矿大版采矿学绪论部分

1、 煤 矿 开 采 学主讲:孟宪锐中国矿业大学（北京） 绪 论一 能源基础知识 （一）国际能源度量单位1, 标准煤（煤当量）：能源统一计量单位。凡能产生7000大卡（29.27MJ）低位热量的任何能源均可折算为1kg标准煤。2、标准油（煤当量）：凡能产生10000大卡（41.8MJ）低位热量的任何能源均可折算为1kg标准油。3 能源消费弹性系数 能源消费增长率 dE/E = - = - 国民经济增长率 dM/M 当 =1 国民经济产值增加1%且需能源消费增长率为1%； 当 1 能耗多，国民产值低。我国能源消费系数是世界平均水平的3倍，美国的4.7倍，德国的7.7倍，日本的11.5倍2003200

2、8年能源消费弹性系数年份GDP增长%能源消费增长%能源消费弹性系数%200310.015.31.52200410.116.11.60200510.410.61.01200611.69.60.82200711.97.80.6620089.07.30.81（二） 能源是人类生存和发展之本1） 维持最低生活，需要： 0.4 t 标准煤/人年；2）丰衣足食的现代化生活:1.2 -1.6 t标准煤/人年;3）高级现代化生活: 2 -3 t标准煤/人年。主要国家的人均能耗（2000年）国家： 美国 俄罗斯 德国 英国 法国 日本人均： 12.65.9 5.7 5.4 5.1 4.5 中国 世界 1.0 1

3、.24）预计2050年中国一次能源需求超过48亿吨标准煤，其中煤炭需求不会低于50%。5）国家注重煤炭工业的建设，09年对煤矿及洗煤厂投资为3021亿元，比08年增加25.9%（三）能源储量与需求全球石油储量 1370亿吨(96年) 可开采44年全球天然气储量 146万亿立方米(96年) 可开采3674年全球煤炭储量 13200亿吨(98年) 可开采250年 中国石油储量 203亿吨(96年) 可开采20年中国天然气储量 35万亿立方米(2000年) 可开采49.3年中国煤炭储量 地质11598亿吨(2000年） 已圈定可采储量4639亿吨 可开采80年 09年新增探明储量503.6亿吨。新疆

4、东部近几年新增资源储量1200亿吨.，2010年煤炭保有储量13412亿t其他能源:风能 水能 太阳能 生物质能 核能等自1995年以来，煤炭在我国能源生产结构中所占比例一直不低于71.8%，最高77.8%，平均为75.2%。自1995年以来，煤炭在我国能源消费结构中，所占比例一直不低于66.3%，高达74.9%，平均为69.4%。（四）煤炭在我国能源结构和消费中的地位（五）新能源 1、核能：a.核裂变能 目前具有相当规模，运行2个在建7个，规划2020年将建成30个100万KW核电站，能力达到4000万KW ，占全部发电量的4%，但发展前途不确定； b.核聚变能 还不能实现商业化。 2、太阳

5、能：包括太阳能发电和太阳热能，发电商业化是当前太阳能能源发展的热点。 3、风能：包括风力机械能及风力发电，发电已初步实现，还需要规模化、推广。 4、地热能：包括地热利用及地热发电。 5、海洋能：主要指海洋能发电 6、生物质能，如植物油（如玉米油）、生物质制CH4、光合作用的利用、生物质发电 等正在开发的新能源资源(二次能源)地下气化，生成C0十H2，也可认为是二次能源；氢能，一种最优质的二次能源；煤层气，其中90%以上为CH4 ,亦为优质天然气；阳泉2万吨液化煤层气今年投产；1m3煤层气相当1.13升汽油，1.22kg标准煤。可燃冰，即天然气水合物；位于海底5001000米，+-10C, 10

6、Mpa。西沙有4.1万亿立方米储量。页岩气，已在六个省进行开发，储量丰富。仅四川6.8万亿8.4万亿m3岩浆发电（六） 我国煤炭资源现状全国煤炭资源总量5.57万亿吨。其中垂深1000米以内浅煤炭资源总量为2.86万亿吨，目前已查明煤炭资源保有储量达到13412亿吨（2010年）。其中东部占13.5%，中部75.5%，西部11%，列世界第三位。我国煤炭资源特点: 1)精查率低，在查明资源量中，精查率为18.5%，详查率31.1%，普查率50.4%； 2)地质构造复杂，我国资源开采条件属中等偏下，总体上南方和东部构造复杂，北方和西部构造简单，将近50%的储量处于地质构造复杂和高瓦斯地区； 3)产

