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1、煤矿生产知识与新技术煤矿生产知识与新技术本讲稿第一页，共六十七页 烟煤、无烟煤 变质作用 煤化作用 褐煤 成岩作用 成煤作用成煤作用 泥炭 （或腐泥）泥炭化作用 （或泥化作用）成煤原始物质第一节煤田地质概述本讲稿第二页，共六十七页2.成煤的必要条件 第一、温暖潮湿的气候；第一、温暖潮湿的气候；第二、大量植物生长、死亡；第二、大量植物生长、死亡；第三、大面积沼泽；第三、大面积沼泽；第四、地壳运动配合第四、地壳运动配合第一节煤田地质概述本讲稿第三页，共六十七页二、聚煤期二、聚煤期 地质历史中形成煤炭资源的时期称为聚煤地质历史中形成煤炭资源的时期称为聚煤期或成煤期。我国在石炭纪、二迭纪、侏罗期或成煤
2、期。我国在石炭纪、二迭纪、侏罗纪和第三纪为主。纪和第三纪为主。第一节煤田地质概述本讲稿第四页，共六十七页三、煤层赋存特征三、煤层赋存特征（一）煤层的结构和顶、底板（一）煤层的结构和顶、底板1.煤层的结构煤层的结构 煤层通常是层状的。煤层通常是层状的。分为两类分为两类:（1）简单结构煤层）简单结构煤层 （2）复杂结构煤层）复杂结构煤层第一节煤田地质概述本讲稿第五页，共六十七页2.煤层的顶、底板煤层的顶、底板 顶板:赋存在煤层之 上的邻近岩层。底板:赋存在煤层之 下的邻近岩层。伪伪 顶顶直接顶直接顶老老 顶顶直接底直接底老底老底第一节煤田地质概述本讲稿第六页，共六十七页（二）煤层厚度（二）煤层厚度
3、煤层的厚度:煤层顶底板之间的垂直距离。总厚度和有益厚度总厚度:包括所有煤分层和夹矸层厚度总和.有益厚度:是煤分层厚度的总和,不包括夹矸层厚度.煤层最低可采厚度:当代技术和经济条件下，可开采 的最小煤层厚度.（6页表13）第一节煤田地质概述本讲稿第七页，共六十七页图图1-1 煤层的总厚度及有益厚度煤层的总厚度及有益厚度煤煤层层厚厚度度本讲稿第八页，共六十七页图1-2 煤层的产状要素（三）煤层的构造形态（三）煤层的构造形态1.单斜构造单斜构造描述煤（岩）层的空间形态，通常用产状要素:走向、倾向及倾角走向、倾向及倾角 第一节煤田地质概述本讲稿第九页，共六十七页本讲稿第十页，共六十七页2.褶皱构造褶皱
4、构造 煤层及岩层受到水平挤压力后，变成弯曲形状，但仍保持其连续性。3.断裂构造断裂构造 煤（岩）层受地壳运动作用力，作用力超过煤（岩）层的强度，就产生断裂，失去了连续性和完整性的构造形态称为断裂构造。断裂后，两侧岩层若没有发生明显位移，称为节理节理；断裂面两侧的岩层发生了明显位移的断裂构造称为断层断层。断层对矿井生产影响特别显著。第一节煤田地质概述本讲稿第十一页，共六十七页断层分类断层分类:p正断层：正断层：岩层断裂后，上盘相对下降，下盘相对上升。p逆断层：逆断层：上盘相对上升，下盘相对下降。p平推断层：平推断层：断层两盘沿水平方向移动。第一节煤田地质概述本讲稿第十二页，共六十七页图图1-5
5、断层示意图断层示意图本讲稿第十三页，共六十七页图1-6 断距示意图ab-垂直断距 bc-水平断距本讲稿第十四页，共六十七页第一节煤田地质概述本讲稿第十五页，共六十七页（四）常用的煤层分类（四）常用的煤层分类1.按煤层倾角分类按煤层倾角分类按倾角分为四类：近水平煤层 45第一节煤田地质概述本讲稿第十六页，共六十七页2.按煤层厚度分类按煤层厚度分类按厚度分为三类：薄煤层 3.5m第一节煤田地质概述本讲稿第十七页，共六十七页3.按煤层稳定性分类按煤层稳定性分类煤层稳定性是煤层形态、厚度、结构及可采性的变化程度。按煤层稳定性，可分为：稳定煤层较稳定煤层不稳定煤层极不稳定煤层第一节煤田地质概述本讲稿第十
