采礦學第一章煤礦開采的基本概念

采礦學第一章煤礦開采的基本概念第1頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二第一章煤礦開采的基本概念第一節(jié)煤田開發(fā)的概念第二節(jié)井田內(nèi)的劃分及開采順序第三節(jié)礦井生產(chǎn)的概念第四節(jié)采煤方法分類第2頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二一、煤層賦存特征及影響開采的地質(zhì)因素二、礦區(qū)開發(fā)三、井田四、礦井設計生產(chǎn)能力和井型五、地下開采與露天開采第一節(jié)煤田開發(fā)的概念第3頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二一、煤層賦存特征及影響開采的地質(zhì)因素煤田：同一地質(zhì)時期形成，并大致連續(xù)發(fā)育的含煤系分布區(qū)。

煤田中的煤層數(shù)目、層間距和賦存特征各不相同。我國多數(shù)煤礦開采的是多煤層煤田。第4頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二按煤層傾角分類近水平煤層<8°緩傾斜煤層8°~

25°中傾斜煤層25°~45°急傾斜煤層>45°按煤層厚度分類薄煤層<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1、煤層分類：i第5頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二2、影響開采的因素第6頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二二、礦區(qū)開發(fā)

礦區(qū)：統(tǒng)一規(guī)劃和開發(fā)的煤田或其一部分。1、礦區(qū)煤田構(gòu)成分類：煤田構(gòu)成分類實例單一煤田礦區(qū)平頂山煤田、撫順煤田、徐州煤田等兩個煤田礦區(qū)北票等礦區(qū)多個煤田礦區(qū)六盤水礦區(qū)等部分煤田礦區(qū)南桐礦區(qū)、松藻礦區(qū)、銅川礦區(qū)、

韓城礦區(qū)等第7頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二2、礦區(qū)煤種分類礦區(qū)煤種分類礦區(qū)數(shù)量實例焦煤礦區(qū)重點煤礦28處晉城、潞安等煙煤礦區(qū)重點煤礦24處兗州、平頂山等無煙煤礦區(qū)重點煤礦11處陽泉、鄭州、永城等褐煤礦區(qū)重點煤礦5處霍林河、小龍?zhí)兜鹊?頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二礦區(qū)規(guī)模劃分設計生產(chǎn)能力（萬t/a）億噸級礦區(qū)神華集團、中煤集團、同煤集團特大型礦區(qū)1000~3000萬t/a大型礦區(qū)500~1000萬t/a中型礦區(qū)300~500萬t/a小型礦區(qū)300萬t/a3、礦區(qū)建設規(guī)模：礦區(qū)均衡生產(chǎn)的規(guī)模，應與礦區(qū)的均衡生產(chǎn)服務年限相適應。礦區(qū)建設規(guī)模和生產(chǎn)服務年限對照表礦區(qū)建設規(guī)模（Mt/a）>1510~158~105~83~51~3均衡生產(chǎn)服務年限/a908070706050第9頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二三、井田

礦井：是形成地下煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)的井巷、硐室、裝備、地面建筑和構(gòu)筑物的總稱。

井田：劃歸一個礦井開采的那部分煤田。四、礦井設計生產(chǎn)能力和井型

礦井設計生產(chǎn)能力：是設計中規(guī)定的礦井在單位時間內(nèi)采出的煤炭數(shù)量，以“Mt/a”表示。

礦井井型：根據(jù)礦井設計生產(chǎn)能力不同劃分的礦井類型。第10頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二礦井設計生產(chǎn)能力大小直接關系到基建規(guī)模和投資多少，影響到礦井整個生產(chǎn)期間的技術經(jīng)濟面貌，確定井型和礦井生產(chǎn)能力是礦區(qū)總體設計的一個重要內(nèi)容。礦井井型的劃分設計生產(chǎn)能力（Mt/a）特大型礦井3.0、4.0、5.0、6.0及以上大型礦井1.2、1.5、1.8、2.4中型礦井0.45、0.6、0.9小型礦井0.3及以下第11頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二五、地下開采與露天開采