7、需严重分离，造成输送困难，如晋陕蒙宁地区储量占将近65%，因而是调出区，经济发达的东部是能源利用大户，而储量仅占13.5%，而且将逐步枯竭，因而是能源调入区。 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% 。储量超过了5000亿t的省：新疆、内蒙、山西储量超过1千亿t的省： 陕西、宁夏、甘肃、贵州、河北、山东、安徽我国单位能源消耗与生产的GDP仅为发达国家的1/4,吨煤产出率仅为日本的10.3%，欧盟的16.8%。我国目前人均煤炭资源占有率为世界平均值的42.5%，石油资源占有率为世界平均值的11%，19492003年我国一共生产煤炭350亿吨

8、，但是共动用储量1000多亿吨。目前全国煤炭资源的回收率仅为35%左右。国有煤矿的服务年限平均减少10年。2011年全国能耗最低北京：0.459t标煤/万元，最高宁夏2.279t标煤/万元，平均0.793t标煤/万元二 煤炭工业的重要战略地位 1. 煤炭是我国的主体能源 石油 5.4%天然气 0.6%煤炭 94%我国石化能源探明储量构成我国煤炭资源与石油、天然气相比储采比最大我国煤炭探明可采储量1645亿，占全球总量的13.9%，排名第3，储采比为41。我国石油探明可采储量155亿桶，占全球总量的1.2%，排名第14，储采比为11.1。我国天然气探明可采储量24600亿m3，占全球总量的1.3

9、%，排名第15，储采比为32.3。截止2008年底世界化石能源探明可采储量，煤炭占54.6%，天然气占22.8%，石油占22.6%。二 煤炭工业的重要战略地位 1. 煤炭是我国的主体能源 一次能源消耗总量和构成自2004年以来，火电占电力生产总量的比例一直不低于80.30%，平均为81.57%；水电占电力生产总量的比例一直不大于16.88%，平均为15.93%；核电占电力生产总量的比例一直不大于2.29%，平均为1.99%；风电、光伏发电等其他电力生产占电力生产总量的比例一直不大于1.24%，平均为0.51%；2012年17月水、 风、 核电占发电总量的18.4%，达5055亿kw/h,其中主

10、要是水电，达3936亿kw/h, 。可再生能源2008年，我国可再生能源开发利用量折合标准煤：总计约2.5亿吨，规模较小。水电20278万吨，太阳能热水器2500万吨，沼气999.6万吨，风力发电533万吨，地热利用320万吨，生物质发电255万吨，燃料乙醇155万吨，太阳灶10.3万吨，光伏发电8万吨。二 煤炭工业的重要战略地位 2. 煤炭是我国化学工业的主要原料和城乡居民重要的生产生活资料目前我国用于化工原料的煤炭消费量约为1.5亿吨，占煤炭消费总量5%左右 在城镇民用一次能源中，煤炭仍占60%左右，年消费约5000万吨。 二 煤炭工业的重要战略地位 3. “煤为基础、多元发展”是解决我国

11、能源问题的基本方略(1) 从经济发展阶段看，目前我国的一次能源必须以煤炭为主 (2) 从各种能源的生产供应能力看，煤炭的基础地位不可代替 (3) 从保障能源安全的角度看，解决中国的能源问题，必须建立在依靠煤炭的基础上 三. 我国的煤炭工业概况1.我国煤炭开采历史我国开发和使用煤炭可追溯到7000年前，是世界上发现和利用煤炭最早的国家。不同时期，煤有不同名称：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。储量：含煤面积约55万km2，1995年探明储量为11450亿t，2000年11598亿吨，2010年为13412亿吨。产量： 近年来年均增长1

