煤礦開采基本知識（谷風(fēng)參考）

1、煤礦開采基本知識主講人 楊偉 淄博煤炭經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)公司,1,經(jīng)驗學(xué)習(xí),第一章 地質(zhì)基礎(chǔ)知識 第二章 煤礦生產(chǎn)概貌 第三章 井田開拓 第四章 巷道掘進 第五章 采煤方法 第六章 礦井通風(fēng)與安全 第七章 礦井固定設(shè)備與供電,2,經(jīng)驗學(xué)習(xí),第一章 地質(zhì)基礎(chǔ)知識,3,經(jīng)驗學(xué)習(xí),第一節(jié) 地殼,一、地殼的組成物質(zhì) 地球是一個巨大的橢球體，其赤道半徑為6378.2km，極半徑為6356.8km。地球的最外層是堅固的外殼，稱為地殼，平均厚度約為20km。地殼主要由巖石組成，組成巖石的是礦物，而礦物則是由各種化學(xué)元素所組成。因此，在地殼中蘊藏著非常豐富的礦產(chǎn)資源。,4,經(jīng)驗學(xué)習(xí),（一）元素 組成地殼的元素達百余

2、種，但占主要地位的是氧、硅、鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂、氫等，而以氧(46.6%)和硅(27.7%)為最多。 （二）礦物 礦物是地殼中一種或多種元素在各種地質(zhì)作用下形成的自然產(chǎn)物，具有比較固定的化學(xué)成分和一定的物理性質(zhì)與形態(tài)。 自然界中已發(fā)現(xiàn)的礦物有兩千多種，絕大多數(shù)呈固態(tài)，也有的呈液態(tài)（如水、石油和汞等）和氣態(tài)（如沼氣）。但組成巖石的常見礦物并不多，主要的僅20余種。,5,經(jīng)驗學(xué)習(xí),（三）巖石:巖石是礦物的集合體，可包含一種或多種礦物。 巖漿巖、 沉積巖 變質(zhì)巖 地殼中的巖石絕大部分為巖漿巖，沉積巖只占地殼總重量的5%，但沉積巖卻覆蓋著地球表面積的75%，是最常見的一類巖石。由于煤層一般都埋藏于

3、沉積巖巖層中，因此沉積巖與采煤工作的關(guān)系最為密切。此外，在沉積巖地層中還有許多重要的礦產(chǎn)資源，如石油、天然氣、沉積鐵礦、鹽礦、鋁礦、磷礦、油頁巖和石灰?guī)r等。,6,經(jīng)驗學(xué)習(xí),二、地史及地層的概念,地球的形成已有四十五億年以上的歷史。為了便于研究，通常根據(jù)地殼運動和古生物的發(fā)展，將地殼的歷史從古到今，劃分為太古代、元古代、古生代、中生代和新生代等五個大的時期。為了反映更短的時間間隔內(nèi)地殼的變化，代以下分為若干紀(jì)，紀(jì)以下又分為世。代、紀(jì)、世是國際統(tǒng)一的劃分地質(zhì)時代的單位。,7,經(jīng)驗學(xué)習(xí),第二節(jié) 煤的形成、用途和分類,一、煤的形成 遠在距今約0.033.2億年間，即地質(zhì)史上稱為第三紀(jì)、侏羅紀(jì)、二迭紀(jì)和

4、石炭紀(jì)等時代，地球上許多地區(qū)布滿了湖泊、沼澤，當(dāng)時氣候溫暖潮濕，植物生長茂盛。 二、評價煤質(zhì)的主要指標(biāo) 水分和灰分：揮發(fā)分：固定碳：膠質(zhì)層厚度：發(fā)熱量：硫：磷：含矸率：,8,經(jīng)驗學(xué)習(xí),三、煤的用途與工業(yè)分類,9,經(jīng)驗學(xué)習(xí),第三節(jié) 煤系地層和礦井地質(zhì)構(gòu)造 一、煤系地層與煤層賦存狀態(tài) （一）煤系 煤是在一定歷史時期形成的具有成因聯(lián)系的大致連續(xù)沉積的一套含煤巖系。,10,經(jīng)驗學(xué)習(xí),（二）煤層 1、煤層是由植物體大量堆積，經(jīng)成煤作用形成的層狀固體可燃礦產(chǎn)。 2、煤層的形態(tài)是指煤層賦存的幾何形態(tài)。,11,經(jīng)驗學(xué)習(xí),3、煤層厚度是指煤層頂?shù)装逯g的垂直距離，也稱為煤層真厚度。 （1）薄煤層 厚度小于1.3

