第1章煤礦開采的基本概念-副本

煤礦開采學(xué)CoalMiningScience任課教師：王紅勝副教授博士聯(lián)系電話公室:能源學(xué)院3樓采礦工程系電子信箱：cumtwhs@163.com煤礦開采學(xué)第一章煤礦開采的基本概念煤田定義：在地質(zhì)歷史發(fā)展過程中，同一地質(zhì)時(shí)期形成并大致連續(xù)發(fā)育的含煤巖系分布區(qū)。范圍：面積可達(dá)數(shù)百到數(shù)千平方千米，儲量從數(shù)億噸到數(shù)百上千億噸。煤田有一層或幾層煤層，甚至有十幾層煤層。煤層分類煤層結(jié)構(gòu)、傾角、厚度及其變化對采煤方法和設(shè)備選擇影響大。為什么要分類？第一節(jié)煤田開發(fā)的概念一、煤田和礦區(qū)按煤層中是否有夾矸層，分為兩類：簡單結(jié)構(gòu)復(fù)雜結(jié)構(gòu)按煤層傾角分為四類近水平煤層<8°緩（傾）斜煤層8°~25°中斜煤層25°~45°急（傾）斜煤層>45°第一節(jié)煤田開發(fā)的概念一、煤田和礦區(qū)按煤層厚度分為三類薄煤層<1.3m中厚煤層1.3m~3.5m厚煤層>3.5m按煤層穩(wěn)定性分四類穩(wěn)定煤層中等穩(wěn)定煤層不穩(wěn)定煤層極不穩(wěn)定煤層第一節(jié)煤田開發(fā)的概念一、煤田和礦區(qū)礦區(qū)定義：統(tǒng)一規(guī)劃和開發(fā)的煤田或其一部分，即開發(fā)煤田形成的社會組合。如何劃分？經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程、行政區(qū)域劃分，地質(zhì)構(gòu)造、自然條件、煤田不連續(xù)性、勘探時(shí)期先后等。如何理解：開采技術(shù)層面社會層面礦區(qū)開發(fā)第一節(jié)煤田開發(fā)的概念一、煤田和礦區(qū)井田定義：劃分給一個(gè)礦井(或露天礦)開采的那一部分煤田。范圍：是指井田沿煤層走向的長度和傾向的水平投影寬度。即由拐點(diǎn)坐標(biāo)和標(biāo)高圈定立體范圍。越界開采：超越自己合法開采范圍的違法行為。規(guī)程規(guī)定，一個(gè)礦井只能允許一個(gè)井口出煤，不能多井口出煤。根據(jù)目前開采技術(shù)水平，一般井田走向長度：小型礦井，不少于1500m；中型礦井，不少于4000m；大型礦井，不少于7000m。第一節(jié)煤田開發(fā)的概念二、井田礦井生產(chǎn)能力定義：一般是指礦井的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力。單位：Mt/a、萬t/a特點(diǎn)：標(biāo)準(zhǔn)化、系列化礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力確定原則有資質(zhì)的設(shè)計(jì)單位進(jìn)行設(shè)計(jì)審核備案生產(chǎn)能力確定后，一般不能輕易改變第一節(jié)煤田開發(fā)的概念三、礦井生產(chǎn)能力與井型礦井核定生產(chǎn)能力定義：有些生產(chǎn)礦井原來的生產(chǎn)能力需要改變，因而要對礦井各生產(chǎn)系統(tǒng)的能力重新核定，核定后的綜合生產(chǎn)能力稱核定生產(chǎn)能力。特點(diǎn)：非標(biāo)準(zhǔn)，可以是任何值礦井超能力生產(chǎn)：非法、不允許；造成嚴(yán)重的事故；產(chǎn)能過剩，導(dǎo)致煤炭價(jià)格下行。礦井年產(chǎn)量定義：礦井實(shí)際生產(chǎn)的煤炭數(shù)量，單位為萬t/a。