12、2.26%；1876年创办基隆煤矿1878年创办开平煤矿时间（年）,产量（亿t） 1949, 0.324 1997, 13.25 2002, 14 2003, 16 2004， 19.5 2005, 21.1 2006， 23.25 2007， 25.23 2008， 28.2 2009， 30.5 2010. 32.4 2011， 35.22.我国煤炭产量预测（1）有关权威机构预计：2030年我国煤炭需求量25-28.5亿吨标准煤（35-40亿吨），2050年28.5-32亿吨标准煤（40-45亿吨）；（2）煤炭工业发展“十二五”规划：2015年全国煤炭需求39亿吨，产量38亿吨（3）按平均

13、每年增长2.14亿吨计算，十二五末的2015年，煤炭产量将达43亿吨；（4）考虑节能减排、核电、水电和新能源等快速发展，经济结构调整，GDP由十一五的11.2%降为7%，十二五末的2015年，煤炭产量将达39亿吨 3.煤炭工业的管理中央管理国家地方管理神华集团公司中煤能源集团公司华能集团公司国家开发投资公司各省、区、市神东矿区、内蒙“西五局”60多处煤矿,能力32780万吨/年山西平朔、太原煤气化公司大屯煤电公司20多处煤矿，12505万吨/年伊敏煤电公司1处煤矿，2299万吨/年淮南、鲁西、河南、河北和新疆等7家控股企业，能力3200万吨/年88个国有重点煤炭企业，煤矿约670处能力16.1

14、亿吨/年；约1000个国有地方煤矿企业，2400处煤矿（6.3亿吨/年）；乡镇煤矿约1.3万处，3.5亿吨/年大型煤炭基地示意图4 煤炭工业三次技术革命1954年，英国开始采用长壁综合机械化采煤技术；20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。预计21世纪的采煤新技术 无人自动化开采与机器人技术，地下生物气化技术，溶剂溶解法采煤技术，微生物分解法技术等。 德、英、美及欧洲共同体正在不同方面探索，前景难以预料。四. 发展煤炭生产的经济性1吨煤价格200元(按2000年价格)1吨水煤浆价格350元1立方米天然气发热量折合2千克煤,1吨煤发热量的价格为850元1吨重油价格

15、1500元以上, 1吨煤发热量的价格为750元同样的发热量:用煤炭为1元时,水煤浆为2元,重油为4元,天然气为6元煤矿开采学-绪论27四. 发展煤炭生产的经济性 我国平均1吨煤可创GDP产值为859美元，美国达到3135美元。因此预测:全球煤炭消费将由1999年的47亿吨增加到2020年的64亿吨, 未来十年 世界煤炭消费将增长22%, 石油增长1.9%,天然气增长2.6%。 2004年全球煤炭消费增长6.9%，石油消费仅增长2.1%。08年我国电力需求为8.3亿kw/h,预计2020年我国电力需求为11亿kw/h以上。三峡水利发电可替代煤炭5000万吨。04年我国石油消耗3.1亿吨，而生产能

16、力仅有1.8亿吨，年缺口1.3亿吨。09年石油产量为1.89亿吨。煤炭液化已开建，神华600万吨/年，宁夏与南非合作300万吨/年，黑龙江与日本合作，云南与德国合作。目前神华100万吨生产线已通过鉴定，获能源局煤炭科技特等奖五 我国煤炭生产存在的主要问题1 煤炭生产的安全问题百万吨死亡率: 国有煤矿0.997人/mt （2000年） 地方煤矿3.5人/mt 乡镇煤矿11-17人/mt （2007年） 国有煤矿0.38人/mt 地方煤矿1.269人/mt 乡镇煤矿3.024人/mt1997年乡镇煤矿死亡5000人,占总数的73.2%2002年共发生死亡事故4344起，死亡6995人，国有煤矿90

17、4人，地方煤矿1023人，乡镇煤矿5068人。百万吨死亡率4.94人。非机采死亡率分别是综采的6.44倍，机采的4.18倍。其中顶板及瓦斯事故死亡率是综采的7.69倍和9.09倍。全国煤矿事故起数、死亡人数和百万吨死亡率产量(亿吨)事故起数死亡人数百万吨死亡率200419.56364160273.08200521.1330650382.81200623.25294547462.04200725.5242137861.485200827.2195432151.182200929.5161626310.8922010201132.435.214031201243319730.7490.564安全问

