采矿学第 十九 章课件

煤矿开采方法

精品课程课件

第四篇采煤方法

十九章露天开采第十九章露天开采概述

第一节开采特点及工艺环节一、露天开采特点采掘空间敞露于地表剥离煤层上覆、四周岩土煤炭运输岩土运输露天开采：采煤和剥离两部分作业的总称生产环节预先松碎采装运输排土、卸煤排土、卸煤辅助生产环节采掘设备有计划、规定场所动力供应、设备维修、线路修筑移设、滑坡处理与防治二、生产工艺环节生产规模大生产效率高生产成本低煤炭采出率高作业空间不受限制木材、电力消耗少建设速度快、产量有保证、安全劳动条件好优点占地多、污染环境后期治理投资大受气候影响大赋存条件要求严格缺点三、露天开采的优缺点

第二节采场要素一、采场要素（一）露天开采境界及边帮要素1、露天开采境界开采终了时空间状态地面境界AB边帮AC、BD底部境界线CD一、采场要素3、边帮角工作面边帮角：最上台阶和最下台阶坡底线假想面与水平面夹角最终边帮角：采场终了时，最上台阶和最下台阶坡底线假想面与水平面夹角（二）台阶要素1、台阶水平按一定标高分层台阶坡面台阶坡面角2、台阶坡顶线台阶上部平盘与坡面的交线台阶下部平盘与坡面的交线3、台阶坡底线台阶下部平盘与坡面的交线4、台阶高度台阶上部平盘与台阶下部平盘的垂直距离二、开采工艺分类水力机械运输的方式1、间断式开采工艺各种硬度广泛应用2、连续式开采工艺松软岩土3、半连续式开采工艺采深大、运距远矿井储量：指井田内可采煤层的全部储量（1）概略研究储量（2）预可行性研究储量（3）可行性研究储量123按可行性评价阶段划分1.（一）煤炭储量的分级分类三、露天开采的优缺点按经济意义划分（1）经济的储量（2）边际经济的储量（3）次边际经济的储量（4）内蕴经济的储量（5）经济意义未定的基础储量任务二.确定矿井生产能力2.第一节“三下一上”采煤方法（二）地表移动的一般特征（一）地表移动及移动盆地。边界、下降10mm。（二）移动盆地的形成过程及种类种类：非充分采动碗状充分采动盆状——超充分采动过程：主断面、过最大下沉点，走向、倾向第一节“三下一上”采煤方法三.地表移动和变形的类型和规律（一）.下沉（w）.mm水平移动（v）.mm类型倾斜（i）mm/mi=Δw/Δx或dw/dx（A.B）水平变形（ε）.mm/mε=Δv/Δx或dv/dx（A.B）图23—8曲率（k）0.001/mk=Δi/Δx或di/dx=d2w/dx2（A.B.C）曲率半径R=1/k第一节“三下一上”采煤方法（二）.规律（稳定后的）下沉：向下为正，倾斜：左正、右负，移动：左正、右负。图23—9是回采结束（比如一个回采面）且下沉稳定以后的曲线图。曲率：凸正、凹负，变形：拉正、压负。曲率和水平变形为零值所对应的下沉曲线上的E和E′是拐点，偏向采空区一侧。第一节“三下一上”采煤方法（三）.采动过程中地表移动和变形的发展规律1.轨迹图23—10参照图23—3。2.地表下沉的基本规律图23—3。解讲3.水平（或倾斜）移动发展规律图23—11。A.B.C.D非充分移动、E充分、F超充分。O′5和O′6对应图23—9中的O1和O2。图23—9中，O1和O2点之间各点都经历过负向移动和正向移动负倾斜到变平的过程，O1和O2点之间各点，起点和终点连线都铅垂的，这行轨迹都是曲线，如图23—10中的c点。4.曲率（水平变形）发展规律A.B.C不充分、D充分、E超充分。左盆边正曲率由小到大到稳定值，参见图23—9，负曲率（kB）由碗底最大到左盆边次大（kc）再缩小到稳定值。第一节“三下一上”采煤方法二、建筑物压煤开采(一)地表移动和变形对建筑物的影响1.地表下沿的影响建筑物主要管路的坡度会发生变化，四周的防水坡也可能造成破坏。特别是由于地表下沉造成潜水位相对上升，造成建筑物长期积水或过度潮湿时，就会影响建筑物的强度，以至影响建筑物的使用。2.地表倾斜的影响地表倾斜后，建筑物也随之歪斜，重心偏移，影响其稳定性，而且承重结构内部将产生附加盈利，基础的承压也会发生变化。第一节“三下一上”采煤方法(一)地表移动和变形对建筑物的影响3.地表曲率的影响建筑物的基础底面出现悬空状态。4.地表水平变形的影响使建筑物受到附加的拉伸和压缩应力。第一节“三下一上”采煤方法(二)减少地表移动和变形的开采措施1.防止地表突然下沉

