煤礦開采基本知識

煤礦開采基本知識

主講人

2021/10/10星期日1第一章地質基礎知識第二章煤礦生產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與安全第七章礦井固定設備與供電2021/10/10星期日2精品資料2021/10/10星期日3你怎么稱呼老師？如果老師最后沒有總結一節(jié)課的重點的難點，你是否會認為老師的教學方法需要改進？你所經(jīng)歷的課堂，是講座式還是討論式？教師的教鞭“不怕太陽曬，也不怕那風雨狂，只怕先生罵我笨，沒有學問無顏見爹娘……”“太陽當空照，花兒對我笑，小鳥說早早早……”2021/10/10星期日4第一章地質基礎知識2021/10/10星期日5第一節(jié)地殼

一、地殼的組成物質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元素所組成。因此，在地殼中蘊藏著非常豐富的礦產資源。

2021/10/10星期日6（一）元素組成地殼的元素達百余種，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作用下形成的自然產物，具有比較固定的化學成分和一定的物理性質與形態(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。2021/10/10星期日7（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沉積巖巖層中，因此沉積巖與采煤工作的關系最為密切。此外，在沉積巖地層中還有許多重要的礦產資源，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。2021/10/10星期日8二、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地殼的變化，代以下分為若干紀，紀以下又分為世。代、紀、世是國際統(tǒng)一的劃分地質時代的單位。2021/10/10星期日9第二節(jié)煤的形成、用途和分類

一、煤的形成

遠在距今約0.03～3.2億年間，即地質史上稱為第三紀、侏羅紀、二迭紀和石炭紀等時代，地球上許多地區(qū)布滿了湖泊、沼澤，當時氣候溫暖潮濕，植物生長茂盛。

二、評價煤質的主要指標水分和灰分：揮發(fā)分：固定碳：膠質層厚度：發(fā)熱量：硫：磷：含矸率：

2021/10/10星期日10三、煤的用途與工業(yè)分類分類分類指標主要用途名稱符號揮發(fā)分（%膠質層厚度（毫米）無煙煤A0～10—是良好的動力和民用煤并可作化工用煤煙

煤貧煤瘦煤焦煤肥煤氣煤弱粘煤不粘煤長焰煤TⅡCK）KPCCHC＞10～20＞14～20＞14～30＞26或＜26＞30＞20～37＞20～37＞370（粉狀）0～12＞8～25＞25＞5～250～9（塊狀）0（粉狀）0～5多作動力和民用煤一般作配焦用煤主要的煉焦用煤配焦用煤氣化、煉油、配焦用煤配焦、氣化、煉油和動力用煤氣化、動力和民用煤氣化、煉油和動力用煤褐煤B＞40—化工、氣化、煉油和民用煤2021/10/10星期日11第三節(jié)煤系地層和礦井地質構造一、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。2021/10/10星期日12（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。2、煤層的形態(tài)是指煤層賦存的幾何形態(tài)。2021/10/10星期日133、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1.3m（2）中厚煤層厚度為1.3～3.5m（3）厚煤層厚度大于3.5m.

2021/10/10星期日14(三）煤層厚度的變化煤層厚度是影響煤礦開采的主要地質因素，煤層厚度不同，采煤方法亦不同。１、煤層厚度的原生變化泥炭層堆積過程中，形成頂板前，由于各種地質作用影響而形成的煤層形態(tài)和厚度的變化。２、煤層厚度的后生變化泥炭層被覆蓋或煤系形成后，由于構造變動，巖漿侵入，河流剝蝕等地質作用引起的煤層形態(tài)和厚度的變化。2021/10/10星期日15

構造變動引起的變化特點：

原始結構破壞，出現(xiàn)層間揉皺和滑動鏡面，在構造復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)，并沿主要構造線呈狹長條帶分布；煤巖層出現(xiàn)不協(xié)調褶曲，有時煤巖互相穿插，致使煤層呈各種不規(guī)則狀態(tài)。2021/10/10星期日16(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2021/10/10星期日172021/10/10星期日18

