矿压理论与支护技术课件

1、矿压理论与支护技术课件矿压理论与支护技术课件煤炭与主体能源根据我国能源资源状况,2005年能源结构是: 煤占69.6%,石油和天然气占23.8%,水电和核电为6.6%. 2002年我国煤炭探明储量为1 145亿t.我国常规可采石油总资源114.9亿t,居世界第9位,人均为第41位.天然气累计探明可采储量2.56万亿m3,居世界第17位,人均为世界人均的5%.随着勘探科学技术的发展,油、气会得到进一步增加.但总产量1.8亿t左右不会有太大的变化.至2020年缺口达到3亿t(对外依赖达60%).随着油气在国外的大量开发带来的是能源安全问题.制约我国经济发展的突出瓶颈是能源.能源中能比较主动解决的是

2、煤炭.煤炭与主体能源根据我国能源资源状况,2005年能源结构是: 中国能源的现状中国是一个严重依赖化石能源的国家，可再生能源消费比例低于世界平均水平中国能源的现状中国是一个严重依赖化石能源的国家，可再生能源消矿压理论与支护技术课件一、能源技术概述能量形式: 机械能(风能、水能等)、电磁能、热能、 化学能、原子能、光能。能源: 自然界中能为人类提供某种形式能量的物质 资源。能源种类：按原始来源分: 地内能源和地外能源以及相互作用 能源。按生成方式分: 天然(一次)能源和人工(二次)能源按对能源的认识过程分：常规能源和新能源。一、能源技术概述能量形式: 机械能(风能、水能等)、电磁能、天然(一次)

3、能源和人工(二次)能源二次能源：它是指经过消耗一次能源加工转化而产生的诞生能源。如电能、热能、煤气、柴油、氢能、焦炭、沼气等。 非再生能源：石油、天然气、原煤、核燃料等一次能源再生能源：太阳能、风能、水能、海洋能生物质能等地内能源：地热能(地下蒸气、温泉、火山)、核能地外能源：主要来自太阳，包括由太阳能转变来的风能、水 能、矿物燃料(煤，石油等)，及少量宇宙辐射能相互作用能源：主要指潮汐能。常规能源：已被广泛利用的能源，如煤、石油、水力、电能新能源：原子能、太阳能(对发展中国家而言)、雷电能、宇 宙射线能、火山能、地震能等。 天然(一次)能源和人工(二次)能源二次能源：它是指经过消耗一2. 能

4、源问题 能源模式的演变： 木材煤石油核能或多种形式能源 非再生能源: 石油、天然气、煤炭和裂变核燃料约占能源总消费量的90%左右再生能源: 水力、植物燃料等只占10%左右目前人类使用的能源储量和分布2. 能源问题 能源模式的演变：非再生能源: 石油、天然气、再生能源分布: 太阳能占99.44%, 水能、风能、地热能、生物能等不到1%在非再生能源中，利用海水中的氘资源产生的人造太阳能(聚变核能)几乎占100%，煤炭、石油、天然气、裂变核燃料加起来也不足千万分之一。所以，人类使用的能源归根到底要依靠太阳能，太阳能是人类永恒发展的能源保证。 再生能源分布: 太阳能占99.44%,在非再生能源中，利用

5、海世界能源储量分布与利用世界能源储量分布与利用世界非再生能源储量分布: 中东地区: 石油储量最多, 占56.8%；欧洲: 天然气和煤炭储量最多, 各占54.6%和45%亚洲、大洋洲: 煤炭各占18% 石油、天然气只有5%世界非再生能源储量分布: 我国能源资源地区分布不均衡煤炭，主要集中在华北和西北石油、天然气，主要分布在黑龙江、辽宁、河北、河南、山东、四川、甘肃和新疆等省区内可开发水力资源有，主要集中在西南太阳能和风能资源丰富，有很大利用潜力。我国能源资源丰富煤炭资源(探明储量)和水力资源均居世界第一位；石油资源占世界第十一位；天然气资源占世界第十四位；太阳能资源居世界第二位；潮汐、地热、风力

6、和核燃料资源都很丰富。人均占有量很少，只有世界平均水平的一半。我国能源资源地区分布不均衡我国能源资源丰富利用能源的过程直接污染地球环境。主要来源：1) 煤、石油等燃料的燃烧；2) 汽车排放的废气；3) 工业生产(化工厂、炼焦厂等)过程中产生的废气。大气污染：1) 酸雨问题；2) 温室效应；3) 臭氧层破坏。能源问题 即环境与能源关系问题 联合国提出可持续发展概念，即要满足当代人的需要，又要考虑不损害后代的需要。因此, 今后的能源战略是多元结构的能源系统和高效清洁的能源技术。利用能源的过程直接污染地球环境。大气污染：能源问题 即环境与二、能源技术 1. 洁煤技术 煤碳的污染物和二氧化碳可能导致全

7、球变暖。现在有两条洁煤途径： (1) 先进燃烧和污染处理，洁煤技术可用于燃烧前、 中、后期。 (2) 气化和液化煤，将煤转化为含一氧化碳和氢的 “合成气”。2. 煤炭液化(煤炭转化技术之一) 对固体煤炭以特殊方法进行化学加工成为液态后，可作液体燃料和化工原料使用。从工艺上可分为直接液化: 在高温高压下加氢，使煤炭直接生成液态物质；间接液化: 先把煤炭气化，制成煤气，再合成为液体燃料。煤炭液化技术复杂，难度高，投资大，比天然石油成本高，目前还没有竞争能力。二、能源技术 1. 洁煤技术 煤碳的污染物和二氧化碳可能导致3. 煤炭气化 (煤炭转化技术研究的一个重要部分)现状：煤炭自身氢碳比低，含有灰分

8、、硫分等杂质，在开采、运输、燃烧过程中会污染环境，燃烧时热效率低。地下气化采出煤炭后进行热加工的一种过程: 以煤炭作为原料，以氧或氢作气化介质，控制氧化程度，使煤炭转化成为一氧化碳、氢和甲烷等可燃性气体。在未经开采的煤层中进行的热加工过程: 通过从地面钻进的一批特定钻孔，把气化介质送进煤层，使煤炭在地下进行发生炉煤气反应，生成的煤气从另一批特定钻孔引出。煤炭气化目的： 制取清洁的气体燃料； 制取化工合成用的气体原料。地上气化3. 煤炭气化 (煤炭转化技术研究的一个重要部分)地下气化采4. 石油的精炼 目的 从复杂的原油中提取粘度较小的能充分燃烧 的烃类 (根据辛烷值来标号) 把不好的分子转变为

