煤礦的基本知識

關于煤礦的基本知識第1頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三1.煤的簡介煤是古代植物埋藏在地下經(jīng)歷了復雜的生物化學和物理化學變化逐漸形成的固體可燃性礦產(chǎn)。俗稱煤炭。成分：主要由碳、氫、氧、氮、硫和磷等元素組成，碳、氫、氧三者總和約占有機質(zhì)的95％以上，是現(xiàn)代社會中非常重要的常規(guī)能源

碳是煤中最重要的組分，其含量隨煤化程度的加深而增高。泥炭

50％～60％褐煤

60％～70％煙煤

74％～92％無煙煤

90％～98％第2頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三常見煤的種類無煙煤泥炭褐煤煙煤第3頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三成煤的兩個階段：1、炭泥化階段2、煤化作用階段(成巖過程變質(zhì)過程)。2.煤的形成第4頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三堆積在水體中的植物遺體泥炭腐泥褐煤煙煤無煙煤在地表常溫常壓下泥炭化作用腐泥化作用盆地基底下降埋藏至地下深部成巖作用變質(zhì)作用溫度壓力上升冰川過程可能有助于成煤植物遺體匯集和保存天然氣第5頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三泥炭化作用指高等植物遺體在沼澤中堆積經(jīng)生物化學變化轉變成泥炭的過程。腐泥化作用指低等生物遺體在沼澤中經(jīng)生物化學變化轉變成腐泥的過程。腐泥是一種富含水和瀝青質(zhì)的淤泥狀物質(zhì)。成巖作用指經(jīng)過一系列的物理、化學（或生物）變化過程使松散沉積物固結形成沉積巖石的作用，第6頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三3.煤炭的重要作用煤炭是地球上蘊藏量最豐富，分布地域最廣的化石燃料。根據(jù)世界能源委員會的評估，世界煤炭可采資源量達4.84104億噸標準煤，占世界化石燃料可采資源量的66.8％第一次科技革命（工業(yè)革命）18世紀60年代蒸汽機的發(fā)明第二次科技革命（19世紀70年代）電力的廣泛應用第7頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三衡量生活水平統(tǒng)一度量

人均能耗：每人每年的能源平均消耗量t

（人·年），是衡量國家經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平的綜合指標。煤炭的重要地位維持最低生活需要：0.4t標準煤豐衣足食的現(xiàn)代化生活:1.21.6t標準煤高級現(xiàn)代化生活:23t標準煤。第8頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三煤炭在國內(nèi)的地位煤炭儲量：我國含煤面積約55萬km2，2002年底探明可直接利用的儲量為1886億t，按年產(chǎn)19億t，可采100年我國煤炭占一次能源結構的70%左右，我國石油、天然氣等資源有限，趨于枯竭。煤炭在世界一次能源消費中所占比重為26.5%，低于石油所占比重37.3%，高于天然氣所占比重23.9%）能源構成（已探明儲量）:煤占96%，油、氣僅占4%水電、核能，近幾十年發(fā)展不能從根本上解決中國能源問題水資源有限且南北不平衡核能放射性污染，仍存在爭議煤炭還是重要的工業(yè)原料從煤中可以提取200多種產(chǎn)品。（煤化工、煤變油）第9頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三中國能源消耗構成煤炭是我國的主要能源第10頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三中國煤炭工業(yè)的發(fā)展第11頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三中國煤炭資源分布除上海外，各省和自治區(qū)均有，北部占探明儲量的86%

，南部占探明儲量的14%儲量超過1千億t的省：

陜西、寧夏、甘肅、貴州、河北、山東、安徽儲量超過了5000億t的?。?/p>

新疆、內(nèi)蒙、山西第12頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三煤炭開采煤層介紹第13頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三煤層分類

