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煤矿开采学讲义煤矿开采基本知识 1-24 第一章 煤矿开采的基本概念 第一节 煤田开发的概念 一、煤田和矿区 1．煤田在地质历史发展过程中，同一地质时期形成并大致连续发育的含煤岩系分布区。 2．矿区统一规划和开发的煤田或其一部分，称为矿区。 3．井田划归一个矿井（或露天矿）开采的部分煤田。一般用矿区范围来描述在平（球）面用一个或多个投影在平（球）面上的封闭多边形来表示井田范围，以这些多边形顶点的XY坐标（经纬度坐标）系列来记录井田范围，称为井田范围（采矿证称为矿区范围）拐点坐标；在Z轴上以开采煤层的上、下标高为界，称为开采标高。 表1-1-1XX煤矿的井田范围拐点坐标 拐点 X Y 1 3030620 35651720 2 3031150 35651200 3 3031150 35650890 4 3031900 35650890 5 3031900 35651760 6 3031950 35651760 7 3031950 35652100 8 3032000 35652100 9 3032000 35653050 10 3031588 35652715 11 3031146 35653470 12 3030682 35653228 13 3030738 35652844 14 3030860 35652841 15 3030920 35652360 16 3030920 35651770 开采标高 830m920m 图1-1-1 XX煤矿矿区范围图 4．矿区开发*在煤田内划分的矿区，根据规划有计划的建井进行开发生产过程，称矿区开发。 大的煤田往往被划分为几个矿区开发。小的煤田可为一个矿区或一个矿井进行开发。一个矿区又可分划分为几个矿井或一个矿井进行开发。 例我省几大煤田 六盘水煤田主要有盘县矿区、水城矿区、普兴矿区、六枝矿区等； 织纳煤田主要有织（金）矿区、纳雍矿区； 黔北煤田主要有大（方）黔（西）矿区、金（沙）遵（义）矿区、习（水）桐（梓）矿区。 图1-1-2 盘县矿区井田分布图 二、露天开采与地下开采 1．露天开采从地表直接采出有用矿物（煤炭）的方法。 图1-1-3 贵州XX露天矿一角 优点机械化程度高、产量大、劳动效率高、成本低、安全性好。 缺点受赋存条件限制（剥离量），受气候影响。 剥采比每采一吨煤需要剥离多少立方米的岩石量。 2．地下开采（井工开采）通过开掘一系列井巷（煤、岩巷）进入地下，通达煤层，将煤炭采出的方法。 优点适应性强。缺点安全性差、技术复杂。 3．原则先露天，后地下。 判断经济合理剥采比，即在此剥采比下，露天开采成本不大于地下开采成本。一般褐煤6m3/t，烟煤8m3/t。 三、矿山井巷名称 矿山井巷在地下开采中，为解决提升、运输、通风、排水、动力供应等需要而开掘的井筒、巷道和硐室的总称。 分类按长轴线与水平面的关系，分为直立巷道、水平巷道和倾斜巷道三类。 图1-1-4 矿山井巷示意图 1－立井，2－斜井，3－平硐，4－暗立井，5－溜井，6－石门 9－上山，10－下山，11－风井，12－岩石平巷，13－煤层平巷 1、直立巷道巷道长轴线与水平面垂直。 （1）立井（竖井）直接与地面相通的直立巷道。如 主立井（主井）用于提升煤炭。 副立井（副井）用于提升或下放人员、材料、设备、矸石和矿井通风主要通道。 其它专用立井风井、排水井等。 （2）暗立井（盲竖井、盲立井）无直通地面出口的直立巷道。如 主暗立井， 副暗立井； 溜井专用于自上而下溜煤的暗立井。 溜煤眼采区内部长度短，直径小的溜井。 2、水平巷道 巷道长轴线与水平面近似平行 （1）平硐直通地面的水平巷道。作用类似立井，有主平硐、副平硐、排水平硐、通风平硐。 （2）平巷与大巷未与地面直接相通的、长轴与煤层走向近似平行的水平巷道。其中 a.平巷沿煤层走向开掘的水平巷道，又分为 l 煤层平巷开掘在煤层中的平巷 l 岩石平巷开掘在岩石中的平巷 l 工作面（区段）运输平巷为工作面（区段）运输的平巷 l 工作面（区段）回风平巷为工作面（区段）回风的平巷 b.