9、好的分子 如长链烷烃容易引起汽缸爆震精炼方法: 先根据不同沸点把不同成分分离开， 然后除硫再向高辛烷转变。现在观点，大多数石油是由埋藏在地下沉积层中的有机物经过几百万年在75200的温度下形成的。 微生物将地表以下的有机物转化为碳氢化合物，剩下的埋藏在深层地底(通常具有商业价值的油田都位于地表以下500米700米深处，最深的油井在约6公里深的地底)的有机物则在温度和压力下经过分解及复杂的化学反应生成石油。 4. 石油的精炼 精炼方法: 先根据不同沸点把不同成分分离开5. 天然气液化 通过施加一定高压，使天然气由气态变为液态，贮存在专门容器内。天然气是埋藏在地层深处的一种富含碳氢化合物的可燃气体

10、，由亿万年前的有机物质转化而来。主要成分是甲烷，其次是乙烷、丙烷、丁烷和其他重质气态烃类。 甲醇俗称“木精”，性能稳定，象石油一样能直接当作燃料，使用时不污染环境，便于运输和贮存。20世纪末，甲醇合成技术已获成功，如果在天然气产地附近设立甲醇工厂，把天然气加工成甲醇，可经济合理地解决天然气液化问题。液化途径利用天然气作原料合成甲醇。5. 天然气液化 天然气是埋藏在地层深处的一种富含碳氢化合物6. 水能的利用 水力发电优点，经济、干净和易维修葛州坝水利枢纽装机容量为271万千瓦三峡水电站总容量为1768万千瓦当今世界仅次于三峡水电站的第二大的水电站-伊泰普水电站,位于巴拉那河流经巴西与巴拉圭两国

11、边境的河段. 总装机容量1260万千瓦，年发电量可达750亿度。6. 水能的利用葛州坝水利枢纽装机容量为271万千瓦三峡水电7. 蓄能技术针对热能或电能储存，着眼于大规模、长时间应用。电能储存是当前研究的重点。蓄能技术一般要求: 储能密度大 变换损耗小 运行费用低 维护较容易 不污染环境根据这些要求衡量，抽水蓄能方案较优越电的蓄能技术大致分三类： 直接储存电磁能 把电能转化为化学能储存 把电能转化为机械能储存超导线圈蓄能系统铅电池,钠硫电池,锌氯电池等压缩空气, 需要时释放7. 蓄能技术蓄能技术一般要求:根据这些要求衡量，抽水蓄能方电池：储存电能转化而来的化学能铅酸电池中的铅在回收中容易流失，

12、对环境存在二次污染。 镍氢电池：一种密封电池，可以在任何位置下工作，使用方便。特点：可随时充放，循环使用，且不用维护。以过充过放为一次使用过程，预计可使用1000次。锂电池: 采取了3层保护措施，可抗过充过放，使用更安全方便。特点: 体积小、质量轻、使用寿命长、环保(不需要回收) 。 燃氢电池、纳米碳管(一个装电的容器，像拧水龙头一样放电)将是电动自行车动力源未来的发展方向。 电池：储存电能转化而来的化学能铅酸电池中的铅在回收中容易流失由于它是把燃料通过化学反应释出的能量变为电能输出，所以被称为燃料电池。它是利用氢和氧生成水的过程来产生电力的一种装置。 燃料电池：第四种电力(电力火电、水电、核

13、电为三种当今能以工业规模生产的电力)工作原理: 通过物质发生化学反应时连续地向其供给活物质(起反应的物质)-燃料和氧化剂, 促使物质发生化学反应时释出的能量直接将其转换为电能。由于它是把燃料通过化学反应释出的能量变为电能输出，所以被称为具体地说，燃料电池是利用水的电解的逆反应的发电机。它由正极、负极和夹在正负极中间的固体电解质板所组成。工作时向负极供给燃料(氢H2)，向正极供给氧化剂(空气O2)。氢在负极分解成正离子H+和电子e-。氢离子进入电解液中，而电子则沿外部电路移向正极。用电的负载就接在外部电路中。在正极上，空气中的氧同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。这正是水的电解反应的逆

14、过程。燃料电池的用途: 电动车动力源,可移动电源、家庭电源与分散电站等具体地说，燃料电池是利用水的电解的逆反应的发电机。它由正能源利用与开发能源利用与开发 1. 常见的能源 热能及其到机械能的转换纽科曼(T.Newcomen，16631729)1711年发明蒸气机瓦特(J.Watt，17361819) 1765年发明分离冷凝器，使蒸气机成为主要动力装置。 1. 常见的能源 热能及其到机械能的转换纽科曼(T.New热机效率：430以上卡诺循环 热能及其到机械能的转换 天然气的开发； 地热能；地热能是来自地壳之下的高温能源。一个典型的地热能电场可以轻松地输送100MW电量，这是风能和太阳能所无法企

15、及的。 热机效率：430以上卡诺循环 热能及其到机械能的转换地电能电能指电以各种形式做功的能力。有直流电能、交流电能、高频电能等，这几种电能均可相互转换。 电能电能指电以各种形式做功的能力。有直流电能、交流电能、高频机械能 水力发电； 海洋能(潮汐能、海浪能、温差能)； 风能利用机械能太阳能 光电转换方式； 光热转换方式； 光化学转换方式。家用太阳能并网系统工作原理1）晴天的白天：太阳能电池板阵列将太阳能转化为直流电力，再经由逆变器转变为可为用电设备供电的交流电力。发电电力大于用电设备的消费电力时剩余电力将被返送回电网，电力公司将依据售电电能表记录的数值支付给用户相应的费用。2）多云或阴雨天气