措施：在一定的开采深度下，进行建筑物下采煤；开采急斜煤层时，在煤层露头处应留设足够的煤柱，以防止突然塌陷；在缓斜或倾斜厚煤层浅部开采时，应尽量采用倾斜分层长壁式采煤法，并适当减少第一、第二分层开采煤厚。第一节“三下一上”采煤方法3、消除或减少开采影响的不利叠加的措施（1）分层间隔开采（2）合理布置各煤层（分层）的开采边界（3）尽量使用较长的采煤工作面，实行全柱开采（4）尽量不残留尺寸不适当的煤柱（5）协调开采4、消除或减少开采边界的影响第一节“三下一上”采煤方法三、铁路压煤开采（一）铁路压煤开采的特点和要求（二）开采技术措施1、在采区布置上，应尽量使采动线路处于盆地主断面附近，避免线路处于移动盆地的边缘。2、严禁使用非正规的采煤方法。3、选择合适的采煤方法和顶板管理方法。4、在缓斜和倾斜厚煤层浅部开采时，应尽量采用倾斜分层采煤法，适当减小分层开采的厚度，禁用一辞采全稿采煤法。第一节“三下一上”采煤方法四、水体压煤开采(一)影响水体下采煤的地质及水文地质因素1.煤层上方水体类型2.岩性及地层结构3.断裂构造4.煤(岩)层赋存状态第一节“三下一上”采煤方法(二)水体压煤开采的一般途径1、顶水采煤——对水体不做任何处理，只在水体与煤层之间保留一定厚度（或垂高）的安全煤岩柱情况下进行采煤。2、疏干采煤：先疏后采，或边采边疏3、顶疏结合开采4、帷幕注浆堵水(三)水体下采煤的开采技术措施第一节“三下一上”采煤方法五、石灰岩水压含水层上带压开采(一)石灰岩水压含水层上带压采煤防治水途径及技术应用特点1、石灰岩承压含水层上带压采煤防治途径（1）疏水开采（2）堵水开采（3）带（水）压开采（4）综合治理2、石灰岩承压含水层上采煤技术应用的特点第一节“三下一上”采煤方法(二)石灰岩水压含水层上带压开采的技术条件及影响因素1、含水层的富水特征2、断裂构造的导水性3、底板岩柱的阻水能力4、采动影响程度(三)石灰岩水压含水层上带压开采的适用条件及技术措施1、含水层上带压开采的适用条件2、综合治理、带压开采的主要技术措施第二节水力采煤法

