采礦學（煤礦開采學）總論

掘進采煤 2011-10-23 0

軟件名稱：	采礦學（煤礦開采學）總論
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軟件簡介：	采礦學電子教案能源科學與工程學院采礦系2003年3月采礦學（煤礦開采學）總論煤炭工業(yè)以開采煤炭為目的煤炭開采地下開采 93?94% 露天開采 6?7% 采礦學主要講授煤炭現(xiàn)代地下開采的基本知識。讓學生掌握煤礦現(xiàn)代地下開采的基本知識。采礦學 — 研究礦山開采技術(shù)及其內(nèi)部規(guī)律性的綜合性技術(shù)科學。采礦學課程的特點：專業(yè)性強；發(fā)展變化快，實踐性強，時空關(guān)系強；名詞概念多；綜合性強 — 運用各種科學技術(shù)綜合解決問題。教學方法：課堂講授、錄象、模型、實習、討論。要求：掌握采礦工程師的基本理論和技能，學而優(yōu)則用，學而優(yōu)則創(chuàng)。記筆記；閱讀參考書；提出新采礦方法。 1、煤礦地下開采的特點 1、受資源賦存條件的制約 2、工作場所不斷移動 3、復雜的生產(chǎn)和管理系統(tǒng) 4、必須設(shè)置人工構(gòu)置物保護工作空間 5、安全問題突出 2、采礦學主要參考書徐永圻．煤礦開采學，徐州；中國礦業(yè)大學出版社，1999 張寶明．中國煤礦高產(chǎn)高效技術(shù)，徐州；中國礦業(yè)大學出版社，2001 徐永圻．中國采煤方法圖集，徐州；中國礦業(yè)大學出版社， 1990 陳炎光．中國采煤方法，徐州；中國礦業(yè)大學出版社， 1991 陳炎光．中國煤礦開拓系統(tǒng)，徐州；中國礦業(yè)大學出版社， 1 996 陳炎光．中國煤礦開拓系統(tǒng)圖集，徐州；中國礦業(yè)大學出版社，1992 采礦學主要參考書汪理全，煤層(群)上行開采技術(shù)，煤炭工業(yè)出版社，北京：1995．8 煤炭科技名詞審定委員會，煤炭科技名詞，科學出版社，北京：1997．2 《采煤學》（1979年版）杜計平，煤礦深井開采的礦壓顯現(xiàn)及控制，徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2000．4 一、我國采礦生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展 1、我國礦產(chǎn)資源種類齊全人類已各的礦產(chǎn)約160種我國已發(fā)現(xiàn)150多種已查明儲量130多種 2、我國是世界上開創(chuàng)采礦業(yè)最早的國家之一 1萬年前開采并利用石料 4千多年前能夠開采銅、鐵、金和煤等礦產(chǎn)。我國古代煤炭名稱不同時期，煤有不同名稱：石涅— 春秋戰(zhàn)國時期，《山海經(jīng)》。石墨 — 魏、晉時期。石炭 — 南北朝。煤炭 —元代至今，宋應(yīng)星《天工開物》封建社會的采礦業(yè) 春秋戰(zhàn)國（公元前500年）煤是重要的產(chǎn)品 BC100 冶銅、冶鐵技術(shù) 明末 (17世紀中葉) 煤的開采技術(shù) (宋應(yīng)星地質(zhì)、開拓、開采、通風、提升、瓦斯排放) 火藥的發(fā)明 — 爆破技術(shù)促進了開采技術(shù) 近代社會中國采礦業(yè) 我國1876年創(chuàng)辦基隆煤礦 1878年創(chuàng)辦開平煤礦 1850年后近代采礦工業(yè) 機器生產(chǎn)：提升、運輸、排水如開灤、撫順、淄博、萍鄉(xiāng) 帝國主義對我國煤炭資源進行掠奪性的開采半個世紀以來中國煤炭工業(yè)的發(fā)展機械化程度國有重點煤礦約587處 2000年，國有重點煤礦機械化程度74.43% 我國于1973年引入綜合機械化采煤設(shè)備 2000年，國有重點煤礦綜合機械化程度56.78% 高產(chǎn)高效礦井高產(chǎn)高效礦井模式：一礦一面或一礦兩面綜采：一個隊（一個采面）100萬t/a 全員工效8t/工以上 1992年累計129處礦井達到高產(chǎn)高效標準。