第一篇煤礦開采概論

第一篇煤礦開采概論礦山建設(shè)工程2§1煤田地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)

煤的形成？§1.1煤層埋藏特征與煤層分類

植物成煤條件：植物、氣候、地理、地殼生物化學(xué)物理化學(xué)

腐泥煤(低等)

腐植煤(高等)兩個(gè)階段3顏色

一般從褐煤、煙煤到無(wú)煙煤，其顏色從棕褐、褐黑、深黑到灰黑色、鋼灰色。煤粉末的顏色稱為粉色，亦稱條痕色（或條痕）

光澤腐植煤隨煤化程度的增高，光澤增強(qiáng)；但煤巖成分不同，其光澤增強(qiáng)程度不同。

密度

一般暗煤密度較大，亮煤次之，鏡煤最小。

硬度裂隙導(dǎo)電性

褐煤由于孔隙度大，濕度大，電阻率低；褐煤向煙煤過(guò)渡時(shí)，電阻率劇增，所以低、中變質(zhì)煙煤是電的不良導(dǎo)體；隨著煤化程度的增高，電阻率減小，到貧煤、無(wú)煙煤時(shí)，電阻率較低，尤其是無(wú)煙煤階段，電阻率急劇減小，為電的良導(dǎo)體。

煤層埋藏特征與煤層分類煤的物理性質(zhì)4無(wú)煙煤（WY）

煤化程度最高、硬度和密度最大、揮發(fā)分低，固定碳高，燃點(diǎn)高，火力耐久。良好的民用燃料，可作為化工原料和制作電極等。

貧煤（PM）

煤化程度高、揮發(fā)分低，熱值較高，耐燒，一般不粘結(jié)或微弱粘結(jié)，不結(jié)焦作為動(dòng)力用煤或民用煤。

瘦煤（SM）煤化程度較高，揮發(fā)分低，粘結(jié)性中等，抗碎強(qiáng)度，耐磨強(qiáng)度較差，作為煉焦配煤效果較好。焦煤（JM）

中等煤化，中等～強(qiáng)粘結(jié)性，能產(chǎn)生熱穩(wěn)定性很高的膠質(zhì)體。單獨(dú)煉焦時(shí)能獲得塊度大、裂紋少、抗碎強(qiáng)度高、耐磨強(qiáng)度高的焦炭，所以叫焦煤。作為配煤煉焦使用較好。

煤的分類煤層埋藏特征與煤層分類5肥煤（FM）

中等煤化程度，揮發(fā)分中～高，粘結(jié)性最強(qiáng)，能產(chǎn)生大量的膠質(zhì)體，所以叫肥煤。單獨(dú)煉焦時(shí)能獲得熔融性好、強(qiáng)度高、耐磨強(qiáng)度比焦煤煉出的焦炭還好的焦炭。肥煤是配煤煉焦中的基礎(chǔ)煤。氣煤（QM）低煤化程度，加熱時(shí)能產(chǎn)生大量的氣體和焦油，所以叫氣煤。粘結(jié)性較強(qiáng)，也可單獨(dú)結(jié)焦，焦炭多呈細(xì)長(zhǎng)條而易碎，并有較多的縱裂紋，其抗碎強(qiáng)度和耐磨強(qiáng)度均較其它煉焦煤差。氣煤是制造煤氣的良好原料。長(zhǎng)焰煤（CY）煤化程度最低的煙煤。顏色為褐黑色，條痕為深棕色，瀝青光澤。燃燒時(shí)能發(fā)出長(zhǎng)長(zhǎng)的火焰而得名。粘結(jié)性差，只能作為動(dòng)力用煤或氣化用煤。褐煤（HM）

顏色為褐色，也有的呈褐黑或黑色，但條痕均為褐色，故稱褐煤。光澤暗淡，比重輕，碳含量低，水分大，無(wú)粘結(jié)性，含有少量的腐植酸。主要作為化工、氣化及民用煤。按煤的綜合利用分類：煉焦用煤、氣化用煤、低溫干餾用煤、加氫液化用煤、燃燒用煤。