利用水力来完成矿井生产中采煤、运输、提升等生产环节的全部或部分工作的开采技术，简称水采。一、水采生产系统简介（一）高压供水系统（二）煤水运提系统（三）脱水系统第二节水力采煤法水采矿井类型全部水力采煤采、运、提、煤掘，用水力，辅助系统和岩掘系统仍是旱采。在采区下部分级，级下水运水提，级上旱运旱提。部分水力采煤水旱两套部分环节水力。（一）高压供水系统：水源，高压泵，高压管路，水枪。1.水源，地面，地下――耐酸泵，推荐使用。开式，闭式，实际为开式，因为有井下涌水。2.高压泵12-20MPa一套2台泵，一台水枪，水枪轮流用水。掘进面炮掘机掘水运，单设供水系统。0.6-2MPa。3.高压供水管路。无缝钢管：主干管开拓巷道：250-300mm支干管准备巷道：150-200mm支管回采巷道：125-150mm4.水枪：手动：常用，简单便宜能观察液控（水控）自移液控（二）煤水运提系统水运：优点：连续，简单，可靠（故障少），维修少，效率高缺点：磨损较大，能耗较大，有选煤厂时，制浆和脱水都不算缺点：水运：明槽：铁溜槽，坡度大于5～7％，用在采区内管路：耐磨煤水管，直径200～350mm，用在大巷和井筒明槽自流水力运输和管路水力运输之间要设煤水硐室煤水仓。煤水仓压入式——常用，浓度大，有效容积大，操作方便，但呆滞量大，工程大。吸入式区别：与煤水泵的位置关系。（三）脱水系统，自学应该与洗煤厂结合。三、水采矿井开拓特点回采率低，井田尺寸要足够，大巷可斜可平，当井田尺寸大或地质构造复杂时宜采用平巷，管路水力运输。第二节水力采煤法二、水力采煤方法特点：1、以水射流实现落煤和运输两个主要生产环节，把落煤与运输简化成单一的连续工序。2、这种水采方法对回采空间的煤层顶板不进行支护，作业人员不进入采煤工作面内。简化了采煤工作面的顶板管理，减轻了工人劳动强度，提高了生产的安全性。3、这种水采方法的采煤工作面以短壁形式布置，具有较强的机动性和灵活性。第二节水力采煤法二、水力采煤方法（一）倾斜短壁式采煤法1、采准巷道布置2、采区生产系统3、采煤工艺（二）走向短壁式采煤法1、采准巷道布置2、采区生产系统3、采煤工艺短壁式采煤法（三）倾斜短壁式与走向短壁式平煤法的比较一、射流作用与指标水枪射流：先捣槽，后落煤，射流指标：出口压力——6-20MPa射程——15-20米流量——160-300，m3/h二、水力采煤法：漏斗式——适用缓倾斜煤层走向小阶段式——适用倾角较大的缓倾斜，倾，急倾斜煤层漏斗式：单面：水枪冲回采眼的一侧双面：水枪冲回采眼的两侧采准巷道。图24－7，巷道系统和生产系统，一般均为双翼布置，单翼生产，没、水、料、风等系统情况；后退下行式开采顺序。采区参数：能力：自学，查表，一个采区一套水采系统斜长：开拓已定。走向长：一翼：缓倾斜500～1000m，急倾斜200～600m。区段斜长：120-150m回采工艺讲解：最终冲采角——倾角大取大值，倾角小取小值，煤垛：移抢步距，煤垛长度，开式，闭式半闭式每个采区配3个回采面，一采，一移，一备，错距15-25m走向小阶段式：α＞12-15度采准巷道，图24－10，于图24－7的差别仅仅是回采巷和回采眼，采区参数和生产系统类似漏斗式采煤法，错距8-15米回采工艺：图24－11。漏斗式优缺点与小台阶比较：掘进率低，移枪少，效率高，回采率低，安全差。第二节水力采煤法三、水力采煤的适用条件1、顶板稳定或中等稳定，底板泥化、底鼓不严重，倾角7°～30°的中厚和厚煤层。2、厚度1m以上、倾角大于30°、顶底板稳定性符合水采要求的倾斜、急斜煤层。3、地质构造复杂、倾角、厚度变化大，但其整体条件仍适合水采的中厚以上的不稳定煤层。第三节水砂充填采煤法

一、概述充填法是一种采空区处理的方法，它是利用砂子、碎石或炉渣等材料充填采空区，借以支撑围岩，防止或减少围岩垮落和变形。充填方法：自溜充填、机械充填、风力充填、水力充填。第三节水砂充填采煤法二、充填材料的要求（一）对充填材料的要求数量足，取材容易，质量好，安全可靠，价格低，易加工。（二）充填材料的需要量1、充填材料的总需要量2、充填材料的年消耗量第三节水砂充填采煤法

三、水力充填采煤法倾斜分层走向长壁上行充填采煤法及倾斜分层V形倾斜长壁上行充填采煤法。（一）准备方式及采煤系统（二）采煤工艺（三）V形倾斜长壁上行充填采煤法

第三节水砂充填采煤法

四、适用条件倾斜分层走向长壁上行充填采煤法适用条件：①倾角5°～35°特厚煤层；②对地表变形要求严格的建（构）筑物、铁路下和水体下开采区域；③顶板极破碎，有煤与瓦斯突出及冲击地压的特厚煤层。第四节深井采煤

一、深矿井开采的主要特征（一）地压大（二）地温高二、深矿井开采的矿压控制（一）巷道布置1、开拓和准备巷道应布置在岩石力学性能好的岩（煤）层中。2、巷道应布置在受采动影响小的位置。3、缩短巷道服务年限。第四节深井采煤二、深矿井开采的矿压控制（二）巷道支护1、支护强度大，能抵抗高地压；2、可缩性能好，可缩量大，能适应围岩的大变形；3、封闭性能好，能够有效地防止底鼓。第四节深井采煤二、深矿井开采的矿压控制（三）巷道维护1、卸压法（1）超前导硐（2）爆破卸压（3）钻孔卸压（4）宽巷卸压2、围岩加固法（1）机械加固（2）化学加固第四节深井采煤

