研发、工艺、营销

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,研发、工艺、营销人员培训材料 煤矿基础知识,主讲人：范成玉,（全文需16h）,山东新煤机械有限公司,2010年7月12日,1,煤矿采掘基础知识：,是从事井下服务作业人员必须具备的最基本的知识，也是研发、工艺、营销人必需具备的基础知识。,一、地质概述,(一)煤的形成：,煤是由古代植物遗体演变而成的。在煤层和顶、底板岩层中，常见到植物的枝、叶等化石,。将煤的薄片放在显微镜下观察，还可以看到植物结构。,植物遗体变化成煤的过程是极其缓慢的。需经几千万年甚至几亿年，并且要有多种有利的自然条件相配合。,煤的形成大致分为两个阶段，第一阶段：泥炭化阶段。植物死亡后，遗体被水淹没后隔绝了空气，在缺氧的条件下，由于厌氧细菌的作用，植物遗体分解、化合，产生二氧化碳和沼气等逸散出去，剩下的物质就成为泥炭。,第二阶段：煤化阶段(由泥炭到煤)。由于地壳缓慢下沉，泥炭不断堆积而形成泥炭层。随地壳运动，泥炭层下沉，被泥沙等物质层层覆盖掩埋。在上覆逐渐加厚的泥沙沉积物的压力和地热的作用下，泥炭层经过压紧、脱水和胶结，体积缩,小，比重和硬度增加，氢、氧含量进一步减少，含碳量相对增加而形成褐煤。如果地壳继续下沉，褐煤进一步受温度和压力的作用，就逐渐变质形成烟煤和无烟煤。,我国的主要成煤时期为石炭纪、二迭纪、侏罗纪和第三纪。在这些地质历史时期，形成了许多有开采价值的大面积含煤地层，称为煤田。,2,(二)煤层的赋存状况,1、煤层的厚度：煤层在地下一般是呈层状埋藏，煤层顶、底板之间的垂直距离称为煤层厚度。煤层厚薄差别甚大，厚的可达百余米，薄的仅几厘米的煤线。,煤层厚度决定煤层开采价值，也是选择采煤方法的重要依据。煤层按厚度划分为四类:,A薄煤层-厚度在1.3米以下的煤层。,B中厚煤层厚度在1.3米至3.5米的煤层。,C厚煤层-厚度在3.5米以上的煤层。,D特厚煤层厚度在8米以上的煤层。,我国煤炭产量构成中，厚煤层和中厚煤层开采的煤量各占40左右，薄煤层仅占20。,2、煤层的顶、底板：位于煤层上方的岩层称为顶板，位于煤层下方的岩层称为底板。通常情况下顶板岩层后于煤层沉积，底板岩层先于煤层沉积。,常见的顶、底板岩石有:泥岩、粉砂岩、砂岩、砾岩、砂页岩、页岩和石灰岩等。,3、煤层产状：煤层产状是指其在地壳中的形成状态，一般用产状要素来表示，包括走向、倾向和倾角，见图1-1。,走向:假想一水平面与煤层层面相交的交线称为走向线，走向线延伸方向为走向。,倾向:层面上与走向线垂直向下延伸的直线称为倾斜线，图1-1 倾斜线的水平投影所指的方向称为倾向。,图1-1 煤层的产状要素:,AOA-走向线,OB-倾向线,0C-倾斜线,a-倾角.,3,地质图和采矿工程图,在地质图和采矿工程图上产状要素符号“,-,|20”来表示，符号中长线段为走向，短垂线表示倾向，数字为倾角度数。煤层按倾角不同分为三类:,缓倾斜煤层倾角小于25；,倾斜煤层倾角2545；,急倾斜煤层倾角大于45。,通常又将倾角在8以下的煤层称为近水平煤层。,我国的煤层以缓倾斜为主，每年从缓倾斜煤层采出的煤占很大比重。,(三)煤矿中常见的地质构造,1、褶皱构造：岩层受力后被挤成弯弯曲曲并保持岩层的连续性和完整性的构造形态叫褶皱。岩层褶皱中的每一个弯曲部分称为褶曲。岩层层面凸起的褶曲称为背斜，向下凹陷称为向斜(图1-2)。,图1-2 岩层褶皱,1-背斜 2-向斜,4,断层,2、断裂构造：岩层受力后发生断裂，出现断裂面，失去了连续性和完整性的构造形态称为断裂构造。断裂而两侧岩层,没有发生明显的断裂位移称为裂隙或节理,；,产生明显位移的断裂构造叫做断层。,煤矿井下常见的断层分为正断层、逆断层和平推断层,图1-3断裂构造。,a正断层 b逆断层 c平推断层,5,岩溶陷落柱,3、岩溶塌陷：当煤层下部分布有可溶性的石灰岩、白云岩，并有发育的岩溶时，岩溶可能发生坍塌而引起上覆煤层和岩层垮落，破坏了煤层的完整性给开采工作带来困难。