6、八页，共六十七页矿图基本知识一、矿图的基本知识一、矿图的基本知识在采矿设计、施工和生产过程中，需要一套图纸分别反映地形、地物、地下煤层形态、地质构造、矿井巷道与煤层或矿体之间的关系；矿井各种巷道、工作面以及它们之间的关系等，这类图纸称为矿图矿图。矿图投影方法矿图投影方法:正投影和标高投影。本讲稿第十九页，共六十七页图图1.9 三面正投影关系三面正投影关系本讲稿第二十页，共六十七页图图110 标高投影原理标高投影原理1-大巷大巷;2-上山上山;A、B、C-标高点标高点本讲稿第二十一页，共六十七页二、地质图煤矿地质图煤矿地质图:反映煤矿各种地质现象与井巷工程之间相互关系及它们空间分布情况的所有图件
7、。煤矿常用地质图有：a.钻孔柱状图钻孔柱状图 b.地质剖面图地质剖面图 c.煤层底板等高线图煤层底板等高线图 d.地形地质图地形地质图矿图基本知识本讲稿第二十二页，共六十七页a.钻孔柱状图本讲稿第二十三页，共六十七页b.地质剖面图本讲稿第二十四页，共六十七页c煤层底板等高线图本讲稿第二十五页，共六十七页d地形地质图(a)(b)图图120 山岭与湖泊等高线山岭与湖泊等高线本讲稿第二十六页，共六十七页本讲稿第二十七页，共六十七页三、采掘工程图三、采掘工程图 采掘工程图是反映采掘工程、地质和测量信息的综合性图纸。1.采掘工程平面图及剖面图（采掘工程平面图及剖面图（122）2.采掘工程立面图（采掘工程
8、立面图（123）3.煤层层面图（煤层层面图（124）矿图基本知识本讲稿第二十八页，共六十七页第二节 井田开拓的基本问题一、煤田划分为井田一、煤田划分为井田（一）煤田与井田（一）煤田与井田1.1.煤田：煤田：同一地质时期形成，并大致连续发育同一地质时期形成，并大致连续发育的含煤岩系分布区。的含煤岩系分布区。煤田分类：煤田分类：富量煤田：面积大、储量丰富的煤田。富量煤田：面积大、储量丰富的煤田。限量煤田：面积小、只能由一个矿井开采。限量煤田：面积小、只能由一个矿井开采。2.2.井田：井田：划归一个矿山开采的那部分煤田。划归一个矿山开采的那部分煤田。本讲稿第二十九页，共六十七页（二）煤田划分为井田（
9、二）煤田划分为井田1.原则：原则：1）井田境界、储量及开采条件与矿井生产能力适应）井田境界、储量及开采条件与矿井生产能力适应2）保证井田有合理尺寸（小：）保证井田有合理尺寸（小：1.55km，中：中：47km，大：，大：715km）3）自然条件）自然条件4）相临矿井间的关系）相临矿井间的关系2.划分方法：划分方法：1）垂直划分（近水平煤层）垂直划分（近水平煤层）2）水平划分（倾斜煤层）水平划分（倾斜煤层）3）按煤组划分）按煤组划分第二节 井田开拓的基本问题本讲稿第三十页，共六十七页第二节 井田开拓的基本问题本讲稿第三十一页，共六十七页第二节 井田开拓的基本问题二、矿井储量、生产能力及服务年限（
10、一）矿井储量矿井储量：矿井储量：井田内煤炭的埋藏量。矿井工业储量矿井工业储量(Zg):(Zg):矿井设计的资源依据，一般是列入平衡表内的A+B+C级储量。矿井可采储量矿井可采储量(Z):(Z):矿井设计的可以采出的储量.本讲稿第三十二页，共六十七页第二节 井田开拓的基本问题工业储量Zg、可采储量Z，存在以下关系：Z=(Zg-P)C (t)式中 P：永久煤柱损失，t；C:采区回采率。（规程规定：厚煤层不小于75；中厚煤层不小于80；薄煤层不小于85。地方煤矿不低于0.7。新设计矿井时可按上述数据选取）本讲稿第三十三页，共六十七页第二节 井田开拓的基本问题（二）矿井生产能力（二）矿井生产能力矿井生
