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采矿学电子教案 能源科学与工程学院 采矿系2003年3月,煤炭工业以开采煤炭为目的 煤炭开采 地下开采 9394% 露天开采 67% 采矿学主要讲授煤炭现代地下开采的基本知识。 让学生掌握煤矿现代地下开采的基本知识。 采矿学 研究矿山开采技术及其内部规律性的综合性技术科学。,采矿学（煤矿开采学）总论,采矿学课程的特点：专业性强； 发展变化快， 实践性强，时空关系强；名词概念多； 综合性强 运用各种科学技术综合解决问题。 教学方法：课堂讲授、录象、模型、实习、讨论。 要求： 掌握采矿工程师的基本理论和技能，学而优则用，学而优则创。 记笔记； 阅读参考书； 提出新采矿方法。,1、煤矿地下开采的特点,1、受资源赋存条件的制约 2、工作场所不断移动 3、复杂的生产和管理系统 4、必须设置人工构置物保护工作空间 5、安全问题突出,国家采矿工程师报考通知,经培训考试通过后由人力资源和社会保障部全国人才流动中心颁发注册采矿工程师证书及IC卡，该证书入库中国国家人才网，官网查询、证书全国通用，是企业相关人员从事相关岗位持证上岗、晋升、加薪、求职、法律公证的有效证件，可归档到人事档案中作为履历表供人事部门核实身份时查阅 在线咨询 QQ1907362933,徐永圻煤矿开采学，徐州；中国矿业大学出版社，1999 张宝明中国煤矿高产高效技术，徐州；中国矿业大学 出版社，2001 徐永圻中国采煤方法图集，徐州；中国矿业大学出版社， 1990 陈炎光中国采煤方法，徐州；中国矿业大学出版社， 1991 陈炎光中国煤矿开拓系统，徐州；中国矿业大学出版社， 1 996 陈炎光中国煤矿开拓系统图集，徐州；中国矿业大学出版 社，1992,2、采矿学主要参考书,汪理全，煤层(群)上行开采技术，煤炭工业出版社，北京：19958 煤炭科技名词审定委员会，煤炭科技名词，科学出版社，北京：19972 采煤学（1979年版） 杜计平，煤矿深井开采的矿压显现及控制，徐州：中国矿业大学出版社，20004,采矿学主要参考书,1、我国矿产资源种类齐全 人类已各的矿产约160种 我国已发现150多种 已查明储量130多种,一、我国采矿生产技术的发展,2、我国是世界上开创采矿业最早的国家之一,1万年前开采并利用石料 4千多年前能够开采铜、铁、金和煤等矿产。,不同时期，煤有不同名称： 石涅 春秋战国时期，山海经。 石墨 魏、晋时期。 石炭 南北朝。 煤炭 元 代至今 ，宋应星天工开物,我国古代煤炭名称,封建社会的采矿业,春秋战国（公元前500年）煤是重要的产品 BC100 冶铜、冶铁技术 明末 (17世纪中叶) 煤的开采技术 (宋应星 地质、开拓、开采、通风、提升、瓦斯排放) 火药的发明 爆破技术促进了开采技术,近代社会中国采矿业,我国1876年创办基隆煤矿 1878年创办开平煤矿 1850年后 近代采矿工业 机器生产：提升、运输、排水 如开滦、抚顺、淄博、萍乡 帝国主义对我国煤炭资源进行掠夺性的开采,半个世纪以来中国煤炭工业的发展,国有重点煤矿约587处 2000年，国有重点煤矿机械化程度74.43% 我国于1973年引入综合机械化采煤设备 2000年，国有重点煤矿综合机械化程度56.78%,机械化程度,高产高效矿井模式： 一矿一面或一矿两面 综采：一个队（一个采面）100万t/a 全员工效8t/工以上 1992年 累计129处矿井达到高产高效标准。 平均全员工效 7.730t/工,高产高效矿井,2002年 78个综采队年产超过100万吨 18个综采队年产超过200万吨 9个综采队年产超过300万吨 神华大柳塔矿综采队年产803万吨 一矿一面全矿产量920万吨 全矿职工350人,高产高效矿井,神华大柳塔矿 2000年 920万 2001年 1511万 2002年 1100万 济三矿（设计500 万） 2001年 530万 2002年 800万 2003年 1000万,高产高效矿井,煤炭是我国的主要能源,煤炭储量：我国含煤面积约55万km2 2002年底探明可直接利用的储量为1886亿t 按年产19亿t，可采100年 2002年底有3317亿t 基础储量 2002年底有6872亿t 资源量 我国煤炭占一次能源结构的70%左右 我国石油、天然气等资源有限，趋于枯竭。