礦井年產(chǎn)量與生產(chǎn)能力有時(shí)同義，有時(shí)不同義。第一節(jié)煤田開發(fā)的概念三、礦井生產(chǎn)能力與井型井型定義：根據(jù)礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力不同，我國把礦井劃分為大、中、小三種類型，稱為井型。井型劃分大型礦井：生產(chǎn)能力為1.20Mt/a、1.50Mt/a、1.80Mt/a、2.40Mt/a、3.00Mt/a、4.00Mt/a、5.00Mt/a和5.00Mt/a以上的礦井。3.00Mt/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0.45Mt/a、0.60Mt/a、0.90Mt/a。小型礦井：生產(chǎn)能力為0.09Mt/a、0.15Mt/a、0.21Mt/a和0.30Mt/a。第一節(jié)煤田開發(fā)的概念三、礦井生產(chǎn)能力與井型露天開采定義：從敞露的地表直接采出有用礦物的方法，叫做露天開采。特點(diǎn)：機(jī)械化程度高、產(chǎn)量大、勞動效率高、成本低、工作比較安全，但基建投資較大。剝采比：每采一噸煤需要?jiǎng)冸x多少立方米的巖石量，m3/t。最大經(jīng)濟(jì)合理剝采比：就是按該剝采比開采的煤炭成本不大于用地下開采的煤炭成本。它是確定露天煤礦開采境界的主要依據(jù)。褐煤為6m3/t，對煙煤為8m3/t。第一節(jié)煤田開發(fā)的概念四、露天開采與地下開采的概念地下開采也稱井工開采，它需要開鑿一系列井巷(包括巖巷和煤巷)進(jìn)入地下煤層，才能進(jìn)行采煤。特點(diǎn)：由于是地下作業(yè)，工作空間受限制，采掘工作地點(diǎn)不斷移動和交替，并且受到地下的水、火、瓦斯、煤塵以及煤層圍巖塌落等威脅。地下開采比露天開采復(fù)雜和困難。第一節(jié)煤田開發(fā)的概念四、露天開采與地下開采的概念露天開采與地下開采比較安全：露天開采比地下開采安全對環(huán)境破壞：露天開采：大，植被、水體、風(fēng)沙地下開采：小，巖層移動、水體破壞第一節(jié)煤田開發(fā)的概念四、露天開采與地下開采的概念井田尺寸走向長度：幾千米~幾十千米傾斜寬度（傾向長度）：幾千米~幾十千米面積：與礦井井型有關(guān)，幾平方千米~幾十平方千米，甚至超過100平方千米。第二節(jié)井田內(nèi)的劃分及開采順序一、井田尺寸考慮因素地質(zhì)條件：傾角運(yùn)輸方式無軌：膠帶運(yùn)輸機(jī)、無軌膠輪車有軌：機(jī)車牽引、絞車牽引主運(yùn)輸：膠帶運(yùn)輸機(jī)、礦車輔助運(yùn)輸：無軌膠輪車、礦車第二節(jié)井田內(nèi)的劃分及開采順序二、井田劃分在井田范圍內(nèi)，沿著煤層的傾向，按一定標(biāo)高把煤層劃分為若干個(gè)平行于走向的長條部分，每個(gè)長條部分稱為一個(gè)階段。階段的走向長度，為井田在該處的走向全長。

第二節(jié)井田內(nèi)的劃分及開采順序（一）井田劃分為階段和水平圖1-4井田劃分為階段和水平J1，J2，J3——第一、第二、第三階段；h——階段斜長；L1,L2，L3——第一、第二、第三水平1——階段運(yùn)輸大巷；2——階段回風(fēng)大巷每個(gè)階段均應(yīng)有獨(dú)立的運(yùn)輸和通風(fēng)系統(tǒng)。如在階段的下部邊界開掘階段運(yùn)輸大巷(兼進(jìn)風(fēng))，在階段上部邊界開掘階段回風(fēng)大巷，為整個(gè)階段服務(wù)。上一階段采完后，該階段的運(yùn)輸大巷常作為下一階段的回風(fēng)大巷。