11、产能力矿井生产能力:指矿井的设计生产能力。(万t/a)矿井井型矿井井型:按矿井设计年生产能力大小划分的矿井类型。一般分大型、中型、小型矿井三种。1.大型矿井：大型矿井：生产能力为120、150、180、240、300、400、500万t/a及500万t/a以上的矿井；习惯上称300万t/a以上的矿井为特大型矿井。2.中型矿井：中型矿井：生产能力为45、60、90万t/a。3.小型矿井：小型矿井：生产能力为9、15、21、30万t/a。本讲稿第三十四页，共六十七页（三）矿井服务年限（三）矿井服务年限 在划定的井田范围内。当矿井生产能力A一定时，可计算出矿井的设计服务年限T。式中K矿井储量备用系数
12、，矿井设计一般取1.4，地质条件复杂的矿井和矿区总体设计可取1.5，地方矿可取1.3。（表21矿井及水平服务年限）第二节 井田开拓的基本问题本讲稿第三十五页，共六十七页第二节 井田开拓的基本问题三、矿井开采的概念三、矿井开采的概念（一）井田再划分（一）井田再划分1井田划分为阶段和水平井田划分为阶段和水平阶段阶段:沿一定标高划分的一部分井田。开采水平开采水平:阶段运输大巷及井底车场所在的水平位置及服务的开采范围，也简称“水平”。本讲稿第三十六页，共六十七页第二节 井田开拓的基本问题本讲稿第三十七页，共六十七页第二节 井田开拓的基本问题2阶段内的再划分阶段内的再划分 阶段内的划分通常有：采区式和带
13、区式。（1）采区式划分）采区式划分采区采区:在阶段或开采水平内，沿走向划分为具有独立生产系统的开采块段。区段区段:在采区内,若采用走向长壁采煤,沿煤层倾斜方向将采区划分为若干长条形煤带。本讲稿第三十八页，共六十七页本讲稿第三十九页，共六十七页（2）带区式划分）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，带区内又划分为若干个倾斜分带，每个分带布置一个采煤工作面。第二节 井田开拓的基本问题本讲稿第四十页，共六十七页本讲稿第四十一页，共六十七页（二）井巷名称（二）井巷名称矿山井巷矿山井巷:为进行地下开采的需要而开掘的井筒、巷道和硐室的总称。根据井巷长轴线与水平面的关系，矿山井巷
14、可分为:1.1.垂直巷道垂直巷道 2.2.水平巷道水平巷道 3.3.倾斜巷道倾斜巷道 第二节 井田开拓的基本问题本讲稿第四十二页，共六十七页第二节 井田开拓的基本问题1.1.垂直巷道垂直巷道（1）立井：）立井：服务于地下开采，在地层中开凿的直通地面的竖直巷道。(如主井、副井及风井等)（2）暗立井：）暗立井：不与地面直接相通的直立巷道称为暗立井。本讲稿第四十三页，共六十七页第二节 井田开拓的基本问题2.2.水平巷道水平巷道（1）平硐服务于地下开采，在地层中开凿的直通地面的水平巷道。称为平硐。（2）大巷与平巷：与地面不直接相通的水平巷道，其长轴方向与煤层走向平行。（3）石门与煤门石门：石门：与地面
15、不直接相通的水平巷道，其长轴线与煤层走向正交或斜交的岩石水平巷道。煤门：煤门：在厚煤层内，与煤层走向正交或斜交的水平巷道。本讲稿第四十四页，共六十七页第二节 井田开拓的基本问题3.3.倾斜巷道倾斜巷道巷道长轴线与水平面有明显坡度的巷道。（1）斜井）斜井（2）上山与下山）上山与下山（3）斜巷）斜巷 本讲稿第四十五页，共六十七页本讲稿第四十六页，共六十七页第二节 井田开拓的基本问题（三）矿井巷道布置及生产系统（三）矿井巷道布置及生产系统1巷道布置巷道布置矿井巷道开掘原则：（1）要尽快构通风路（2）要尽量平行作业2矿井主要生产系统矿井主要生产系统（1）运煤系统（2）通风系统（3）运料排矸系统本讲稿第
