煤矿开采条件及生产组织方式课件

煤矿开采条件及生煤矿开采条件及生产组织方式产组织方式 2021/8/51煤矿开采条件及生产组织方式2021/8/51一、煤的形成一、煤的形成煤是植物遗体经过生物化煤是植物遗体经过生物化学作用和物理化学作用而转变学作用和物理化学作用而转变成的沉积有机矿产，是多种高成的沉积有机矿产，是多种高分子化合物和矿物质组成的混分子化合物和矿物质组成的混合物。合物。2021/8/52一、煤的形成煤是植物遗体经过生物化学作用和物理化学作用而转变l（一）成煤的五大条件（一）成煤的五大条件l(1)(1)物质条件物质条件 l主主要要是是成成煤煤的的原原始始植植物物，包包括括高高等等植植物物和和低低等植物。等植物。l植物遗体大量堆积是成煤的物质条件。植物遗体大量堆积是成煤的物质条件。l高高等等植植物物形形成成的的煤煤叫叫腐腐植植煤煤，低低等等植植物物形形成成的煤叫腐泥煤。的煤叫腐泥煤。l由由高高等等植植物物和和低低等等植植物物共共同同形形成成的的煤煤叫叫腐腐植植腐泥煤。腐泥煤。l植物演化的植物演化的5 5个阶段：个阶段：l菌菌藻藻植植物物时时代代裸裸蕨蕨植植物物时时代代蕨蕨类类和和种种子子植物时代植物时代裸子植物时代裸子植物时代被子植物时代。被子植物时代。2021/8/53（一）成煤的五大条件2021/8/53l（一）成煤的五大条件（一）成煤的五大条件l(2)(2)堆积条件或环境条件堆积条件或环境条件 l泥泥炭炭沼沼泽泽：常常年年积积水水，极极其其潮潮湿湿，内内有有大大量量植植物物生生长长、堆堆积积，植植物物死死亡亡后后遗遗体体被被沼沼泽泽水水覆覆盖盖，并并与与氧氧呈呈半半隔隔绝绝状状态态，使使植植物物遗遗体体不不至至于于完完全全氧氧化分解，经生物化学作用形成泥炭。化分解，经生物化学作用形成泥炭。l泥泥炭炭沼沼泽泽的的形形成成取取决决于于古古植植物物、古古气气候候、古古地理和大地构造地理和大地构造4 4个条件。个条件。l沼沼泽泽根根据据不不同同的的分分类类标标准准分分为为低低位位沼沼泽泽、高高位位沼沼泽泽、中中位位沼沼泽泽；滨滨海海泥泥炭炭沼沼泽泽、三三角角洲洲平平原原泥泥炭炭沼沼泽泽、红红树树林林泥泥炭炭沼沼泽泽；草草本本泥泥炭炭沼沼泽泽、木木本本泥泥炭炭沼沼泽泽；淡淡水水沼沼泽泽、半半咸咸水水沼沼泽泽、咸咸水水沼沼泽泽等。等。2021/8/54（一）成煤的五大条件2021/8/54l（一）成煤的五大条件（一）成煤的五大条件l(2)(2)堆积条件或环境条件堆积条件或环境条件 l堆堆积积方方式式（原原地地生生成成、异异地地生生成成）、形形成成泥泥炭炭的的植植物物群群落落（高高等等植植物物、低低等等植植物物）、沉沉积积环环境境（浅浅沼沼的的、湖湖沼沼的的、微微咸咸水水的的、咸咸水水的的、富富含含钙钙质质的的）和和养养分分供供给给（富富养养分分的的、贫贫养养分分的的）、PHPH值值、细细菌菌活活动动性性、硫硫的的供供给给、泥泥炭炭的的温温度度、氧氧化化还还原原电位等因素决定了煤层原始特征。电位等因素决定了煤层原始特征。2021/8/55（一）成煤的五大条件2021/8/55l（一）成煤的五大条件（一）成煤的五大条件l(3)(3)温度和压力条件温度和压力条件 l温度和压力决定于埋藏深度温度和压力决定于埋藏深度 l成煤应有一定的埋藏深度成煤应有一定的埋藏深度 l煤煤化化程程度度是是煤煤受受热热温温度度和和持持续续时时间间的的函函数。温度越高，变质作用的速度越快。数。温度越高，变质作用的速度越快。l (4)(4)时间条件时间条件 l漫长的地质年代漫长的地质年代 宙、代、纪、世、期宙、代、纪、世、期 一般需要几千万到几亿年的时间。一般需要几千万到几亿年的时间。l (5)(5)地质条件地质条件 l地壳运动地壳运动 2021/8/56（一）成煤的五大条件2021/8/56l（一）成煤的五大条件（一）成煤的五大条件l总总之之，煤煤是是地地球球上上储储量量最最多多的的化化石石燃燃料料，也也是是最最主主要要的的固固体体燃燃料料。煤煤由由远远古古时时代代的的植植物物经经过过复复杂杂的的生生物物化化学学、物物理理化化学学和和地地球球化化学学作作用用转转变变而而成成。人人们们在在煤煤层层及及其其附附近近发发现现大大保保存存完完好好的的古古代代植植物物化化石石；在在煤煤层层中中可可以以发发现现炭炭化化了了的的树树干干：在在煤煤层层顶顶部部岩岩石石中中可可以以发发现现植植物物根根、茎茎、叶叶的的遗遗迹迹：把把煤煤切切成成薄薄片片，置置显显微微镜镜下下可可以以看看到到植植物物细细胞胞的的残残留留痕痕迹迹。这这些些现现象象都都说说明明成成煤煤原原始始物物质质是是植植物物。植植物物残残骸骸堆堆积埋藏、演变成煤的过程非常复杂。积埋藏、演变成煤的过程非常复杂。