16、的白天：此种天气下，我们的太阳能系统根据实际的日射量仍可以发电，但此时发电量较少，当用电设备消费电力较大时，不足部分将由电力公司通过电网补充提供。3）夜晚：夜间太阳能发电系统不提供电力，用电设备由电力公司提供的常规电力供电。 太阳能家用太阳能并网系统工作原理 氢能“喝”氢的汽车 氢能“喝”氢的汽车2. 超级能源：可燃冰 可燃冰是天然气的附生产品，其应用范围与天然气大致相同，是一种典型的石油替代产品。1m3可燃冰释放160m3天然气,储量是煤石油天然气等的两倍.可燃冰, “天然气水合物”的俗称。它是甲烷类天然气被包进水分子中，在低温高压条件下形成的透明结晶，多呈白色或浅灰色。外貌类似冰雪，可以像

17、酒精块一样燃烧，故称为“可燃冰”。 2. 超级能源：可燃冰 可燃冰是天然气的附生产品，其应用范围3. 裂变反应堆核电站 裂变发现及裂变能的释放1) 裂变的发现1934年，费米(E.Fermi，意大利，19011954)1938年，居里夫人实现中子使铀核裂变；1939年，哈恩(O.Hahn，18791968)和斯特拉斯曼(F.Strassmann)，重复了居里的实验；L.meitner和O.R.Frisch对此做出正确解释，首次引入fission(裂变)一词；1947年，钱三强和何泽慧进一步发现裂变的三分裂和四分裂现象。3. 裂变反应堆核电站 裂变发现及裂变能的释放19342) 核裂变的特点(1

18、) 裂变过程释放巨大能量1g的铀裂变所释放的能量，相当于3吨以上的煤燃烧所释放的能量。2) 核裂变的特点1g的铀裂变所释放的能量，相当于3吨以上的(2) 裂变产物有多种组合方式，裂变时放出中子(2) 裂变产物有多种组合方式，裂变时放出中子 链式反应的可能性和可控性1) 链式反应的可能性中子增殖一次铀核裂变中，平均可以放出2.4个中子2) 链式反应可以控制缓发中子 链式反应的可能性和可控性一次铀核裂变中，平均可以放出2. 可控式链式反应的实现1) 中子必须慢化核裂变中释放的中子，动能大多在Mev的数量级，必须使快中子慢化为热中子。慢化剂：水，重水，石墨等。2) 临界体积增殖系数加大K的方法： 提

19、高浓缩铀中235U的比例 加大反应体的体积事实证明：当反应体积达到一定的临界体积时，链式反应就会持续。 可控式链式反应的实现1) 中子必须慢化2) 临界体积增殖3) 用控制棒控制反应堆的速率控制棒：易于吸收中子的硼或镉核反应堆，又称为原子反应堆或反应堆，是装配了核燃料以实现大规模可控制裂变链式反应的装置。 核反应堆=裂变原子核热载体 3) 用控制棒控制反应堆的速率控制棒：易于吸收中子的硼或镉核链式反应的历史(1942，12，2)原子弹、氢弹、中子弹链式反应的历史(1942，12，2)原子弹、氢弹、中子弹矿压理论与支护技术课件矿压理论与支护技术课件 核电站简介核电站利用原子核裂变反应所放出的核能

20、，由冷却剂带出，把水加热为蒸汽，驱动汽轮发电机组进行发电。两个回路系统核蒸气供应系统蒸汽驱动汽轮发电机工作的系统 核电站简介核电站利用原子核裂变反应所放出的核能，由冷却剂秦山核电站(30万千瓦)，1991年12月15日并网发电大亚湾核电站(290万千瓦)台湾6座, 40。坐落于浙江海盐县秦山双龙岗的鸟瞰图 秦山核电站(30万千瓦)，1991年12月15日并网发电大亚美国109座, 供电量占全国21%；法国56座, 80%；日本，德国，俄罗斯，加拿大均有大量的核电站。美国日本苏联莫斯科附近(1954第一座)法国格拉弗林檬电站(世界第一) 美国109座, 供电量占全国21%；法国56座, 80%开

21、采引起的地质灾害 CH4 Tree Tree House Building 2 Factory Tree Tree CH4 开采沉陷mining subsidence 突水事故water bursting 突水事故 瓦斯抽采gas drawing 瓦斯事故gas outburst and gas explosion 顶板事故roof accidents 采矿引起的生产和环境问题火灾事故fire accident 开采引起的地质灾害 CH4 T 图3 20002008年全国煤炭生产情况 图3 20002008年全国煤炭生产情况煤炭工业主要特征煤炭是不可再生的资源，煤炭工业属资源型、高危险性、投资

22、风险高的行业，生产环节复杂。煤炭需求持续增长，煤炭生产与消费逆向布局的矛盾更加突出。2010年全国煤炭需求总量为30亿吨, 2020年中国煤炭需求约为34亿吨左右，比目前增加约6亿吨。煤炭工业主要特征煤炭是不可再生的资源，煤炭工业属资源型、高危煤矿数量多、分布广，产业集中度较低。2008年底全国共有各类煤矿17352处（包括改扩建设和新建矿井），其中国有重点1051处，国有地方和乡镇煤矿16301处。煤矿在我国26个省（直辖市、自治区）、1260个县均有分布。煤矿自然条件差，井工开采比重大。我国露天矿井仅占0.3，产能占6左右。美国露天开采比重67，印度80%。生产力水平发展不平衡。国有重点煤

23、矿的装备水平和集约化程度在不断提高，生产规模在逐步扩大；小煤矿技术装备水平较低，开采方法落后，基本上采用非机械开采，缺乏足够的安全保障。煤矿数量多、分布广，产业集中度较低。安徽省矿井基本情况 安徽省是全国的重点产煤省之一，截止2008年底，全省有各类矿井194对（不含2008年关闭矿井18对），其中国有重点煤矿（淮南矿业集团、淮北矿业集团、皖北煤电集团、国投新集公司）55对，市县国有煤矿和乡镇煤矿139对。2008年全省煤炭产量11774万吨，其中四大矿业集团煤炭产量11157万吨、占全省煤炭产量的94.8%，市县国有煤矿和乡镇煤矿煤炭产量616万吨、占全省煤炭产量的5.2%。安徽省矿井基本情

