煤礦開采基本知識課件(山東科技大學)

煤礦開采基本知識課件(山東科技大學) www.ychlsm.com 山東科技大學（泰安）

主要內容

    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

第一章   地質基礎知識

第一節  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。

（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。

     自然界中已發現的礦物有兩千多種，絕大多數呈固態，也有的呈液態（如水、石油和汞等）和氣態（如沼氣）。但組成巖石的常見礦物并不多，主要的僅20余種。

（三）巖石

    巖石是礦物的集合體，可包含一種或多種礦物。

巖石按成因費分為：

巖漿巖、沉積巖、變質巖   三大類

     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、油頁巖和石灰巖等。

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，通常根據地殼運動和古生物的發展，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、世是國際統一的劃分地質時代的單位。

第二節  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：揮發分：固定碳：膠質層厚度：發熱量：硫：磷：含矸率：

第三節      煤系地層和礦井地質構造

一、煤系地層與煤層賦存狀態

    （一）煤系

       煤是在一定歷史時期形成的具有成因聯系的大致連續沉積的一套含煤巖系。

     （二）煤層   

       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、節理和層間滑動等地質構造的統稱。       

（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的彎曲稱為褶皺構造。

           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

（二）斷層構造

           巖層或煤層受力超過其強度極限發生變形破壞的類型，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

（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。

  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

2、斷層的分類

根據上下兩盤巖體

相對移動性質來劃分

3、裂隙

          裂隙又稱為節理，指沿斷裂面兩側沒有發生明顯位移的斷裂。

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象。

第二章  煤礦生產概貌

第二節  礦井生產系統

一、礦井巷道

（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

（二）準備巷道

1、采區車場；        2、采區煤倉；     3、采區上山

4、采區下山；         5、其他

（三）回采巷道

1、區段運輸平巷；2、區段回風平巷

3、開切眼

二、井下生產運輸提升系統

三、井下生產動力供應系統

四、井下生產通風安全系統

五、井下生產排水系統

六、地面生產系統

第三章  井田開拓 第一節煤田劃分為井田

一、礦井生產能力與服務年限

二、礦井服務年限

三、礦井儲量  Z可采=KAT

四、井田范圍

       第二節  井田內的再劃分 一、井田劃分為階段

二、階段劃分為采區

三、階段劃分為條帶

第三節  礦井開拓方式 一、斜井開拓 二、立井開拓 三、平硐開拓 四、綜合開拓

三、平硐開拓

第四章  井巷掘進  第一節  巖石的分級

   為了能夠用簡明的指標來區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f值為8。

第二節  巷道斷面及施工概述  一、巷道斷面形狀

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。

第三節  鉆眼爆破 一、鉆眼機具 （二）煤電鉆

（二）鑿巖機

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。

礦用銨梯炸藥

礦用乳化炸藥

 

（二）起爆器材          雷管：毫秒或瞬發電雷管

三、炮眼布置

第四節  巷道支護 一、木棚子

二、金屬支架

三、錨桿與錨索支護

   錨桿支護的作用原理:

      錨桿支護的作用是：在薄層狀巖層中，錨桿把層狀巖層錨合成整體性的巖層組合梁，提高了巖層的抗變形能力；錨桿可把較松軟的巖層牢固地懸吊在堅硬巖層上；在非層狀巖層中，錨桿可使圍巖形成一個拱形壓縮帶或擠壓加固帶，使圍巖由原來是支架上的“荷載”變為“承載結構”。實際上，以上各種作用往往不是單獨存在，而是綜合在一起，互為補充。

（錨桿及其構件）

第五節  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

局部通風機通風

第五章  采煤方法

主要包括：采煤系統和采煤工藝

1、采區巷道布置（采煤系統）

           走向長壁開采

           傾斜長壁開采

2、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

第一節  采區巷道布置

一、走向長壁采煤法巷道布置

二、傾斜長壁采煤法巷道布置

第二節  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、采空區處理

一、爆破式 采煤工藝

1、裝煤和運煤

2、工作面支護 （1）木支護

（2）金屬摩擦支柱

（3）單體液壓支柱

（4）金屬鉸接頂梁

（5）懸臂式支護

二、普通機械化采煤工藝

三、綜合機械化采煤工藝 1、雙滾筒采煤機

2、支撐式液壓支架

3、掩護式液壓支架

4、支撐掩護式液壓支架

5、綜采工作面的設備布置

綜采工作面三機布置立體圖

6、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。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。

四、綜采放頂煤開采

第六章  礦井通風與安全 第一節   礦井通風     安全方針

2、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

第二節  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

       3、礦井瓦斯等級

             低沼氣礦井（<=10m3/t且<= 40m3/min）

             高沼氣礦井（>10 m3/t且> 40m3/min ）

             煤（巖）與瓦斯（二氧化碳）突出礦井

二、沼氣的爆炸和頂防

1、沼氣的性質

2、沼氣的危害

3、沼氣爆炸的條件

4、預防沼氣爆炸的措施

      1．加強通風。

        2．堅持瓦斯檢查制度。

        3．對于采用一般通風方法不能解決沼氣超限問題的礦井，最好預先抽放沼氣。

        4．井下禁止使用明火和吸煙。

        5．有沼氣和有煤與沼氣突出危險的礦井，應按規定選用適當類型的電氣設備，并在使用中使各種電氣設備經常處于完好狀態。

        6．嚴格執行《煤礦安全規程》中關于放炮工作的各項規定。

第三節  礦    塵

1、礦塵的危害

2、煤塵的爆炸與預防

3、塵肺病及頂防

第四節  礦  井  通  風

一、通風壓力(動力)與通風阻力

礦井通風阻力      h=h摩+h局=（1.1～1.15）h摩

通風阻力的測定

二、礦井通風構筑物

(一)風墻

(二)風門

(三)風橋

(四)風橋與防爆門

三、通風測量

四、扇風機及反風

反風道反風示意圖

第七章  礦井固定設備及供電                  一、礦井提升             二、礦井排水             三、礦井壓氣             四、礦井供電

一、提升設備

二、礦井排水

三、礦井壓氣

四、礦井供電

祝各位：

                 工作順利

         身體健康