1、煤矿开采新技术措施汇编 煤矿开采新技术措施汇编 绪 论 一、我国煤炭资源分布 我国是世界上煤炭产量最多的国家，2006年煤炭产量为23.5亿吨；煤炭资源丰富，全国绝大多数省市区都有不同数量的煤炭资源分布，已知的含煤面积约为55万平方公里，累计探明总储量为78223.4亿吨。仅次于俄罗斯，居世界第二位。据预测，我国煤炭资源远景储量为50592亿吨；保有储量为10025亿吨。仅次于俄罗斯、美国，居世界第三位。 我国的三大聚煤期：石炭二叠纪、侏罗纪、第三纪。 根据地质构造带为界，全国划分为五个聚煤区： 1.华北聚煤区：包括山西、山东、河北、河南、甘肃、陕西、内蒙古大部、江苏北部、辽宁和吉林南部。其煤
2、炭资源量占全国总煤炭资源量的53。 2.西北聚煤区：包括新疆、青海、宁夏、内蒙古西部。其煤炭资源量占全国33。 3.东北聚煤区：包括辽宁、吉林、黑龙江、内蒙古东部。其煤炭资源量占全国8。 4.华南聚煤区：包括贵州、广西、广东、海南、湖南、湖北、重庆、江西、福建、江苏和安徽南部、四川和云南大部。其煤炭资源量占全国5.9。 5.滇藏聚煤区：包括西藏、青海南部、四川和云南西部。煤炭资源量占全国0.1。 二、煤炭资源赋存的主要特点 1.成煤地质年代长。从早古生代至第四纪，均有煤炭沉积。具有工业价值煤层形成始于早石炭世，成煤期自老到新有：早古生代、早石炭世、早二叠世、石炭二叠纪、晚二叠世、晚三叠世、早侏
3、罗世、中侏罗世、白垩纪、第三纪、第四纪等十一个地质年代。 2.地质构造多，煤层赋存条件多样 按煤层厚度分：薄煤层占17.36，中厚煤层占37.84，厚煤层占44.80。按煤层倾角分：缓倾斜煤层占85.95，倾斜煤层占10.16，急倾斜煤层占3.89。 我国资源赋存特点是缺油、少气、富煤。全国石油、天然气探明储量仅占化石能源探明储量的6%，其余94%为煤炭。煤炭1000米以浅保有储量约1万亿吨，其中探明可采储量1145亿吨。煤层气35万亿立方米。按目前生产和消费水平，可以开采使用100年以上。而石油可采储量只有38亿吨，可采年限仅20年；天然气总资源量为38万立方米，探明剩余可采储量可开采37年
4、。 三、煤的形成 在显微镜下观察，可以发现：煤是由高等植物转化而来的。 1成煤植物：植物分为低等植物和高等植物。由低等植物形成的煤称为腐泥煤；由高等植物形成的煤称为腐植煤。目前开采主要是腐植煤。 2成煤作用：煤由植物经过漫长极其复杂生物化学、物理化学作用转变而成的。成煤作用分为两个阶段：泥炭化阶段、煤化阶段。 四、成煤的必要条件 1植物条件：植物是成煤的原始物质。 2气候条件：潮湿、温暖的气候是成煤的必要条件。 3地理条件：发生大面积沼泽化的自然条件。 4地壳运动条件：地壳大幅度快速下沉。 五、煤的工艺性质 1煤的工业分析：煤的工业分析是评价煤质的基本依据。包括测定煤的水分、灰分、挥发分和计算
5、固定碳等四个项目。 水分：分为内在水分和外在水分。外在水分很容易蒸发。 灰分：煤燃烧后的残留物质。灰分是煤中的有害物质，灰分越高，煤质越差。按照灰分高低将煤分为六级。特低灰煤（小于5.00）、低灰分煤（5. 0110.00）、低中灰煤（10.0120.00）、中灰分煤（20.0130.00）、中高灰分煤（30.0140.00）、高灰分煤（40.0150.00）。 挥发分：反映煤中有机质性质，煤的变质程度。 固定碳：焦渣减去灰分。 2粘接性：它是评价焦煤、动力煤的主要指标。包括粘接指数、胶质层最大厚度、奥阿膨胀度。 3煤的发热量：单位质量的煤完全燃烧产生的热量。按照煤的发热量高低将煤分为六级。低
