绪论第一节、地壳与地质作用第二节、煤的形成、用途与分类第三节、影响煤矿生产的地质因素第四节、煤田地质勘探及储量第五节、煤矿地质图第一章第一章 煤矿地质与矿图基础知识煤矿地质与矿图基础知识 煤矿开采要求在安全生产的条件，以最佳的经济效益、先进的科学手段、符合国家有关开采规定，将埋藏在地下的煤开采出来。煤和其他矿产资源的形成与存在，都是地球物质运动和各种地质作用的产物。因此，了解地球物质的运动规律，认识煤炭资源的形成与各种地质作用的关系，掌握煤层的性质及其埋藏特征，提高基本地质图件的识读能力，是从事

5、煤矿工作者必须具备的基本知识和基本技能。第一节、地壳与地质作用第一节、地壳与地质作用 地球的精确形状是北极略尖突、南极略凹进的梨形椭球状，赤道半径6378.160km，两极半径6356.755km，平均半径6371.025km。第一节、地壳与地质作用第一节、地壳与地质作用 一、地球的圈层构造一、地球的圈层构造 地球的圈层构造，是指地球的组成物质在空间上呈圈层状的分布，它表明地球不是一个均质体。以地表为界，分为外圈层和内圈层。外圈层包括大气圈、水圈、生物圈；内圈层包括地壳地幔、地核。第一节、地壳与地质作用第一节、地壳与地质作用第一节、地壳与地质作用第一节、地壳与地质作用第一节、地壳与地质作用第一

6、节、地壳与地质作用 二、地壳的物质组成二、地壳的物质组成 组成地壳的固体物质是岩石，岩石是由一种或多种矿物组成的，矿物又是由一种或多种自然元素在地质作用下组合在一起的、具有一定外部形态、物理性质和比较固定的化学成分的自然物质。可见，矿物是组成地壳岩石的物质基础。第一节、地壳与地质作用第一节、地壳与地质作用 元素第一节、地壳与地质作用第一节、地壳与地质作用 矿物：自然界中矿物种类繁多，有由一种元素组成的单质矿物，也有由一种以上元素化合形成的矿物 ：石英、赤铁矿等。第一节、地壳与地质作用第一节、地壳与地质作用 岩石：自然界的矿物，很少单独存在，它们常常彼此结合或共生为复杂的集合体。在地质作用下形成

7、的一种或一种以上矿物的集合体，称为岩石。 石灰岩、花岗岩等。第一节、地壳与地质作用第一节、地壳与地质作用由于矿物的种类很多，地质作用的方式和过程又很复杂，因此形成的岩石种类也多。根据它们的成因，岩石可以分为岩浆岩、沉积岩和变质岩等三大类。岩浆岩岩浆岩：岩浆侵入到地壳不同深度或喷出地表逐渐冷凝而形成的岩石称岩浆岩，或叫火成岩。第一节、地壳与地质作用第一节、地壳与地质作用沉积岩沉积岩：沉积岩是由母岩（早期形成的岩浆岩、沉积岩和变质岩）经过风化、剥蚀及搬运后，在一定地质条件下沉积、固结成岩而形成的一种层状岩石。煤是一种主要由植物遗体转变而成的沉积岩第一节、地壳与地质作用第一节、地壳与地质作用变质岩：

8、地壳上先已形成的岩石（岩浆岩、沉积岩、变质岩），由于高温、高压和外来物质的参入，而引起其化学成分和矿物成分、结构及构造的改变，形成新的岩石，称为变质岩。第一节、地壳与地质作用第一节、地壳与地质作用在漫长的地质年代中，由于自然动力所引起的地壳物质组成、内部构造和地壳形态等方面发生变化与发展的作用称为地质作用地质作用。第一节、地壳与地质作用第一节、地壳与地质作用第一节、地壳与地质作用第一节、地壳与地质作用第一节、地壳与地质作用第一节、地壳与地质作用第一节、地壳与地质作用第一节、地壳与地质作用 四、地史及地层四、地史及地层 为了便于研究，通常根据地壳运动及古生物的发展，把地壳的历史划分宙、代、纪、世