24、况 安徽省是全国的重点产煤省之一，截止200安徽省矿井基本情况 淮南、淮北矿区煤层埋藏深、地质构造复杂，瓦斯含量高、压力大，自然灾害严重。全省194对矿井中，突出矿井34对、高瓦斯矿井40对、低瓦斯矿井120对，受水害威胁矿井30对。目前全省煤矿建设项目多、规模大、单井设计产量高，大多数为深井或超深井开采，12对基建矿井，年设计生产能力2205万吨。2008年，全省煤与瓦斯突出矿井生产原煤7020万吨，占全年产量的60%；高瓦斯矿井生产原煤3393万吨，占全年产量的29%；低瓦斯矿井生产原煤1361万吨，占全年产量的11%。安徽省矿井基本情况 淮南、淮北矿区煤层埋藏深、地质构造复杂，开采引起的

25、地质灾害 CH4 Tree Tree House Building 2 Factory Tree Tree CH4 开采沉陷mining subsidence 突水事故water bursting 突水事故 瓦斯抽采gas drawing 瓦斯事故gas outburst and gas explosion 顶板事故roof accidents 采矿引起的生产和环境问题火灾事故fire accident 开采引起的地质灾害 CH4 T安徽省煤矿事故总体情况 2008年,全省煤矿共发生死亡事故48起，死亡52人，与2007年（事故50起，死亡55人）相比，事故减少2起，少死亡3人，分别下降4%和

26、5.5%。2008年发生1起较大死亡事故。按所有制性质分析四大矿业集团公司。共发生死亡事故27起，死亡27人，分别占全省煤矿事故起数和死亡人数的56%和52%，与2007年（事故35起，死亡38人）相比，事故减少8起，少死亡11人，分别下降23%和29%。淮南矿业集团发生事故10起，死亡10人淮北矿业集团发生事故11起，死亡11皖北煤电集团发生事故5起，死亡5人，国投新集公司发生事故1起，死亡1人市县国有煤矿。没有发生死亡事故。乡镇煤矿。共发生死亡事故21起，死亡25人安徽省煤矿事故总体情况 2008年,全省煤矿共发生死亡事故4安徽省煤矿事故具体情况按事故类别分析顶板事故。共发生24起，死亡2

27、4人，分别占全省煤矿事故起数和死亡人数的50%和46%。瓦斯事故。共发生3起，死亡7人，分别占全省煤矿事故起数和死亡人数的6.3%和13.5%。运输事故。共发生8起，死亡8人，分别占全省煤矿事故起数和死亡人数的16.7%和15.4%。机电事故。共发生6起，死亡6人，分别占全省煤矿事故起数和死亡人数的12.5%和11.5%。放炮事故。共发生1起，死亡1人，分别占全省煤矿事故起数和死亡人数的2.1%和1.9%。其它事故。共发生6起，死亡6人，分别占全省煤矿事故起数和死亡人数的12.5%和11.5%。与2007年相比，运输、其它事故的起数、死亡人数分别有不同程度减少，顶板、瓦斯、机电和放炮事故的起数

28、、死亡人数均有所增加。 安徽省煤矿事故具体情况按事故类别分析重庆近年煤矿事故发生情况20012008年各类事故的总发生次数、死亡人数对比 发生次数死亡人数重庆近年煤矿事故发生情况20012008年各类事故的总发生煤矿的主要灾害及危害程度 我国是世界上煤矿灾害严重、灾害多的国家，主要灾害有：瓦斯灾害、顶板灾害、矿井火灾、水害、冲击地压、尘害、热害等。煤矿的主要灾害及危害程度 我国是世界上煤矿灾重庆近年煤矿事故发生情况20012008年各类事故的总发生次数、死亡人数对比 发生次数死亡人数重庆近年煤矿事故发生情况20012008年各类事故的总发生事故发生规律及特点 煤矿安全生产特点 地质条件千差万别

29、 生产环节多而复杂 作业场所动态变化 作业空间不确定 救援困难 事故发生规律及特点 煤矿安全生产特点一、前言二、煤矿的主要灾害及危害程度三、煤矿灾害事故基本特征四、煤矿灾害事故原因分析五、煤矿安全科技对策和发展方向一、前言1.煤炭工业的地位和作用煤炭工业是关系国家经济命脉的重要基础产业，支撑着国民经济持续高速发展。煤炭在我国一次能源生产和消费结构中一直占70%左右：煤炭提供了76%的发电能源、工业燃料和动力、60%的民用商品能源、70%的化工原料。2008年煤炭产量27.2亿吨，约占世界煤炭产量的42%，其增量占世界80%以上，分别占一次能源生产和消费的76.7%和68.7%。我国煤炭资源占已

30、探明化石能源总量的96%以上 。一、前言1.煤炭工业的地位和作用一、前言中国煤炭资源一直占化石能源总量的96%以上图1 中国化石能源构成图中国煤炭资源一直占图1 中国化石能源构成图2.煤炭在我国能源结构中的比例2008年我国能源生产总量260000万tce,其中煤炭占76.7%，原油占10.4%，天然气占3.9%，水电、核电、风电等一次电力占9.0%。与2002年相比，2008年煤炭产量增加92%，石油产量仅增加14%。2008年我国能源消费总量285000万tce，其中煤炭占68.7%，石油占18.0%，天然气占3.8%，水电、核电、风电等一次电力占9.5%。一、前言2.煤炭在我国能源结构中

31、的比例一、前言图2 2008年我国能源生产和消费结构图2 2008年我国能源生产和消费结构 图3 20002008年全国煤炭生产情况 图3 20002008年全国煤炭生产情况一、前言3.煤炭工业主要特征煤炭是不可再生的资源，煤炭工业属资源型、高危险性、投资风险高的行业，生产环节复杂。煤炭需求持续增长，煤炭生产与消费逆向布局的矛盾更加突出。2010年全国煤炭需求总量为30亿吨, 2020年中国煤炭需求约为34亿吨左右，比目前增加约6亿吨。一、前言3.煤炭工业主要特征煤矿数量多、分布广，产业集中度较低。2008年底全国共有各类煤矿17352处（包括改扩建设和新建矿井），其中国有重点1051处，国有