二、礦井地質構造

礦井地質構造是井田邊界及其范圍內的褶皺、斷層、節(jié)理和層間滑動等地質構造的統(tǒng)稱。

（一）褶皺構造巖層和煤層在構造應力作用下形成的一系列連續(xù)的彎曲稱為褶皺構造。

2021/10/10星期日19每一個單獨的彎曲稱為褶曲有2種基本形式:向斜：巖層向下彎曲，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2021/10/10星期日20背斜向斜2021/10/10星期日212021/10/10星期日22（二）斷層構造

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（兩側巖塊有顯著位移）和節(jié)理（裂隙）。斷層是影響礦井安全生產的最主要的地質構造。1、斷層要素斷層面斷盤斷層線（斷層交面線）斷距2021/10/10星期日232021/10/10星期日24（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的巖塊稱為斷盤。（3）斷層線和斷層交面線斷層線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。2021/10/10星期日25

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2021/10/10星期日262、斷層的分類根據(jù)上下兩盤巖體相對移動性質來劃分2021/10/10星期日272021/10/10星期日283、裂隙裂隙又稱為節(jié)理，指沿斷裂面兩側沒有發(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生的塌陷現(xiàn)象。2021/10/10星期日292021/10/10星期日30第二章煤礦生產概貌2021/10/10星期日31第一節(jié)

煤田的開發(fā)

一、煤田和礦區(qū)在地質歷史發(fā)展過程中，同一地質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)。

2021/10/10星期日32二、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）。2021/10/10星期日33三、礦井生產能力和井型礦井生產能力，一般是指礦井的設計年產量，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，300萬T/a及其以上的礦井又稱特大型礦井。中型礦井：生產能力為45萬T/a、60萬T/a、90萬T/a小型礦井：生產能力為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，年產量在多小于3萬T/a。2021/10/10星期日34第三節(jié)

礦井生產系統(tǒng)2021/10/10星期日35（一）開拓巷道1、井筒和平峒2、井底車場3、回風井4、石門5、運輸大巷6、回風大巷

2021/10/10星期日36（二）準備巷道1、采區(qū)車場2、采區(qū)煤倉3、采區(qū)上山4、采區(qū)下山

2021/10/10星期日37（三）回采巷道1、區(qū)段運輸平巷2、區(qū)段回風平巷3、開切眼

2021/10/10星期日38二、井下生產運輸提升系統(tǒng)三、井下生產動力供應系統(tǒng)四、井下生產通風安全系統(tǒng)五、井下生產排水系統(tǒng)六、地面生產系統(tǒng)2021/10/10星期日39第三章井田開拓

第一節(jié)煤田劃分為井田2021/10/10星期日40一、礦井年產量井型設計年產量（萬噸/年）服務年限（年）備注特大型井300及以上80以上

礦井設計按年工作日300天計算大型井2401801501209070以上50～70中型井603030～40小型井2115910～202021/10/10星期日41二、礦井服務年限三、礦井儲量Z可采=KAT四、井田范圍2021/10/10星期日42第二節(jié)井田內的再劃分

一、井田劃分為階段2021/10/10星期日43二、階段劃分為采區(qū)可將井田內的劃分順序歸納如下：2021/10/10星期日44第三節(jié)礦井開拓方式

一、斜井開拓

2021/10/10星期日452021/10/10星期日46二、立井開拓2021/10/10星期日47三、平硐開拓2021/10/10星期日48第四章井巷掘進

第一節(jié)巖石的分級

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準抗壓強度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。2021/10/10星期日49巖石分級表