地下開采：通過由地面向地下開掘井巷采出煤炭的方法稱為地下開采，又稱為井工開采。

露天開采：直接從地表揭露并采出煤炭的方法稱為露天開采。

與露天開采相比，地下開采要復雜和困難。當煤層厚度達到一定值，直接出露地表，或其覆蓋層較薄、開采煤層與覆蓋層采剝量之比在經(jīng)濟上有利時，就可以考慮采用露天開采。

第12頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)井田內(nèi)的劃分及開采順序一、井田尺寸二、井田劃分為階段和水平三、階段內(nèi)的再劃分四、井田直接劃分為盤區(qū)、帶區(qū)或分帶第13頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二一、井田尺寸井田尺寸由井田走向長度、傾斜長度和面積來反映。

井田走向長度是表征礦井開采范圍的重要參數(shù)，要與一定時間內(nèi)的開采技術及裝備水平相適應，根據(jù)目前開采技術水平，大型礦井井田的走向長度不少于8km，中型礦井不少于4km。

井田的傾斜寬度是井田沿煤層傾斜方向的水平投影寬度。

井田的面積與礦井的井型有關。

第14頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二二、井田劃分為階段和水平

階段：是在井田范圍內(nèi)平行走向按一定標高劃分的一部分井田。注：每個階段都必須有獨立的運輸和通風系統(tǒng)。開采水平：通常是指布置有井底車場和階段運輸大巷、并且承擔全階段運輸任務的水平，有時簡稱

為“水平”。注：水平用標高來表示。第15頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二第16頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二階段與水平的區(qū)別：第17頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二三、階段內(nèi)的再劃分第18頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二1、采區(qū)式劃分

在階段內(nèi)沿走向把階段劃分為若干個具有獨立生產(chǎn)系統(tǒng)的開采塊段，每一開采塊段稱為一個采區(qū)。

注：采區(qū)的傾斜長度就是階段的斜長。第19頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二區(qū)段：是采區(qū)內(nèi)沿傾斜方向劃分的開采塊段。注：階段與區(qū)段不同。階段與區(qū)段的區(qū)別：第20頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二2、帶區(qū)式劃分

在階段內(nèi)沿煤層走向把階段劃分為若干適合于布置采煤工作面的長條，每一個長條稱為一個分帶。分帶相當于采區(qū)內(nèi)的區(qū)段旋轉(zhuǎn)了90°。第21頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二注意區(qū)分：第22頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二四、井田直接劃分為盤區(qū)、帶區(qū)或分帶

在近水平煤層條件下，由于井田沿傾斜的高差較小，局部范圍內(nèi)煤層的走向又變化較大，井田很難以一定的標高為界劃分為若干階段，則要將井田直接劃分為盤區(qū)、帶區(qū)或分帶。

盤區(qū)就是近水平煤層的采區(qū)。第23頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二盤區(qū)式劃分第24頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二在我國新建的一批高產(chǎn)高效礦井中，一般布置三條大巷，一條運煤，一條輔助，第三條用于回風，大巷兩側(cè)不再劃分采區(qū)、盤區(qū)或帶區(qū)，而是直接布置工作面。

根據(jù)煤層傾角條件，井田內(nèi)的不同區(qū)域可分別劃分為采區(qū)、盤區(qū)或帶區(qū)。第25頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二第三節(jié)礦井生產(chǎn)的概念一、礦井井巷的基本概念二、礦井生產(chǎn)系統(tǒng)三、開采順序第26頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二第27頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二第28頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二第29頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二一、礦井井巷第30頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二1、直立巷道

直立巷道的長軸線與水平面垂直，如立井、暗立井和溜井。

立井：地層中開鑿的直通地面的直立巷道，又稱豎井（按功能分為主立井、副立井、風井、排水井、充填井等）。

暗立井：不與地面直通的直立巷道，其用途同立井。

溜井：是一種專門用來由高到低溜放煤炭的暗立井。其中高度不大、直徑較小的溜井成為溜煤眼。第31頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二2、水平巷道水平巷道的長軸線與水平面近似平行，如平硐、平巷和石門等。