平均全員工效 7.730t/工高產(chǎn)高效礦井 2002年 78個綜采隊年產(chǎn)超過100萬噸 18個綜采隊年產(chǎn)超過200萬噸 9個綜采隊年產(chǎn)超過300萬噸神華大柳塔礦綜采隊年產(chǎn)803萬噸一礦一面全礦產(chǎn)量920萬噸全礦職工350人高產(chǎn)高效礦井神華大柳塔礦 2000年 920萬 2001年 1511萬 2002年 1100萬濟三礦（設(shè)計500 萬） 2001年 530萬 2002年 800萬 2003年 1000萬煤炭是我國的主要能源煤炭儲量：我國含煤面積約55萬km2 2002年底探明可直接利用的儲量為1886億t 按年產(chǎn)19億t，可采100年 2002年底有3317億t 基礎(chǔ)儲量 2002年底有6872億t 資源量我國煤炭占一次能源結(jié)構(gòu)的70%左右我國石油、天然氣等資源有限，趨于枯竭。水電、核能，近幾十年發(fā)展不能根本解決中國能源問題。中國煤炭資源分布除上海外，各省和自治區(qū)均有，北部占探明儲量的86% ，南部占探明儲量的14% 儲量超過了5000億t的省：新疆、內(nèi)蒙、山西儲量超過1千億t的?。?br /> 陜西、寧夏、甘肅、貴州、河北、山東、安徽中國能源消耗構(gòu)成能源折算系數(shù)E 標準煤：發(fā)熱值為7000大卡/（29 . 27MJ）的任何能源均可折算1kg標準煤。標準油：發(fā)熱值為10000大卡/（41 . 8MJ）的任何能源均可折算1kg標準油。某種燃料的實際發(fā)熱值（MJ/ kg） E = －－－－－－－－－－－－－－－－標準煤發(fā)熱值（MJ/ kg）煤與人民生活息息相關(guān) 人均能耗：每人每年的能源平均消耗量 t ? 人．年是衡量國家經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平的綜合指標維持最低生活，需要： 0.4 t 標準煤豐衣足食的現(xiàn)代化生活: 1.2 ? 1.6 t標準煤高級現(xiàn)代化生活: 2 ?3 t標準煤。小結(jié) 發(fā)展速度與成就舉世矚目，煤炭產(chǎn)量曾連續(xù)居世界第一中國的采礦業(yè)總體來講與發(fā)達國家有不小的差距，但潛力巨大資源人均占有量低二、采礦學(煤礦開采學)內(nèi)容采礦方法，主要是采煤方法 winning method 采（帶）區(qū)準備prepare 礦井開拓 development 礦井設(shè)計 mine design 三、礦井開采的基本概念煤田（coal field）—在地質(zhì)歷史發(fā)展過程中，由含炭物質(zhì)沉積形成的大面積含煤地帶。礦區(qū)（mining area）—開發(fā)煤田形成的社會組合。一般一個礦區(qū)開發(fā)一個煤田礦務(wù)局，礦業(yè)集團井田（Underground mine field）（一）井田井田—劃歸一個礦井開采的一部分煤田或全部煤田井田大小：范圍走向長度傾向水平投影（寬度）井田面積大小礦井生產(chǎn)能力服務(wù)年限煤田劃分為井田井型井田走向長度（m）小型礦井 ?1500 中型礦井 ?4000 大型礦井 ?7000 （二）礦井生產(chǎn)能力和井型（designed mine capacity and production scale of mine）礦井生產(chǎn)能力 — 礦井設(shè)計生產(chǎn)能力，萬t /a。即設(shè)計中規(guī)定礦井在單位時間（年或日）內(nèi)采出的煤炭和其它礦產(chǎn)品的數(shù)量。礦井核定生產(chǎn)能力 — 礦井經(jīng)過技術(shù)改造，核定后的生產(chǎn)能力，萬t /a。井型 — 根據(jù)礦井設(shè)計生產(chǎn)能力不同，我國將礦井分為大、中、小三種類型，稱井型。井型劃分井型生產(chǎn)能力（萬t / a）大型礦井： 120、150 、180 、240 、300、 400、 500及500以上其中300萬t/a及其以上稱特大型礦井中型礦井： 45 、 60 、90 。小型礦井： 9 、 15 、 21、 30。礦井年產(chǎn)量（effective output per year）礦井年產(chǎn)量— 礦井實際生產(chǎn)的煤炭數(shù)量，萬t/a。礦井年產(chǎn)量與生產(chǎn)能力有時同義，有時不同義。