32、地方和乡镇煤矿16301处。煤矿在我国26个省（直辖市、自治区）、1260个县均有分布。煤矿自然条件差，井工开采比重大。我国露天矿井仅占0.3，产能占6左右。美国露天开采比重67，印度80%。生产力水平发展不平衡。国有重点煤矿的装备水平和集约化程度在不断提高，生产规模在逐步扩大；小煤矿技术装备水平较低，开采方法落后，基本上采用非机械开采，缺乏足够的安全保障。煤矿数量多、分布广，产业集中度较低。一、前言4.煤炭工业“十一五”发展战略国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要坚持节约优先、立足国内、煤为基础、多元发展，优化生产和消费结构，构筑稳定、经济、清洁、安全的能源供应体系。 有序发展煤炭。加强煤

33、炭资源勘探，统筹规划，合理开发，提高回采率，减少煤炭开采对生态环境的影响。加强煤矿瓦斯综合治理，加快煤层气开发利用。一、前言4.煤炭工业“十一五”发展战略二、煤矿的主要灾害及危害程度 我国是世界上煤矿灾害严重、灾害多的国家，主要灾害有：瓦斯灾害、顶板灾害、矿井火灾、水害、冲击地压、尘害、热害等。二、煤矿的主要灾害及危害程度 我国是世界上煤二、煤矿的主要灾害及危害程度1. 瓦斯灾害我国煤矿几乎都有瓦斯涌出，年涌出量超过150亿方；国有重点煤矿中，高瓦斯突出矿井占49.5%左右；全国煤矿中高瓦斯矿井4462处，突出矿井911处，国有重点煤矿中约250处突出矿井；我国煤矿是世界上煤与瓦斯突出最严重的

34、国家之一始突深度最小；瓦斯压力高，已测得的数据为13.8MPa；至2007年底累计突出16400余次，占世界总突出次数的40%左右。二、煤矿的主要灾害及危害程度1. 瓦斯灾害图4 中国煤层瓦斯含量与煤矿瓦斯区划煤层瓦斯含量：1. 16m3/t；6.发生过煤和瓦斯突出的矿区；7.瓦斯大区界线；8.瓦斯带（亚区）界线图4 中国煤层瓦斯含量与煤矿瓦斯区划图5 煤与瓦斯突出过程模拟图5 煤与瓦斯突出过程模拟 瓦斯爆炸浓度范围：5% 16%图6瓦斯爆炸模拟图 瓦斯爆炸浓度范围：5% 16%图6瓦斯爆炸模拟图二、煤矿的主要灾害及危害程度2. 尘害采掘工作面产尘强度大，导致矿工患尘肺病；2007年不完全统计

35、累计尘肺病例61.3万人，其中煤矿尘肺病例约占一半；87.37%的国有重点煤矿的煤尘存在爆炸危险性；煤尘与瓦斯共存时，相互促进爆炸危险性；发生过世界上最大的煤尘爆炸和瓦斯煤尘爆炸事故。二、煤矿的主要灾害及危害程度2. 尘害煤尘爆炸浓度范围：35g/m3 2000 g/m3图7煤尘爆炸现场图煤尘爆炸浓度范围：35g/m3 2000 g/m3图7二、煤矿的主要灾害及危害程度3. 自然发火72.05%的大中型煤矿、煤层自然发火严重或较严重；51.3%的国有重点煤矿存在自然发火危险；几乎所有产煤区都存在自然发火危险、重点产煤区尤为严重；北方煤田火灾问题突出；露天矿也存在自然发火危险。二、煤矿的主要灾害

36、及危害程度3. 自然发火图8 中国煤种分布与煤层自燃倾向性区划1.褐煤；2.低变质烟煤；2.炼焦用煤；4.贫煤；5.无烟煤I-东北褐煤-烟煤自燃区；II-华北烟煤自燃区；III-西北低变质烟煤自燃区；IV-南方高硫煤自燃区 图8 中国煤种分布与煤层自燃倾向性区划二、煤矿的主要灾害及危害程度4. 水害我国煤矿水文地质条件比较复杂；大中型煤矿中，水文地质条件属复杂或极其复杂类型的占25.04%，属于简单的仅占39.49%；华北煤田受奥灰岩溶水威胁的矿井占矿井总数的80%；采空区、老窑积水已成为煤矿一大隐患。二、煤矿的主要灾害及危害程度4. 水害图9 中国煤矿水害分区I-东北裂隙水水害区；II-华北

37、奥灰水-裂隙水水害区：东部亚区（IIa），西部亚区（IIb）；III.-华南岩溶水水害区：江南亚区（IIIa），西南亚区（IIIb）；IV.-西北裂隙-孔隙水水害区；V.-滇藏裂隙水水害区图9 中国煤矿水害分区二、煤矿的主要灾害及危害程度5. 冲击地压以煤岩急剧猛烈破坏为特征的另一种动力灾害；102处煤矿发生过程度不同的冲击地压；大中型煤矿中5%的矿井存在冲击地压灾害,最大达到了4.3级；冲击地压容易诱发其它灾害。二、煤矿的主要灾害及危害程度5. 冲击地压二、煤矿的主要灾害及危害程度6. 主要灾害的变化趋势我国煤矿的平均开采深度450m左右，每年增加1020m；地应力、瓦斯压力、瓦斯涌出量随之

38、增大；煤与瓦斯突出、冲击地压危险增加；热害成为煤矿新的灾害；容易导致多种灾害的耦合。二、煤矿的主要灾害及危害程度6. 主要灾害的变化趋势图10 中国煤矿热害区划图 I-东部高地温-热害区；II-中部中地温-热害区；III-西北低地温热害区；IV-青藏中地温-热害区 图10 中国煤矿热害区划图 三、煤矿灾害事故基本特征1.煤矿灾害事故现状煤矿安全生产形势在我国工业企业中最为严峻；死亡人数是世界主要采煤国中最高的，长期以来我国煤矿的死亡人数占世界煤矿死亡人数的80%；煤矿安全生产形势持续好转，事故起数和死亡人数大幅下降。全国煤矿死亡人数由2002年的6995人，减少到2008年的3215人，下降了