平硐：是地層中開鑿的直通地面的水平巷道，作用類似于立井，有主平硐、副平硐、排水平硐和通風平硐等。

平巷：是地層中開鑿的、不直通地面、其長軸方向與煤層走向大致平行的水平巷道。常見平巷有運輸大巷、回風大巷、區(qū)段平巷、石門等。

石門：是巖層中開鑿的、不直通地面、與煤層走向垂直或斜交的巖石平巷。按服務范圍有主石門、采區(qū)石門等。第32頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二3、傾斜巷道傾斜巷道的長軸線與水平面與水平面有一定夾角，如斜井、上山、下山和分帶斜巷等。

斜井：是地層中開鑿的直通地面的傾斜巷道，作用類似于立井，分主斜井和副斜井。

上山：位于開采水平以上，為本水平或采區(qū)服務的傾斜巷道。

下山：位于開采水平以下，為本水平或采區(qū)服務的傾斜

巷道。

按所在巖層層位分為煤層上下山和巖石上下山；按用途和作用分為軌道上下山和通風行人上下山。第33頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二4、硐室

硐室：有專門用途、在井下開鑿和建造的斷面較大且長度較短的空間構(gòu)筑物，如絞車房、水泵房、變電所和煤倉等。二、礦井生產(chǎn)系統(tǒng)

礦井生產(chǎn)系統(tǒng)：是由完成特定功能的設施、設備、構(gòu)筑物、線路和井巷的總稱，由礦井的運煤、通風、運料、排矸、排水、動力供應、通訊、監(jiān)測等子系統(tǒng)組成。第34頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二第35頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二1、礦井開拓、準備、與回采的概念

按其作用和服務范圍不同，可將礦井井巷分為：第36頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二

開拓巷道

開拓巷道：為井田開拓而開掘的基本巷道，是為全礦井

、一個開采水平或若干采區(qū)服務的巷道，服務年限較長，如主副井、主運輸石門、階段運輸大巷、階段回風大巷、風井等。

開拓巷道的作用在于形成新的或擴展原有的階段或開采水平，為構(gòu)成礦井完整的生產(chǎn)系統(tǒng)奠定基礎。第37頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二

準備巷道

準備巷道：是為準備采區(qū)、盤區(qū)或帶區(qū)而掘進的基本巷道。準備巷道是在采區(qū)、盤區(qū)或帶區(qū)范圍內(nèi)，從已開掘好的開拓巷道起，到達區(qū)段或分帶斜巷的通路，這些通路在一定時期內(nèi)為全采區(qū)、盤區(qū)或帶區(qū)服務，或為數(shù)個區(qū)段或分帶服務，如采區(qū)上下山、采區(qū)或帶區(qū)車場、變電所、煤倉等。準備巷道的作用在于準備新的采區(qū)、盤區(qū)或帶區(qū)，以便構(gòu)成采區(qū)、盤區(qū)或帶區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)。第38頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二

回采巷道回采巷道：是形成采煤工作面及為其服務的巷道，如區(qū)段運輸平巷(順槽)、區(qū)段回風平巷(順槽)和開切眼。

回采巷道的作用在于切割出新的采煤工作面，并進行生產(chǎn)。第39頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二第40頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二

礦井巷道開掘的原則是盡量平行作業(yè)，盡快溝通風路。2、井巷開掘順序第41頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二平行作業(yè)：以主井和風井為起點同時掘進