9、、期、时宙、代、纪、世、期、时六个地质年代单位（时间单位时间单位）。其中，宙是地质年代中最大单位，宙下分代，代下分纪，纪下分世，世下分期，期下分时。 在各个年代中，都有相应的沉积岩层形成。不同年代所形成的地层与地质年代单位相对应，从大到小依次分为宇、界、系、统、阶、时间宇、界、系、统、阶、时间带六个等级，它是国际统一的地层单位地层单位。第一节、地壳与地质作用第一节、地壳与地质作用 一、煤的形成过程 煤煤是由古代植物遗体经过一系列复杂的生物化学与物理变化而形成的。 古代植物遗体转变成煤，是一个漫长的、复杂的变化过程。第二节、煤的形成、用途与分类第二节、煤的形成、用途与分类 1、泥炭化阶段 泥炭化

10、阶段是指高等植物遗体，经过复杂的生物化学作用，转变成泥炭的过程。古代生长在沼泽区的植物生长旺盛。死去的植物遗体被堆积在沼泽底部，避免与空气中氧元素的接触；在生物化学作用下，使组成高等植物有机体的主要成分逐渐转化成腐植酸等新的合成物质。在植物分解、化合过程中形成的硫化氢、二氧化碳、沼气等气态物质挥发逸散，从而使氧元素和氢元素的含量减少，碳元素的含量相对增加。最后，新生的合成物质与尚未分解的植物遗体残骸，以及由地表流水带入沼泽的泥砂与地下水中溶解的矿物质等混合在一起，就形成泥炭。第二节、煤的形成、用途与分类第二节、煤的形成、用途与分类 2煤化阶段 泥炭形成之后，随着时间的推移，地壳继续缓慢下沉，泥

11、炭不断堆积而形成泥炭层，由于地壳沉降速度加快，泥炭便被流水带来的泥砂等沉积物所覆盖。随着地壳的进一步沉降，泥炭将下降到地下较深的地方，其上的覆盖层也逐渐加厚。这对细菌的生存很不利，致使生物化学作用逐渐减弱乃至消失，取而代之的是以逐渐升高的温度和压力为主的物理化学作用。泥炭逐渐被压紧，失去水分并放出部分气体，变得致密起来，泥炭中碳元素含量逐渐增加，氧、氢元素的含量逐渐减少。这样，经过一系列的变化，泥炭变为褐煤。褐煤形成后，如果当地地壳停止下降，那么成煤作用就可能停止在褐煤阶段；若地壳继续下降，煤层被埋到更深的地下，压力和温度不断增高，地质作用继续进行煤中有机分子要重新排列，致使煤中氧和氢含量进一

12、步减少，碳的含量相对增加，褐煤可进一步变为烟煤；烟煤层受到更大的压力和温度的作用，变质程度继续增加，就形成无烟煤。第二节、煤的形成、用途与分类第二节、煤的形成、用途与分类 要形成煤炭必须要有以下四个条件： 第一，植物的大量繁殖。 第二，温暖潮湿的气候。 第三，适宜的古地理环境。 第四，地壳运动的配合。 第二节、煤的形成、用途与分类第二节、煤的形成、用途与分类 二、煤系 煤系煤系是指在一定的地质时期内，形成的具有成因联系密切，并且连续沉积的一套含有最低可采厚度以上煤层的沉积岩层，也称含煤岩系。第二节、煤的形成、用途与分类第二节、煤的形成、用途与分类 三、煤的工业分类 （一）煤的工业指标 为了便于

13、鉴别煤质优劣，对煤进行工业评价，国家规定了若干煤质指标。第二节、煤的形成、用途与分类第二节、煤的形成、用途与分类第二节、煤的形成、用途与分类第二节、煤的形成、用途与分类 （二）煤的工业分类 由于成煤的原始物质、生成环境以及变质程度的差异，煤的种类很多，其物理性质、化学组成存在着明显差别。不同性质的煤，用途也不相同。因此，研究煤的性质，科学地对煤进行分类。第二节、煤的形成、用途与分类第二节、煤的形成、用途与分类第三节、第三节、影响煤矿生产的地质因素影响煤矿生产的地质因素 一、煤层的赋存条件 煤层的赋存条件包括：煤层的埋藏深度、厚度、倾角、层数、赋存形态、煤层结构等。 （一）煤层的埋藏深度 煤层的