6、热值煤（8.5012.50MJ/kg）、中低热值煤（12. 5117.00 MJ/kg）、中热值煤（17.0121.00MJ/kg）、中高热值煤（21.0124.00 MJ/kg）、高热值煤（24.0127.00MJ/kg）、特高热值煤（大于27.00MJ/kg）。 六、最新煤炭分类国家标准：将煤炭分为14类。 分别是：无烟煤（WY）、贫煤（PM）、贫瘦煤（PS）、瘦煤（SM）、焦煤（JM）、1/3焦煤（1/3JM）、肥煤（FM）、气肥煤（QF）、气煤（QM）、1/2中粘煤（1/2ZN）、弱粘煤（RN）、不粘煤（BN）、长焰煤（CY）、褐煤（HM）。 七、煤层分类 1煤层按厚度分类 薄煤层：地
7、下开采厚度在1.3m以下，露天开采在3.5m以下的煤层。 中厚煤层：地下开采厚度在1.3m3.5m，露天在3.5m10m的煤层。 厚煤层：地下开采厚度在3.5m以上，露天在10m以上的煤层。 2煤层按倾角分类 近水平煤层：地下开采倾角在8以下，露天倾角在5以下煤层。 缓倾斜煤层：地下开采倾角在825，露天倾角在510煤层。 倾斜煤层：地下开采倾角在2545，露天倾角在1045的煤层。 急倾斜煤层：地下或露天开采倾角在45 以上的煤层。 3煤层按稳定性分类 稳定煤层：煤层厚度变化很小，变化规律明显，煤层结构简单或较简单，全区可采或基本可采的煤层。 较稳定煤层：煤层厚度有一定变化，变化规律较明显，
8、煤层结构简单至复杂，全区可采或大部分可采，可采范围内厚度变化不大的煤层。 不稳定煤层：煤层厚度变化较大，变化规律不明显，煤层结构较复杂至复杂煤层。 极不稳定煤层：煤层厚度变化极大，呈透镜状、鸡窝状，一般不连续，很难找出规律，可采块段分布零星的煤层。 4煤炭按煤的含碳量和煤化程度分类 硬煤（含无烟煤、烟煤）褐煤泥炭。 无烟煤:含碳量9098，煤化程度较高，挥发分低，密度大，燃点高，无粘结性，燃烧时多不冒烟。 烟煤：含碳量7590，煤化程度低于无烟煤高于褐煤，特点是挥发分产率范围宽，不结焦与强结焦均有，燃烧时有烟。 褐煤：含碳量6075，煤化程度低，特点是外观多为褐色，光泽暗淡，含有较高内在水分和
9、不同数量腐植酸。 泥炭：含碳量5060，高等植物遗体，在沼泽中经泥炭化作用形成的一种松散富含水分的有机质堆积物。 八、煤炭开采带来的主要问题 1资源有限，不可再生。 2开采利用过程中带来的环境污染与生态破坏。 3开采与利用的经济效益和社会效益。 4煤炭开采中的安全问题。 5煤炭工业的可持续发展问题。 九、我国煤炭工业发展历程 煤炭的用途：工业动力、火力发电、化学工业原料、民用燃料。 我国煤炭开采历史悠久，距今有6800+/-150年的历史。公元前2700年黄帝时代，中国出现了早期的采矿业，春秋战国时期（公元前500年）煤炭成为重要商品；17世纪中叶，宋应星编著了世界上第一部记录煤炭开采的技术著
10、作天工开物。1949年全国煤炭产量为0.32亿吨，2002年全国原煤产量为13.93亿吨。其中：国有重点煤矿生产7.12亿吨，国有地方煤矿生产2.63亿吨，乡镇煤矿生产4.18亿吨；2004年全国原煤产量达到19亿吨；2006年全国原煤产量达到22.5亿吨。 我国煤炭开采技术经历了七个阶段：手镐采煤风镐采煤爆破采煤普通机械化采煤（普采）高档普通机械化采煤（高档普采）综合机械化采煤（综采）综合普通机械化放顶煤采煤（综放）。 据专家分析，2050年我国能源结构中煤炭仍将占50%以上。 十、教学重、难点与学习方法 1教学重、难点 1 井田开拓基本知识：井田内再划分、矿井储量、生产能力和服务年限 2