水电、核能，近几十年发展不能根本解决中国能源问题。,中国煤炭资源分布,除上海外，各省和自治区均有， 北部占探明储量的86% ，南部占探明储量的14% 储量超过了5000亿t的省： 新疆、内蒙、山西 储量超过1千亿t的省： 陕西、宁夏、甘肃、贵州、河北、山东、安徽,中国能源消耗构成,能源折算系数E,标准煤：发热值为7000大卡/（29 . 27MJ）的任何能源均可折算1kg标准煤。 标准油：发热值为10000大卡/（41 . 8MJ）的任何能源均可折算1kg标准油。 某种燃料的实际发热值（MJ/ kg） E = 标准煤发热值（MJ/ kg）,煤与人民生活息息相关,人均能耗：每人每年的能源平均消耗量 t 人年 是衡量国家经济发展和人民生活水平的综合指标 维持最低生活，需要： 0.4 t 标准煤 丰衣足食的现代化生活: 1.2 1.6 t标准煤 高级现代化生活: 2 3 t标准煤。,发展速度与成就举世瞩目，煤炭产量曾连续居世界第一 中国的采矿业总体来讲与发达国家有不小的差距，但潜力巨大 资源人均占有量低,小结,采矿方法，主要是采煤方法 winning method 采（带）区准备prepare 矿井开拓 development 矿井设计 mine design,二、采矿学(煤矿开采学)内容,煤田（coal field）在地质历史发展过程中，由含炭物质沉积形成的大面积含煤地带。 矿区（mining area）开发煤田形成的社会组合。 一般一个矿区开发一个煤田 矿务局，矿业集团,三、矿井开采的基本概念,井田（Underground mine field）,（一） 井田 井田划归一个矿井开采的一部分煤田或全部煤田 井田大小 ： 范围 走向长度 倾向水平投影（宽度） 井田面积大小 矿井生产能力 服务年限,煤田划分为井田,井型 井田走向长度（m） 小型矿井 1500 中型矿井 4000 大型矿井 7000,（二）矿井生产能力和井型 （designed mine capacity and production scale of mine）,矿井生产能力 矿井设计生产能力，万t /a。即设计中规定矿井在单位时间（年或日）内采出的煤炭和其它矿产品的数量。 矿井核定生产能力 矿井经过技术改造，核定后的生产能力，万t /a。 井型 根据矿井设计生产能力不同，我国将矿井分为大、中、小三种类型，称井型。,井型划分,井型 生产能力（万t / a） 大型矿井： 120、150 、180 、240 、300、 400、 500及500以上 其中300万t/a及其以上称特大型矿井 中型矿井： 45 、 60 、90 。 小型矿井： 9 、 15 、 21、 30。,矿井年产量 （effective output per year）,矿井年产量 矿井实际生产的煤炭数量，万t/a。 矿井年产量与生产能力有时同义，有时不同义。,（三）矿井可采储量和服务年限,矿井可采储量 生产能力 服务年限 可采储量愈多，生产能力和服务年限愈大 可采储量一定，应有合理的生产能力和服务年限 国外大型矿井的服务年限 4050a 国内一般不小于60a 国内外矿井的生产能力有增大和服务年限有缩小的趋势,（四）井田内的再划分,1、井田划分为阶段 阶段 （horizon） 沿一定标高划分的一部分井田 阶段划分 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并等于井田走向全长的长条形，每一个长条形叫一个阶段。,阶段的走向长等于井田的走向长 阶段下部布置运输大巷,阶段上部布置回风大巷,井田划分为阶段,井田划分为阶段,阶段的开采顺序：下行式,井田划分为阶段,水平（level ）,水平（level ） 常指某一标高的水平面。 