14、埋藏深度，从数十米到2000m以上。目前我国还只有少数矿井的开采深度超过千米。随开采深度的增加，不但温度、压力增加，而且矿井涌水量和沼气涌出量都会增大，使开采困难。第三节、第三节、影响煤矿生产的地质因素影响煤矿生产的地质因素 （二）煤层厚度 煤层厚度是评价煤层是否具有开采和利用价值的重要因素，同时也是选择采煤方法的依据。 根据开采技术的特点，煤层按厚度划分为三类： 薄煤层 3.5m第三节、第三节、影响煤矿生产的地质因素影响煤矿生产的地质因素 （三）煤层的层数 由于沉积条件的差异，各煤田所含可采煤层层数多少不一。少的仅一层可采，多的可达数十层。多煤层井田的开拓，尤其是层间距的大小以及煤质、煤种的

15、不同，在很大程度上影响到开拓部署和开采程序。 （四）煤层的倾角 煤层的原始产状一般是水平或近水平状态，由于地壳运动的结果，使煤层改变了原始产状，具有一定倾角煤层的倾角越大，开采越困难，也难以实现机械化开采。第三节、第三节、影响煤矿生产的地质因素影响煤矿生产的地质因素 （五）煤层赋存的形态 （六）煤层结构 煤层结构是指煤层内是否含有较稳定的夹石层。通常煤层结构分为简单结构和复杂结构。第三节、第三节、影响煤矿生产的地质因素影响煤矿生产的地质因素 二、煤层顶底板 1.顶板 伪顶 直接顶 基本顶 2底板 直接底 基本底第三节、第三节、影响煤矿生产的地质因素影响煤矿生产的地质因素图18 煤层顶、底板示意

16、图 三、地质构造 原始形成的沉积岩（煤）层，一般是水平或近水平，并在一定分布范围内连续完整。野外见到的沉积岩层，是已受地壳运动的影响而发生倾斜、褶皱，有的还发生了断裂，或沿断裂面发生了位移。这种由地壳运动而造成岩（煤）层的原始产状和原始形态的改变，称为地质构造变动。原有的水平或近水平的岩（煤）层，受地质作用力的影响，产生倾斜、弯曲、断裂等现象，我们统称为地质构造。第三节、第三节、影响煤矿生产的地质因素影响煤矿生产的地质因素第三节、第三节、影响煤矿生产的地质因素影响煤矿生产的地质因素第三节、第三节、影响煤矿生产的地质因素影响煤矿生产的地质因素 （一）单斜构造 在一定的范围内，煤或岩层受地质作用力

17、的影响，产生大致向一个方向倾斜的构造形态称为单斜构造。第三节、第三节、影响煤矿生产的地质因素影响煤矿生产的地质因素第三节、第三节、影响煤矿生产的地质因素影响煤矿生产的地质因素 按煤层倾角把煤层可分为四大类： 近水平煤层 倾角8 缓倾斜煤层 倾角在825 倾斜煤层 倾角在2545 急倾斜煤层 倾角45第三节、第三节、影响煤矿生产的地质因素影响煤矿生产的地质因素 （二）褶皱构造 岩（煤）层在水平方向挤压力的长期作用下，发生塑性变形，形成波状弯曲，但仍保持其连续性，这种构造形态叫褶皱。褶皱构造中岩（煤）层的一个弯曲，称为褶曲。褶曲是褶皱构造的基本单位。 褶曲的基本形态可分为背斜和向斜。第三节、第三节

18、、影响煤矿生产的地质因素影响煤矿生产的地质因素 （三）断裂构造 岩（煤）层受地质作用力的影响，超过其强度极限时，在一定部位沿一定方向产生断裂，失去了连续性和完整性的结构形态叫断裂构造。断裂面两侧的岩（煤）层没有发生明显位移的叫裂隙或节理。当断裂面两侧的岩（煤）层产生了明显位移的断裂构造称为断层。 1断层的要素 断层各组成部分的名称叫断层要素，断层要素有断层面、断盘、断层线和断距第三节、第三节、影响煤矿生产的地质因素影响煤矿生产的地质因素 2断层分类 断层分类方法比较多，常用的主要有三种。 正断层。上盘相对下降，下盘相对上升的断层。 逆断层。上盘相对上升，下盘相对下降的断层。 平移断层。断层两盘

