煤矿开采新技术措施汇编.docx
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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。
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、挥发分和计算固定碳等四个项目。
①水分：
分为内在水分和外在水分。
外在水分很容易蒸发。
②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（5.01～10.00％）、低中灰煤（10.01～20.00％）、中灰分煤（20.01～30.00％）、中高灰分煤（30.01～40.00％）、高灰分煤（40.01～50.00％）。
③挥发分：
反映煤中有机质性质，煤的变质程度。
④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。
低热值煤（8.50～12.50MJ/kg）、中低热值煤（12.51～17.00MJ/kg）、中热值煤（17.01～21.00MJ/kg）、中高热值煤（21.01～24.00MJ/kg）、高热值煤（24.01～27.00MJ/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
①薄煤层：
地下开采厚度在1.3m以下，露天开采在3.5m以下的煤层。
②中厚煤层：
地下开采厚度在1.3m～3.5m，露天在3.5m～10m的煤层。
③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
①近水平煤层：
地下开采倾角在8º以下，露天倾角在5º以下煤层。
②缓倾斜煤层：
地下开采倾角在8º～25º，露天倾角在5º～10º煤层。
③倾斜煤层：
地下开采倾角在25º～45º，露天倾角在10º～45º的煤层。
④急倾斜煤层：
地下或露天开采倾角在45º以上的煤层。
3．煤层按稳定性分类
①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。
②较稳定煤层：
煤层厚度有一定变化，变化规律较明显，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。
③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。
④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
⑴硬煤（含无烟煤、烟煤） ⑵褐煤 ⑶泥炭。
①无烟煤:
含碳量90％～98％，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。
②烟煤：
含碳量75％～90％，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。
③褐煤：
含碳量60％～75％，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不同数量腐植酸。
④泥炭：
含碳量50％～60％，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
1．名词解释：
①薄煤层②中厚煤层③厚煤层④近水平煤层⑤缓倾斜煤层⑥倾斜煤层⑦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。
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。
⑴开拓巷道：
为全矿井或一个开采水平服务的巷道。
⑵准备巷道：
为采区、一个以上区段、分段服务的运输、通风巷道。
⑶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。
（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25～30m，自然坡角为40°～45°。
（补充）防止矸石场雨季出现滑坡、泥石流等地质灾害的措施：
①矸石场不能布置在山洪、河流可能冲刷到的地段。
②依山而建的矸石场要设置永久性排水系统，并保持畅通。
③矸石场四周必须设置厚度不小于1m倒梯形挡矸墙。
④矸石场中矸石堆积高度不得超过设计规定，
⑤矸石堆积坡度不得大于自然安息角（42°～45°）。
（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10000～15000m。
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
⑴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。
⑵井田走向长度：
即为阶段的走向长度
⑶阶段垂高：
阶段上部边界与下部边界的垂直距离，一般为100～250m。
⑷阶段的倾斜长度为阶段斜长。
2．水平与开采水平的概念
①（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。
②开采水平：
通常将设有井底车场、阶段运输大巷，担负全阶段运输任务的水平。
③单水平上、下山开拓：
只适合倾角小于16°、倾斜长度小的井田。
④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。
⑤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600～1000m。
在采区范围内，沿煤层倾向将采区划分为若干区段。
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/T0215—2002《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）可采储量（111）：
探明的经济基础储量的可采部分。
２）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。
３）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。
４）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。
５）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。
６）探明的（预可研）边际经济基础储量（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。
７）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。
８）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。
９）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
１）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。
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