2021/8/57（一）成煤的五大条件2021/8/57l（二）（二）成煤作用过程成煤作用过程l植植物物泥泥炭炭（腐腐泥泥）褐褐煤煤烟烟煤煤（长长焰焰煤煤、气气煤煤、肥肥煤煤、焦焦煤煤、瘦瘦煤煤、贫贫煤煤）无烟煤无烟煤 l三个作用阶段：三个作用阶段：l泥泥炭炭化化作作用用（腐腐泥泥化化作作用）：植物用）：植物泥炭（腐泥）泥炭（腐泥）l煤煤化化作作用用（成成岩岩作作用用）：泥炭泥炭褐煤；褐煤；l变变质质作作用用：褐褐煤煤烟烟煤煤、无烟煤无烟煤 2021/8/58（二）成煤作用过程2021/8/58l（二）（二）成煤作用过程成煤作用过程l煤形成过程中有三个因素起了重要作用。煤形成过程中有三个因素起了重要作用。l细细菌菌：在在细细菌菌作作用用下下，残残骸骸的的表表层层部部分分由由于于接接触触空空气气，经经腐腐解解变变质质，蛋蛋白白质质和和纤纤维维素素生生成成CO2CO2和和H2OH2O等等气气体体和和液液体体产产物物，深深埋埋地地下下。在在缺缺氧氧或或无无氧氧条条件件下下，厌厌氧氧菌菌将将木木质质素素等等转转变变为为腐腐殖殖酸酸和和沥沥青青等等，后后者再经多种不同步骤转化为煤。者再经多种不同步骤转化为煤。l温温度度：随随着着地地层层的的下下沉沉和和沉沉积积层层的的加加厚厚明明显显升升高高，使成煤过程的变质作用得以进行。使成煤过程的变质作用得以进行。l压压力力：压压力力是是变变质质作作用用的的必必要要条条件件之之一一，压压力力与与温度相关联，温度高时，压力也大。温度相关联，温度高时，压力也大。2021/8/59（二）成煤作用过程2021/8/59l（三）（三）我国的主要聚煤期我国的主要聚煤期l新生代新生代 新近纪新近纪古近纪古近纪 l中生代中生代 晚侏罗纪晚侏罗纪早白垩纪早白垩纪 l早、中侏罗纪早、中侏罗纪 l晚三叠世晚三叠世 l晚古生代晚古生代 晚二叠世晚二叠世 l晚石炭世晚石炭世早二叠世早二叠世 l早石炭世早石炭世 l早古生代早古生代 早寒武世早寒武世 2021/8/510（三）我国的主要聚煤期2021/8/510l（四）（四）中国煤炭分类中国煤炭分类l中中国国煤煤的的分分类类依依据据表表示示煤煤化化程程度度的的干干燥燥无无灰灰基基挥挥发发分分(Vdaf)(Vdaf)、表表示示煤煤的的工工艺艺性性能能的的粘粘结结性性指指标标（粘粘结结指指数数G G、胶胶质质层层最最大大厚厚度度Y Y、奥奥亚亚膨膨胀胀度度b b），将将煤煤分分为为褐褐煤煤HM HM、烟烟煤煤YMYM 长长焰焰煤煤CYCY、不不粘粘煤煤BNBN、弱弱粘粘煤煤RNRN、1/21/2中中粘粘煤煤1/2ZN1/2ZN、气气煤煤QMQM、气气肥肥煤煤QFQF、1/31/3焦焦煤煤1/3JM1/3JM、肥肥煤煤FMFM、焦焦煤煤JKJK、瘦瘦煤煤SMSM、贫贫瘦瘦煤煤PSPS、贫贫煤煤PMPM和无烟煤和无烟煤WYWY三大类。三大类。2021/8/511（四）中国煤炭分类2021/8/511l（五）（五）煤的组成煤的组成l煤的元素组成：煤的元素组成：C C、H H、O O、N N、S S、P 6P 6种种 l煤中的矿物质：煤中的矿物质：l按来源分为：按来源分为：l原生矿物质（成煤植物本身）原生矿物质（成煤植物本身）l次生矿物质（成煤过程混入）次生矿物质（成煤过程混入）l外来矿物质（采煤过程混入）外来矿物质（采煤过程混入）2021/8/512（五）煤的组成2021/8/512l（五）（五）煤的组成煤的组成l煤煤的的元元素素组组成成：煤煤的的化化学学成成分分主主要要是是碳碳和和氢氢，还含有少量氧、氮、硫、磷等还含有少量氧、氮、硫、磷等6 6种。种。lO O煤煤中中氧氧的的存存在在形形式式除除含含氧氧官官能能团团外外，还还有有醚醚键和杂环。键和杂环。lS S几几乎乎所所有有煤煤中中都都含含有有硫硫，即即使使陕陕西西神神木木的的出出口口优优质质煤煤仍仍含含0.280.280.45%0.45%的的硫硫，南南方方某某些些煤煤藏藏中中含含硫硫量量高高达达10%10%。这这就就意意味味着着每每燃燃烧烧1 1吨吨这这类类煤煤，将将会会产产生生近近200kgSO200kgSO2 2，SOSO2 2是是形形成成酸酸雨雨的的重重要要成成分分。我我国国大大部部分分地地区区煤煤藏藏中中的的硫硫，主主要要以以黄黄铁铁矿矿形形式式存存在在，有的煤矿在开采煤炭的同时，也开采黄铁矿。有的煤矿在开采煤炭的同时，也开采黄铁矿。2021/8/513（五）煤的组成2021/8/513l（五）（五）煤的组成煤的组成lN N煤煤中中的的氮氮主主要要来来源源于于植植物物有有机机体体，含含量量一一般般在在1 12 2之之间间。煤煤燃燃烧烧时时，所所含含的的氮氮几几乎乎全全部部转转变变为为NONO和和NONO2 2,通通常常表表示示为为NOxNOx，统统称称氮氮氧氧化化物物，是是大大气气污染的重要成分之一。污染的重要成分之一。lP P我我国国西西南南地地区区的的煤煤以以含含磷磷为为特特点点，有有的的煤煤矿矿层层中中夹夹有有磷磷矿矿层层，因因此此所所采采的的煤煤含含有有较较多多杂杂质质磷磷，燃燃烧烧中中会会产产生生磷磷的的氧氧化化物物，是是西西南南地地区区酸酸雨雨危危害害严严重的原因之一。