11、井田开拓方式：平峒、斜井、立井、综合开拓；井筒形式分析与选择。 3 井底车场：井底车场调车方式及通过能力、井底车场形式及其选择。 4 井田开拓的基本问题：井筒的数目及位置、开采水平的划分、开采顺序、采掘关系与三量管理、水平大巷布置、矿井开拓延深、矿井技术改造。 5 采煤方法概述：采煤方法概念及其分类、采煤方法的选择、采煤方法发展方向。 6 采煤工作面矿山压力基本规律（选）：矿山压力基本概念、采煤工作面围岩移动特征、采煤工作面矿山压力显现规律。 7 缓斜倾斜煤层走向长壁采煤法采煤系统：单一薄及中厚煤层走向长壁采煤法采煤系统、煤层群走向长壁采煤法采煤系统、采区车场形式。 8近水平煤层走向长壁采煤法
12、采煤系统（选）：井筒数目及位置、开采水平划分。 9 长壁采煤法采煤工艺：炮采工艺、普采工艺、综采工艺、其他条件下机采工艺、倾斜长壁采煤法采煤工艺特点、采煤工艺特殊技术措施、采煤工艺方式选择。 10 采煤工作面生产技术管理：生产组织管理、技术管理、质量管理、安全管理。 11 厚煤层放顶煤采煤法(选): 基本特点及类型、放顶煤支护设备、放顶煤工作面矿压显现特点及顶煤破碎规律、放顶煤采煤工艺、厚煤层放顶煤采煤法技术发展展望。 12急斜煤层采煤法：开采特点、采区巷道布置方式、走向长壁采煤法、伪斜柔性掩护支架采煤法、水平分段放顶煤采煤法、水平分层及斜切分层采煤法、仓储采煤法。 13 柱式采煤法(选):柱
13、式采煤工艺、柱式采煤法特点及适用条件。 14 其他采煤法(选):“三下一上”采煤方法、水力采煤法、水砂充填采煤法、深井采煤、煤炭地下气化。 15 矿井开采设计：设计依据、程序和内容、设计方法、矿井开拓设计示例。 16 采区方案设计：采区设计依据、程序、步骤和内容、采区参数的确定。 17 采区车场轨道线路设计：轨道线路设计基础、采区下、中、上部车场设计。 18 采区峒室设计：采区煤仓、采区绞车房、采区变电所、采区水泵房设计。 2学习方法 煤矿开采技术课程要求理论联系实际，注重培养分析问题和解决问题的能力。主要学习方法：认真学习书本知识，记好笔记；积极参加实习实训；独立完成课程设计。 复习思考题
14、1名词解释：薄煤层 中厚煤层 厚煤层 近水平煤层 缓倾斜煤层倾斜煤层 急倾斜煤层。 2我国三大聚煤期和五个聚煤区域。 3我国煤炭资源赋存的特点。 4我国的开采技术经历的七个阶段。 5最新煤炭分类国家标准。 6煤炭开采带来的主要问题。1 井田开拓基本知识 1.1矿井生产概况 一、基本概念 1.煤田：在地质历史发展过程中，由含炭物质沉积形成基本连续的大面积含煤地带。 2.矿区和矿区开发 开发煤田形成的社会组合，成为矿区。 根据煤炭储量、赋存条件、煤炭市场需求量、投资环境等情况，确定矿区规模，划分井田，规划井田开采方式、规划矿井或露天矿建设顺序、确定矿区附属企业的类别、数目和生产规模、建设过程等，总
15、称为矿区开发。 3.井田：在矿区内，划归给一个矿井开采的部分煤田。 二、矿井巷道 矿井井巷按其所处空间位置和形状，可分为垂直巷道、水平巷道和倾斜巷道。 1垂直巷道 立井有直接通达地面出口的垂直巷道，一般位于井田中部。 暗立井没有直接通达地面出口的立井，装有提升设备。 溜井担负自上而下溜放煤炭或矸石任务的暗井。 2倾斜巷道 斜井有直接出口通达地面的倾斜巷道。 暗斜井没有直接通达地面的出口、用作相邻的上下水平联系的斜巷。 上山无直接出口通往地面，位于开采水平以上，为本水平或采区服务的斜巷。 下山位于开采水平以下，为本水平或采区服务的倾斜巷道。 3水平巷道 平硐有出口直接通到地表的水平巷道称为平硐。