（三）礦井可采儲量和服務(wù)年限礦井可采儲量生產(chǎn)能力服務(wù)年限可采儲量愈多，生產(chǎn)能力和服務(wù)年限愈大可采儲量一定，應(yīng)有合理的生產(chǎn)能力和服務(wù)年限國外大型礦井的服務(wù)年限 40~50a 國內(nèi)一般不小于60a 國內(nèi)外礦井的生產(chǎn)能力有增大和服務(wù)年限有縮小的趨勢（四）井田內(nèi)的再劃分 1、井田劃分為階段階段（horizon） —沿一定標高劃分的一部分井田階段劃分在井田范圍內(nèi)，沿煤層傾斜方向，按一定標高將煤層劃分為若干平行于走向的并等于井田走向全長的長條形，每一個長條形叫一個階段。井田劃分為階段水平（level ）水平（level ）— 常指某一標高的水平面。表示：標高、開采順序及用途（1）?0、-200、-500水平等（2）礦井生產(chǎn)中，表示開采順序，又稱第一水平、第二水平?? （3）礦井生產(chǎn)中，常把運輸大巷所在的水平稱運輸水平；回風大巷所在的水平稱回風水平。開采水平（ mining level）開采水平（簡稱水平）（ mining level）— 布置有井底車場、階段運輸大巷，并擔負全階段運輸任務(wù)的水平。廣義的水平 — 布置大巷的某一標高的水平面既包括一個水平，又包括所服務(wù)的階段（二）階段內(nèi)的再劃分1 階段劃分為采區(qū)，采區(qū)劃分為區(qū)段采區(qū)式劃分：采區(qū)（district）與區(qū)段（district sublevel）采區(qū)：在階段范圍內(nèi)，沿走向把階段劃分為具有獨立生產(chǎn)系統(tǒng)的塊，每一塊叫一個采區(qū)。采區(qū)斜長=階段斜長（可達1000m）采區(qū)走向=400m~5000m 區(qū)段：在采區(qū)內(nèi)沿傾斜方向劃分的開采塊段。區(qū)段下部有區(qū)段運輸平巷區(qū)段上部有區(qū)段回風輸平巷區(qū)段平巷與采區(qū)的斜巷相連（運輸上山和軌道上山）采區(qū) 2 階段劃分為劃分為帶區(qū)，帶區(qū)劃分為分帶階段劃分為劃分為帶區(qū)，帶區(qū)劃分為分帶 3）井田直接劃分為劃分為盤區(qū)或帶區(qū) （五）礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的概念礦井生產(chǎn)系統(tǒng) 1、礦井巷道的開掘順序原則：盡量采用平行作業(yè)；盡快溝通風路。 2、礦井主要生產(chǎn)系統(tǒng) 1）運煤系統(tǒng) 2）通風系統(tǒng) 3）運料排矸系統(tǒng) 4）排水系統(tǒng) 5）動力供應(yīng)（電、壓風） 6）通訊、監(jiān)測系統(tǒng) （六）礦井開拓、準備和回采的概念 1、井巷名稱礦山井巷 — 為進行采礦，在地下開掘的井筒、巷道和硐室的總稱。 2、按傾角分類：垂直井巷傾斜井巷水平井巷礦山井巷垂直井巷立井（豎井） — 在地層中開鑿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、運料、通風、排放矸石。風井、排水井暗立井 — 無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 - 長度短，直徑小的溜井。水平巷道平硐 — 在地層中開鑿的直通地面的水平巷道主平硐，副平硐石門 —無直接地面出口，垂直或斜交于煤層走向，在巖層中開掘的水平巷道煤門 - 無直接地面出口，垂直或斜交于煤層走向，在煤層中開掘的水平巷道水平巷道平巷 - 無直接地面出口，沿煤層走向開掘的水平巷道煤層平巷 — 開掘在煤層中的平巷巖石平巷 — 開掘在巖石中的平巷水平巷道階段大巷 — 為一個開采水平或階段服務(wù)的水平巷道階段大巷：階段運輸大巷階段回風大巷。區(qū)段平巷 — 為一區(qū)段服務(wù)的水平巷道區(qū)段平巷：區(qū)段運輸平巷區(qū)段回風平巷傾斜巷道斜井 —在地層中開鑿的直通地面的傾斜巷道斜井：主斜井用于提升煤炭副斜井用于行人、提升矸石、通風上下山采區(qū) 傾斜巷道按層位分：巖石上下山 — 布置在巖層中的上下山煤層上下山 — 布置在煤層中的上下山按用途分：運輸上下山用于運煤運料上下山用于運料分帶斜巷：運輸斜巷運料斜巷礦井開拓、準備和回采的概念 3、按井巷作用和服務(wù)范圍分： 1）開拓巷道（development roadway）：為全礦、一個水平或若干采區(qū)服務(wù)的井巷。