煤的分類煤層埋藏特征與煤層分類6煤田：在同一地史發(fā)展過(guò)程中，由炭質(zhì)物的沉積并連續(xù)發(fā)育而造成的大面積含煤地帶，稱為煤田。儲(chǔ)量：指地下埋藏著具有工業(yè)開采價(jià)值的煤炭資源的數(shù)量，可用分級(jí)和分類來(lái)表示其價(jià)值。

煤層埋藏特征A、B--高級(jí)儲(chǔ)量C、D--低級(jí)儲(chǔ)量

級(jí)別越高，表示地質(zhì)情況勘查得越詳細(xì)，煤炭的數(shù)量和質(zhì)量了解得越可靠。

煤層埋藏特征與煤層分類7煤層結(jié)構(gòu)：根據(jù)煤層中有無(wú)穩(wěn)定的巖石夾層（夾矸），將煤層分為簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)煤層和復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層。煤層埋藏特征煤層埋藏特征與煤層分類煤層埋藏深度煤層埋藏的深度大小不一，最大埋藏深度可達(dá)2km。目前我國(guó)的開采深度已達(dá)千米以上。

煤層厚度層數(shù)及層間距8煤層頂?shù)装迕簩勇癫靥卣髅簩勇癫靥卣髋c煤層分類

常見的煤層頂?shù)装鍘r石有碳質(zhì)頁(yè)巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖、石灰?guī)r、粘土巖、礫巖等。

偽頂直接頂基本頂

9按煤層傾角分煤層分類

煤層埋藏特征與煤層分類按煤層厚度分

按煤層穩(wěn)定性分

穩(wěn)定、較穩(wěn)定、不穩(wěn)定、極不穩(wěn)定煤層

10三種基本類型：?jiǎn)涡睒?gòu)造、褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造?！?.2地質(zhì)構(gòu)造巖層的產(chǎn)狀

走向、傾向和傾角。α－真傾角β－視傾角11褶皺構(gòu)造地質(zhì)構(gòu)造

單個(gè)彎曲——褶曲多個(gè)褶曲相連——褶皺12褶皺構(gòu)造13斷裂構(gòu)造地質(zhì)構(gòu)造

ab－垂直斷距（落差）

bc－水平斷距

a-正斷層；b-逆斷層；c-平推斷層斷層要素?cái)鄬臃诸?4沖蝕、巖溶塌陷和巖漿侵入

地質(zhì)構(gòu)造

a-同生沖蝕；b-后生沖蝕

15井田區(qū)域地形圖

井田區(qū)域地形圖是全面反映井田范圍內(nèi)地物和地貌的綜合性圖紙。地物是指地面上各種不同的物體，如農(nóng)田、河流、道路、森林、房屋建筑等，地貌是指地面高低起伏的形態(tài)，加高山、盆地、山谷、山脊等?！?.3采礦常用圖件

比例符號(hào)非比例符號(hào)線狀符號(hào)注記說(shuō)明：補(bǔ)充以上符號(hào)不足而加的文字說(shuō)明，如地名、村名、鐵路名、測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高值等。

16地形等高線采礦常用圖件地形等高線圖17地形等高線采礦常用圖件地貌與等高線圖山脊——凸出方向坡度降低山谷——凸出方向坡度升高18井田區(qū)域地形圖的識(shí)讀

采礦常用圖件

識(shí)讀井田區(qū)域地形圖，應(yīng)從整體開始，先看輪廓，后看細(xì)部，逐漸深入，這樣就能獲得較清晰全面的認(rèn)識(shí)。

圖名、比例尺、北方向、地貌概況、地物情況19煤層底板等高線圖

采礦常用圖件

不同高程的水平面與煤層底板的交線，稱為煤層底板等高線。將煤層底板等高線，用標(biāo)高投影的方法投影到水平面上，按照一定比例尺繪出的圖紙，稱為煤層底板等高線圖。