a.按厚度分0.3-0.5m極薄煤層0.5-1.3m薄煤層1.3-3.5m中厚煤層3.5-8.0m厚煤層>8m巨厚煤層b.按傾角分<5°近水平煤層5°-25°緩傾斜煤層25°-45°傾斜煤層>45°急傾斜煤層第14頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三穩(wěn)定煤層：全區(qū)均可采，煤層厚度變化不大或有一定規(guī)律性；較穩(wěn)定煤層：煤厚有相當變化，大多可采，局部不可采；不穩(wěn)定煤層：煤厚變化大，分岔、尖滅、增厚、變薄時有出現(xiàn)；極不穩(wěn)定煤層：常呈透鏡狀、斷續(xù)分布、僅局部可采。c.按穩(wěn)定性分第15頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三煤層厚度及其變化是影響煤礦開采的主要地質(zhì)因素之一。煤層厚度級不同，采煤方法亦不同。煤層發(fā)生分岔、變薄、尖滅等厚度變化，則直接影響煤炭儲量平衡和煤礦正常生產(chǎn)。

第16頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三煤炭的開采根據(jù)煤層的賦存情況（厚度、埋藏深度等）和開采技術條件露天開采7%-8%地下開采（礦井開采）92%-93%第17頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三露天開采第18頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三第19頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三露天開采應用條件：煤層厚度大、煤層裸露與地表或埋藏淺特點：優(yōu)點機械化程度高產(chǎn)量大，一般可達500～1200萬噸，有的可達5000萬噸；勞動效率高，一般為3.0～28.0噸/工，是井工開采的數(shù)倍，有的達到數(shù)十倍成本低，大約是井工開采的50%資源回收率高，達90%以上作業(yè)空間不受限制；木材、電力消耗少；建設速度快，產(chǎn)量有保證，生產(chǎn)安全，勞動條件好；第20頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三缺點受天氣影響大需要進行大量的基建剝離，基建投資較大占用土地多，矸石占地面積大，污染環(huán)境；對礦床賦存要求嚴格凡是煤田淺部有露天開采條件的，應根據(jù)經(jīng)濟合理剝采比優(yōu)先選擇露天開采剝采比——每采一噸煤需要剝離巖石量的體積量經(jīng)濟合理剝采比——按剝采比開采的煤炭成本不大于用地下開采的煤炭成本例如：最大經(jīng)濟合理剝采比：褐煤6m3/t

煙煤8m3/t第21頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三礦井開采煤田、礦區(qū)、井田1、煤田：由含炭物質(zhì)沉積形成的大面積含煤地帶稱～（自然形成）。2、礦區(qū)：開發(fā)煤田形成的社會組合稱礦區(qū)3、井田：劃分給一個礦井開采的那一部分煤田稱為井田。煤田，面積大，儲量多，大到數(shù)百、數(shù)千平方公里，多到數(shù)億、數(shù)百億噸。小的，可以由一個礦區(qū)開發(fā)，大的可以由幾個礦區(qū)開發(fā)，有時，一個礦區(qū)還可以開發(fā)多個煤田。第22頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三礦井開采第23頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三礦井開采第24頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三開拓方式開拓方式立井斜井平硐綜合單水平多水平上下山上山上下山混合分層大巷集中大巷分組集中大巷第25頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三立井開拓第26頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三立井開拓第27頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三

井田開拓礦井系統(tǒng)

第28頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三第29頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三立井開拓各個巷道的作用：主井：用于提升煤炭，有時兼作回風用的立井，稱主立井，簡稱主井。副井：用于礦井輔助提升，兼作進風用的立井，稱副立井，簡稱副井。風井：專門用于回風用的立井，稱回風立井，簡稱風井。井底車場：位于井筒附近，聯(lián)結主、副井及開采水平主要運輸巷道的一組巷道和硐室的總稱，是聯(lián)結井下運輸和井筒提升的樞紐。主石門：位于開采水平，與煤層走向直交或斜交，聯(lián)結井底車場和開采水平主要運輸巷道，主要服務于開采水平煤炭運輸?shù)乃较锏?。?0頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三運輸大巷：位于開采水平，與煤層走向基本平行，和主石門及采區(qū)上、下山直接相連，主要服務于開采水平煤炭運輸?shù)乃较锏?。回風大巷:

位于開采水平上部，與煤層走向基本平行，和回風石門及采區(qū)上山直接相連，為開采水平回風服務的水平巷道?；仫L石門:

位于開采水平上部，與煤層走向直交或斜交，聯(lián)結回風大巷和風井，為開采水平回風服務的水平巷道。第31頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三立井開拓掘進順序掘進順序掘進順序主井副井井底車場主石門運輸大巷回風大巷回風石門風井采區(qū)準備巷道采煤工作面采煤工作面采區(qū)

采區(qū)第32頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三立井開拓生產(chǎn)、通風系統(tǒng)新鮮風流污風風流煤流主井副井井底車場主石門運輸大巷回風大巷回風石門風井采區(qū)準備巷道采煤工作面采煤工作面采區(qū)

采區(qū)第33頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三立井開拓特點

優(yōu)點1）輔助提升能力大；2）主井采用大斷面時，可安裝兩套提升設備，能力大；3）管線短，井筒短，輔助工作容易；4）可以通過特殊巖層；缺點施工困難，地面設施復雜，井底車場布置復雜，投資大等，與斜井相對應。適合條件煤層埋藏較深、表土厚、或水文地質(zhì)情況比較復雜、井筒需要特殊施工法施工，或多水平開采急緩傾斜的礦井。例如：煤層埋藏深度超過400m，或有較厚沖擊層，含水層、流砂層等特殊巖層，必須用立井第34頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三斜井開拓片盤斜井

是斜井開拓中最簡單的開拓方式。每一階段只能布置一個區(qū)段內(nèi)的工作面，也叫整階段連續(xù)式開采。多用于小型井。大、中型井的初期可用若干對片盤，后期建集中井。第35頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三斜井開拓集中斜井（一般就叫斜井）第36頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三斜井開拓特點片盤斜井優(yōu)點：地面建筑簡單，井巷工程量小，投產(chǎn)快，增產(chǎn)潛力大，技術經(jīng)濟指標較好。缺點：井口分散，占地多，接序緊張。適合條件煤田位于淺部，露頭發(fā)育，表土不厚(20～30m)水文地質(zhì)條件簡單，地質(zhì)構造簡單。第37頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三斜井開拓特點集中斜井（對比立井）優(yōu)點1）掘進施工簡單，速度快；2）地面建筑、井筒裝備、井底車場簡單，提升絞車?。?）第一水平石門長度短，采用中央采區(qū)時，出煤快；4）投資少，建井期短；5）延深方便，對生產(chǎn)干擾少；6）采用皮帶提升時，能力大，可采用自動控制，并可多水平提升；缺點1）同樣的開采深度，斜井比立井長，輔助經(jīng)營費用多，如排水通風、供電、水氣、設備線長度等。2）采用絞車提升時，能力小，鋼絲繩磨損嚴重。3）輔助提升能力小，若過長，需多段，管理復雜，能力??；4）難以通過特殊巖層。適合條件煤層埋藏不深（不超過400m）、表土不厚、水文地質(zhì)情況簡單、井筒不需特殊施工法施工的緩傾斜及傾斜煤層的井田。第38頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三平硐開拓第39頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三平硐開拓特點優(yōu)點：1）井下出煤可直接外運，無提升環(huán)節(jié)，系統(tǒng)簡單，費用成本低；2）地面建筑簡單，無井架和絞車房；3）一般不設井底車場，水倉、水泵房，無需排水設備；4）施工條件好，掘進速度快，初期工程量小，出煤快。缺點受地形及煤層埋藏條件限制。適用條件山區(qū)。在工業(yè)廣場水平之上有煤。其儲量夠一個水平的儲量。第40頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三綜合開拓

有時，主副井或風井都采用同一種形式的井筒，技術上有困難，經(jīng)濟上不合理，可考慮用綜合開拓。立、斜綜合開拓斜主、立副立主、斜副平、立或平斜綜合開拓第41頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三綜合開拓