大巷为水平/阶段服务的平巷称为大巷，又分为 l （阶段）运输大巷作为运输的大巷 l （阶段）回风大巷作为回风的大巷 （3）石门无直通地面出口，垂直或斜交于煤层走向，在岩层中开掘的水平巷道。 l 主石门为水平/阶段服务的石门 l 采区石门为采区服务的石门 （4）煤门*无直通地面出口，垂直或斜交于煤层走向，在厚煤层中开掘的水平巷道。 3、倾斜巷道巷道长轴线与水平面有一定夹角，如斜井、上山、下山、斜巷等。 （1）斜井与地面相通的倾斜巷道，作用类似立井和平硐，有主斜井、副斜井、进（回）风（斜）井等。 （2）暗斜井（盲斜井）无直通地面出口的倾斜巷道。 （3）采（盘）区上、下山为一个采区服务的倾斜巷道。高于开采水平的称为上山，低于开采水平的称为下山。 a.按层位分 l 岩石上、下山布置在岩层中的上、下山 l 煤层上、下山 布置在煤层中的上、下山 b.按用途分 l 运输上、下山安装输送机用于运煤的上、下山 l 轨道上、下山安装轨道，用于运料和排矸（小型矿山也运煤）的上、下山 l 通（回）风上、下山用于通（回）风的上、下山 l 行人上、下山专用作行人的上、下山 （4）斜巷不通地表且长度较短的倾斜巷道，用于行人、通风、运料等。此外，溜煤眼和联络巷有时也是倾斜巷道。 4、硐室空间三个轴线长度相差不大且又不通地表的地下巷道（有水平的，也有倾斜的），如绞车房、变电所、煤仓等。 四、矿井生产系统（插播动画） 图1-1-5 井下生产系统示意图 1－主井；2－副井，3－井底车场；4－主要运输石门；5－运输大巷；6－回风井；7－回风石门；8－回风大巷；9－采区运输石门；10－采区下部车场底板绕道；11－采区下部车场；12－采区煤仓；13－行人进风巷；14－运输上山；15－轨道上山；16－上山绞车房；17－采区回风石门；18－采区上部车场；19－采区中部车场；20－区段运输平巷；21－下区段回风平巷；22－联络巷；23－区段回风平巷；24－开切眼；25－采煤工作面 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、供水、压气等系统所经巷道线路及其设施，是矿井安全生产的前提和保证。 （一）井下生产系统 1、运煤系统25－20－14－12－10－5－4－3－1 2、通风系统新鲜风流从地面－12－3－4－5－11－15－19－20－25； 污风－23－17－8－7－6－排入大气。 3、运料排矸系统2－3－4－5－9－11－15－23－25 4、排水系统20-14-9-5-4-2 （二）地面生产系统* 任务煤炭经过运输提升到地面后的加工和外运，完成矸石排放、动力供给，材料、设备供应等工作。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。 1、地面生产系统的类型 （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）设有洗煤厂的地面生产系统 2、地面排矸运料系统 （1）矸石场的选址及类型 （2）材料、设备的运输 3、地面管线系统 （1）地面供水 （2）地面供暖 （3）地面电力、通讯 五、矿井开拓、采区准备和工作面准备 矿山巷道按服务范围不同，分为开拓巷道、准备巷道和回采巷道。 开拓巷道为全矿井、一个水平或1个以上采区服务的巷道。 准备巷道为一个采区或几个区段服务的巷道。 回采巷道仅为采煤工作面生产服务的巷道。 第二节 矿井资源/储量 依据1、固体矿产资源/储量分类（GB/T 17766-1999） 2、煤炭工业矿井设计规范（GB 50215-2005） 一、煤层赋存的地质特征 1、煤层赋存的状态及特点 （1）多数呈层状或近似层状、绝大多数成群生成 （2）煤层厚度 薄煤层3.5m （3）煤层倾角 缓倾斜煤层α25m的断层； iii、火成岩侵入； iv、火灾损失； v、小窑开采损失。 （c）人为损失采出率达不到要求 经济分析A↑，吨煤投资↑,但吨煤经营费↓，理论上存在一最优A和T，实际难找。 