19、沿水平方向相对移动的断层。第三节、第三节、影响煤矿生产的地质因素影响煤矿生产的地质因素 四、岩浆侵入体 由于岩浆作用，使岩浆侵入到含煤地层时，称为岩浆侵入体。在实际生产中发现的岩浆侵入体主要有两种产状：一种是层状的岩床；另一种是脉状的岩墙。第三节、第三节、影响煤矿生产的地质因素影响煤矿生产的地质因素 五、岩溶陷落性 当煤系地层下部存在较厚的可溶性石灰岩地区，由于受地下水长期对石灰岩的化学溶蚀作用，在石灰岩中形成大量的岩溶空洞，溶洞规模不断扩大，在上覆岩层重力及其他因素诱导下，引起溶洞上部煤系地层塌陷。与此同时，地下水的活动又不断对塌落的岩石进行破坏，以化学或机械方式搬运，维持塌落空间，使坍塌由

20、下向上不断发展，最终形成镶嵌与煤系中的碎石堆积体，称为岩溶陷落柱第五节、煤矿地质图第五节、煤矿地质图 一、概述 对经过煤田地质勘探得到原始资料，进行分析、整理，编制而成的各种地质图件，统称为煤矿地质图。 煤矿地质图种类很多，其中主要有：井田地形地质图、综合柱状图、煤岩层对比图、勘探线剖面图、水平切面图和煤层底板等高线图等。第五节、煤矿地质图第五节、煤矿地质图 由于煤层埋藏特征是变化的，难以用一般的工程图来反映它的全貌。所以，地质图件的绘制还采用了一些地质图件绘制的特有方法。例如，使用坐标系统、方位角、象限角和标高投影等。 （一）平面坐标系统 1）地理坐标系：经度、纬度 2）平面直角坐标0第五节

21、、煤矿地质图第五节、煤矿地质图 （二）高程 为了确定点的位置，仅有平面坐标是不够的，还要确定点的高低。点的高低用该点的高程（标高）来表示。由于选取的水准点的高低面不同，高程分为绝对高程和相对高程两种。第五节、煤矿地质图第五节、煤矿地质图方位角及象限角方位角是从子午线的北端开始沿顺时针方向计算，它的范围从0到360。象限角以地面上某一点为中心，用通过这一点的子午线和纬线把大地划成四个象限。象限角的读法是以北或南开头，以东或西结尾，它的范围从0到90。第五节、煤矿地质图第五节、煤矿地质图 （四）标高投影 在水平投影面上，将投影物各点的标高值标注在各投影点旁边，用以说明各点高于或低于大地水准面（或假

22、定水准面）的数值，这种方法叫做标高投影。第五节、煤矿地质图第五节、煤矿地质图二、地形图反映地表高低起伏形状和地物的图纸称为地形图。地形图中一般用地形等高线反映地貌，用地物符号反映房屋、河流、道路等人工和自然构筑物。（一）等高线等高线是高程相同的若干点连接而成的曲线，或者说是水平面与地表面相截的交线。第五节、煤矿地质图第五节、煤矿地质图 等高线具有下列特点： （1）等高线是连续的闭合曲线，如果不在图内闭合，就一定要在图外闭合。所以等高线在一般情况下，不能相交或重合。 （2）等高线上任一点向相邻等高线可以作很多线段，投影到水平后其中最短的一条线段称为最大倾斜线。等高线与最大倾斜线成直交。 （3）等

23、高线稠密表示陡坡，等高线稀疏表示缓坡，等高线均匀表示坡度相同。 （二）用等高线表示各种地形第五节、煤矿地质图第五节、煤矿地质图 三、煤层底板等高线图 煤层层面上的等高线用标高投影的方法投影到水平面上，得到的图形就是煤层等高线图。煤层有顶、底板两个大致平行的层面，一般只绘出底板层面的等高线，即煤层底板等高线图。 根据煤层底板等高线图确定煤层状态： 走向、倾向、倾角第五节、煤矿地质图第五节、煤矿地质图 四、其它地质图件 1地形地质图 地形地质图实际上是地形图和地质图重叠绘制在一起的地质图件，它即反映了矿区地表的地形特征和地物分布位置，又反映出矿区煤、岩的露头分布及地质构造。地质地形图上反应的主要内容有：地形等高线、地物分布及各种地质界线。第五节、煤矿地质图第五节、煤矿地质图 2煤系综合柱状图 煤系综合柱状图是表现井田内煤层层数、厚度、层间距离、标志层特征、顶地板岩层性质及厚度、煤层结构及含水层性质等的地质图件。它是将地质勘探所得的井田全部地质资料按地层时代先后顺序，采用平均厚度由底至顶排列而成的，如图138所示。它可以作为煤层对比的依据，有利于矿