重的原因之一。l灰灰分分燃燃煤煤对对大大气气环环境境危危害害最最大大的的成成分分烟烟尘尘，主主要要由由煤煤中中的的灰灰分分转转化化而而来来。煤煤中中的的灰灰分分主主要要是是一一些些不不能能燃燃烧烧的的矿矿物物性性杂杂质质，含含有有钙钙、镁镁、铁铁、铅铅、硅硅和和微微量量或或痕痕量量砷砷、钡钡、铍铍、铅铅、汞汞、锌锌等等矿矿物物杂杂质，也含有放射性元素。质，也含有放射性元素。2021/8/514（五）煤的组成2021/8/514l（六）（六）煤的结构模型煤的结构模型l 为为研研究究煤煤的的化化学学结结构构，人人们们用用各各种种先先进进的的分分析析方方法法和和手手段段进进行行了了大大量量分分析析测测试试，在在所所测测结结构构参参数数的的基基础础上上推推演演出出来来煤煤的的化化学学结结构构模模型型。迄迄今今为为止止煤煤化化学学界界公公认认为为比比较较正正确确和合理的煤化学结构模型如下：和合理的煤化学结构模型如下：2021/8/515（六）煤的结构模型2021/8/515l（六）（六）煤的结构模型煤的结构模型l 它基本反映了煤化学结构研究的新进展，可以解释煤的热解，加氢、氧化、酸解聚和水解等许多化学反应。煤的主体是三维空间的高分子化合物。煤的组成并非是均一单体的聚合物，而是由许多结构相似的结构单元通过桥键联结而成（图中箭头处为键能较低即不稳定的桥键）。l 煤的结构单元以缩合芳香环为核心，缩合环的数目随煤化程度的增加而增加，C为70-83%时，平均环数为2；C为83-90%时，平均环数35；C 90%时，环数目急增，C95%时，环数目40。煤中碳元素芳香化程度：烟煤80，无烟煤接近100。2021/8/516（六）煤的结构模型2021/8/516二、煤的储存情况二、煤的储存情况中中国国煤煤炭炭资资源源丰丰富富，截截至至20022002年年年年底底，全全国国共共有有煤煤炭炭资资源源的的矿矿区区60196019个个，查查明明煤煤炭炭资资源源储储量量为为1020110201亿亿吨吨，其其中中煤煤炭炭基基础础储储量量33413341亿亿吨吨(煤煤炭炭储储量量为为18861886亿亿吨吨)，煤煤炭炭资资源源量量为为68726872亿吨。亿吨。按按照照中中国国探探明明可可直直接接利利用用的的煤煤炭炭储储量量18861886亿亿吨吨计计算算，我我国国人人均均探探明明煤煤炭炭储储量量145145吨吨，按按人人均均年年消消费费煤煤炭炭1.451.45吨吨，即即全全国国年年产产1919亿亿吨吨煤煤炭炭匡匡算算，可可以以保保证证开开采采上上百百年年。另另外外，包包括括33413341亿亿吨吨基基础础储储量量和和68726872亿亿吨吨资资源源量量共共计计1020110201亿亿吨吨的的资资源源，可以留待后人勘探开发。可以留待后人勘探开发。另另外外，中中国国炼炼焦焦用用煤煤储储量量为为649649亿亿吨吨，还还有有基基础础储储量量12441244亿亿吨吨、资资源源量量14771477亿亿吨吨；20032003年年中中国国生生产产焦焦炭炭1.781.78亿亿吨吨，出出口口量量占占世世界界贸贸易易量量的的56.4%56.4%。按按照照近近期期中中国国焦焦炭炭的的生生产产能能力力，已经探明的炼焦用煤储量，可以保证开采已经探明的炼焦用煤储量，可以保证开采200200年左右。年左右。2021/8/517二、煤的储存情况中国煤炭资源丰富，截至2002年年底，全国共l（一）煤炭的分布情况（一）煤炭的分布情况l 我国煤炭储量主要分布在华北、西北地区，集中在昆仑山秦岭大别山以北的北方地区，以山西、陕西、内蒙古等省区的储量最为丰富。晋陕蒙(西)地区(简称“三西”地区)集中了中国煤炭资源的60%，另外还有近9%集中于川、云、贵、渝地区。l山西省是资源储量最多的省份，占全国总储量的30%。与资源分布相对应的，是煤炭生产也集中于这些地区。在漫长的地质演变过程中，煤田受到多种地质因素的作用；由于成煤年代、成煤原始物质、还原程度及成因类型上的差异，再加上各种变质作用并存，致使中国煤炭品种多样化，从低变及程度的褐煤到高变质程度的无烟煤都有储存。2021/8/518（一）煤炭的分布情况2021/8/518l（二）我国煤炭资源赋存特征（二）我国煤炭资源赋存特征 l（一）受水资源制约，可供开采的煤炭保有资源量减少。我国淡水资源贫乏，人均占有量仅为世界平均值的14，并且分布不均衡。有水的地方煤少，有煤的地方水少，水资源与煤炭资源赋存情况成反向分布。因此，水资源是21世纪制约煤炭工业发展的重要因素之一。l（二）据统计，国有大中型煤炭企业中大同、阳泉、西山等34个已投入生产的矿区水资源严重不足，为特别困难地区。严重缺水的原因有两个：供水系统工程滞后或水资源短缺，或两方面兼而有之。l（三）石炭二迭纪煤田下部煤层受到底部岩溶水的威胁，仅河北、山东、安徽及渭北等地，矿井占用储量384.5亿吨，而受水威胁的煤炭储量高达149.7亿吨，占39。