5、m （2）中厚煤層 厚度為1.33.5m （3）厚煤層 厚度大于3.5m.,12,經(jīng)驗學(xué)習(xí),(三）煤層厚度的變化 煤層厚度是影響煤礦開采的主要地質(zhì)因素，煤層厚度不同，采煤方法亦不同。 、煤層厚度的原生變化泥炭層堆積過程中，形成頂板前，由于各種地質(zhì)作用影響而形成的煤層形態(tài)和厚度的變化。 、煤層厚度的后生變化泥炭層被覆蓋或煤系形成后，由于構(gòu)造變動，巖漿侵入，河流剝蝕等地質(zhì)作用引起的煤層形態(tài)和厚度的變化。,13,經(jīng)驗學(xué)習(xí),構(gòu)造變動引起的變化特點： 原始結(jié)構(gòu)破壞，出現(xiàn)層間揉皺和滑動鏡面，在構(gòu)造復(fù)雜的地段煤呈碎粒狀、鱗片狀和粉末狀，煤的光澤變暗，灰分增高；煤層增厚帶和變薄帶相間出現(xiàn)，并沿主要構(gòu)造線呈狹長

6、條帶分布；煤巖層出現(xiàn)不協(xié)調(diào)褶曲，有時煤巖互相穿插，致使煤層呈各種不規(guī)則狀態(tài)。,14,經(jīng)驗學(xué)習(xí),(四) 煤層頂板和底板 頂板：賦存在煤層之上的臨近巖層 底板：賦存在煤層之下的臨近巖層 1 、頂板的類型 根據(jù)頂板的巖性、厚度及 回采過程中垮落的難易程度，分為3種頂板類型。 偽頂 直接頂 老頂 2 、底板的類型 直接底 老底,15,經(jīng)驗學(xué)習(xí),16,經(jīng)驗學(xué)習(xí),二、礦井地質(zhì)構(gòu)造 礦井地質(zhì)構(gòu)造是井田邊界及其范圍內(nèi)的褶皺、斷層、節(jié)理和層間滑動等地質(zhì)構(gòu)造的統(tǒng)稱。 （一）褶皺構(gòu)造 巖層和煤層在構(gòu)造應(yīng)力作用下形成的一系列連續(xù)的彎曲稱為褶皺構(gòu)造。,17,經(jīng)驗學(xué)習(xí),每一個單獨的彎曲稱為褶曲 有2種基本形式: 向斜：巖

7、層向下彎曲，核部是老巖層，兩翼是新巖層 背斜：巖層向上彎曲，核部是新巖層，兩翼是老巖層 褶曲要素（基本組成部分）： 核部、翼部、 軸面、 樞紐,18,經(jīng)驗學(xué)習(xí),背斜,向斜,19,經(jīng)驗學(xué)習(xí),20,經(jīng)驗學(xué)習(xí),（二）斷層構(gòu)造 巖層或煤層受力超過其強度極限發(fā)生變形破壞的類型，可以分為兩類： 斷層（兩側(cè)巖塊有顯著位移）和節(jié)理（裂隙）。 斷層是影響礦井安全生產(chǎn)的最主要的地質(zhì)構(gòu)造。 1、斷層要素 斷層面 斷盤 斷層線（斷層交面線） 斷距,21,經(jīng)驗學(xué)習(xí),22,經(jīng)驗學(xué)習(xí),（1）斷層面 斷層的斷裂滑動面稱為斷層面。 走向、傾向、傾角。 （2）斷盤 位于斷層面兩側(cè)的巖塊稱為斷盤。 （3）斷層線和斷層交面線 斷層線