主井方向

第42頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二

風井方向第43頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二

為保證采煤工作面正常接替，在第一區(qū)段生產(chǎn)期間，需要適時地開掘為第二區(qū)段生產(chǎn)服務的中部車場、區(qū)段平巷和開切眼。當兩個方向的開拓和準備巷道均已掘通形成通風回路后，即可自采區(qū)上山向采區(qū)兩翼掘進第一區(qū)段的回采巷道，開切眼完成后即可安裝并調(diào)試工作面。第44頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二3、生產(chǎn)系統(tǒng)運煤系統(tǒng)通風系統(tǒng)新風：乏風：第45頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二運料排矸系統(tǒng)運料：排矸：與運料方向相反排水系統(tǒng)排水系統(tǒng)一般與進風風流方向相反供電系統(tǒng)：第46頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二三、開采順序井田劃分后，采區(qū)、盤區(qū)、或帶區(qū)間需要按照一定的順序開采，煤層間、階段間和區(qū)段間也需要按照一定的順序開采。確定開采順序應當考慮井巷的初期工程量，井巷的掘進及維護工程量，開采水平、階段、采區(qū)、盤區(qū)、或帶區(qū)及采煤工作面的正常接替，開采影響關系，采掘干擾程度和災害防治。第47頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二1、采區(qū)、盤區(qū)或帶區(qū)間開采順序沿井田走向方向，井田內(nèi)采區(qū)、盤區(qū)或帶區(qū)間開采順序分前進式和后退式兩種。第48頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二采區(qū)、盤區(qū)或帶區(qū)間開采順序比較開采順序優(yōu)點缺點前進式礦井建設初期工程量和初期投資少，使礦井盡快投產(chǎn)。1、采掘相互影響；2、大巷在一側(cè)或兩側(cè)采空的狀態(tài)下維護相對困難，維護費較高；3、后續(xù)采區(qū)通風時，新鮮風流通過已采側(cè)大巷時風量有一定泄露。后退式1、避免了采掘干擾；2、便于運輸大巷和總回風巷的維護，維護費用相對前進式少；3、大巷漏風相對較少；4、便于回收大巷煤柱。礦井建設初期工程量和初期投資多，礦井投產(chǎn)時間相對較長。第49頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二2、采區(qū)、盤區(qū)或帶區(qū)內(nèi)工作面開采順序采區(qū)或盤區(qū)前進式開采：工作面由采區(qū)走向邊界向采區(qū)運煤上山或盤區(qū)主要運煤巷道方向推進的開采順序。后退式開采：工作面由背向采區(qū)運煤上山或背向盤區(qū)主要運煤巷道方向推進的開采順序。第50頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二

帶區(qū)前進式開采：分帶工作面向運輸大巷方向推進的開采順序后退式開采：分帶工作面背向運輸大巷方向推進的開采順序注：前進式與后退式的主要區(qū)別是工作面生產(chǎn)期間回采巷道是預先掘出來還是在推進過程中形成。第51頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二采區(qū)、盤區(qū)或帶區(qū)內(nèi)工作面開采順序比較開采順序優(yōu)點缺點前進式所需回采巷道不需預先掘出，采煤和形成回采巷道同時進行，減少巷道的掘進工程量。1、不能預先探明煤層的賦存情況；2、形成和維護回采巷道需要專門的護巷技術，采煤和形成回采巷道相互影響；3、新風要先經(jīng)過采空區(qū)內(nèi)的回采巷道進入工作面，容易漏風。后退式1、通過掘巷可以預先探明煤層的賦存情況；2、生產(chǎn)期間采掘不存在相互影響；3、回采巷道維護容易；4、新風經(jīng)過實體煤，漏風少。所需回采巷道需預先掘出，巷道掘進工程量相對較大。第52頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二3、階段間開采順序

下行開采：先采標高高的階段，后采標高低的階段。

上行開采：先采標高低的階段，后采標高高的階段。注：階段間采用下行開采順序可以減少建井初期工程量和資金投入，縮短建井工期，并且有利于階段內(nèi)煤層保持穩(wěn)定。第53頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二4、區(qū)段間開采順序同階段間開采順序，分為區(qū)段間下行開采順序和區(qū)段間上行開采順序。區(qū)段間采用下行開采順序有利于區(qū)段內(nèi)煤層保持穩(wěn)定，特別是在煤層傾角較大的情況下。5、厚煤層、厚煤層間分層間及煤組間開采順序厚煤層、厚煤層間分層間及煤組間先采標高高的煤層、分層、或煤組，后采標高低的煤層分層或煤組稱為下行開采順序，反之，則稱為上行開采順序。第54頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二第四節(jié)采煤方法一、長壁式體系采煤法二、柱式體系采煤方法第55頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二