級別堅固性程度巖石堅固系數(shù)fⅠ最堅固的巖石最堅固、致密的石英巖及玄武巖。其它最堅固的巖石20Ⅱ很堅固的巖石很堅固的花崗巖類：15Ⅲ堅固的巖石花崗巖（致密的）及花崗巖類巖石；10Ⅲa堅固的巖石堅固的石灰?guī)r；不堅固的花崗巖；堅固的砂巖；8Ⅳ相當堅固的巖石一般的砂巖；鐵礦石6Ⅳa相當堅固的巖石砂質頁巖；泥質頁巖5Ⅴ堅固性中等巖石堅固的頁巖：不堅固的砂巖及石灰?guī)r；軟的礫巖4Ⅴa堅固性中的巖石各種（不堅固的）頁巖；致密的泥灰?guī)r3Ⅵ相當軟的巖石軟的頁巖；很軟的石灰?guī)r；石膏；凍土；無煙煤；2Ⅵa相當軟的巖石碎石土；堅硬的煙煤；硬化的粘土1.5Ⅶ軟巖粘土（致密的）；軟的煙煤；堅硬的表土層；1.0Ⅶa軟巖微砂質粘土（黃土、細礫石）0.8Ⅷ土壤狀巖石腐植土；泥炭；微砂質粘土；濕砂0.6Ⅸ松散巖石砂；小的細礫石；填方土；已采下的煤0.5Ⅹ流動性巖石流砂；沼澤土；含水黃土及其他含水土壤0.32021/10/10星期日50第二節(jié)巷道斷面及施工概述

一、巷道斷面形狀2021/10/10星期日51二、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、鋪軌和測量等。2021/10/10星期日52第三節(jié)鉆眼爆破

一、鉆眼機具

（二）煤電鉆2021/10/10星期日53（二）鑿巖機2021/10/10星期日54二、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，當受到外界能量作用時，能夠迅速分解，產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。2021/10/10星期日55礦用銨梯炸藥

成分和使用范圍炸藥名稱煤礦銨梯炸藥巖石銨梯炸藥1號2號3號1號2號化學組成（%）硝酸銨梯恩梯木粉食鹽68152157110415671032082144-85114-使用范圍低沼氣礦井高沼氣礦井無沼氣和煤塵爆炸危險的工作面2021/10/10星期日56（二）起爆器材

雷管2021/10/10星期日57三、炮眼布置

2021/10/10星期日58第四節(jié)巷道支護

一、木棚子2021/10/10星期日59二、金屬支架

2021/10/10星期日60三、錨桿支護

2021/10/10星期日61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2021/10/10星期日62第五節(jié)巷道掘進的輔助工序一、通風工作二、排水三、輔軌四、測量工作2021/10/10星期日63局部通風機通風2021/10/10星期日64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2021/10/10星期日65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2021/10/10星期日66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2021/10/10星期日672021/10/10星期日682021/10/10星期日69第二節(jié)采煤工藝主要包括：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2021/10/10星期日70一、爆破式

采煤工藝2021/10/10星期日711、裝煤和運煤2021/10/10星期日722、工作面支護

（1）木支護2021/10/10星期日73（2）金屬摩擦支柱2021/10/10星期日74（3）單體液壓支柱2021/10/10星期日75（4）金屬鉸接頂梁2021/10/10星期日76（5）懸臂式支護2021/10/10星期日77二、普通機械化采煤工藝2021/10/10星期日78三、綜合機械化采煤工藝

1、雙滾筒采煤機2021/10/10星期日792、支撐式液壓支架2021/10/10星期日803、掩護式液壓支架2021/10/10星期日814、支撐掩護式液壓支架2021/10/10星期日825、綜采工作面的設備布置2021/10/10星期日836、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，移輸送機地點應滯后采煤機后滾筒10～15米，以使輸送機的彎曲度不致于過大。其總的生產過程就是：割煤→降柱→移架→升柱→推溜。2021/10/10星期日84四、綜采放頂煤開采2021/10/10星期日85第六章礦井通風與安全

第一節(jié)礦井通風任務與安全生產方針

名稱符號最高容許濃度（體積%）一氧化碳氧化氮（換算成二氧化氮）二氧化硫硫化氫氨氫CONO2SO2H2SNH3H20.00240.000250.00050.000660.0040.52021/10/10星期日861、礦井通風的任務是：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℃)。2021/10/10星期日872、煤礦生產的五大自然災害：

水、火、瓦斯、煤塵、頂板3、煤礦安全生產的方針是：

安全第一預防為主綜合治理總體推進2021/10/10星期日88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、瓦斯的存在狀態(tài)3、礦