20煤層底板等高線圖

采礦常用圖件表示方法：褶曲構(gòu)造、盆地及穹隆構(gòu)造、倒轉(zhuǎn)煤層構(gòu)造、斷層構(gòu)造。

盆地和穹隆構(gòu)造褶曲構(gòu)造的表示法倒轉(zhuǎn)煤層構(gòu)造正斷層逆斷層21斷層構(gòu)造上盤下盤22采掘工程平面圖

采礦常用圖件

主要反映井田或采區(qū)技術(shù)邊界線，保護(hù)煤柱邊界線，煤層露頭線或風(fēng)化帶，煤層底板等高線，較大斷層斷面交線，向斜、背斜軸線，煤層尖滅帶，火成巖侵入?yún)^(qū)等。

主要用途：了解本煤層或鄰近煤層地質(zhì)情況及采掘工程空間位置關(guān)系，指揮生產(chǎn)，及時(shí)掌握采掘進(jìn)度，進(jìn)行采區(qū)設(shè)計(jì)，修改地質(zhì)圖件，安排生產(chǎn)計(jì)劃，以及進(jìn)行三量計(jì)算等。采掘工程平面圖有兩種類型：一種是設(shè)計(jì)圖，如井田開拓方式圖、水平主要巷道平面圖、采區(qū)巷道布置圖、采煤工作面布置圖等；另一種是測(cè)量圖，如井田煤層采掘工程平面圖、采區(qū)煤層采掘工程平面圖、采煤工作面煤層采掘工程平面圖等。

井田區(qū)域地形圖、煤層底板等高線圖及采掘工程圖是煤礦必備的基本圖件。

23采礦常用圖件采掘工程投影平面示意圖1－主井；2－副井；3－井底車場(chǎng)；4－運(yùn)輸大巷；5－上山；6－區(qū)段平巷；7－工作面；8－回風(fēng)巷；9－采空區(qū)；10－風(fēng)井24§2井田開拓

幾個(gè)基本概念§2.1井田與井田的再劃分

煤田在地質(zhì)歷史發(fā)展的過(guò)程中，含炭物質(zhì)沉積形成的基本連續(xù)的大面積含煤地帶，稱為煤田。礦區(qū)開發(fā)煤田形成的社會(huì)區(qū)域，成為礦區(qū)。井田在礦區(qū)內(nèi)，劃歸給一個(gè)礦井開采的那一部分煤田，稱為井田（礦田）。

25劃分的原則：充分利用自然條件、要有合理的走向長(zhǎng)度、要處理好相鄰井田的關(guān)系、要為礦井的發(fā)展留有余地、要有良好的安全經(jīng)濟(jì)效果。

劃分方法：垂直劃分、水平劃分、按煤組劃分及按自然條件形狀劃分。

煤田劃分為井田

井田與井田的再劃分1－垂直劃分；2－水平劃分；3－以斷層為界

1、2－淺部分組建斜井；3－深部集中建立井

26階段：在井田范圍內(nèi)，沿著煤層的傾斜方向，按一定標(biāo)高把煤層劃分為若干個(gè)平行于走向的長(zhǎng)條部分，每個(gè)長(zhǎng)條部分具有獨(dú)立的生產(chǎn)系統(tǒng)，稱之為一個(gè)階段?！獌A斜煤層盤區(qū):沿煤層的延展方向布置大巷，在大巷兩側(cè)劃分成為具有獨(dú)立生產(chǎn)系統(tǒng)的塊段，這樣的塊段稱為盤區(qū)或帶區(qū)。——近水平煤層井田的再劃分——階段和盤區(qū)

井田與井田的再劃分

27階段的再劃分井田與井田的再劃分

采區(qū)式劃分

分段式劃分

帶區(qū)式劃分

采區(qū)－沿走向劃分階段區(qū)段－沿傾向劃分采區(qū)28立井開拓

§2.2井田開拓方式

1－主井2－副井3－井底車場(chǎng)4－主要石門5－運(yùn)輸大巷6－回風(fēng)大巷7－分帶運(yùn)煤斜巷8－分帶回風(fēng)巷9－工作面10－溜煤眼11－運(yùn)料斜巷12－行人進(jìn)風(fēng)斜巷13－回風(fēng)井（單水平帶區(qū)式開拓）由地表進(jìn)入煤層為開采水平服務(wù)所進(jìn)行的井巷布置和開掘工程稱為井田開拓