第二節(jié)井田內(nèi)的劃分及開采順序（一）井田劃分為階段和水平圖1-4井田劃分為階段和水平J1，J2，J3——第一、第二、第三階段；h——階段斜長；L1,L2，L3——第一、第二、第三水平1——階段運(yùn)輸大巷；2——階段回風(fēng)大巷水平用標(biāo)高(m)來表示，如±0m、-150m、-300m等。在礦井生產(chǎn)中，為說明水平位置、順序，相應(yīng)地稱其為±0m水平、-150m水平、-300m水平等；或稱為第一水平、第二水平、第三水平等。通常將設(shè)有井底車場、階段運(yùn)輸大巷并且擔(dān)負(fù)全階段運(yùn)輸任務(wù)的水平，稱為“開采水平”，簡稱“水平”。第二節(jié)井田內(nèi)的劃分及開采順序（一）井田劃分為階段和水平圖1-4井田劃分為階段和水平J1，J2，J3——第一、第二、第三階段；h——階段斜長；L1,L2，L3——第一、第二、第三水平1——階段運(yùn)輸大巷；2——階段回風(fēng)大巷階段與水平的區(qū)別：階段表示井田的一部分范圍；水平是指布置大巷的某一標(biāo)高水平面；廣義的水平不僅表示一個(gè)水平面，同時(shí)也是指一個(gè)范圍，即包括所服務(wù)的相應(yīng)階段。井田內(nèi)水平和階段的開采順序：一般是先采上部水平和階段，后采下部水平和階段。優(yōu)點(diǎn)：建井時(shí)間短、生產(chǎn)安全條件好。第二節(jié)井田內(nèi)的劃分及開采順序（一）井田劃分為階段和水平井田劃分為階段后，階段內(nèi)的范圍仍然較大，通常要再劃分，以適應(yīng)開采技術(shù)的要求。階段內(nèi)的劃分一般有三種方式：采區(qū)式（傾角較大）分段式（井田范圍較?。^(qū)式（傾角較小）第二節(jié)井田內(nèi)的劃分及開采順序（二）階段內(nèi)的再劃分在階段范圍內(nèi)，沿走向把階段劃分為若干具有獨(dú)立生產(chǎn)系統(tǒng)的塊段，每一塊段稱為采區(qū)。第二節(jié)井田內(nèi)的劃分及開采順序1.采區(qū)式劃分圖1-5采區(qū)式劃分J1,J2,J3——第一、第二、第三階段；C1，C2，C3，C4——第一、第二、第三、第四采區(qū)；Q1，Q2，Q3——第一、第二、第三區(qū)段1——階段運(yùn)輸大巷；2——階段回風(fēng)大巷；3——采區(qū)運(yùn)輸上山；4——采區(qū)軌道上山；5——區(qū)段運(yùn)輸平巷；6——區(qū)段回風(fēng)平巷在階段范圍內(nèi)不劃分采區(qū)，而是沿傾向?qū)⒚簩觿澐譃槿舾善叫杏谧呦虻拈L條帶，每個(gè)長條帶稱為分段，每個(gè)分段斜長布置一個(gè)采煤工作面，這種劃分稱為分段式。

第二節(jié)井田內(nèi)的劃分及開采順序2.分段式劃分圖1-6分段式劃分J1，J2，J3——階段；D1，D2，D3——分段；1——階段運(yùn)輸大巷；2——風(fēng)井；3——主要運(yùn)輸上山；4——主要軌道上山；5——分段運(yùn)輸平巷；6——分段回風(fēng)平巷采煤工作面沿走向由井田中央向井田邊界連續(xù)推進(jìn)，或者由井田邊界向井田中央連續(xù)推進(jìn)；各分段平巷通過主要上(下)山(運(yùn)輸、軌道)與開采水平大巷聯(lián)系，構(gòu)成生產(chǎn)系統(tǒng)；優(yōu)缺點(diǎn)：分段式劃分與采區(qū)式相比，減少了采區(qū)上(下)山及硐室工程量；采煤工作面可以連續(xù)推進(jìn)，減少了搬家次數(shù)，生產(chǎn)系統(tǒng)簡單。