储量分析Ａ大面Ｚk不丰富时，Ｔ会缩短，从而造成建井工程和地面建筑使用年限缩短，不能充分发挥作用，且接替紧张；Ａ小而Ｚk大时，Ｔ大，不能满足国家对煤炭的需要，不能充分利用储量 要求要求A与T相适应A大T大，A小T小 表1-3-1 煤炭工业矿井设计规范 GB 50215-2005规定 矿井设计 生产能力 万t／a 新建 矿井 a 扩建 矿井 a 第一开采水平设计服务年限a 煤层倾角 ＜25 煤层倾角 25～45 煤层倾角 ＞45 600及以上 70 60 35 -- -- 300～500 60 50 30 -- -- 120～240 50 40 25 20 15 45～90 40 30 20 15 15 表1-3-2 煤炭工业小型煤矿设计规范 GB 50399-2006规定 矿井设计生产能力（万t/a） 服务年限（a） 21～30 25 15 15 9 10 3～6 5 扩建矿井的服务年限，不应低于同类型新建矿井服务年限的50％。 二、矿井生产能力、服务年限的确定（主要考虑因素） 1、主要考虑因素 （1）资源及地质条件储量丰富、地质条件简单、煤层生产能力大、开采技术条件好，宜建大型矿区；反之，宜建小型矿区。 （2）开发环境地理位置、交通、动力来源及用户等。 （3）国家产业政策及需求国家产业政策、对煤炭数量、煤种、煤质等要求。 （4）投资、管理要求要求投资大，工期长，管理水平高，投资回收期长的可建大型矿井；反之宜建小型矿井。 （5）安全生产条件瓦斯、通风、特殊地质条件、水文、顶底板、地温等。 2、确定生产能力的步骤 （1）地质条件及开采技术矿井开采条件所能保证的原煤生产能力，主要指同时正常生产的采区生产能力之总和。 a.定采面的单产AF 综采150500万t／a，普采100150万t／a 炮采2030万t／a b.定采区内同采工作面数N1符合开采程序，确保安全，一区一面、二面 c.定采区生产能力AC ＝N1．AF d.定矿井同采采区数N2一般为12个。 表1-3-3 国内矿井同采采区数 井型（万t/a） ≤60 90,120 150,180 ≥240 同采采区数 12 2 23 34 （2）辅助环节能力配套新井建设时，各环节的设备选型应有3050的储备能力。 （3）储量应满足规范对服务年限的规定。 （4）安全条件要能保证安全产出所设计的产量。 （5）经济分析吨煤成本应低、企业效益要好。 在确定矿井生产能力及服务年限时储量是基础、开采能力是关键、各生产环节能力应配套、安全生产条件必须保证。 3、矿井生产能力计算方法 （1）回采工作面生产能力Af Af10-4330LMBγCη 万t/a 式中 330年设计工作日； L工作面长度，m； M工作面采高，m； B设计日推进度，m； γ煤的容重，t/m3； C工作面回收率； η正规循环完成率。 （2）掘进工作面生产能力Aj 即掘进出煤量，设计时一般按总产量的515考虑。 （3）矿井生产能力A AΣAfAj 第四节 煤田划分为井田 一、井田划分的目的及内容 1、内容确定各个采矿权的平面范围及开采深度，划分结果一般以拐点坐标及开采标高表示。 2、目的使得资源得以最大限度的合理发发及利用。 二、井田划分的原则 1、井田境界与矿井生产能力相适应 l 储量井型大、储量大→境界大 l 煤层赋存条件及开采技术赋存好、井型大→境界大 l 给矿井留有发展余地初期小、后期大；技术发展。 2、井田尺寸应合理 l 走向长度应大于倾斜长度 l 合理的走向长度 小型矿井≮1.5km 中型矿井≮4.0km 大型矿井≮7.5km 特大型矿井1015km 3、充分利用自然条件 l 利用断层、河流、铁路、城填为界，减少资源损失及开采难度 l 利用地质构造界限（如倾角变化、褶曲两翼等），简化生产管理 l 利用煤质、牌号变化界限，便于产品加工处理 4、合理规划开采深度及相邻关系，特别是深部与浅部关系 a. 先浅后深、先易后难，分期建井（图1-4-1） b.浅部分组建井，深部集中建井（图1-4-2 ） c.浅部、深部同时建井时，应给浅部矿井留有余地，并不得互相影响（图1-4-1） 三、井田境界的划分方法 （一）垂直划分 以某一垂直面为界限，划分井田，两翼留保护煤柱。沿走向及近水平煤层倾向常采用此划分方法。（图1-4-3） （二）水平划分 以某标高的水平面为界限，划分井田，上下留保护煤柱。多用于倾斜、急倾斜煤层上、下部边界。（图1-4-1） （三）按煤组划分 将间距较小的煤层分为一组，作为一个矿井开采，前提是相邻矿井开采不产生影响。