18、题是煤炭生产的突出问题我国煤矿生产百万吨死亡率呈逐年下降趋势： 1988年为8.22 2000年为5.77 2004年为3.081 (死亡6027人) 2007年为1.485 （死亡3786人） 2011年为0.564 (死亡1973人)2007年神华东胜矿区百万吨死亡率仅0.0084，低于美国的0.03。04年我国177处高产高效矿井生产5.6亿吨煤，百万吨死亡率为0.06。中美煤矿生产区别:美国露天矿产量占51%而中国占5%，美国高瓦斯矿井占14%而中国占63%，相对煤层安全条件我国差一些。安全落后的主要原因1.机械化程度低十二五期间力争达到80%2. 煤炭企业准入门槛低企业招工文化水平应

19、该达到高中3.安全投入不足加大安全资金的投入，应该占成本的20%以上。2 煤炭生产效率低中国年产12亿吨煤需660万工人,每产200吨煤需一个工人(1998年)美国年产9.8亿吨煤需不足10万工人,每产9800多吨煤炭需一个工人（1998年）1998年全员效率中美相差45倍，目前估计相差20倍。国有煤矿年生产规模1万吨平均用3040人，而美国生产1万吨平均只用1人，我国相对而言效率低。83%煤炭储量集中于西北，加大运输成本。例如：大同动力煤生产成本169.2元/吨，而运到秦皇岛码头的运费为204.7元/吨。山西,陕西,内蒙古,宁夏等产煤大省经济落后。2 煤炭生产效率低吨煤成本中工资为:中国4.

20、2美元/吨美国3.8美元/吨南非2.9美元/吨我国煤矿工资占成本高的占30%，最低占3%（神东）。因此缺乏国际市场的竞争力。2010年我国进口煤炭1.648亿吨，出口1930万吨,净进口1.458亿吨，国际煤价上升，预计2012年将达到110美元以上。大同动力煤目前港口价760770元吨。3 环境保护问题煤炭开采对我国环境造成严重破坏地表沉陷破坏土地2万公顷/年 ,万吨煤沉陷4亩排放矸石 1.52亿吨/年排放瓦斯 47亿立方米/年 加剧温室效应3 环境保护问题排漏水 0.88立方米/吨,10.56亿立方米/年。山西排漏水达 2.48立方米/吨山西省共有20000km2采空区,占全省面积的1/8

21、,GDP耗能和C2O排放是全国平均的2倍每生产1吨煤对环境造成的破坏损失保守估计约932元4 专业技术人员短缺 专业技术人员严重短缺,一线职工队伍素质不能适应安全生产和现代化矿井建设的需要 据2006年调查，我国30万吨以上大中型煤矿中，初中以下文化程度占62.67%，大专以上占5.44%，高级工程技术人员仅占3；30万吨以下小煤矿中，中专以上文化程度的员工平均每矿不到3人。目前该状况正在逐步改善。 六、煤矿开采的主要研究内容1. 科学采矿的实现途径( 可持续发展问题)按目前我国保证煤炭安全生产的科技能力形成的产能只能是现有产量的1/3，其水平与美国相当。如果我们每年和美国一样只开采和利用10

22、亿吨左右，我国的安全和环境状况和美国也差不多。但实际上，我国的年开采量已达到35亿多吨，产量是遥遥领先，技术力量却没能够跟上。按照科学产能，目前乡镇煤矿在机械化开采和安全、保护环境与资源状况形成的“产能”是不可取。不可持续的，在发达国家这种产能是不能实现的，它是以安全、资源和环境作为代价换取的。 由于煤矿井下作业环境和开采期间地应力的多变及由其引起的煤、岩和瓦斯的动力事故难以预测，煤炭开采业目前还属于高危行业。但是，随着国家经济状况的改善，科学发展、以人为本是必然的理念，煤炭开采应从高危行业中消除。如何走资源利用率高、安全有保障、经济效益好、环境污染少和可持续发展的煤炭工业发展道路，实现“科学