但是，分段式劃分僅適用于地質(zhì)構(gòu)造條件簡單、走向長度較小的井田。因此，分段式劃分應(yīng)用上受到嚴(yán)格的限制，在我國很少采用。第二節(jié)井田內(nèi)的劃分及開采順序2.分段式劃分在階段內(nèi)沿煤層走向劃分為若干個(gè)具有獨(dú)立生產(chǎn)系統(tǒng)的帶區(qū)，帶區(qū)內(nèi)又劃分成若干個(gè)傾斜分帶，每個(gè)分帶布置一個(gè)采煤工作面。第二節(jié)井田內(nèi)的劃分及開采順序3.帶區(qū)式劃分圖1-7帶區(qū)式劃分J1，J2，J3——階段；F1，F(xiàn)2，…，F(xiàn)6——帶區(qū)；①，②——分帶分帶內(nèi)，采煤工作面沿煤層傾向(仰斜或俯斜)推進(jìn)，即由階段的下部邊界向上部邊界或者由階段的上部邊界向下部邊界推進(jìn)。一般由2～6分帶組成一個(gè)帶區(qū)。優(yōu)缺點(diǎn)：分帶布置工作面適用于傾斜長壁采煤法，巷道布置系統(tǒng)簡單，比采區(qū)式布置巷道掘進(jìn)工程量少，但分帶工作面兩側(cè)傾斜回采巷道(稱分帶巷道)掘進(jìn)困難、輔助運(yùn)輸不便。目前，我國大量應(yīng)用的還是采區(qū)式。在煤層傾角較小(<12°)的條件下，帶區(qū)式的應(yīng)用正在擴(kuò)大。第二節(jié)井田內(nèi)的劃分及開采順序3.帶區(qū)式劃分開采傾角很小的近水平煤層，井田沿傾向的高差很小。很難劃分成若干以一定標(biāo)高為界的階段，則可將井田直接劃為盤區(qū)或帶區(qū)。依煤層的延展方向布置大巷，在大巷兩側(cè)劃分成若干塊段。劃分為具有獨(dú)立生產(chǎn)系統(tǒng)的塊段，稱為盤區(qū)或帶區(qū)。第二節(jié)井田內(nèi)的劃分及開采順序（三）井田直接劃分為盤區(qū)或帶區(qū)圖1-8井田直接劃分為盤區(qū)P1，P2，P3，P4——第一、第二、第三、第四盤區(qū)；盤區(qū)內(nèi)巷道布置方式及生產(chǎn)系統(tǒng)與采區(qū)布置基本相同；劃分為帶區(qū)時(shí)，則與階段內(nèi)的帶區(qū)式布置基本相同。采區(qū)、盤區(qū)、帶區(qū)的開采順序一般采用前進(jìn)式，即從井田中央塊段到邊界塊段順序開采。先開采井田中央井筒附近的采區(qū)或盤區(qū)、帶區(qū)，以有利于減少初期工程量及初期投資，使礦井盡快投產(chǎn)。

第二節(jié)井田內(nèi)的劃分及開采順序（三）井田直接劃分為盤區(qū)或帶區(qū)特點(diǎn)：近水平煤層；整個(gè)井田劃分為一個(gè)大盤區(qū)；沿盤區(qū)中央布置三條大巷；在大巷兩側(cè)直接布置工作面。

第二節(jié)井田內(nèi)的劃分及開采順序（四）井田劃分為一個(gè)盤區(qū)礦山井巷定義：在煤礦地下開采中，為了提升、運(yùn)輸、通風(fēng)、排水、動力供應(yīng)等需要而開掘的井筒、巷道和硐室總稱礦山井巷。分類一：按井巷的長軸線與水平面的關(guān)系分為直立巷道、水平巷道和傾斜巷道三類。第三節(jié)礦井生產(chǎn)的概念一、礦山井巷名稱第三節(jié)礦井生產(chǎn)的概念一、礦山井巷名稱圖1-3礦山井巷1——立井；2——斜井；3——平硐；4——暗立井；5——溜井；6——石門；7——煤層平巷；8——煤倉；9——上山；10——下山；11——風(fēng)井；12——巖石平巷直立巷道巷道的長軸線與水平面垂直，如立井、暗井等。立井—又稱豎井，為直接與地面相通的直立巷道。專門或主要用于提升煤炭的叫做主井；主要用于提升矸石、下放設(shè)備器材、升降人員等輔助提升工作的叫做副井。