29井田開拓方式1－主井2－副井3－第一階段運(yùn)輸平巷4－第二階段運(yùn)輸平巷5－第一階段回風(fēng)平巷6－副巷7－井底水倉(cāng)8－聯(lián)絡(luò)巷9－采煤工作面10－聯(lián)絡(luò)巷11－車場(chǎng)12－主要通風(fēng)機(jī)斜井開拓

§2.2井田開拓方式

片盤斜井開拓30井田開拓方式1－主井2－副井3－第一階段運(yùn)輸平巷4－第二階段運(yùn)輸平巷5－第一階段回風(fēng)平巷6－副巷7－井底水倉(cāng)8－聯(lián)絡(luò)巷9－采煤工作面10－聯(lián)絡(luò)巷11－車場(chǎng)12－主要通風(fēng)機(jī)斜井開拓

§2.2井田開拓方式

片盤斜井開拓31井田開拓方式綜合開拓

§2.2井田開拓方式

主斜井─副立井開拓主平硐─副斜井開拓主平硐—副立井開拓32垂直巷道

(井筒)§2.3礦井巷道

立（豎）井：有通達(dá)地面出口，是進(jìn)入地下的主要垂直巷道，一般位于井田中部。擔(dān)負(fù)礦井主要提煤任務(wù)的稱為主井，擔(dān)負(fù)人員升降、下料和提矸等輔助提升任務(wù)的稱為副井。小井：也有通達(dá)地面的出口，但斷面和深度都較小，一般在井田上部邊界地點(diǎn)，只作為地質(zhì)勘探或臨時(shí)提升以及通風(fēng)等用。暗立井（盲立井）：沒有直接通達(dá)地面的出口的垂直巷道。根據(jù)其所擔(dān)負(fù)的任務(wù)不同可分為主暗立井（下一水平的煤炭提升井）、副暗立井（下水平的矸石提升、物料及人員的升降等）、溜煤井。

33水平巷道礦井巷道平硐：有一個(gè)通達(dá)地面的出口，是進(jìn)入地下的主要水平巷道。一般除運(yùn)煤外，還兼作運(yùn)料、行人、通風(fēng)、供電和排水等用。若開掘兩條平硐，根據(jù)用途不同，也可分成主平硐和副平硐。

平巷：沒有通達(dá)地面的出口，在地下的煤層中或巖層中沿其走向所開掘的水平（5°以下坡度）巷道。一般有集中運(yùn)輸平巷、主要運(yùn)輸平巷、區(qū)段運(yùn)輸與回風(fēng)平巷等。石門：沒有通達(dá)地面的出口，在巖層中開掘的垂直或斜交于巖層走向的水平巷道。如聯(lián)絡(luò)石門、運(yùn)輸石門、回風(fēng)石門等。

煤門：沒有通達(dá)地面的出口，在煤層中開掘的垂直或斜交于煤層走向的水平巷道。34傾斜巷道礦井巷道斜井：

有一個(gè)通達(dá)地面的出口，是進(jìn)入地下的主要傾斜巷道。其用途與立井相同并有主、副井之分。

上山：

沒有通達(dá)地面的出口，且位于開采水平之上，沿煤層或巖層從主要運(yùn)輸大巷由下向上開掘的傾斜巷道。根據(jù)其服務(wù)范圍不同，可分為階段上山、采區(qū)上山等。根據(jù)其用途不同，可分為輸送機(jī)上山和軌道上山。有的采區(qū)布置有通風(fēng)或行人上山、集中溜煤上山等。下山：它的位置和開掘方向與上山相反。除溜煤下山、輸送機(jī)下山是向上運(yùn)煤和軌道下山是向下運(yùn)料以外，其它與上山相似。溜煤眼：專作溜煤用的小斜巷。開切眼：連接區(qū)段運(yùn)輸平巷和區(qū)段回風(fēng)平巷的斜巷，準(zhǔn)備開采的采煤工作面。35礦井巷道硐室：長(zhǎng)度較小，斷面較大的特殊巷道。一般有變電所、水泵房、火藥庫(kù)、電機(jī)車庫(kù)、躲避所、井下調(diào)度室、候車室等。