23、采矿”是必须要认真研究的问题。 2.煤炭工业发展前景与循环经济研究 国家煤炭工业的发展前景： 1）、 2003年11月17日，我国发展改革委员会宣布，“我国将长期坚持能源供应基本立足国内的方针，把煤炭作为主体能源，这是我国能源安全的基石”。 2）、国家确定在煤炭企业大规模重组的基础上，重点发展14个大型煤炭企业集团。 3）、国家和企业领导把煤炭生产发展的方向调整在煤矿实现机械化、高产高效的思路上。 4）、开始把煤炭洁净燃烧和煤炭综合利用提到议事日程上来了。 5）、各方面都在开始考虑实现“循环经济模式”的新思想、 新模式。 6） 、目前提出“科学采矿”的新要求。体现在：高效率，绿色，安全，高回收

24、率，高经济效益。关于循环经济1）、煤炭能源的生产和利用首先要满足“Reduce”的要求，包括： 减少资源（包括煤炭、煤炭伴生矿物以及对煤炭生产的人力资源）的浪费，提高资源回收率； 减少资源（包括煤炭、煤炭伴生矿物以及对煤炭生产的人力资源）的消费，提高煤炭（热值）利用率； 减少煤炭生产对生态、环境的破坏（环境友好）； 减少煤炭加工、装运对环境的污染； 减少煤炭燃烧对大气、环境的污染。 2）、尽量实现Reuse的原则，这就是要求已用过的资源产生的废弃物再一次加以利用。包括： 矿井废矸石利用-制建筑材料的原料、沸腾炉发电； 矿井水利用； 洗煤厂中煤、煤泥利用、废水利用； 燃煤排放物处理及利用，包括处

25、理S02生成的CaSO4（工业石膏）、处理CO2生成的碳酸盐等。还包括处理炉灰（电厂灰）等。 3）、Recycle的概念则要求资源在利用完后，一些不能利用部分作为另外循环的起点。重复起动另一个不同的循环，简称煤炭综合利用。如煤层气，煤代油（液化）。 实际上，关于对循环经济的理解，各行业、不同的人都会有不同的理解，但基本原则即减少资源利用和减少资源浪费，多次重复利用资源、利用废弃物的原则是相同的。3.高产高效集中化生产技术 1998年全国平均井型为2万吨/井,目前提高到30万吨/井，世界水平在100万吨/井以上。 神东矿区2005年产煤1亿吨，职工总数7500人，全员效率119吨/工，是美国平均

26、水平41.73吨/工的2.5倍，是国有重点煤矿3.739吨/工的31倍。最高达189吨/工（哈拉沟煤矿）。兖州东滩煤矿年产800万吨，一井一综放面，回采工效300吨/工。铁法局在煤厚1.5米的煤层使用刨煤机年产可达120150万吨。神东补连塔矿22303综采工作面一次采全高7米，为世界机采高度最大的工作面。工作面长度301米，推进长度4966米，工作面可以产煤1362万吨。一个支架重67吨，工作面设备总重12000吨。设备采用载重80吨的无轨胶轮车由上湾矿地下运至补连塔矿22303综采工作面。陕煤红柳林煤矿7m大采高工作面配备支架工作阻力18800KN，68t重，2.05m宽。构筑充填坝的端头

27、支架铸焊封底哑铃连接结构铸焊封底扣环连接结构BH38/2X400型刨煤机（张家口）六 煤矿开采的主要研究内容4.绿色开采技术（环境友好开采）内涵：从开采的角度防止或尽可能减轻开采煤炭对环境和其他资源的不良影响，其技术体系涵盖了保水开采、煤与瓦斯共采、减沉开采、井下矸石处理、煤炭地下气化等一系列绿色开采技术。事实上各矿区应根据自身特点，有所侧重地形成各自的绿色开采模式。主要内容包括：三下采煤技术（减沉技术，充填技术） 全国”三下”压煤137.64亿吨,兖州”三下”压煤占40.5%保水开采技术瓦斯抽放与利用技术矸石处理与利用技术煤炭地下气化技术一是地下水系的破坏。我国水资源分布很不均衡，且水资源与煤炭资源成逆向分布，大概有70%的矿区缺水，尤其是“三西地区”将成为我国主要的煤炭基地，将来有70%的煤炭要在这里生产，但缺水更为严重，开采将对浅层水疏干形成破坏，据山西估计开采时吨煤排水量达到1.75-2.15吨。二是对地面和农田的破坏。沉陷面积是开采面积的1.2-1.3倍，至2005年全国沉陷面积已达70万公顷。三是燃煤时形成的二氧化硫和