還有通風(fēng)井、排水井、充填井等。暗立井—又稱盲豎井、盲立井，為不與地面直接相通的直立巷道，其用途同立井。專門用來溜放煤炭的暗立井，稱為溜井。位于采區(qū)內(nèi)部，高度不大、直徑較小的溜井稱之為溜煤眼。第三節(jié)礦井生產(chǎn)的概念一、礦山井巷名稱水平巷道巷道的長軸線與水平面近似平行；如平硐、平巷、石門等。平硐—直接與地面相通的水平巷道。它的作用類似立并，有主平硐、副平硐、排水平硐和通風(fēng)平硐等。平巷與大巷—與地面不直接相通的水平巷道，其長軸方向與煤層走向大致平行。平巷布置在煤層內(nèi)的稱為煤層平巷，布置在巖層中的稱為巖石平巷。為開采水平服務(wù)的平巷常稱為大巷，如運(yùn)輸大巷。直接為采煤工作面服務(wù)的煤層平巷，稱為運(yùn)輸或回風(fēng)平巷。第三節(jié)礦井生產(chǎn)的概念一、礦山井巷名稱石門—與地面不直接相通的水平巷道，其長軸線與煤層直交或斜交的巖石平巷稱為石門。為開采水平服務(wù)的石門稱主要石門；為采區(qū)服務(wù)的石門稱采區(qū)石門；煤門—在厚煤層內(nèi)，與煤層走向直交或斜交的水平巷道，稱為煤門。第三節(jié)礦井生產(chǎn)的概念一、礦山井巷名稱傾斜巷道巷道的長軸線與水平面有一定夾角的巷道，如斜井、上山、下山、斜巷等。斜井—與地面直接相通的傾斜巷道，其作用與立井和平硐相同。暗斜井—不與地面直接相通的斜井稱為暗斜井或盲斜井，其作用與暗立井相同。采(盤)區(qū)上山、下山—服務(wù)于一個(gè)采(盤)區(qū)的傾斜巷道，也稱采(盤)區(qū)上山或下山。第三節(jié)礦井生產(chǎn)的概念一、礦山井巷名稱主要上下山—服務(wù)于一個(gè)開采水平的傾斜巷道。主要適用于階段內(nèi)采用分段式劃分的條件。同樣可有主要運(yùn)輸上下山和主要軌道上下山。斜巷—不直通地面且長度較短的傾斜巷道，用于行人、通風(fēng)、運(yùn)料等，此外，溜煤眼和聯(lián)絡(luò)巷有時(shí)也是傾斜巷道。硐室—空間三個(gè)軸線長度相差不大且又不直通地面的地下巷道，如絞車房、變電所、煤倉等。第三節(jié)礦井生產(chǎn)的概念一、礦山井巷名稱分類二：按井巷用途和服務(wù)范圍分為開拓巷道、準(zhǔn)備巷道和回采巷道三類。第三節(jié)礦井生產(chǎn)的概念一、礦山井巷名稱圖1-3礦山井巷1——立井；2——斜井；3——平硐；4——暗立井；5——溜井；6——石門；7——煤層平巷；8——煤倉；9——上山；10——下山；11——風(fēng)井；12——巖石平巷開拓巷道為全礦井、一個(gè)開采水平或階段服務(wù)的巷道，如井筒、井底車場、階段（或水平）運(yùn)輸大巷和回風(fēng)大巷等。準(zhǔn)備巷道為整個(gè)采區(qū)服務(wù)的巷道，如采區(qū)上（下）山、采區(qū)上下車場、采區(qū)石門等。回采巷道為工作面采煤直接服務(wù)的巷道，如區(qū)段上、下平巷和開切眼等。第三節(jié)礦井生產(chǎn)的概念一、礦山井巷名稱分類三：按賦存地質(zhì)條件分為全煤巷道、全巖巷道和半煤巖巷道三類。第三節(jié)礦井生產(chǎn)的概念一、礦山井巷名稱礦井生產(chǎn)系統(tǒng)是由完成特定功能的設(shè)施、設(shè)備、構(gòu)筑物、線路和井巷的總稱。礦井生產(chǎn)系統(tǒng)主要由以下子系統(tǒng)組成：運(yùn)輸系統(tǒng)通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)料系統(tǒng)排矸系統(tǒng)排水系統(tǒng)動力供應(yīng)通訊系統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)第三節(jié)礦井生產(chǎn)的概念二、礦井生產(chǎn)系統(tǒng)第三節(jié)礦井生產(chǎn)的概念1.