这种坍塌呈圆形的柱状体，称为陷落柱(图14).,图14 岩溶陷落柱,6,岩浆侵入,4、岩浆侵入:岩浆侵入(也称火成岩侵入)是地壳中的岩浆侵入煤体，由于它的高温，使煤层完整性遭到破坏，灰分增高，煤的变质程度加深，甚至变成天然焦炭(图15)。,图15 岩浆侵入煤层1-顶板,2-煤层,3-岩浆岩,4-底板.,7,二、矿井开拓,(一)矿井开拓巷道、准备巷道和回采巷道,为了开采煤炭，需要从地面向地下开掘一系列井巷工程通达矿体，其全过程称为井田开拓。,井田开拓需要通过开掘各种巷道来实现。矿井巷道按照它的作用和服务范围，可以分为开拓巷道、准备巷道、回采巷道三类。,1矿井开拓巷道:为矿井或一个水平服务的巷道叫开拓巷道。,矿井开拓巷道的类型。,平峒:从山腰或山脚的开阔地点水平地进入矿体；,斜井:煤层埋藏不深，倾角不大，可从地面倾斜地进入矿体；,立井:煤层埋藏较深，从地面垂直进入矿体；,井底车场:井下主要运输巷道和井筒连接处的一组巷道和峒室的总称；,石门:穿过各岩层掘进并同煤层走向垂直或斜交的水平巷道，用来联系运输大巷和各煤层；,主要运输大巷:沿走向开掘，供全矿井或某一水平运输用的水平巷道，多数开拓在岩层中，也有布置在煤层里；,风井:主要供通风用的井筒，风井井口装有扇风机（轴流风机）。,8,准备巷道,2、准备巷道:为一个开采区域服务的巷道，叫做准备巷道。主要有以下几种类型，,(1)主要绞车道中央上(下)山或集中上(下)山:不直接通到地面，为一个水平或几个采区服务并装有绞车的倾斜巷道。,(2)上山:在运输大巷向上沿煤、岩层开凿，为一个采区服务的倾斜巷道。按用途和装备分为:运输机上山，轨道上山，通风上山和人行上山等。,(3)下山:在运输大巷向下，沿煤、岩层开凿，为一个采区服务的倾斜巷道。按用途和装备分为；运输机下山，轨道下山，通风下山和人行下山等。,(4)小眼(小巷、贯眼或风眼):贯通大巷和顺槽或贯通两个顺槽的小眼或小巷道。,(5)溜煤眼(溜煤小井，采区煤仓)。,3、回采巷道:为采煤工作面服务的巷道，叫做回采巷道。,回采巷道主要有以下几种:,(1)回风巷道(回风顺槽):供采煤工作面回风兼运料用的煤层平巷。,(2)运输巷道(运输顺槽):供采煤工作面运煤兼进风、行人用的煤层平巷。,(3)切眼:为布置采面，形成生产系统而掘出的贯通回风与运输平巷的巷道。,9,开拓方式,(二)开拓方式:矿井开拓巷道在井田内的布置方式称为矿井开拓方式。,开拓方式应包括井峒的形式、数目和位置的确定；开采水平数目和标高的确定；划分开采单元(采区和盘区);布置井底车场和大巷；确定开采程序和矿井延深等问题。,由于井田及阶段内的划分是矿井开拓的共性问题，所以，通常以井峒形式来表示井田开拓方式。井田开拓方式有平峒开拓、斜井开拓、立井开拓和综合开拓等四种。,1、斜井开拓:斜井开拓是利用倾斜巷道由地面进入，并通过一系列巷道通达矿体的一种开拓方式，主要有两种形式:片盘斜井和分区式斜井。,(1)片盘斜井:片盘斜井是斜井开拓中最简单的一种形式，多用在煤田的浅部地区。,片盘斜井的基本特点是，井田沿走向不划分采区，沿倾斜方向按一定标高划分为若干段(称之片盘)，片盘两侧各布置一个工作面，由井田边界后退式连续开采。,10,片盘斜井开拓,图21为一片盘斜井开拓。井田沿倾斜方向划分为4个片盘，片盘斜长近似等于工作面长度。,片盘斜井的开掘程序是，在井田走向中部沿煤层开掘主、副斜井，两斜井平行相距8040米，掘至第一片盘下部边界时，掘片盘甩车场，再向两翼掘片盘运输巷及辅巷，在片盘上部边界掘片盘回风巷，一直掘至井田边界，沿煤层倾斜方向开掘开切眼贯通运输巷和回风巷。回采工作就从开切眼开始，向井筒方向连续推进，到达井筒附近3040米时停止回采，留作井筒保护煤柱。,在第一片盘采完之前，为保证回采工作面正常接续，应提前延深井筒，布置出第二片盘工作面。上一片盘运输巷可作为下一片盘的回风巷。