2021/8/519（二）我国煤炭资源赋存特征2021/8/519l（二）我国煤炭资源赋存特征（二）我国煤炭资源赋存特征 l（四）煤炭种类齐全，但分布不均衡，高硫煤利用难度大。我国煤炭资源主要分布在新疆、内蒙古、山西、陕西、贵州、宁夏等省（区），六省（区）共计占煤炭资源总量的87，而我国东部的煤炭资源仅占3.3；保有储量相差很大，最多的是山西省，为2500亿吨，最少的是西藏自治区，只有0.9亿吨。l 由此可以得出结论：我国煤炭储量分布极不均衡，北多南少，西多东少。我国煤炭资源赋存规律以及各种自然地理条件特点，导致煤炭丰富地区的资源因交通、技术、需求和环境等因素限制，造成一部分煤炭资源没有实际使用价值。2021/8/520（二）我国煤炭资源赋存特征2021/8/520l（二）我国煤炭资源赋存特征（二）我国煤炭资源赋存特征 l（五）我国大于2的高硫煤约占煤炭资源总量的20，用有效供给能力的标准去衡量，必须扣除这部分资源量。目前，减少因燃煤形成的二氧化硫已成为环保工作的重点。据测算，每烧1吨高硫煤，一般要产生20公斤至30公斤二氧化硫，至少要花50元的治污费用。即含硫量每增加0.1，烧1吨煤造成的经济损失，高估值为10.73元，低估值为4.71元。l（六）由于煤的回采率低，超前开采，导致我国炼焦用煤紧张；用煤转化率低、产品能耗大；小煤窑开采技术水平低，煤炭资源浪费严重，以及煤田自燃等因素，这部分煤炭资源的损失难以估量。2021/8/521（二）我国煤炭资源赋存特征2021/8/521三、煤炭能源的战略地位三、煤炭能源的战略地位l（一）能源情况对比（一）能源情况对比l我国煤炭资源相对丰富，目前普查探明的煤炭储我国煤炭资源相对丰富，目前普查探明的煤炭储量约量约4545万亿吨，精查探明的储量约万亿吨，精查探明的储量约1 1万亿吨，其中万亿吨，其中可使用的煤炭储量为约可使用的煤炭储量为约2 2千亿吨，就目前的煤炭消耗千亿吨，就目前的煤炭消耗水平而言，可使用水平而言，可使用8080100100年。年。l相比于石油与天然气，虽然后两者对环境的污染相比于石油与天然气，虽然后两者对环境的污染要轻，但是对其消费却受到大的资源制约。目前我要轻，但是对其消费却受到大的资源制约。目前我国探明的可使用石油储量仅够使用国探明的可使用石油储量仅够使用2020到到3030年，天然年，天然气探明的储量更少。因此，煤炭工业是我国重要的气探明的储量更少。因此，煤炭工业是我国重要的基础产业。基础产业。2021/8/522三、煤炭能源的战略地位（一）能源情况对比2021/8/522l（一）能源情况对比（一）能源情况对比l据据统统计计，我我国国煤煤炭炭储储量量占占世世界界煤煤炭炭储储量量的的19.2%19.2%；石石油油储储量量占占世世界界石石油油储储量量的的1.4%1.4%；天天然然气气储储量量占占世世界界天天然然气气储储量量的的1.24%1.24%。并并且且，相相应应的的储储产产比比都都远远低低于于世世界界的的平平均均值值。这这些些数数据据表表明明，至至少少在在今今后后2020年年内内煤煤炭炭仍仍将将是是我我国国能能源源的的最最重重要要的的组组成成部部分分，并并且能源的节约应是我国的基本国策之一。且能源的节约应是我国的基本国策之一。2021/8/523（一）能源情况对比2021/8/523l（二）煤炭生产产量与消费结构（二）煤炭生产产量与消费结构 l长期以来，煤炭在我国一次能源生产和消费构成中均占2/3以上。煤炭作为二次产业的主要能源和工业原料，在我国国民经济发展中的地位是十分重要的。尽管近年来煤炭在多元化能源结构中的比重有所下降，但有储量高、分布广、开发廉价、造成的污染相对容易控制等特点，它仍是国民经济发展的能源主体产业，见图1。从世界能源消费构成上看，煤炭也占有举足轻重的地位（图2）。2021/8/524（二）煤炭生产产量与消费结构2021/8/524l（二）煤炭生产产量与消费结构（二）煤炭生产产量与消费结构 l我国煤炭产量的年增长率平均为4.9%；我国一次能源消耗量的年增长率平均为4.7%。二十多年来我国国民生产总值年平均增长率为9.6%。由此可见，煤炭产量的平均年增长率与国民生产总值年平均增长率的比值为0.49：1，一次能源消耗量的年平均增长率与国民生产总值年平均增长率的比值为0.47：l，也就是说我国GDP每增加1.0%，一次能源消耗增加0.47%（一次能源需求弹性系数），煤炭消耗增加0.49%（煤炭需求弹性系数）。l另外，我国煤炭进口量呈显著递增的趋势，也是推动我国煤炭发展的一个重要市场环境因素之一。2021/8/525（二）煤炭生产产量与消费结构2021/8/525l（三）总体分析（三）总体分析 l在中国可持续能源发展战略研究报告中，20多位院士一致认为，到2010年煤炭在一次性能源生产和消费中将占60左右；到2050年，煤炭所占比例不会低于50。l可以预见，煤炭工业在国民经济中的基础地位，将是长期的和稳固的，具有不可替代性。