生產(chǎn)系統(tǒng)圖1-9礦井生產(chǎn)系統(tǒng)示意圖1—主井；2—副井；3—井底車場；4—主要運(yùn)輸石門；5—運(yùn)輸大巷；6—風(fēng)井；7—回風(fēng)石門；8—回風(fēng)大巷；9—采區(qū)運(yùn)輸石門；10—采區(qū)下部車場底板繞道；11—采區(qū)下部材料車場；12—采區(qū)煤倉；13—行人進(jìn)風(fēng)巷；14—運(yùn)輸上山；15—軌道上山；16—上山絞車房；17—采區(qū)回風(fēng)石門；18—采區(qū)上部車場；19—采區(qū)中部車場；20—區(qū)段運(yùn)輸平巷；21—下區(qū)段回風(fēng)平巷；22—聯(lián)絡(luò)巷；23—區(qū)段回風(fēng)平巷；24—開切眼；25—采煤工作面采煤工作面25→區(qū)段運(yùn)輸巷20→采區(qū)運(yùn)輸上山14→采區(qū)煤倉12→采區(qū)下部車場10內(nèi)裝車→開采水平運(yùn)輸大巷5→主要運(yùn)輸石門4→井底車場3→主井1提升到地面。第三節(jié)礦井生產(chǎn)的概念（1）運(yùn)煤系統(tǒng)圖1-9礦井生產(chǎn)系統(tǒng)示意圖副井2進(jìn)入→經(jīng)井底車場3→主要運(yùn)輸石門4→運(yùn)輸大巷5→采區(qū)下部材料車場11→采區(qū)軌道上山15→中部車場19→區(qū)段運(yùn)輸巷20→采煤工作面25→區(qū)段回風(fēng)巷23→采區(qū)回風(fēng)石門17→回風(fēng)大巷8→回風(fēng)石門7→風(fēng)井6排入大氣。

第三節(jié)礦井生產(chǎn)的概念（2）通風(fēng)系統(tǒng)圖1-9礦井生產(chǎn)系統(tǒng)示意圖材料和設(shè)備→副井2→井底車場3→主要運(yùn)輸石門4→運(yùn)輸大巷5→采區(qū)運(yùn)輸石門9→采區(qū)下部材料車場11→由采區(qū)軌道上山15→區(qū)段回風(fēng)平巷23→采煤工作面25。采煤工作面回收的材料、設(shè)備和掘進(jìn)工作面運(yùn)出的矸石，用礦車經(jīng)由與運(yùn)料系統(tǒng)相反的方向運(yùn)至地面。第三節(jié)礦井生產(chǎn)的概念（3）運(yùn)料排矸系統(tǒng)

圖1-9礦井生產(chǎn)系統(tǒng)示意圖排水系統(tǒng)一般與進(jìn)風(fēng)風(fēng)流方向相反，由采煤工作面，經(jīng)由區(qū)段運(yùn)輸平巷、采區(qū)上山、采區(qū)下部車場、開采水平運(yùn)輸大巷、主要運(yùn)輸石門等巷道一側(cè)的水溝，自流到井底車場水倉，再由水泵房的排水泵通過副井的排水管道排至地面。第三節(jié)礦井生產(chǎn)的概念（4）排水系統(tǒng)圖1-9礦井生產(chǎn)系統(tǒng)示意圖原則：盡量平行作業(yè)，盡快溝通風(fēng)路。

第三節(jié)礦井生產(chǎn)的概念2.井巷開掘順序圖1-9礦井生產(chǎn)系統(tǒng)示意圖按巷道作用和服務(wù)的范圍不同，可將礦山井巷分為開拓巷道、準(zhǔn)備巷道和回采巷道三種類型。

第三節(jié)礦井生產(chǎn)的概念3.礦井開拓、采區(qū)準(zhǔn)備和工作面回采圖1-9礦井生產(chǎn)系統(tǒng)示意圖一般說來，為全礦井、一個(gè)水