39、54.05%；百万吨死亡率由4.94下降到1.18，下降76.11%。三、煤矿灾害事故基本特征1.煤矿灾害事故现状图11 煤矿事故起数、死亡人数、百万吨死亡率变化趋势图11 煤矿事故起数、死亡人数、百万吨死亡率变化趋势三、煤矿灾害事故基本特征（1）灾害事故类型多、瓦斯是“第一杀手”存在各类自然灾害事故（瓦斯、水、火等）生产性不安全因素导致事故（机械伤害、触电等）灾害事故的主要类型是顶板和瓦斯事故 顶板事故发生频率最高，瓦斯事故死亡人数多； 顶板和瓦斯事故起数之和和死亡人数之和均占事故起数和死亡人数的60%70%左右。三、煤矿灾害事故基本特征（1）灾害事故类型多、瓦斯是“第一杀图12 2008年

40、各类型煤矿事故基本情况顶板，1032起，52.8%瓦斯，182起，9.3%机电，106起，5.4%运输，348起，17.8%放炮，39起，2.0%水害，59起，3.0%火灾，11起，0.6%其他，177起，9.1%运输，400人，12.4%放炮，55人，1.7%顶板，1222人，38.0%瓦斯，778人，24.2%机电，109人，3.4%水害，263人，8.2%火灾，111人，3.5%其他，277人，8.6%图12 2008年各类型煤矿事故基本情况顶板，1032起，5瓦斯事故危害性大，顶板事故发生率最高20012006年，一次死亡10人以上的特大（重大）事故中，瓦斯事故占80%，一次死亡30人

41、以上的特别重大事故中，瓦斯事故占83%； 24起死亡百人以上的特别重大事故中，瓦斯煤尘事故21起，事故起数和死亡人数分别占88%和90%。顶板事故发生率最高（占事故总起数55%），死亡人数最多（ 占总事故死亡人数的43%）。瓦斯事故危害性最高（平均每起事故造成3.30人死亡）顶板事故和瓦斯事故的发生起数和死亡人数占总数的66%和69%。一次死亡3人以上的事故中，瓦斯、顶板和水害事故占90%以上。瓦斯事故危害性大，顶板事故发生率最高三、煤矿灾害事故基本特征（2）采掘工作面事故最多近年来的数据表明，国有煤矿发生的一次死亡3人的事故中，采掘工作面事故起数和死亡人数均占75%以上；其中掘进工作面事故起

42、数和死亡人数分别占40.92%和42.62%；2008年17起重大以上瓦斯事故中，掘进工作面发生11起，占65%；25起较大煤与瓦斯突出事故中，16起发生在掘进工作面，占64%。三、煤矿灾害事故基本特征（2）采掘工作面事故最多三、煤矿灾害事故基本特征（3）小煤矿事故多发、非法开采矿井安全问题严重2008年乡镇矿事故起数和死亡人数分别占74%和73。4%， 2007年为72.7%和76.6%；2008年38起重大以上事故中，违法生产矿井20起，死亡361人，分别占重大以上事故总量的52.6%和51.1%；非法矿井3起，死亡73人，分别占重大以上事故总量的7.9%和10.3%。 三、煤矿灾害事故基

43、本特征（3）小煤矿事故多发、非法开采矿井安三、煤矿灾害事故基本特征（4）安全生产发展不平衡，存在显著的区域性差异2008年26个产煤省区中，有20个地区死亡人数减少， 6个省市同比上升。贵州、四川、山西、重庆、湖南、河南等6个地区煤矿死亡率仍较高，人数超过250人，6省市共死亡1925人。死亡人数占全国总数的60%。一大批矿区百万吨死亡率已降至平均水平以下，神东、兖州等矿区安全生产达到世界先进水平；一些矿区百万吨死亡率仍然居高不下。三、煤矿灾害事故基本特征（4）安全生产发展不平衡，存在显著的图13 中国煤矿百万吨煤死亡率地理分布图13 中国煤矿百万吨煤死亡率地理分布四、煤矿灾害事故原因分析1.

44、自然条件差、伴生灾害多，容易引发事故 我国大陆是由众多小型地块多幕次汇集形成，煤盆地经受了多期次、多方面、强度较大的改造，“先天性”条件较差。正因为这种地质构造，造成我国地质灾害严重。大地构造的特点决定了煤矿地质条件的复杂性，井工矿的生产条件又增加了安全生产的难度。国有重点煤矿中地质构造复杂或极其复杂的占36%，地质构造简单的只占23%。四、煤矿灾害事故原因分析1.自然条件差、伴生灾害多，容易引发图14 早二叠世全球古地理简图图14 早二叠世全球古地理简图图15 后侏罗纪全球古地理简图（1.52亿年前）图15 后侏罗纪全球古地理简图（1.52亿年前）图16 中国大地构造简图JG.准噶尔地块；T

45、H.吐哈地块；IL.伊犁地块；TR.塔里木地块；MZ.马鬃山地块；HB.好比如地块；TA.塔河地块；JM.佳木斯地块；SL.松辽地块；AL.阿拉善地块；MQ.中祁连地块；TD.达肯达坂地块；QD.柴达木地块；NC.华北地块；SC.华南地块；HN.海南地块；QT.羌塘地块；LS.拉萨地块；HM.喜马拉雅地块；BS.保山地块由30多个地块组成图16 中国大地构造简图JG.准噶尔地块；TH.吐哈地块；I图17 亚洲大地构造简图中国现今地壳运动基本上受喜马拉雅系统和太平洋系统的共同影响图17 亚洲大地构造简图中国现今地壳运动基本上受喜马拉雅系图18 中国大陆现今构造位移矢量图图18 中国大陆现今构造位

46、移矢量图四、煤矿灾害事故原因分析2.煤矿生产条件复杂 我国煤矿以井工矿为主，占产能的95%；美国统计资料露天矿百万吨死亡率为0.0138、井工矿为0.0623、后者是前者的4.54倍；每年以1020m的速度延深，深井数量逐年增加，千米深井已超过20个；煤矿巷道呈管网式的空间布置，多种致灾因子共存于同一环境，一旦发生灾害事故容易发生致灾因子作用的耦合，形成更大灾难。四、煤矿灾害事故原因分析2.煤矿生产条件复杂 四、煤矿灾害事故原因分析3.生产力整体水平低 97%的煤矿为小煤矿，整体规模小，设施简陋，经济增长方式粗放；图 19 矿井生产规模与百万吨死亡率之间的关系四、煤矿灾害事故原因分析3.生产力