16、 石门和煤层走向正交或斜交的水平岩石巷道。 煤门开掘在煤层中并与煤层走向垂直或斜交的水平巷道。 平巷没有出口直接通达地表，沿煤层走向开掘的水平巷道。 根据巷道服务范围及其用途，矿井巷道分为开拓巷道、准备巷道和回采巷道三类。 开拓巷道：为全矿井或一个开采水平服务的巷道。 准备巷道：为采区、一个以上区段、分段服务的运输、通风巷道。 回采巷道：形成采煤工作面及为其服务的巷道。 三、矿井生产系统 矿井生产系统是指在煤矿生产过程中的提升、运输、通风、排水、人员安全进出、材料设备上下井、矸石出运、供电、供气、供水等巷道线路及其设施，是矿井安全生产的基本前提和保证。矿井生产系统包括井下生产系统和地面生产系统
17、。 （一）井下生产系统：运煤系统、通风系统、运料排矸系统、排水系统、（补充）供电系统、防火系统、防尘洒水系统、瓦斯抽放系统、瓦斯监控系统等。 （二）地面生产系统 地面生产系统通常包括：地面提升系统；运输系统；排矸系统；选煤系统和管道线路系统；变电所、压风机房、锅炉房、机修厂、坑木加工厂、矿灯房、浴室及行政福利大楼等专用建筑物。 1.地面生产系统类型 （1）无加工设备的地面生产系统。 （2）设有选矸设备的地面生产系统。 （3）设有筛分厂的地面生产系统。 （4）设有洗选厂地面生产系统。 2.地面排矸运料系统：矸石场的选址及类型，材料、设备的运输。 (1)矸石场的选址及类型。 矸石场一般选择在工业场
18、地、居民区的下风方向，尽量不占或少占良田；距压风机房、入风井口不小于80m；距坑木场不小于50m；距居住区一般不小于700m；矸石不得堆放在水源上游和河床上。能自燃的矸石，不能堆放在煤层露头、表土下10m以内有煤层的地面上，或采空区可能塌陷而影响到井下的范围内。 矸石场按照矸石的堆积型式可以分为平堆矸石场和高堆矸石场两种。目前采用较广泛的是高堆矸石场，堆积高度一般为2530m，自然坡角为4045。 （补充）防止矸石场雨季出现滑坡、泥石流等地质灾害的措施： 矸石场不能布置在山洪、河流可能冲刷到的地段。 依山而建的矸石场要设置永久性排水系统，并保持畅通。 矸石场四周必须设置厚度不小于1m倒梯形挡矸
19、墙。 矸石场中矸石堆积高度不得超过设计规定， 矸石堆积坡度不得大于自然安息角（4245）。 （2）材料、设备的运输。材料、设备的运输系统都必须以副井为中心。 3.地面管线系统：上下水道、热力管道、压缩空气管道、地下电缆、瓦斯抽放管路、灌浆管路等。 1.2 煤田划分为井田 一、井田划分的原则 1要充分利用自然条件 在可能的条件下，尽量利用大断层等自然条件作为井田边界，或者利用河流、铁路、城镇下留设安全煤柱作为井田边界。 2要有合理的走向长度 井田范围必须与矿井生产能力相适应，保证矿井有足够的储量和合理的井田参数，尤其是要有合理的走向长度。在一般情况下，为便于合理安排井下生产，井田走向长度应大于倾