8、是指斷層在地表的出露線，也就是斷層面與地面的交線，它反映了斷層的延展方向。 斷層面與巖層面的交線稱為交面線。 斷層面與煤層底板面的交線稱煤層交面線，或斷煤交線。 （4）斷距 斷距指斷層兩盤相對錯開的距離，包括：真斷距、地層斷距、鉛直斷距和水平斷距。,23,經(jīng)驗學(xué)習(xí),ab總斷距或真斷距 hi地層斷距 dg鉛直斷距或稱落差 gn水平斷距,24,經(jīng)驗學(xué)習(xí),2、斷層的分類 根據(jù)上下兩盤巖體 相對移動性質(zhì)來劃分,25,經(jīng)驗學(xué)習(xí),26,經(jīng)驗學(xué)習(xí),3、裂隙 裂隙又稱為節(jié)理，指沿斷裂面兩側(cè)沒有發(fā)生明顯位移的斷裂。 三、陷落柱 巖溶陷落柱是煤系地層下部可溶性巖石在地下水和重力作用下所產(chǎn)生的塌陷現(xiàn)象。,27,經(jīng)驗

9、學(xué)習(xí),28,經(jīng)驗學(xué)習(xí),第二章 煤礦生產(chǎn)概貌,29,經(jīng)驗學(xué)習(xí),第一節(jié) 煤田的開發(fā),一、煤田和礦區(qū) 在地質(zhì)歷史發(fā)展過程中，同一地質(zhì)時期形成并大致連續(xù)發(fā)育的含煤巖系分布區(qū)稱為煤田。統(tǒng)一規(guī)劃和開發(fā)的煤田或其一部分則稱為礦區(qū)。,30,經(jīng)驗學(xué)習(xí),二、井田 劃歸一個礦井（或露天礦）開采的那一部分煤田，謂之井田（礦田）。,31,經(jīng)驗學(xué)習(xí),三、礦井生產(chǎn)能力和井型 礦井生產(chǎn)能力，一般是指礦井的設(shè)計年產(chǎn)量，以萬T/a表示。我國把礦井劃分為大、中、小三種類型，稱井型。 大型礦井：生產(chǎn)能力為120萬T/a、150萬T/a、180萬T/a、240萬T/a、300萬T/a、400萬T/a、500萬T/a及以上的礦井，300

10、萬T/a及其以上的礦井又稱特大型礦井。 中型礦井：生產(chǎn)能力為45萬T/a、60萬T/a、90萬T/a 小型礦井：生產(chǎn)能力為9萬T/a、15萬T/a、21萬T/a、30萬T/a。 我國國有煤礦多為大、中型礦井；地方煤礦多為中小型礦井；鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦多是小煤窯，年產(chǎn)量在多小于3萬T/a。,32,經(jīng)驗學(xué)習(xí),第三節(jié) 礦井生產(chǎn)系統(tǒng),33,經(jīng)驗學(xué)習(xí),（一）開拓巷道 1、井筒和平峒 2、井底車場 3、回風(fēng)井 4、石門 5、運輸大巷 6、回風(fēng)大巷,34,經(jīng)驗學(xué)習(xí),（二）準(zhǔn)備巷道 1、采區(qū)車場 2、采區(qū)煤倉 3、采區(qū)上山 4、采區(qū)下山,35,經(jīng)驗學(xué)習(xí),（三）回采巷道 1、區(qū)段運輸平巷 2、區(qū)段回風(fēng)平巷 3、開切眼,3

11、6,經(jīng)驗學(xué)習(xí),二、井下生產(chǎn)運輸提升系統(tǒng) 三、井下生產(chǎn)動力供應(yīng)系統(tǒng) 四、井下生產(chǎn)通風(fēng)安全系統(tǒng) 五、井下生產(chǎn)排水系統(tǒng) 六、地面生產(chǎn)系統(tǒng),37,經(jīng)驗學(xué)習(xí),第三章 井田開拓第一節(jié)煤田劃分為井田,38,經(jīng)驗學(xué)習(xí),一、礦井年產(chǎn)量,39,經(jīng)驗學(xué)習(xí),二、礦井服務(wù)年限 三、礦井儲量 Z可采=KAT 四、井田范圍,40,經(jīng)驗學(xué)習(xí),第二節(jié) 井田內(nèi)的再劃分 一、井田劃分為階段,41,經(jīng)驗學(xué)習(xí),二、階段劃分為采區(qū),可將井田內(nèi)的劃分順序歸納如下：,42,經(jīng)驗學(xué)習(xí),第三節(jié) 礦井開拓方式一、斜井開拓,43,經(jīng)驗學(xué)習(xí),44,經(jīng)驗學(xué)習(xí),二、立井開拓,45,經(jīng)驗學(xué)習(xí),三、平硐開拓,46,經(jīng)驗學(xué)習(xí),第四章 井巷掘進第一節(jié) 巖石的分級