l目前世界已探明能源储量和可开采的年限，分别是石油储量10195亿桶，可供开采40余年，高成本油田也只能开采240年；煤炭埋藏量10316亿吨，可开采230年。200多年后，煤、油将被开采殆尽！2021/8/526（三）总体分析2021/8/526l（三）总体分析（三）总体分析 l我国人均常规能源可采储量远低于世界平均水平，2000年人均石油剩余可采储量只有2.6吨，人均煤炭剩余可采储量90吨，分别为世界平均值的11.1%和55.4%。l我国缺油、少气、富煤。在全国已探明石化能源储量中，石油和天然气仅占6%，其余94均为煤炭。我国资源赋存的特点，决定了解决中国的能源问题必须以煤为主。l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。按目前的生产和消费水平，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38万亿立方米，探明剩余可采储量可开采37年。2021/8/527（三）总体分析2021/8/527l（三）总体分析（三）总体分析 l中国是仅次于澳大利亚的世界第二大煤炭出口国。煤炭行业2002年出口8384万吨，收入25.3亿美元；2003年煤炭出口量达到9400万吨，同比增长9%，占煤炭总产量5.57%。但是，2004年煤炭出口配额比去年实际出口量减少了15%，只有8000万吨。l退税率从13%调降至5%预计影响全行业利润约16亿人民币。l至于上市公司方面，兖州煤业受影响很大，其煤炭产量的35出口，出口量占全国的15%，可影响公司业务收入3.2亿元，占4%。其他如山西焦化、西山煤电出口比例不高，受影响较小。2021/8/528（三）总体分析2021/8/528l（三）总体分析（三）总体分析 l煤炭价格扭曲增加了国家财政负担。较低的煤炭价格使煤矿收益率低下，国家不得不投入巨资支持煤炭工业。据统计，19852003年中央财政动用512多亿元资金补贴煤矿亏损。1998年以来，中央和地方财政出资600多亿元用于国有煤矿关闭破产；通过转移支付弥补国有煤矿养老金缺口，累计已经达到588亿元；出资59亿多元用于煤矿安全技术改造；20032004年中央财政出资近70亿元用于煤矿采煤沉陷区治理，预计今后国家还要拿出更多的资金支持煤矿采煤沉陷区治理，给国家财政造成了沉重负担。2021/8/529（三）总体分析2021/8/529l（三）总体分析（三）总体分析 l 总之，近年来，全球经济持续增长，能源消耗大度增加，伴随着石油资源的枯竭，世界石油产量将逐年下降，石油及天然气价格大幅上涨，世界主要能源消费大国针对能源可能出现的紧缺局面，纷纷制定了本国的能源发展战略，以有效地保障本国的能源安全。l 为解决未来的能源问题，专家提出，必须调整能源政策，重视与保障煤炭工业的健康稳定发展。目前很多国家纷纷以进口煤替代当地煤炭，国际煤价价格逐步攀升，随着煤价的大幅上涨，世界煤炭产量也较快增长，行业景气度持续上升。例如：2000年全球煤炭生产总量为41.9亿吨，2007年全球煤炭生产总量为60亿吨。2021/8/530（三）总体分析2021/8/530四、煤炭基地及煤矿分布情况四、煤炭基地及煤矿分布情况l（一）煤炭基地（一）煤炭基地l大大型型煤煤炭炭基基地地不不是是传传统统意意义义上上煤煤炭炭生生产产基基地地，而而是是在在建建设设过过程程中中把把生生产产结结构构调调整整、煤煤炭炭与与下下游游产产业业融融合合、发发展展循循环环经经济济和和制制度度创创新新相相结结合合，建建成成新新型型能能源源基基地地。大大型型煤煤炭炭基基地地包包括括神神东东、陕陕北北、黄黄陇陇（华华亭亭）、晋晋北北、晋晋中中、晋晋东东、鲁鲁西西、两两淮淮、冀冀中中、河河南南、云云贵贵、蒙蒙东东（东东北北）、宁宁东东1313个个大大型型煤煤炭炭基基地地。“十十一一五五”期期间间，全全国国新新开开工工大大中中型型煤煤矿矿主主要要分分布布在在大大型型煤煤炭炭基基地地内内，重重点点建建设设1010个个千千万万吨吨级级现现代代化化露露天天煤煤矿矿和和1010个个千千万万吨吨级级安安全全高高效效矿矿井井。20102010年，大型煤炭基地产量达到年，大型煤炭基地产量达到22.422.4亿吨。亿吨。2021/8/531四、煤炭基地及煤矿分布情况（一）煤炭基地2021/8/531l（一）煤炭基地（一）煤炭基地l我国神东、晋北、晋东、蒙东（东北）、云贵、河南、鲁西、晋中、两淮、黄陇、冀中、宁东和陕北等13个基地，含98个矿区，分布在全国14个省（区），规划总面积28.71万平方公里，含煤面积20.45万平方公里。截至2004年末，保有资源储量8477.31亿吨，约占全国保有资源储量的85%，其中已利用生产矿井和在建矿井2058.61亿吨，占基地保有储量的24.3%。大型煤炭基地煤质优良，煤类齐全。