16、四十七页，共六十七页本讲稿第四十八页，共六十七页第二节 井田开拓的基本问题（四）矿井开拓、采区准备和工作面准备（四）矿井开拓、采区准备和工作面准备按其作用及服务范围不同，可分为开拓巷道、准备巷道及回采巷道。1.1.开拓巷道：开拓巷道：从地面到采区巷道。（为井田开拓而开掘的基本巷道）2.2.准备巷道：准备巷道：采区内为采区或几个工作面服务的巷道。（为准备采区而掘进的主要巷道）3.3.回采巷道：回采巷道：只为一个工作面服务的巷道。（形成采煤工作面及为其服务的巷道）本讲稿第四十九页，共六十七页第二节 井田开拓方式井田开拓井田开拓:为开采煤炭，由地表进入煤层为开采水平服务所进行的井巷布置和开掘工程。开
17、拓方式开拓方式:开拓巷道的布置方式称为。按井筒（硐）形式可分为：按井筒（硐）形式可分为：1.立井开拓 2.斜井开拓3.平硐开拓 4.综合开拓本讲稿第五十页，共六十七页第二节 井田开拓方式一、立井开拓一、立井开拓 主井、副井均采用立井的开拓方式。主井、副井均采用立井的开拓方式。二、斜井开拓二、斜井开拓 主井、副井均为斜井的开拓方式。主井、副井均为斜井的开拓方式。三、平硐开拓三、平硐开拓 用主平硐的开拓方式。用主平硐的开拓方式。四、综合开拓四、综合开拓本讲稿第五十一页，共六十七页立井开拓本讲稿第五十二页，共六十七页斜井开拓本讲稿第五十三页，共六十七页平硐开拓本讲稿第五十四页，共六十七页综合开拓本讲
18、稿第五十五页，共六十七页第二节 井田开拓方式五、平硐、斜井开拓的优缺点及适用条件五、平硐、斜井开拓的优缺点及适用条件 1 1、平硐、平硐优优点点：开拓、运输、排水等系统简单，省去了提升、排水环节及设备，平硐施工技术简单。缺点：缺点：平硐开拓受到地形条件的限制。适用条件：煤层埋藏在当地基准面以上，且有一定的储量。2 2、斜井、斜井优优点点：施工简单，掘进速度快，费用低；斜井用胶带提煤时，提升能力大。缺缺点点：在开采深度相同的条件下，井筒长，管线长，维修难，通风阻力大，辅助提升能力小。适用条件：埋藏浅，水文地质情况简单的煤层。本讲稿第五十六页，共六十七页第二节 井田开拓方式3 3、立井：、立井：优
19、优点点：维护费用低，管线短，人员、材料升降速度快。缺点：缺点：井筒施工复杂、掘进速度慢。适用条件：埋藏深、水文条件复杂时用。4 4、综合开拓：、综合开拓：只用立、斜、平一种方式不合理时，可用综合方式。本讲稿第五十七页，共六十七页第二节 井田开拓方式采煤技术采煤技术 采采煤煤工工作作面面回回采采工工艺艺包包括括：破破煤煤、装装煤、运煤、支护及采空区处理五大项。煤、运煤、支护及采空区处理五大项。采煤工艺指的是：采煤工艺指的是：炮采、普采、综采。炮采、普采、综采。本讲稿第五十八页，共六十七页第三节 煤矿生产新技术一、煤矿安全高效开采地质保障技术一、煤矿安全高效开采地质保障技术 煤煤矿矿安安全全高高效
20、效矿矿井井地地质质保保障障系系统统，是是根根据据安安全全高高效效矿矿井井机机械械化化、集集中中化化程程度度高高的的特特点点和和安安全全生生产产需需要要，以以地地质质量量化化预预测测为为先先导导，以以物物探探、钻钻探探等等综综合合技技术术为为手手段段并并依依托托先先进进的的计计算算机机技技术术从从而而实实现现煤煤矿矿地地质工作的动态管理和安全地质预警的全过程。质工作的动态管理和安全地质预警的全过程。二、煤巷锚杆支护技术的发展趋势二、煤巷锚杆支护技术的发展趋势 锚杆支护巷道安全性主要取决三个方面的因素：锚杆支护巷道安全性主要取决三个方面的因素：1 1、巷道围岩的物理力学性质、巷道围岩的物理力学性质