12、,巖石的物理機械性能對于掘進和開采工作影響很大，為了能夠用簡明的指標(biāo)來區(qū)分各種巖石破碎的難易程度，通常按巖石的單向抗壓強度，把巖石分為十級，并用堅固性系數(shù)f來表示。f值是巖石單向抗壓強度與標(biāo)準(zhǔn)抗壓強度10MPa之比。 例如，測得某種巖石的單向抗壓強度為80MPa，則其堅固性系數(shù)f值為8。,47,經(jīng)驗學(xué)習(xí),巖石分級表,48,經(jīng)驗學(xué)習(xí),第二節(jié) 巷道斷面及施工概述一、巷道斷面形狀,49,經(jīng)驗學(xué)習(xí),二、巷道施工概述,巷道按在煤層或巖層中的位置，可分為以下三類： 煤巷 半煤巖巷 巖巷 巷道施工時的主要工序有： 破、裝、運、支；輔助工序有排水、挖砌水溝、通風(fēng)、鋪軌和測量等。,50,經(jīng)驗學(xué)習(xí),第三節(jié) 鉆眼爆

13、破一、鉆眼機具（二）煤電鉆,51,經(jīng)驗學(xué)習(xí),（二）鑿巖機,52,經(jīng)驗學(xué)習(xí),二、礦用炸藥及起爆器材（一）礦用炸藥,炸藥是一種由碳、氫、氧、氮等元素組成的固體（或膠體、液體）物質(zhì)，當(dāng)受到外界能量作用時，能夠迅速分解，產(chǎn)生大量氣體和放出大量熱量。由于高溫使氣體體積急劇膨脹，對炮眼眼壁施加巨大壓力而破碎煤、巖。,53,經(jīng)驗學(xué)習(xí),礦用銨梯炸藥,54,經(jīng)驗學(xué)習(xí),（二）起爆器材 雷管,55,經(jīng)驗學(xué)習(xí),三、炮眼布置,56,經(jīng)驗學(xué)習(xí),第四節(jié) 巷道支護 一、木棚子,57,經(jīng)驗學(xué)習(xí),二、金屬支架,58,經(jīng)驗學(xué)習(xí),三、錨桿支護,59,經(jīng)驗學(xué)習(xí),錨桿的種類較多： 金屬錨桿 木錨桿 竹錨桿 樹脂錨桿 鋼筋或鋼絲繩砂漿錨桿

14、,60,經(jīng)驗學(xué)習(xí),第五節(jié) 巷道掘進的輔助工序,一、通風(fēng)工作 二、排水 三、輔軌 四、測量工作,61,經(jīng)驗學(xué)習(xí),局部通風(fēng)機通風(fēng),62,經(jīng)驗學(xué)習(xí),第五章 采煤方法,采煤方法主要分為： 露天開采 井工開采 水力采煤 其它（煤炭汽化、液化等） 我們在此講的是井工開采,63,經(jīng)驗學(xué)習(xí),主要包括： 1、采區(qū)巷道布置 走向長壁開采 傾斜長壁開采 2、采煤工作面采煤工藝 爆破式采煤工藝 普通機械化采煤工藝 綜合機械化采煤工藝 放頂煤開采等,64,經(jīng)驗學(xué)習(xí),第一節(jié) 采區(qū)巷道布置,一、走向長壁采煤法巷道布置 二、傾斜長壁采煤法巷道布置,65,經(jīng)驗學(xué)習(xí),66,經(jīng)驗學(xué)習(xí),67,經(jīng)驗學(xué)習(xí),第二節(jié) 采煤工藝,主要包括：