20、斜长度。我国现阶段合理的井田走向长度一般为：小型矿井不小于1500m；中型矿井不小于4000m；大型矿井不小于7000m；特大型矿井可达1000015000m。 3要处理好与相邻井田的关系 划分井田边界时，通常把煤层倾角不大，沿倾斜延展很宽的煤田，分成浅部和深部两部分。一般应先浅后深，先易后难，分别开发建井，以节约初期投资，避免浅、深部矿井形成复杂的压茬关系，给开采带来困难。 4. 要为矿井的发展留有余地 划分井田时，应充分考虑煤层赋存条件、技术发展趋势等因素，适当将井田划得大一些或者留一个后备区，为矿井的发展留有适当的余地。 5. 要有良好的安全经济效果 划分井田时，要力求使矿井有合理的开拓
21、方式和采煤方法，便于选定井口位置和地面工业场地，有利于保护当地的生态环境，矿井井巷工程量小，投资省，建井期短，生产作业环境好，安全可靠，为煤矿企业取得最大的经济效益和社会效益打下好的基础。 6.（补充）要有利于矿井生产技术管理 在不受其它条件限制的情况下，一般采用直线或折线形式来划定井田境界线，尽量避免曲线境界线，以有利于矿井设计和生产技术管理工作。 二、井田人为境界的划分方法 人为境界划分方法，有垂直划分、水平划分、按煤组划分及按自然条件形状划分等。 1垂直划分：相邻矿井以某一垂直面为界，沿境界线两侧各留井田边界煤柱。 2水平划分：以一定标高的水平面为界，即以一定标高的煤层底板等高线为界，并
22、沿该煤层底板等高线留置边界煤柱。 3按煤组划分：按煤层（组）间距的大小来划分矿界，即把煤层间距较小的相邻煤层划归一个矿井开采，把层间距较大的煤层（组）划归另一个矿井开采。 1.3 井田内再划分 一、井田划分成阶段 1阶段的划分及特征 阶段：在井田范围内，沿着煤层的倾斜方向，按一定标高把煤层划分为若干个平行于走向的长条部分，每个长条部分具有独立的生产系统。 井田走向长度：即为阶段的走向长度 阶段垂高：阶段上部边界与下部边界的垂直距离，一般为100250m。 阶段的倾斜长度为阶段斜长。 2水平与开采水平的概念 (补充)水平：沿煤层走向某一标高布置运输大巷或总回风巷的水平面。 开采水平：通常将设有井
23、底车场、阶段运输大巷，担负全阶段运输任务的水平。 单水平上、下山开拓：只适合倾角小于16、倾斜长度小的井田。 多水平开拓：分为多水平上山、多水平上下山、多水平混合式开拓。 井田内水平和阶段的开采顺序：先上部水平和阶段，后下部水平和阶段。 二、阶段内的再划分 井田划分为阶段后，阶段范围仍然较大，通常需要再划分，以适应开采技术的要求。 阶段内的划分一般有三种方式：采区式、分段式和带区式。 1采区式划分 在阶段范围内，沿走向把阶段划分为若干个具有独立生产系统的块段。采区倾向长度与阶段斜长相等。采区走向长度一般由500m到2000m。采区斜长一般为6001000m。在采区范围内，沿煤层倾向将采区划分为
24、若干区段。 2分段式划分 在阶段范围内不划分采区，而是沿倾向将煤层划分为若干平行于走向的长条带，每个长条带称为分段，每个分段沿斜长布置一个采煤工作面。 分段式划分仅适用于地质构造条件简单、走向长度较小的井田，在我国很少采用。 3带区式划分 在阶段内沿煤层走向划分为若干个具有独立生产系统的带区，带区内又划分成为若干个倾斜分带，每个分带布置一个采煤工作面。在煤层倾角较小（12）的条件下，带区式的应用正在扩大。 三、近水平煤层井田划分 通常，沿煤层延展方向布置大巷，在大巷两侧划分成为具有独立生产系统的盘区。 四、(补充)井田划分为开采区域 特大型矿井，井田面积很大，往往首先将井田划分为开采区域。在开