一、立、斜綜合開拓1、斜主、立副。斜井用皮帶，能力大，副井利用立井，能力也大。特點：充分發(fā)揮皮帶斜井作為主井提升的優(yōu)點，克服一般斜井作為副井的缺點。適合條件：大型井和特大型井；尤其是特大型井采用。第42頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三綜合開拓2、立主、斜副。主井為立井，副井為斜井特點：發(fā)揮立井提升速度快、能力大、通風排水有利、淺部用斜井作為副井可節(jié)約立井施工投資的優(yōu)點。適合條件：小型井，中、小型井，特別是中型井，當斜井提升能力不夠時采用，此時，付井用斜井足夠，主井用立井，能力足夠。第43頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三綜合開拓一、立、斜綜合開拓第44頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三綜合開拓二、平、立或平斜綜合開拓特點利用平硐開拓井田淺部，利用立井或斜井開拓井田深部。適合條件：適用各類井型。一般情況下，平硐完成主副井的所有工作，用斜井或立井回風，路線短。有時，用平硐進風路線太長時，可用立井，斜井進風。主要缺點井口分兩處，工業(yè)廣場分散，不利于主、副井的井上、下聯(lián)系；占地多、煤柱損失大；不利于生產(chǎn)調(diào)度。第45頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三綜合開拓二、平、立或平斜綜合開拓第46頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三5.采煤方法任何一種采煤方法均包括二項主要內(nèi)容：采煤系統(tǒng)、回采工藝。采場：直接大量采取煤炭的場所稱采場；也叫采煤工作面，采煤礃子面?；夭晒ぷ髅妫翰蓤鰞?nèi)進行回采的煤壁稱回采工作面。一般通俗稱采場為回采工作面。回采工作：在采場內(nèi)，為采出煤炭所進行的一系列工作。由5個字組成：破、裝、運（采煤過程）、支、控（頂板管理）。輔助工作：為正常完成回采工作面的工作而需要做的輔助工作或服務工作。如：移溜、灑水、灌漿、端頭支護、通風、運料、順槽支護、工作面標準化管理的工作等。第47頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三回采工藝：在回采工作面，按照一定順序完成各項回采工作的方法及其配合，稱為回采工藝；煤層自然條件不同，采用機械不同，完成這些工序的方法就不同，在進行的時間、順序、空間上都有一定的規(guī)律?；夭晒に囘^程：在一定時間內(nèi)，按照一定順序完成回采工作各項工序的過程稱回采工藝過程。采煤系統(tǒng)：回采巷道與采場的回采工作在時間上的配合和空間上的相互關系稱回采巷道布置系統(tǒng)，也叫采煤系統(tǒng)。采煤方法：采煤系統(tǒng)與回采工藝的組合。新的設備具有新的回采工藝，要求有新的采煤系統(tǒng)。采煤系統(tǒng)又會促進回采工藝的改造，互相影響。第48頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三采煤方法的分類采煤方法旱采水采壁式體系柱式體系房式傾斜短壁式走向短壁式房柱式整層開采整層開采掩護支架水平分層單一長壁傾斜分層放頂煤水平分段放頂煤斜切分層分層開采垮落傾斜長壁走向長壁刀柱下行垮落傾斜長壁走向長壁上行充填柱式體系整層開采我國幅源遼闊，地質(zhì)條件差異很大，各種各樣的采煤方法很多。第49頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三采煤方法的分類一、壁式體系采煤法以長壁工作面為主，占95%以上的產(chǎn)量。二、柱式體系采煤法國內(nèi)用的較少，占產(chǎn)量3～4%。第50頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三采煤方法的分類一、壁式體系采煤法1、薄及中厚煤層單一長壁的采煤方法，一次采全高，整層開采。2、厚煤層分層開采的采煤方法煤厚，一次采不了，分成若干層，一次次回采。1）、傾斜分層（圖2-4a）2）、水平分層（急傾斜厚煤層（M＞10m）（圖2-4b）3）、斜切分層（急傾斜厚煤層（M＞10m）（圖2-4c）3、厚煤層整層開采1）、4.5m以下一次采全高（大采高）2）、10m以下一次采全高，放頂煤。3）、4.0～6.0m急傾斜，55°～65°，采用偽傾斜柔性掩護式支架采煤。4）、25m以上的厚煤層，可采用分段放頂煤；第51頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三采煤方法的分類第52頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三采煤方法的分類頂板管理用全部垮落。若堅硬，可強制放頂，高壓注水等。若效果不理想，可采用刀柱式第53頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三采煤方法的分類第54頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三二、柱式體系采煤法采煤方法的分類第55頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三采煤方法第56頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三6、礦井通風煤礦基本知識①供給井下人員足夠的空氣，滿足人員呼吸的需要；②稀釋和排出各種有毒有害氣體和礦塵；③調(diào)節(jié)氣候條件，給作業(yè)人員一個舒適的環(huán)境，以提高工作效率。礦井通風的重要性