,11,用片盘斜井开采近距离煤层群时，可将片盘斜井布置在最下部煤层，用石门或溜眼连通各煤层，实现联合开采。,片盘斜井的主要优点是建设周期短，井巷工程量少，设备简单，施工技术要求不高，投资少。主要缺点是生产能力小，服务年限短，只能在地质条件简单，煤层倾角小于25度，埋藏较浅的煤层中采用。,12,斜井分区式开拓,(2)斜井分区式开拓:当井田划分为阶段或盘区时，利用斜井来集中开拓，称斜井分区式开拓(亦称集中斜井开拓)。当井田划分一个水平开采，就叫斜井单水平分区式开拓。划分为多水平时，则称斜井多水平分区式开拓。,图2-2为多水平分区式斜井开拓。在井田内用一对斜井开采整个煤层(范围)，井田沿倾斜划分为三个阶段，每阶段内划分成四个采区。,在井田走向中央沿煤层底板岩石开拓一对斜井(相距3050米)掘至开采水平，然后掘出井底车场、主要运输大巷。达到第一采区上山开口位置后，掘采区轨道上山，运输上山。在第一区段上下分别布置区段运输平巷，区段回风平巷贯通开切眼后，即可回采。,开采顺序一般采用“采区前进、区内后退”，即先采靠近井筒的采区。在每个采区内部，回采工作面从采区边界向采区上山方向后退回采。,各水平间及采区内各区段间的开采顺序一般采用下行式，即沿倾斜方向由上向下依次回采。通常在第一水平结束之前，就应延伸井筒，完成第二水平的开拓准备工作。,斜井开拓多用于倾角较小的缓倾斜煤层，对于近水平煤层也采用斜井盘区式开拓或斜井分带式开拓。,13,图2-2斜井多水平分区开拓,1-主井 2-副井 3-井底车场 4-阶段运输大巷 5-采区石门 6-回风井 7-阶段回风大巷 8-采区回风石门 9-采区运输上山 10-采区轨道上山 11-采区煤仓 12-区段运输平巷13-区段回风巷,14,立井开拓,2、立井开拓:立井开拓是利用垂直巷道由地面进入，并通过一系列巷道到达矿体的一种方式。,立并开拓是广泛应用的一种开拓方法。无论井田划分成阶段或盘区，单水平或多水平，阶段内采用分区式或分带式布置，都可采用立井开拓。,(1)立井单水平开拓:立井单水平开拓是将井田沿倾斜划分成两个阶段，利用一个开采水平服务于上、下山两阶段(图2-3)。,图2-3立井单水平开拓1-主井 2-副井 3-井底车场 4-阶段运输大巷,15,立井多水平开拓,(2)立井多水平开拓:立井多水平开拓是利用两个以上开采水平来开采整个井田，按开采水平服务的阶段布置方式不同，可分为多水平上山开拓、多水平上、下山开拓和多水平混合式开拓。,立井多水平上山开拓，这种方式每个水平只为一个阶段服务，每个阶段开采的煤炭均向下运至相应的开采水平，由各水平提至地面。这种方式适用于 煤层倾角在1520以上，尤其是急倾斜煤层更适宜。,1-主井 2-副井 3-阶段石门,16,图2-5 立井多水平混合式开拓,(2)立井多水平开拓:立井多水平开拓是利用两个以上开采水平来开采整个井田，按开采水平服务的阶段布置方式不同，可分为多水平上山开拓、多水平上、下山开拓和多水平混合式开拓。,立井多水平上山开拓，这种方式每个水平只为一个阶段服务，每个阶段开采的煤炭均向下运至相应的开采水平，由各水平提至地面。这种方式适用于 煤层倾角在1520以上，尤其是急倾斜煤层更适宜。,图2-5为立井多水平上、下山开拓。这种开拓方式每一开采水平均为上、下山阶段服务，该方式比立井多水平上山开拓减少了水平数量及井巷工程量。,这种方式的适用条件同立井单水平开拓方式，但井田倾斜长度可达5000米左右。,图2-5为立井多水平混合式开拓，第一水平采上山阶段，第二水平采上、下山阶段。这种方式一般浅部水平只开采上山阶段，当深部储量不多时，采用一个水平开采上、下山阶段，可以相应地减少开拓工程量及运输工作量。,17,平峒开拓,3、平峒开拓:平峒开拓是用水平巷道由地面进入矿体进行开采的一种开拓方式。,平峒的布置取决于地形条件与煤层赋存状态。平峒沿煤层走向方向掘进称走向平峒，与走向斜交(或垂直)称斜交(或垂直)平峒(图2-6)。,如果地形条件允许，也可以在不同的高度开掘平峒，设置多个水平，称之阶梯平峒开拓(图2