其中，动力用煤6102.7亿吨，占72%，炼焦用煤1361.2亿吨，占16.1%，无烟煤1013.4亿吨，占11.9%。2021/8/532（一）煤炭基地2021/8/532l（一）煤炭基地（一）煤炭基地l我国中西部大型煤炭基地煤炭资源潜力巨大，东部煤炭基地资源潜力小，后备资源紧缺。神东、云贵、晋中基地预测资源量均超过千亿吨，其次是陕北751.17亿吨、晋东532.79亿吨、宁东377.70亿吨，其余7个基地均小于300亿吨。l有报告认为，大型煤炭基地水资源总体短缺，加大水资源勘查力度势在必行。13个大型煤炭基地规划总需水量每日296万立方米，现有日供水能力152万立方米，日缺水144万立方米。除云贵、两淮基地水资源丰富以外，其余11个基地均缺水。到2020年，日需水约700万立方米，日缺水约330万立方米。2021/8/533（一）煤炭基地2021/8/533l（一）煤炭基地（一）煤炭基地l对13个煤炭基地环境容量进行了初步评估，环境容量小的是晋北、晋中、神东、陕北煤炭4个基地，环境容量较小的是晋东、两淮、蒙东（东北）、河南、鲁西、宁东、冀中、黄陇煤炭基地，环境容量大的只有云贵煤炭基地。2021/8/534（一）煤炭基地2021/8/534五、煤炭开采方式五、煤炭开采方式煤炭开采有两种主要方法：一种是露天开采；一种是矿井开采或称井工开采。那些埋藏很浅的煤层可进行露天开采。利用大型的挖掘机和装岩机开凿搬走覆盖着的泥土、岩石，然后将露出来的煤层开采出来。至于那些埋藏很深的煤层，就的进行矿井开采。我国煤炭主要是靠矿井开采的方法获得的。从地面开掘井筒，深入到有煤层的地方，矿工通过井筒来到地下工作。还有一种开采方式煤的地下气化。目前处于试验研究阶段。2021/8/535五、煤炭开采方式煤炭开采有两种主要方法：一种是露天开采；一种l（一）露天开采（一）露天开采l（1）露天开采的优缺点l(a)矿山生产规模大山西平朔安太堡露天矿年产原煤15Mt。黑岱沟、霍林河、元宝山和伊敏河露天煤矿计划规模为512Mt/a。国外已有规模达50Mt/a的露天煤矿，年剥离量可达1亿到3亿m3。l(b)劳动效率高1996年霍林河南露天煤矿原煤全员效率达19t/工；平朔安太堡露天煤矿全员效率36.6t/工。l(c)生产成本低露天开采成本的高低与所选择的工艺、煤岩运距、开采单位煤量所需剥离的土岩数量等有关。但与地采相比是低的。世界露天采煤成本约为地下开采采煤成本的二分之一。l(d)资源采出率高一般可达90以上，还可对伴生矿产综合开发。2021/8/536（一）露天开采2021/8/536l（一）露天开采（一）露天开采l（1）露天开采的优缺点l(e)作业空间不受限制露天矿由于开采后形成的是敞露空间，可以选用大型或特大型的设备，因而开采强度较大。l(f)木材、电力消耗少。l(g)建设速度快，产量有保证，生产安全，劳动条件较好。l(h)占用土地多，污染环境露大开采后的复田作业需花费相当数量的时间与资金。l(i)受气候影响大严寒、风雪、酷暑、暴雨等会影响生产。l(j)对矿床赋存条件要求严格露天开采范围受到经济条件限制，因此覆盖层太厚或埋藏较深的煤层尚不能用露天开采法。2021/8/537（一）露天开采2021/8/537l（一）露天开采（一）露天开采l（2）采场要素及开采工艺分类l1.台阶l在开采过程中，露天矿往往被划分为若干具有一定高度的水平分层，这种分层被称为“台阶”。l台阶要素包括：台阶上部水平面，即上盘、下盘；朝向采空区的倾斜面，即坡面和台阶高度h，台阶坡面角等。图1矿场划分为台阶2021/8/538（一）露天开采图1矿场划分为台阶2021/8/538l（一）露天开采（一）露天开采l（2）采场要素及开采工艺分类l2.露天矿场要素l（a）露天开采境界l（b）边帮l（c）边帮角图2台阶要素图1上盘;2下盘;3坡面;4台阶坡顶线;5台阶坡底线2021/8/539（一）露天开采图2台阶要素图2021/8/539l（一）露天开采（一）露天开采l（2）采场要素及开采工艺分类l3.开拓与开采要素l出入沟：建立采场与地表运输通道的露天沟道。l开段沟：开掘某标高采掘工作面的沟道。l开采程序：采场内土岩的剥离和采煤工程，在空间和时间上合理配合的发展顺序。图3露天采场构成要素非工作帮AG、BF工作边帮角最终边帮角、2021/8/540（一）露天开采图3露天采场构成要素非工作帮AG、BF工作边(3)露天开采的主要工艺过程l露天开采工艺方法，根据采掘、运输、排土三个主要生产环节所采用的开采机械设备的工作特点，可以划分为三种类型：间断式开采工艺、连续式开采工艺、半连续式开采工艺。l下面重点介绍我国露天煤矿采用较多的间断作业工艺方式。2021/8/541(3)露天开采的主要工艺过程露天开采工艺方法，根据采掘、(3)露天开采的主要工艺过程一、煤岩预先破碎l露天矿广泛采用的预先松碎方法是穿孔爆破。即选用合适的穿孔设备，按一定规格打出孔眼。再进行装药爆破，爆破后使煤岩松散成一定规格的块度，便于采装。