多用于煤组间距较大、赋存较浅的矿区。（图1-4-2） （四）按自然条件划分 以断层、河流、线路、褶曲、村寨等为界。（如图1-4-4所示） 图1-4-4 井田划分示例 1-河流，2-露头，3-城镇，4-铁路，5-大断层 四、井田境界划分注意事项 l 井田境界力求整齐避免异形，便于开采。 l 尽量减少资源损失，提高资源的开发利用效率。 l 兼顾工业场地布置、行政区域等相关因素。 第五节 井田内再划分 一、井田划分为阶段和水平 1、阶段 阶段在井田范围内，沿煤层倾斜方向，按一定标高将煤层划分为若干平行于走向的长条形，每一个长条形叫一个阶段。 图1-5-1 阶段示意 阶段的走向长等于井田的走向长； 阶段垂高H阶段上部与下部分界面间的垂直高度。 阶段斜长h阶段的倾斜长度，由阶段垂高确定， 每个阶段均应有独立的运输、通风系统。如在阶段下部布置运输大巷,阶段上部布置回风大巷。上一阶段采完后，该阶段运输大巷作为下一阶段的回风大巷。 图1-5-2 井田划分为阶段和水平 2、水平与开采水平 水平常指某一标高的水平面。通常以标高、开采顺序及用途等来表示 （1）1600、1400、-500水平等 （2）矿井生产中，表示开采顺序，又称第一水平、第二水平 （3）矿井生产中，常把运输大巷所在的水平称运输水平；回风大巷所在的水平称回风水平。 开采水平（简称水平）布置有井底车场、阶段运输大巷，并担负全阶段运输任务的水平。 广义的水平布置大巷的某一标高的水平面，既包括一个水平，又包括所服务的阶段。 二、阶段内再划分（采区式、分段式、带区式） 1、采区式划分 （1）采区在阶段范围内，沿走向把阶段划分为具有独立生产系统的块，每一块叫一个采区。 采区斜长等于阶段斜长，一般6001000m 采区走向400m～5000m。 （2）区段在采区内沿倾斜方向将采区划分为若干个长条部分，每个长条部分即称为一个区段。 一般地每一个区段斜长内布置一个采煤工作面，区段下部有区段运输平巷，区段上部有区段回风平巷，区段平巷与采区的斜巷相连（运输上山和轨道上山），构成生产系统。 图1-5-3阶段内划分为采区、采区内划分为区段 2、分段式划分 在阶段范围内不再划分采区，而是沿倾斜方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，每个分段沿倾斜布置一个采煤工作面，这种划分称为分段式。 采煤工作面沿走向由井田中央向边界连续推进，或者由井田边界向中央连续推进。 图1-5-4 分段式划分J1、J2、J3阶段；D1、D2、D3分段 3、带区式划分 分带沿煤层走向把阶段划分为若干长条，每一个长条叫一个分带。由若干分带组成，并具有独立生产系统的区域叫带区。（适用于α1216） 倾斜长壁工作面工作面沿走向布置，沿倾向推进。分为仰斜、俯斜两种。 图1-5-5带区式划分 J1、J2、J3阶段；F1、F2、F3－带区 三、近水平煤层井田划分 近水平煤层，井田沿倾斜方向高差很小。通常沿煤层延展方向布置大巷，将井田沿大巷两侧划分为具有独立生产系统的若干块段，这样的块段称为盘区或带区。 盘区内巷道布置及生产系统及采区基本相同；带区则与阶段内带区布置基本相同。 图1-5-6 井田直接划分为盘区 四、开采顺序 阶段间一般采用下行式，即按标高依次从上往下开采； 阶段内采区、带区间一般采用前进式，即由井田中央到边界开采；分段间一般采用下行式开采； 盘区（带区）间一般采用前进式，即由井田中央到边界开采。 工作面回采顺序（走向长壁）一般采用后退式，即从边界往中央推进。 习题 1、解释煤田和井田的概念。 2、说明下列井巷名称 （1）立井、暗立井 （2）斜井、暗斜井 （3）平硐、岩石平巷 （4）采区上山、采区下山 3、绘图说明矿井主要生产系统及主要巷道名称。 4、煤田划分为井田要考虑哪些主要因素 5、试述井田境界的划分方法。 6、绘图说明阶段与水平的概念。 7、阶段内再划分有哪几种方式试述每一种方式的基本内容。 8、如何合理确定矿井的生产能力 9、矿井资源/储量都分为哪几类并简述矿井地质资源量、工业资源/储量、设计资源/储量、设计可采储量含义及其计算公式。 10、确定矿井服务年限为何要考虑储量备用系数 11、试述矿井生产能力、服务年限与储量之间的关系。