21、 2 2、巷道所处的应力环境、巷道所处的应力环境 3 3、巷道支护强度、巷道支护强度本讲稿第五十九页，共六十七页 三、灾区救护新技术三、灾区救护新技术 随着科学技术的进步，装备水平的提高，近年来灾区救护新技术也有较快发展；发达国家在矿山救护领域采用了一些世界领先的新技术，而我国的矿山救护技术当前还没有重大突破。从发达国家灾区救护技术上，可以看到他们在职工培训、灾区自救、互救方面的好经验、好做法。如：第三节 煤矿生产新技术本讲稿第六十页，共六十七页 1、灾区通讯技术、灾区通讯技术 在南非、加拿大、澳大利南非、加拿大、澳大利亚等国的井下和灾区通讯，都广泛采用了“无线移动电话无线移动电话”，它发送的
22、信号，可穿透煤层、岩层和土壤，实现远距离输送。达到了方便、快捷、安全、高效的要求。在事发的第一时间，灾区职工能够立即汇报灾情，指挥部能迅速制定有效的抢救方案、组织快速救援。这对减少事故伤亡、降低事故损失、防止灾变继发、组织成功抢救极为重要。1996年某国有矿井某国有矿井发生了掘进工作面瓦斯燃烧事故，三名救护队员在灾区执行任务时因迷路而遇难。如果当时装备有这种先进的“灾区无线移动电话”，事故就不会发生（详见教案十）。第三节 煤矿生产新技术本讲稿第六十一页，共六十七页 2、灾区搜救技术、灾区搜救技术 安徽省某金属矿安徽省某金属矿发生坍塌事故，采用“生命探测仪生命探测仪”实施了成功的救援，而这一技术
23、目前在煤矿尚未推广应用。近年来发达国家，在灾区搜救方面，采取了声纳探测声纳探测、地音探测、机器人地音探测、机器人搜救搜救等多项先进新技术。以色列等国以色列等国具有世界领先的矿井“人员定位搜救系统人员定位搜救系统”。而我国某大城市施工地铁发生坍塌事故后，到第二天还不知道遇险人员被埋在哪里。2006年美国美国某矿的3000米深井，发生瓦斯爆炸事故，13名矿工被困，矿主采用了地面打钻，把机器人从钻孔内送入灾区执行搜救探查任务。因灾情严重，搜救多日，12人死亡，1人重伤。虽然这次机器人搜救失败，但已凸显其搜救技术的先进性。第三节 煤矿生产新技术本讲稿第六十二页，共六十七页 职工自救装备职工自救装备 职
24、工自救装备，美国美国矿井，每个井下作业班组，都配有两个“便携式布帘便携式布帘”，做快速构建临时避难峒室应急使用。加拿大加拿大等国，入井人员佩用的自救氧，体积小，重量轻，氧量多，可在灾区使用使用1小时小时。美国美国2006年3月已通过立法，将入井人员的自救氧从现有的1小时增加到2小时，在两年内装备完毕。这就大大提高了灾区遇险人员自救生存机率。而我国国产自救器，在灾区使用时限，仅为30、40分钟，差距较大。第三节 煤矿生产新技术本讲稿第六十三页，共六十七页 井下安全装备井下安全装备 加拿大加拿大某钾盐矿，除装备有先进的安全监测系统和完善的常规安全设施外，井下设有世界一流的“特别避灾峒室特别避灾峒室
25、”，长45米，宽15米，设有安全门、照明、电话、饮水、食物、氧气、桌椅、床铺、厕所等设施和物品，可供可供数十人数十人40小时小时避灾使用避灾使用。其“安全门”可隔爆、防火、防水、密封，与灾区环境隔绝。特别避灾峒室，宽绰明亮，安全舒适。（见图一）第三节 煤矿生产新技术本讲稿第六十四页，共六十七页本讲稿第六十五页，共六十七页 该钾盐矿，于2006年元月29日发生重大火灾事故，72人被困。灾区人员除立即用“无线移动电话”，向矿汇报灾情外-并立即佩戴自救器-迅速撤离到“特别避灾峒室”中避灾-救护队快速出动-并和灾区人员联系进一步了解灾情-采用高科技灭火手段扑灭火灾-恢复灾区通风-成功营救出全部成功营救出全部72名被困人员名被困人员。从事发到处理结束仅用仅用26小时小时。第三节 煤矿生产新技术本讲稿第六十六页，共六十七页 从加拿大加拿大钾盐矿重大火灾事故的成功处理，可给我们以下几点启示：高科技是实现煤矿安全生产的必要前提。高投入、高装备、严管理，是实现煤矿安全生产的基础。加强安全培训，人员高素质是实现煤矿安全生产的保障。第三节 煤矿生产新技术本讲稿第六十七页，共六十七页