25、采区域内，再划分为阶段或盘区。这种方式适用于井田范围大、储量丰富的特大型矿井。 1.4 矿井储量、生产能力和服务年限 一、矿井储量 矿井储量是指矿井可采煤层的全部储量。 （一）煤炭储量的分级分类 国土资源部地质矿产行业标准DZ/T 02152002煤、泥炭地质勘查规范，自2003年3月1日起实施。对煤炭资源/储量分类及类型条件、储量估算等作了新的划分和规定，煤炭储量按可行性评价阶段分为概略研究、预可行性研究和可行性研究储量；从经济意义上分为经济的、边际经济的、次边经济的、内蕴经济的和经济意义未定的基础储量；从地质可靠程度上分为探明的、控制的、推断的、预测的储量。 1探明的煤炭储量分类 1）可采
26、储量（111）：探明的经济基础储量的可采部分。 ）探明的（可研）经济基础储量（111b）：同（111）的差别在于本类型是用未扣除设计、采矿损失的数量表述。 ）预可采储量（121）：同（111）的差别在于本类型只进行了预可行性研究，估算的可采储量可信度高，可行性评价结果的可信度一般。 ）探明的（预可研）经济基础储量（121b）：同（121）的差别在于本类型是用未扣除设计、采矿损失的数量表述。 ）探明的(预可研)边际经济基础储量(2M11)：在确定当时开采是不经济的，但接近盈亏边界，只有当技术、经济等条件改善后才可变成经济的。估算的基础储量和可行性评价结果可信度高。 ）探明的（预可研）边际经济基础
27、储量（2M21）：同（2M11）的差别在于本类型只进行了预可行性研究，估算的基础储量可信度高，可行性评价结果的可信度一般。 ）探明的（可研）次边际经济资源量（2S11）：在确定当时开采是不经济的，必须大幅度提高矿产品价格或大幅度降低成本后，才能变成经济的。）探明的（预可研）次边际经济资源量（2S21）：只进行了预可行性研究，资源量估算可信度高，可行性评价结果的可信度一般。 ）探明的内蕴经济资源量（331）：仅做了概略研究，经济意义介于经济的至次边际经济的范围内，估算资源量可信度高，可行性评价可信度低。 2控制的煤炭储量分类 ）预可采储量（122）：勘查工作程度已达详查阶段的工作程度要求，预可行
28、性研究结果表明开采是经济的，估算的可采储量可信度较高，可行性评价结果的可信度一般。 2）控制的经济基础储量（122b）：同（122）的差别在于本类型是用未扣除设计、采矿损失的数量表述的。 3）控制的边际经济基础储量（2M22）：在确定当时开采是不经济的，但接近盈亏边界，待将来技术经济条件改善后可变成经济的。 4）控制的次边际经济资源量（2S22）：勘查工作程度达到了详查阶段工作程度要求，预可行性研究表明，在确定当时开采是不经济的，需大幅度提高矿产品价格或大幅度降低成本后，才能变成经济的。估算的资源量可信度较高，可行性评价结果的可信度一般。 5）控制的内蕴经济资源量（332）：勘查工作程度达到了详查阶段的工作程度要求。未做可行性研究或预可行性研究，仅做了概略研究，经济意义介于经济的至次边际经济的范围内，估算的资源量可信度较高，可行性评价可信度低。 3推断的内蕴经济资源量(333)： 勘查工作程度达到了普查阶段的工作程度要求。未做可行性研究或预可行性研究，仅做了概略研究，经济意义介于经济的至次边际经济的范围内，估算的资源量可信度低，可行性评价可信度低。 4预测的资源量（334）? 勘查工作程度达到了预查阶段的工作程度要求。在相应的勘察工程控制范围内，对煤层层位、煤层厚度、煤类、煤质、煤层产状、构造等均有所了解后，所估算的资源量。预测的资源量属于潜在煤炭资源，有无经济意义尚不确定。