表示：标高、开采顺序及用途 （1）0、-200、-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（ mining level）,开采水平（简称水平） （ mining level） 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,上 回风水平 下 运输水平,（二）阶段内的再划分 1 阶段划分为采区，采区划分为区段, 阶段, 阶段, 阶段, 阶段, 阶段, 阶段,1区段,2区段,3区段,1区段,2区段,3区段,采区式划分：,采区（district）与区段（district sublevel） 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=阶段斜长（可达1000m） 采区走向=400m5000m 区段：在采区内沿倾斜方向划分的开采块段。 区段下部有区段运输平巷 区段上部有区段回风输平巷 区段平巷与采区的斜巷相连（运输上山和轨道上山）,采区,走向长壁工作面： 工作面沿倾斜布置 ，沿走推进,2 阶段划分为划分为带区，带区划分为分带,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,倾斜向长壁工作面： 工作面沿走向布置 ，沿倾向推进,阶段划分为划分为带区，带区划分为分带,J1 阶段,J2 阶段,J3 阶段,J 3阶段,J2 阶段,J1 阶段,3）井田直接划分为划分为盘区或带区,井田沿倾斜高差较小的条件下,panel,（五）矿井生产系统的概念,矿井生产系统,1、矿井巷道的开掘顺序原则： 尽量采用平行作业；尽快沟通风路。 2、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 4）排水系统 5）动力供应（电、压风） 6）通讯、监测系统,（六）矿井开拓、准备和回采的概念,1、井巷名称 矿山井巷 为进行采矿，在地下开掘的井筒、巷道和硐室的总称。 2、按倾角分类： 垂直井巷 倾斜井巷 水平井巷,矿山井巷,垂直井巷,立井 （竖井） 在地层中开凿的直通地面的 垂直巷道 主立井 （主井） 用于提升煤炭。 副立井（副井）用于行人、运料、通风、排放矸石。 风井、排水井 暗立井 无直通地面的出口的垂直巷道 主暗立井， 副暗立井 溜井 用于自上而下溜煤的垂直巷道。 溜煤眼 - 长度短，直径小的溜井。,水平巷道,平硐 在地层中开凿的直通地面的水平巷道 主平硐，副平硐 石门 无直接地面出口，垂直或斜交于煤层走向，在岩层中开掘的水平巷道 煤门 - 无直接地面出口，垂直或斜交于煤层走向，在煤层中开掘的水平巷道,水平巷道,平巷 - 无直接地面出口，沿煤层走向开掘的 水平巷道 煤层平巷 开掘在煤层中的平巷 岩石平巷 开掘在岩石中的平巷,水平巷道,阶段大巷 为一个开采水平或阶段服务的水平巷道 阶段大巷： 阶段运输大巷 阶段回风大巷。 区段平巷 为一区段服务的水平巷道 区段平巷 ：区段运输平巷 区段回风平巷,倾斜巷道,斜井 在地层中开凿的直通地面的倾斜巷道 斜井：主斜井 用于提升煤炭 副斜井 用于行人、提升矸石、通风,上下山采区,上山采区 位于开采水平以上的采区 下山采区 位于开采水平以下的采区 上山 位于开采水平以上，为本水平或采区服务的倾斜巷道。 下山 位于开采水平以下，为本水平或采区服务的倾斜巷道。,倾斜巷道,按层位分： 岩石上下山 布置在岩层中的上下山 煤层上下山 布置在煤层中的上下山 按用途分： 运输上下山 用于运煤 运料上下山 用于运料 分带斜巷： 运输斜巷 运料斜巷,矿井开拓、准备和回采的概念,3、按井巷作用和服务范围分： 1）开拓巷道（development roadway）：为全矿、一个水平或若干采区服务的井巷。 服务时间长。1030a或以上。 2）准备巷道（preparation roadway）：为一个采区服务的巷道。