“一通三防”是煤礦安全生產(chǎn)中的重中之重?！耙煌ㄈ馈敝械摹耙煌ā本褪侵浮暗V井通風”，“三防”系指“防瓦斯、防塵、防自燃發(fā)火”。煤礦安全生產(chǎn)“十二字方針”中的“以風定產(chǎn)”，就是以通風能力核定生產(chǎn)能力。只要有人正常作業(yè)的地方就必須保證有效通風。有效的礦井通風是煤礦安全生產(chǎn)的最基本保證。礦井通風的任務第57頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三幾個專業(yè)術語礦井通風系統(tǒng)：是向礦井各作業(yè)地點供給新鮮空氣、排出污濁空氣的通風網(wǎng)絡、通風動力和通風控制設施的總稱。礦井通風方式：是指礦井進風井與回風井的布置方式。分中央式、對角式、區(qū)域式、混合式四種。

風巷：進風風流所經(jīng)過的巷道叫進風巷。

回風巷：回風風流所經(jīng)過的巷道叫回風巷。

盲巷：凡長度超過6M而又不通風或通風不良的獨頭巷道，統(tǒng)稱為盲巷。

分區(qū)通風（并聯(lián)通風）：采區(qū)或采掘工作面的回風流直接進入回風巷而不再進入其它采掘工作面或用風地點的通風系統(tǒng)。礦井通風煤礦基本知識第58頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三串聯(lián)通風采掘工作面或硐室的回風再進入其它采掘工作面或硐室的通風方式，稱為串聯(lián)通風，也叫一條龍通風。擴散通風利用空氣的自然擴散運動而對掘進工作面或硐室進行通風的方法叫擴散通風。

獨立風流從主要進風巷分出的，經(jīng)過爆炸材料庫或充電硐室后再進入主要回風巷的風流。

上行通風風流沿采煤工作面由下向上流動的通風方式。

下行通風風流沿采煤工作面由上向下流動的通風方式。

局部通風利用局部通風機或主要通風機產(chǎn)生的風壓對局部地點進行通風的方法。

循環(huán)風局部通風機的回風，部分或全部再進入同一部局部通風機的進風風流中。

通風網(wǎng)絡

礦井風流按照生產(chǎn)需求在井巷中流動時，有分、有合，通常把風流分岔、匯合的路線結構形式叫通風網(wǎng)路。煤礦基本知識第59頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三新鮮空氣（新風）污濁空氣（乏風）

井下空氣的主要成分：氧氣和氮氣

氧氣：相對密度為1.105，人體在靜止狀態(tài)下耗氧量為0.25l/min，在工作時耗氧量為1－3l/min；

當濃度小于17％時，呼吸困難、心跳加快，

當濃度小于15％時，無力進行勞動，

當濃度小于12％時，有生命危險。

當濃度小于3％時,立即死亡。

《規(guī)程》規(guī)定工作面進風流中>=20％

氮氣：相對密度為0.97，微溶于水，不助燃，無毒。地層中涌出。當?shù)獨鉂舛壬邥r，意味著氧氣濃度的減少，可引起缺氧窒息。礦井空氣成分1井下空氣成分煤礦基本知識第60頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三井下空氣中常見的有毒有害氣體：一氧化碳（CO）、二氧化氮（NO2）、硫化氫（H2S）、二氧化硫（SO2）、二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氫氣（H2）等。其來源是爆破生成的炮煙、礦物氧化、火災、爆炸，以及柴油機工作產(chǎn)生的廢氣等。井下各種有害氣體最高允許濃度第61頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三人體在不同二氧化碳濃度下的反應一氧化碳與人體中毒的關系第62頁，講稿共67頁，2023年5月2日，星期三甲烷，對空氣的相對密度為0.55，難溶于水。一定濃度并遇到高溫(650－750℃)時能引起爆