l(一)穿孔穿孔用穿孔机完成，穿孔机有冲击式和回转式两类1、钢绳冲击式钻机2、潜孔钻机3、牙轮钻机2021/8/542(3)露天开采的主要工艺过程一、煤岩预先破碎2021/8图4冲击式穿孔机工作原理图1钻具;2钢绳;3天轮;4压轮;5后绳轮;6卷筒;7主动齿轮;8冲击轮;9连杆;10桅架2021/8/543图4冲击式穿孔机工作原理图2021/8/543图5KQ-200型潜孔钻机示意图图6KY-310型牙轮钻机2021/8/544图5KQ-200型潜孔钻机示意图图6KY-310型牙轮钻(3)露天开采的主要工艺过程l(二)爆破爆破工作是将煤岩从整体中分离下来，并按一定块度和工程要求堆积成一定的几何形体。爆破用炸药主要应用以硝酸铵为主加适量可燃剂组成的干爆炸剂和以硝酸铵水溶液为主加敏化剂等组成的含水炸药。如铵梯炸药、铵油炸药和铵沥蜡炸药。起爆方法可分为电起爆和非电起爆两类。电起爆有电雷管和起爆器两种，非电起爆有火力起爆和导爆索起爆。2021/8/545(3)露天开采的主要工艺过程(二)爆破2021/8/54二、采装工作采装工作就是将软岩或预先松碎了的煤岩，通过机械设备采挖并装入运输设备中，或倒卸在指定地点。广泛得到应用的间断式采装设备有：单斗挖掘机、前装机和铲运机等几种形式。(一)单斗挖掘机l单斗挖掘机按其工作装置可分如下几种：正铲、反铲、刨土铲、拉铲和抓斗铲。（如图7）l1.正铲l1)正铲的组成l2.液压铲(二)前装机l该机将采装、短距离运输、排弃和辅助作业集于一个设备。它灵活机动，运行速度高，爬坡作业性能好，维护费用低。前装机多是轮胎式的，运输距离一般不超过150m。2021/8/546二、采装工作2021/8/546图7各种工作装置的单斗铲挖掘机示意图a正铲;b反铲;c刨土铲;d拉铲;e抓斗铲2021/8/547图7各种工作装置的单斗铲挖掘机示意图2021/8/547三、运输三、运输l1.铁路运输铁路运输铁路运输适宜长距离、较大运量、采场尺寸也较大的铁路运输适宜长距离、较大运量、采场尺寸也较大的矿山。矿山。l2.公路运输公路运输主要设备是自卸汽车，它具有较高的机动灵活性，爬坡能力比铁路列车大，曲线半径小，建设速度快，基建投资低等均是其优点。l3联合运输除铁道、汽车运输外，还有箕斗运输、斜坡卷扬串车运输、重力运输（溜井）等。2021/8/548三、运输2021/8/548四、排土四、排土露天开采为了采煤而必须剥离的土岩，经运输设备运至一定地点排弃，这个排弃的场所称排土场。排土场可选择在开采范围以外称外排土场，也可利用已开采的空间进行排弃，称为内排土场。(一)排土场位置选择l位置选择首先应考虑近距离排土，少占或不占农田，尽可能减少对环境的污染。为此，在近水平和缓斜煤层条件下，从开采设计上应尽可能采用采场内采空区排土；在倾斜与急斜煤层条件下，可利用分区开采实现内排，或将剥离物排至已采尽的采空区，这些均为内排土。内排时，采掘工作面和排土工作面间应留一定的安全距离。(二)排土设备及排弃方式l1铁道运输l2汽车运输2021/8/549四、排土2021/8/549l（二）井工开采（二）井工开采图1 片盘斜井开拓1主井；2副井；3片盘车场；4-阶段运输平巷；5辅巷；6阶段回风平巷；7-采煤工作面；8联络眼1.开拓方式l(1)斜井开拓2021/8/550（二）井工开采图1片盘斜井开拓1.开拓方式201.开拓方式l(1)斜井开拓图2 斜井单水平分区式开拓1主井；2副井；3井底车场；4阶段运输平巷；5阶段辅巷；6采区运输上山；7-采区轨道上山；8、15区段运输平巷；9、16区段回风平巷；10、17采煤工作面；11-阶段回风平巷；12-回风井；13采区运输下山；14采区轨道下山；18专用回风上山；19采区煤仓；20井底煤仓；21行人进风上山；22回风联络巷2021/8/5511.开拓方式图2斜井单水平分区式开拓2021/1.开拓方式l(2)立井开拓图3立井单水平上、下山开拓示意图1立井井筒；2井底车场；3运输大巷；4采区上山；5区段平巷；6采区风井；7采煤工作面；8地面工业场地；9下山采区采煤工作面；10采区下山；11下山采区车场及水仓2021/8/5521.开拓方式图3立井单水平上、下山开拓示意图2021.开拓方式l(2)立井开拓图4立井多水平分区式开拓示意图(a)立井多水平分区式开拓立体示意图；(b)立井多水平分区式开拓剖面示意图1主井；2副井；3井底车插；4阶段运输大巷；5阶段回风大巷；6采区运输上山；7采区轨道上山；8采区煤仓；9区段集中运输平巷；10联络巷道；11区段超前运输平巷；12区段超前回风平巷；13中央边界风井；I、第一、二水平，J1、J2、J3第一、二、三阶段(b)2021/8/5531.开拓方式图4立井多水平分区式开拓示意图(b)2a 走向平硐 b垂直平硐 1主平硐 2盘区上山图5 平硐开拓示意图图6 阶梯平硐 1.