47、整体水平低 图 19 矿开采方式落后；采用房柱式或非机械长壁采煤法的矿井百万吨死亡率高；国有重点煤矿非机械长壁采煤的百万吨死亡率分别为普采、高档普采和综采的2.26倍、4.18倍和6.44倍。矿井超能力生产，系统超负荷运转，采掘失调，采抽失调的现象普遍。开采方式落后；全国平均采煤机械化程度不到50%。研究表明，采煤机械程度提高，百万吨死亡率下降。装备水平提高，自然灾害类事故所占比例下降，生产性事故所占比例上升。国有重点煤矿的自然灾害事故起数约占55%，死亡人数约占73%，而国有地方分别占78%和75%，乡镇煤矿分别占78%和86%；机电事故在事故总量中所占比例，国有重点、国有地方、乡镇煤矿分别

48、为8.71%、2.86%和2.08%，运输事故分别为24.62%、14.11%和10%。全国平均采煤机械化程度不到50%。图20 国有重点煤矿采煤机械化程度与百万吨死亡率关系图20 国有重点煤矿采煤机械化程度与百万吨死亡率关系四、煤矿灾害事故原因分析4. 灾害防治能力不足，防灾系统不健全近15%国有煤矿超通风能力生产；技术会诊的462处煤矿“三量”合理的只占18.19%；存在“剃头”开采的矿井占16.54%；通风富余系数比较合理的仅占38.32%；矿井瓦斯抽放率在20%以上的矿井只占40%；大部分矿井井下供电线路，机电设备仍是建井时期的。四、煤矿灾害事故原因分析4. 灾害防治能力不足，防灾系统

49、不健四、煤矿灾害事故原因分析5. 科技支撑能力不足煤矿安全基础理论研究薄弱，对灾害发生机理、演化过程尚不能全面认识，导致治本技术少，治表技术多；灾害防治的许多技术难题没有得到突破；先进适用灾害防治技术没有得到全面推广应用；据初步估算，科技进步对煤矿安全生产贡献率仅为25%。四、煤矿灾害事故原因分析5. 科技支撑能力不足四、煤矿灾害事故原因分析 6.安全管理水平低 管理技术手段落后，大多停留在事后总结教训的被动管理模式上；现场管理混乱、安全技术措施不到位、隐患未及时整改；劳动组织管理较乱。安全管理体制有待完善，有效的社会制约机制急待建位。7.安全投入不足，安全欠帐巨大安全历史欠账问题解决难度大；

50、遗留的安全工程缺口和设备老化等深层次问题突出。四、煤矿灾害事故原因分析 6.安全管理水平低 四、煤矿灾害事故原因分析 8.行业技术标准不能满足安全生产需要。9.煤矿安全科技创新体系及运行机制不健全，对安全生产支撑不足。10.职工素质不高、技术人员匮乏。 11.煤矿基础设施和安全保障能力不能满足国民经济高速发展对煤炭能源的需求。四、煤矿灾害事故原因分析 8.行业技术标准不能满足安全生产需科学采矿科学采矿是指实现既能最大限度地高效采出煤炭资源而又保证安全和保护环境的开采技术科学采矿的主要内容 机械化高效开采 绿色开采 安全开采 提高资源回采率 完全成本(生产成本、安全成本、环境成本、资源成本、发展

51、成本)科学采矿科学采矿是指实现既能最大限度地高效采出煤炭资源而又保煤炭生产机械化全国平均采煤机械化程度仅45%,国有重点为2.72%,乡镇煤矿几乎没有机械化开采,全国约有200万以上的矿工还在从事手工采煤.由于地质条件复杂生产规模不同,因此需要各类机械满足采煤的要求.驱动企业机械化的动力是不断提高的劳动和安全事故补偿成本.煤炭生产机械化全国平均采煤机械化程度仅45%,国有重点为2.国有重点煤矿的安全高效生产1)神东矿区2005年产量达1亿t,职工总数7 500人,全员工效119 t/工,是美国平均水平41.73 t/工的2.5倍,是国有重点煤矿3.739 t/工的31倍.其中哈拉沟煤矿全员工效

52、达到189 t/工.矿井控制系统实现了自动化.2)我国研发的放顶煤开采技术在很多矿井实现了高产高效.如兖州东滩煤矿年产原煤800万t,一井一放顶煤工作面,年产600万t,回采工效300t /工,原煤生产工效1820 t/工.潞安王庄煤矿4326放顶煤工作面,最高月产量达35.3万t.潞安矿业集团,2003年产量1 700万t,原煤生产工效13.484 t/工.3)薄煤层开采取得了一定的进展.辽宁铁法煤业集团使用国产的液压支架,德国DBT公司生产的刨煤机和电液控制系统,在煤厚1.5 m时平均日产3 712 t,最高达6 480 t,生产能力可达120150万t/a.它也是实现薄煤层无人工作面开采

53、的前奏.枣庄田陈煤矿用国产综采设备开采1.1 m的煤层,最高日产达3 504 t,基本达到了年产百万吨的能力.新汶对薄煤层进行了钻采法试验,取得一定成效.4)最近发展的短壁和房柱开采机械对提高矿井残留煤柱回收率有益.国有重点煤矿的安全高效生产1)神东矿区2005年产量达1亿t矿压理论与支护技术课件煤炭开采岩层移动排放矸石地下水流失与突水事故瓦斯卸压流动、瓦斯事故与排放瓦斯污染环境地表塌陷、土地与建筑物损害占用土地污染环境保水 开采煤与瓦斯 共采条带开采充填开采矸石不出井与煤巷支护煤炭地下气化绿色开采理论煤炭开采岩层移动排放矸石地下水流失与突水事故瓦斯卸压流动、瓦一、中国煤炭资源环境与安全问题2