在采区范围内，从掘好的开拓巷道至区段的通路。T35a。,矿井开拓、准备和回采的概念,3、回采巷道（gateway， entry）：为回采工作面生产直接服务的巷道。T = 0.51.0a,运输巷,四、采煤方法,（一）采煤方法分类 采煤方法 采煤工艺与回采巷道布置及其在时间上、空间上的相互配合。 采煤工艺采煤工作面各工序所用方法、设备及其在时间上、空间上的相互配合。 Coal winning technology,水平分层,四、采煤方法分类,1、 壁式体系采煤法,long wall system coal winning method coal mining method 壁式体系采煤法一般特点: 工作面较长，80250m 工作面两端，一般至少各有一条回采巷道 一般顶板暴露面积大，矿山压力显现较为强烈 工作面运煤的刮板输送机与工作面平行,采煤方法分类,按倾角分： 根据开采技术条件煤层按倾角分类： 地下开采 露天开采 近水平煤层 45° 45° 近水平煤层采煤法 缓倾斜煤层采煤法 倾斜煤层采煤法 急倾斜煤层采煤法,采煤方法分类,按厚度分： 根据开采技术条件煤层按厚度分类： 地下开采 (m) 露天开采(m) 薄煤层 M3.5 M 10 薄及中厚煤层采煤法 厚煤层采煤法 分层开采 整层开采,采煤方法分类,按采煤工艺分 ： 爆破采煤法 普通机械化采煤法 综合机械化采煤法 blast-winning technology conventionally mechanized coal winnig technology Fully -mechanized coal winnig technology,采煤方法分类,按采空区处理方法分: （老塘） 垮落采煤法 gob、 goaf 、waste 刀柱（煤柱支撑）法 充填采煤法 按推进方向分: 走向长壁采煤法 long wall mining on the strike 倾斜长壁采煤法（俯斜，仰斜） Long wall mining to the dip or to the rise,单一长壁垮落采煤法,( a) 走向长壁， ( b) 倾斜长壁（仰斜）， ( c) 倾斜长壁（俯斜）,刀柱（煤柱支撑）法,采煤方法分类,按厚煤层分层方法分： 倾斜分层 水平分层 斜切分层 倾斜分层将厚煤层分成若干与煤层层面相平行的分层，然后逐层开采。 水平分层将厚煤层分成若干与水平面相平行的分层，然后逐层开采。 斜切分层将厚煤层分成若干与水平面成一定角度（2530）的分层，然后逐层开采。,倾斜分层,厚煤层分层间开采顺序：下行式和上行式 一般为下行式,水平分层与斜切分层,厚煤层整层放顶煤开采,厚煤层整层开采： 放顶煤开采 （3.55m）下限 long wall mining with sublevel caving,2、柱式体系采煤法,（短壁体系采煤法） pillar system coal winning method shortwall system coal winning method 房式采煤法 room,chamber mining 房柱式采煤法 room and pillar mining 特点： 煤房比较窄 57m 采掘合一 煤柱支撑顶板,房柱式采煤法,（二） 采煤方法的发展与应用,采煤工艺 1954年英国开始用长壁综合机械化采煤技术 上世纪80年代开始采用大功率、高可靠性的机电一体化综合机械化采煤技术 我国主要采用长壁体系采煤法 俄罗斯、乌克兰、波兰、德国采用长壁体系 美国、加拿大、澳大利亚、南非广泛采用柱式体系,五、煤矿开采学分支学科,(一) 矿山压力及其控制 rook pressure and control 矿山压力显现 strata behaviors 采场矿压 巷道矿压,五、煤矿开采学分支学科,(二) 开采方法及采煤工艺 井巷布置 shaft and roadway layout 开采部署 采煤工艺 （三）采矿系统工程 用系统工程的方法解决采矿的问题,