开拓方式l(3)平硐开拓2021/8/554a走向平硐l根据井硐的三种基本形式，组合后理论上有六种综合开拓方式，即立井斜井、斜井立井、平硐立井、立井平硐、平硐斜井和斜井平硐开拓方式。立井-斜井综合开拓 斜井立井综合开拓1主斜井；2-分区域辅助立井；3底板岩石胶带输送机大巷；4联络斜巷；5阶段胶带输送机及运料运人大巷；6大煤仓1.开拓方式l(4)综合开拓2021/8/555根据井硐的三种基本形式，组合后理论上有六种综合开拓方式，即立平硐立井综合开拓1平硐；2立井；3暗斜井；4回风平硐；5回风小井平硐斜井综合开拓1主平硐；2副斜井；3阶段运输大巷；4阶段辅巷1.开拓方式l(4)综合开拓2021/8/556平硐立井综合开拓平硐斜井综合开拓1.开拓方式202矿井综合开拓示意图1平硐；2斜井；3立井；4井底车场；5石门；6主要运输大巷；7煤层大巷；8上山巷道；9下山巷道；10区段回风巷；11风井；2区段运输巷；13采煤工作面2021/8/557矿井综合开拓示意图2021/8/5572.采煤方法l采煤方法种类较多，大体上归纳为长壁式采煤法和柱(短壁)式采煤法两大体系。前者的特点简单地说是采煤工作面长度较大，通常在100m200m之间；柱式采煤法工作面的长度只有10m左右，很少超过20m。这两种体系的采煤方法在巷道布置、运输方式和采煤工艺上都有很大区别，采煤机械设备也不相同。在世界各国，除美国和澳大利亚以柱式采煤法为主外，其他主要产煤国家都以长壁采煤法为主。我国也主要采用长壁式采煤法。2021/8/5582.采煤方法2021/8/558四、排土四、排土房式采煤法1采区上山道；2采区人行道；3区段运输平巷；4区段回风平巷；5煤房；6联络巷；7煤柱2021/8/559四、排土房式采煤法2021/8/559长壁工作面布置和推进方向(a)走向长壁，工作面沿倾斜布置，沿走向推进；(b)仰斜长壁，工作面沿走向布置，沿倾斜向上推进；(c)俯斜长度，工作面沿走向布置，沿倾斜向下推进；(d)伪倾斜长壁，工作面沿伪倾斜布置，沿走向推进单一走向长壁采煤巷道布置立体示意图1输送机上山；2轨道上山；3阶段运输大巷；4阶段回风大巷；5副巷；6区段回风平巷；7区段运输平巷；8二区段回风平巷；9、10绕道；11绞车房；12采区煤仓；13采煤工作面2021/8/560长壁工作面布置和推进方向单一走向长壁采煤巷道布置立体示意图2滚筒机组采煤工作面布置1输送机；2电机部；3牵引部；4截割机部；5摇臂；6滚筒；7挡煤板；8螺旋叶；9牵引绳；10液压千斤顶；11柱子2021/8/561滚筒机组采煤工作面布置2021/8/561综采工作面的布置1采煤机；2输送机；3未移动的自移支架；4移架千斤顶；5已移动的自移支架2021/8/562综采工作面的布置2021/8/562倾斜长壁采煤法立体示意图1、2立井；3井底车场；4阶段运输大巷；5工作面；6煤仓；7煤柱；8运输斜巷；9行人、进风斜巷；10行人、回风斜巷；11回风大巷2021/8/563倾斜长壁采煤法立体示意图2021/8/563预采顶分层顶煤采煤法 预采中分层顶煤采煤法 整层开采顶煤采煤法 分段放顶煤采煤法 2021/8/564预采顶分层顶煤采煤法预采中分层顶煤采煤法整层开采顶煤采煤l（三）煤炭气化开采新技术（三）煤炭气化开采新技术 l煤炭地下气化是在地下气化炉的条件下进行的。是将煤层里的气化通道进气孔一端的气化穴煤炭点燃，由进气孔鼓入空气、氧气和水蒸气等气化剂，由辅助孔鼓入氢气。地下煤炭便进行有控制的燃烧，经过对煤的热及化学作用，按温度和化学反应的不同，在地下气化通道内形成氧气带、还原带和干馏干燥带，由此生成的粗煤气经过出气孔产出，后经分离、净化等处理，最后成为很好的燃料和化工原料。2021/8/565（三）煤炭气化开采新技术2021/8/565l（三）煤炭气化开采新技术（三）煤炭气化开采新技术 l煤煤炭炭地地下下气气化化过过程程集集建建井井、采采煤煤、气气化化工工艺艺合合二二为为一一，将将传传统统的的物物理理采采煤煤方方法法转转变变为为无无人人无无设设备备的的化化学学采采煤煤方方法法，省省去去了了传传统统的的采采煤煤机机械械设设备备和和地地面面气化炉笨重复杂设施。气化炉笨重复杂设施。l其其生生产产煤煤气气具具有有安安全全性性好好、投投资资少少、见见效效快快、污污染染少少、效效益益高高等等显显著著优优点点，深深受受世世界界各各国国的的重重视视，被誉为第二代采煤方法被誉为第二代采煤方法。l目目前前山山东东、山山西西、内内蒙蒙古古等等地地都都在在引引入入煤煤炭炭地地下下气化技术，以使剩余的煤炭资源得到充分利用。气化技术，以使剩余的煤炭资源得到充分利用。2021/8/566（三）煤炭气化开采新技术2021/8/566注：注：文档文档资料素材和料素材和资料部分来自料部分来自网网络，如不慎侵犯了您的，如不慎侵犯了您的权益，益，请联系文系文库客服，我客服，我们将做将做删除除处理，理，感感谢您的理解。您的理解。注：文档资料素材和资料部分来自网络，如不慎侵犯了您的权益，请