采煤方法：是采煤工藝與回采巷道布置及其在時間、空間上的相互配合。按照采煤工藝和礦壓控制特點，可以將采煤方法分為壁式和柱式兩大體系。第56頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二第57頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二一、長壁式體系采煤法長壁體系采煤方法以工作面的開采長度為主要標志。長度一般在50m以上的采煤工作面成為長壁工作面。1、壁式體系采煤方法的一般特點：1）采煤工作面較長，通常在80-250m；2）隨著采煤工作面推進，頂板暴露面積增大，礦山壓力顯現(xiàn)比較強烈；第58頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二3）采煤工作面兩端，一般至少各有一條回采巷道與之相連，以形成生產(chǎn)系統(tǒng)；4）采煤工作面可分別用爆破、滾筒式采煤機或刨煤機破煤、裝煤，用支架支護空間，用跨落或充填法處理采空區(qū)。2、壁式體系采煤方法分類：1）按煤層傾角：近水平、緩（傾）斜、中斜和急（傾）斜煤層采煤法；2）按煤層厚度：薄煤層、中厚煤層和厚煤層采煤法；第59頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二

3）按采煤工藝：爆破采煤法、普通機械化采煤法和綜合機械化采煤法；4）按采空區(qū)處理方法：跨落采煤法、刀柱（煤柱支撐）采煤法、充填采煤法。5）按工作面布置及推進方向：走向長壁采煤法和傾斜長壁采煤法。6）按是否將煤層進行一次開采：整層采煤法和分層采煤法。注：按工作面沿傾斜方向推進不同，傾斜長壁又分為仰斜開采和俯斜開采。第60頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二3、整層采煤法

整層采煤法：一次采出煤層全厚的開采方法稱為整層采煤法，按采煤工藝不同又分為：第61頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二（1）單一長壁采煤法“單一”表示不分層開采，多用于薄及中厚煤層，對于厚度在3.5~5.0m的近水平、緩（傾）斜厚煤層，該采煤方法又稱為大采高一次采全厚采煤法，采煤工作面一般采用綜合機械化采煤工藝；對于急（傾）斜煤層中的薄及中厚煤層，為減小工作面傾角，采煤工作面可沿偽斜布置。

第62頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二（a）走向長壁（b）傾斜長壁

（仰斜）（c）傾斜長壁

（俯斜）第63頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二刀柱（煤柱支撐）采煤法示意圖當煤層為堅硬時，如采用強制放頂（或注水軟化頂板）垮落法處理采空區(qū)有困難，有時可采用刀柱法（煤柱支撐法）處理采空區(qū)，稱單一長壁刀柱式采煤法。第64頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二（2）放頂煤長壁采煤法對于厚度在4.0m~5.0m以上的近水平、緩（傾）斜煤層，可沿底板布置采高為2.0~3.0m的采煤工作面，工作面向前推進采煤的同時，在工作面后部放落上部和后部的頂煤，實現(xiàn)整層開采。（3）柔性掩護支架采煤法在急（傾）斜煤層中，隨著采煤工作面俯斜或俯偽斜采煤，利用柔性掩護支架自重及其上方垮落的矸石重量下放支架，并在支架掩護下實現(xiàn)整層采煤。第65頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二2、分層采煤法

分層采煤法：把厚煤層劃分為中等厚度（適合于一次開采）的若干分層，再依次開采各分層的開采方法稱為分層采煤法，分層間有上行和下行兩種開采順序。第66頁，共72頁，2023年，2月20日，星期二（a）傾斜分層（b）水平分層（c）斜