服務(wù)時間長。10?30a或以上。 2）準備巷道（preparation roadway）：為一個采區(qū)服務(wù)的巷道。在采區(qū)范圍內(nèi)，從掘好的開拓巷道至區(qū)段的通路。T>3?5a。礦井開拓、準備和回采的概念 3、回采巷道（gateway， entry）：為回采工作面生產(chǎn)直接服務(wù)的巷道。T = 0.5?1.0a 四、采煤方法（一）采煤方法分類采煤方法 —采煤工藝與回采巷道布置及其在時間上、空間上的相互配合。采煤工藝—采煤工作面各工序所用方法、設(shè)備及其在時間上、空間上的相互配合。 Coal winning technology 四、采煤方法分類 1、壁式體系采煤法 long wall system coal winning method coal mining method 壁式體系采煤法一般特點: 工作面較長，80?250m 工作面兩端，一般至少各有一條回采巷道一般頂板暴露面積大，礦山壓力顯現(xiàn)較為強烈工作面運煤的刮板輸送機與工作面平行采煤方法分類按傾角分：根據(jù)開采技術(shù)條件煤層按傾角分類：地下開采露天開采近水平煤層 α<8° α<5° 緩傾斜煤層 8° ~ 25° 5° ~ 10° 傾斜煤層 25° ~ 45° 10° ~ 45° 急傾斜煤層 α > 45° α > 45° 近水平煤層采煤法緩傾斜煤層采煤法傾斜煤層采煤法急傾斜煤層采煤法采煤方法分類按厚度分：根據(jù)開采技術(shù)條件煤層按厚度分類：地下開采 (m) 露天開采(m) 薄煤層 M<1.3 M< 3.5 中厚煤層 1.3 ~ 3.5 3.5 ~ 10 厚煤層 M >3.5 M > 10 薄及中厚煤層采煤法厚煤層采煤法分層開采整層開采采煤方法分類按采煤工藝分：爆破采煤法普通機械化采煤法綜合機械化采煤法 blast-winning technology conventionally mechanized coal winnig technology Fully -mechanized coal winnig technology 采煤方法分類按采空區(qū)處理方法分: （老塘）垮落采煤法 gob、 goaf 、waste 刀柱（煤柱支撐）法充填采煤法按推進方向分: 走向長壁采煤法 long wall mining on the strike 傾斜長壁采煤法（俯斜，仰斜）Long wall mining to the dip or to the rise 單一長壁垮落采煤法刀柱（煤柱支撐）法采煤方法分類按厚煤層分層方法分：傾斜分層水平分層斜切分層傾斜分層—將厚煤層分成若干與煤層層面相平行的分層，然后逐層開采。水平分層—將厚煤層分成若干與水平面相平行的分層，然后逐層開采。斜切分層—將厚煤層分成若干與水平面成一定角度（25??30?）的分層，然后逐層開采。傾斜分層水平分層與斜切分層厚煤層整層放頂煤開采厚煤層整層開采：放頂煤開采（3.5?5m）下限 long wall mining with sublevel caving 2、柱式體系采煤法（短壁體系采煤法） 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 特點：煤房比較窄 5?7m 采掘合一煤柱支撐頂板房柱式采煤法（二）采煤方法的發(fā)展與應(yīng)用采煤工藝 1954年英國開始用長壁綜合機械化采煤技術(shù) 上世紀80年代開始采用大功率、高可靠性的機電一體化綜合機械化采煤技術(shù)我國主要采用長壁體系采煤法俄羅斯、烏克蘭、波蘭、德國采用長壁體系美國、加拿大、澳大利亞、南非廣泛采用柱式體系五、《煤礦開采學》分支學科 (一) 礦山壓力及其控制 rook pressure and control 礦山壓力顯現(xiàn) strata behaviors 采場礦壓巷道礦壓五、《煤礦開采學》分支學科 (二) 開采方法及采煤工藝井巷布置 shaft and roadway layout開采部署采煤工藝（三）采礦系統(tǒng)工程用系統(tǒng)工程的方法解決采礦的問題
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