54、007年全国煤炭产量煤矿瓦斯灾害与瓦斯排放煤矿突水灾害与水资源破坏煤矸石的露天排放问题“三下”压煤问题煤矿安全与环境问题的特殊性一、中国煤炭资源环境与安全问题2007年全国煤炭产量1. 2007年全国煤炭产量2007年全国煤炭产量25.5亿吨其中95以上为井工开采一、煤炭资源环境与安全问题1. 2007年全国煤炭产量2007年全国煤炭产量25.2. 煤矿瓦斯灾害与瓦斯排放一、煤炭资源环境与安全问题 中国在地下2000 m范围内具有3035万亿m3煤层气资源,每年排放煤矿瓦斯200亿m3左右。 煤矿瓦斯灾害严重，2004年底至2005年初，大平煤矿、陈家山煤矿、孙家湾煤矿接连发生3起一次死亡百人

55、以上特大瓦斯事故。高瓦斯及煤与瓦斯突出低瓦斯2. 煤矿瓦斯灾害与瓦斯排放一、煤炭资源环境与安全问题 3. 煤矿突水灾害与水资源破坏我国60%的矿区为石碳二叠系含煤地层,其中80%受到严重的突水危险。现在，我国每年排出矿井水60亿m3左右，只利用25%左右，造成矿区水源枯竭、水与生态环境的破坏。一、煤炭资源环境与安全问题 3. 煤矿突水灾害与水资源破坏我国60%的矿区为石碳一、煤炭资源环境与安全问题 4. 煤矸石的露天排放问题 我国现有矸石山1600余座，堆积量超过45亿t，占地超过15000 hm2。目前每年产矸量超过3.5亿t。 矸石山除了占用大量的土地资源外，还会严重污染空气和地下水，甚至

56、存在爆炸危险。 一、煤炭资源环境与安全问题 4. 煤矸石的露天排放问题 5. “三下”压煤问题 我国的煤炭资源回收率仅为40%左右，“三下”（村庄下、道路下、水体下）压煤是其重要根源。 新汶矿区“三下”压煤高达2.67亿吨，占可采储量的70%多。一、煤炭资源环境与安全问题 5. “三下”压煤问题 我国的煤炭资源一、煤炭资源环境与安全问题 6. 煤矿安全与环境问题的特殊性中国经济高速增长依赖于煤炭资源中国煤层赋存条件中国煤层瓦斯地质条件中国煤层水文地质条件中国“三下”压煤与土地资源条件欧美国家立法为先（上世纪70年代）中国创新绿色采煤技术为核心一、煤炭资源环境与安全问题 6. 煤矿安全与环境问题

57、的特二、绿色开采技术的基本框架煤矿绿色开采采动岩体结构运动理论采动裂隙岩体渗流理论煤与瓦斯共采保水采煤矸石充填采煤绿色开采技术框架二、绿色开采技术的基本框架煤矿绿色开采采动岩体结构运动理论采三、煤与瓦斯共采技术1. 瓦斯抽采方法分类2. 采动卸压瓦斯抽采3. 煤与瓦斯共采效果三、煤与瓦斯共采技术1. 瓦斯抽采方法分类采后抽采采前抽采（预抽）采中抽采（边采边抽）煤矿瓦斯抽采方法1. 瓦斯抽采方法分类三、煤与瓦斯共采技术采后抽采采前抽采采中抽采煤矿瓦斯抽采方法1. 瓦斯抽采方法采前抽采(预抽)邻近层抽采本煤层抽采地面钻井抽采穿层钻孔抽采顺层钻孔抽采交叉钻孔抽采煤层巷道抽采地面钻井抽采穿层钻孔抽采走

58、向巷道抽采倾向巷道抽采水平长钻孔抽采三、煤与瓦斯共采技术采前抽采(预抽)邻近层抽采本煤层抽采地面钻井抽采穿层钻孔抽采采中抽采(边采边抽)掘进工作面抽采回采工作面抽采地面钻井抽采穿层钻孔抽采顺层钻孔抽采煤层巷道抽采采空区埋管抽采巷帮钻孔抽采迎头钻孔抽采相邻巷道抽采三、煤与瓦斯共采技术采中抽采(边采边抽)掘进工作面抽采回采工作面抽采地面钻井抽采采后抽采 采空区抽采地面钻井抽采密闭插管抽采密闭钻孔抽采以上各种方法的组合构成了煤矿瓦斯的综合抽采三、煤与瓦斯共采技术采后抽采 采空区抽采地面钻井抽采密闭插管抽采密闭钻孔抽采以上2. 采动卸压瓦斯抽采三、煤与瓦斯共采技术2. 采动卸压瓦斯抽采三、煤与瓦斯共采

59、技术三、煤与瓦斯共采技术三、煤与瓦斯共采技术走向高抽巷三、煤与瓦斯共采技术走向高抽巷三、煤与瓦斯共采技术倾向高抽巷三、煤与瓦斯共采技术倾向高抽巷三、煤与瓦斯共采技术倾向穿层孔三、煤与瓦斯共采技术倾向穿层孔三、煤与瓦斯共采技术顶板走向孔三、煤与瓦斯共采技术顶板走向孔三、煤与瓦斯共采技术地面钻井三、煤与瓦斯共采技术地面钻井三、煤与瓦斯共采技术底板巷穿层钻孔三、煤与瓦斯共采技术底板巷穿层钻孔三、煤与瓦斯共采技术底板巷穿层钻孔三、煤与瓦斯共采技术底板巷穿层钻孔三、煤与瓦斯共采技术中国煤矿瓦斯抽采量的增长情况19652007199519851506004400328阳泉、淮南、水城、盘江、松藻、晋城、抚

60、顺 、淮北等10个矿业集团年抽采量超过1亿立方米山西、辽宁、安徽、重庆等5个省市年抽采量超过2亿立方米3. 煤与瓦斯共采效果三、煤与瓦斯共采技术中国煤矿瓦斯抽采量的增长情况19652007199519851977年以来全国煤炭产量与死亡人数三、煤与瓦斯共采技术1977年以来全国煤炭产量与死亡人数三、煤与瓦斯共采技术四、煤矿突水灾害防治技术研究现状与不足关键科学问题重点研究内容与方案主要研究进展工程应用实例四、煤矿突水灾害防治技术研究现状与不足矿井突水的地质特征及条件：安全水头预测法、隔水层厚度判别法、“下三带”理论(中国)等。采动裂隙演化与渗流理论：“横三区”与“竖三带”裂隙分布规律(中国)、