三、深矿井开采的地热和瓦斯控制（一）地热控制在矿井或采区安装空调机，进行制冷降温。（二）瓦斯控制一是控制瓦斯涌出量；二是防止煤与瓦斯突出。第五节煤炭地下气化

一、煤炭地下气化原理首先从地表沿煤层开掘两条倾斜巷道1和2，然后在煤层中靠下部用一条水平巷道将两条倾斜巷道连接起来，被巷道包围的整个煤体，就是将要气化的区域，称之为气化盘区，或称气化发生炉一、煤炭地下气化原理

1.气化带2.还原带

3.干馏—干燥带第五节煤炭地下气化

800~1000oⅠ、燃烧区1200~1400oco2+c=2coⅡ、还原区H2o+c=cH4+co+H2700~400o收热降温Ⅲ、干馏区碳不再氧化，排出气体温度再降低Ⅲ、干燥区水析出气体干燥cH4、co、H2、o2、co2、H2s、N2.应该还有H2o，前3项是煤气第五节煤炭地下气化

二、煤炭地下气化方法通常分为有井式和无井式两种。无井式地下气化是应用定向钻进技术，由地面钻出进、排气孔和煤层中的气化通道，构成地下气化发生炉。无井式气化法是用钻孔代替坑道，以构成气流通道。避免了井下作业和有井式气化的其他问题，使煤炭地下气化技术有了很大提高，目前，它已在世界上被广泛采用。第五节煤炭地下气化图14－16无井式地下气化法第五节煤炭地下气化无井式（一）.准备打钻贯通——形成气化通道图25—2~7.钻孔：立、斜、弯—常用反向燃烧贯通法——常用空气渗透火力贯通顺向燃烧.1~6个大气压

贯通电力贯通——焦化通道，气化前用高压气扩一次通道定向钻进——遥控钻头，快、成本低、长度可达100m水力压裂法第五节煤炭地下气化

逆流火力作业方式（二）.工艺系统1、近水平和缓倾斜顺流火力作业（比逆流好）

2、倾斜和急倾斜先用垂直钻孔贯通，然后垂直钻孔封闭，用沿煤层的倾斜钻孔气化。或者垂直孔不封闭，鼓风或排气，与斜孔配合、气化。或顺流、或逆流第五节煤炭地下气化气化发生炉（地下盘区）的分类和参数分类有隔离通道无2~10m厚煤层盘区尺寸倾斜400~500m总产气量？单位时间产气量？走向，按适宜产气量（2~10）×104m3确定走向钻孔的个数走向随之确定孔距出现了三种说法：20~30m，50~60m，25~60m？近水平、缓倾斜煤层发生炉的结构前方排气式，每个钻孔交替鼓、排侧方排气式，每个钻孔只鼓或只排第五节煤炭地下气化效果影响因素富氧鼓风：好，制氧还有副产品、经济温度高：好，但难以控制脉鼓风：好，热值增加2~3倍以上含水量：越高，媒质越好，温度就越低，不好控制通道长：好，要求大于100m第五节煤炭地下气化

三、适用条件及发展方向一般来说，多孔而松软的褐煤及烟煤厚煤层比较容易气化。稳定而连续的煤层，顶底板的透气性小于煤层的透气性以及倾角超过35°的中厚煤层对气化更为有利。利用气化去回收报废矿井的煤柱、边角煤也是国外气化的一个方向。投资是气化站的1/2~1/3，燃烧会产生笨，对地下水污染严重。谈适用条件只是粗略的，方法还没定型，不成熟。研究方向——温度和位置控制，煤化工品生产。第六节螺旋钻机无人工作面开采一、螺旋钻机的种类及特点

按切削方式：正面钻进和侧面钻进螺旋钻机。井下采煤多采用侧面钻进。按钻杆数量：一根单轴式图1-8一对双轴式图1-9多于两个多轴式图1-12单轴式：工作机构和行走部分布置在同一底座上，但是他们是独立的。为履带行走方式，功率大，推进力大，操作灵活有机械化接长钻杆装置。双轴式：具有两个钻架：一个钻架用来钻孔，一个用来专门在已钻过的钻孔中采煤。附有运输设备和通风设备，以保证采出的煤炭及时外运和钻机工作时的通风需要。

多轴式：可自动行走，可以利用煤矸石充填钻孔功能。一轴连接风筒与节式钻杆等长风机向孔内送风，有洒水装置。二、螺旋钻机采煤