15、1、落煤（破煤） 2、裝煤 3、運煤 4、移運輸機 5、支護 6、采空區(qū)處理,68,經(jīng)驗學(xué)習(xí),一、爆破式采煤工藝,69,經(jīng)驗學(xué)習(xí),1、裝煤和運煤,70,經(jīng)驗學(xué)習(xí),2、工作面支護（1）木支護,71,經(jīng)驗學(xué)習(xí),（2）金屬摩擦支柱,72,經(jīng)驗學(xué)習(xí),（3）單體液壓支柱,73,經(jīng)驗學(xué)習(xí),（4）金屬鉸接頂梁,74,經(jīng)驗學(xué)習(xí),（5）懸臂式支護,75,經(jīng)驗學(xué)習(xí),二、普通機械化采煤工藝,76,經(jīng)驗學(xué)習(xí),三、綜合機械化采煤工藝1、雙滾筒采煤機,77,經(jīng)驗學(xué)習(xí),2、支撐式液壓支架,78,經(jīng)驗學(xué)習(xí),3、掩護式液壓支架,79,經(jīng)驗學(xué)習(xí),4、支撐掩護式液壓支架,80,經(jīng)驗學(xué)習(xí),5、綜采工作面的設(shè)備布置,81,經(jīng)驗學(xué)習(xí),6

16、、綜合機械化采煤的工藝過程,開始采煤前，輸送機靠近煤壁，全部液壓支架處于支撐狀態(tài)。支架底座箱前緣與輸送機電纜槽槽幫之間預(yù)先留有一個截深的寬度，既便于采煤機司機操作和人員行走，又可以實現(xiàn)割煤后立即移支架。雙滾筒采煤機騎在輸送機上，由下向上采煤。一般是沿牽引方向前滾筒在上割頂煤，后滾筒在下割底煤、裝余煤，這樣可以減少片幫和使底板留下的浮煤最少，便于移輸送機。隨著采煤機向上割煤，液壓支架緊跟采煤機后逐架前移(降柱、移架、升柱)，及時支護割煤后新暴露出的頂板。最后一道工序是順序推移輸送機，移輸送機地點應(yīng)滯后采煤機后滾筒1015米，以使輸送機的彎曲度不致于過大。其總的生產(chǎn)過程就是： 割煤降柱移架升柱推溜

17、。,82,經(jīng)驗學(xué)習(xí),四、綜采放頂煤開采,83,經(jīng)驗學(xué)習(xí),第六章 礦井通風(fēng)與安全第一節(jié) 礦井通風(fēng)任務(wù)與安全生產(chǎn)方針,84,經(jīng)驗學(xué)習(xí),1、礦井通風(fēng)的任務(wù)是：,供給井下人員以足夠的新鮮空氣； 把有毒和有害氣體(總稱為礦井瓦斯)稀釋到安全濃度以下，并和懸浮的礦塵一起排出井外； 使井下有適宜的氣候條件。 (采掘工作面的空氣溫度不超過26，機電硐室的空氣溫度不超過30)。,85,經(jīng)驗學(xué)習(xí),2、煤礦生產(chǎn)的五大自然災(zāi)害： 水、火、瓦斯、煤塵、頂板 3、煤礦安全生產(chǎn)的方針是： 安全第一 預(yù)防為主 綜合治理 總體推進,86,經(jīng)驗學(xué)習(xí),第二節(jié) 礦井沼氣和二氧化碳,一、沼氣的生成與涌出 1、瓦斯的生成 2、瓦斯的存在

18、狀態(tài) 3、礦井瓦斯等級 低沼氣礦井（10立方米） 煤與瓦斯突出礦井,87,經(jīng)驗學(xué)習(xí),二、沼氣的爆炸和頂防,1、沼氣的性質(zhì) 2、沼氣的危害 3、沼氣爆炸的條件 4、預(yù)防沼氣爆炸的措施 1加強通風(fēng)。 2堅持瓦斯檢查制度。 3對于采用一般通風(fēng)方法不能解決沼氣超限問題的礦井，最好預(yù)先抽放沼氣。 4井下禁止使用明火和吸煙。 5有沼氣和有煤與沼氣突出危險的礦井，應(yīng)按規(guī)定選用適當(dāng)類型的電氣設(shè)備，并在使用中使各種電氣設(shè)備經(jīng)常處于完好狀態(tài)。 6嚴(yán)格執(zhí)行煤礦安全規(guī)程中關(guān)于放炮工作的各項規(guī)定。,88,經(jīng)驗學(xué)習(xí),第三節(jié) 礦 塵,1、礦塵的危害 2、煤塵的爆炸與預(yù)防 3、塵肺病及頂防,89,經(jīng)驗學(xué)習(xí),第四節(jié) 礦 井 通 風(fēng),一、通風(fēng)壓力與