§2.3礦井巷道

開拓巷道

為全礦井或一個(gè)開采水平服務(wù)的巷道稱為開拓巷道。如井筒（或平硐），井底車場(chǎng)、回風(fēng)井、主要石門、主要運(yùn)輸和回風(fēng)平巷等巷道為開拓巷道。準(zhǔn)備巷道

為一個(gè)采區(qū)或兩個(gè)以上的回采工作面服務(wù)的巷道稱為準(zhǔn)備巷道。如采區(qū)車場(chǎng)、采區(qū)煤倉(cāng)、采區(qū)上（或下）山、區(qū)段集中平巷、區(qū)段集中石門等巷道為準(zhǔn)備巷道?；夭上锏?/p>

為一個(gè)回采工作面服務(wù)的巷道稱回采巷道。如區(qū)段車場(chǎng)、區(qū)段運(yùn)輸和回風(fēng)平巷、工作面開切眼等巷道為回采巷道。36

硐室礦井巷道主井副井井底車場(chǎng)主要運(yùn)輸石門主要運(yùn)輸平巷主要回風(fēng)平巷風(fēng)井主要回風(fēng)石門37§3采煤技術(shù)

頂板分類§3.1礦山壓力基本知識(shí)

偽頂它直接位于煤層之上，是一層極易垮落的薄巖層，常隨采隨落，多由頁(yè)巖或泥質(zhì)頁(yè)巖組成，厚度一般在0.3～0.5m以下。

直接頂直接位于偽頂或煤層（無(wú)偽頂時(shí)）之上，常由一層或數(shù)層頁(yè)巖、砂質(zhì)頁(yè)巖組成，厚度由幾米至十余米，不很堅(jiān)硬，是工作面支架支護(hù)的主要對(duì)象，一般在回柱或移支架后很快垮落。老頂位于直接頂或煤層（因?yàn)橛行┟簩訜o(wú)偽頂或無(wú)直接頂）之上，是由砂巖、石灰?guī)r或礫巖等組成的厚而堅(jiān)硬的巖層。一般情況下，老頂能在采空區(qū)上方維持很大的懸露面積，不隨直接頂一起垮落。

38礦山壓力基本知識(shí)采場(chǎng)礦山壓力現(xiàn)象

頂板下沉、頂板下沉速度、支柱變形與折損、頂板破碎情況、局部冒頂、工作面頂板沿煤壁切落（或稱大面積冒項(xiàng)）。

老頂初次來(lái)壓

當(dāng)直接頂垮落后不能充滿采空區(qū)支撐老頂時(shí)，隨著工作面的不斷推進(jìn)，老頂懸露跨度不斷增加，老頂開始變形。當(dāng)達(dá)到極限跨度時(shí)，其自重及上覆巖層的重量超過(guò)它本身的強(qiáng)度極限，老頂將發(fā)生斷裂和大面積的垮落，稱為老頂初次垮落。老頂初次垮落時(shí)給工作面造成的壓力增大的現(xiàn)象，稱為老頂初次來(lái)壓。老頂初次垮落時(shí)，開切眼煤壁至工作面煤壁的距離，稱為老頂初次垮落步距。

采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

L39礦山壓力基本知識(shí)老頂周期來(lái)壓

當(dāng)老頂?shù)膽衣犊缍冗_(dá)到一定長(zhǎng)度時(shí)，在老頂自重及上部巖體彎曲下沉的作用下，又將發(fā)生老頂?shù)恼蹟嗪涂迓?。隨著工作面的推進(jìn)，老頂?shù)倪@種垮落現(xiàn)象周而復(fù)始地出現(xiàn)，稱為老頂周期垮落。周期垮落時(shí)給工作而造成壓力增大的現(xiàn)象，稱為老頂周期來(lái)壓。每次周期來(lái)壓的間隔距離稱為