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1、煤矿生产技术系列讲座煤矿生产技术系列讲座河南煤矿安全监察局郑州经济管理干部学院矿长安全资格证书培训班主讲：郭军杰煤矿生产技术系列讲座第一讲 矿井建设的基本程序一、煤田地质勘探(一)煤田普查1、普查找煤，圈定含煤地层的分布范围。2、普查勘探，确定有工业价值的含煤地段。煤田普查是发现和初步评价煤炭资源阶段，该阶段工作结束后提交煤田普查报告，报告中要对煤矿建设和矿区划分提供必要的资料，为进一步勘探工作提出工作方向。(二)矿区详查在煤田普查工作的基础上进行。普查工作结束后，国家规划及设计部门将煤田划分为几个矿区，详查工作就是选择资源条件好、开发有利的矿区，进行进一步的地质勘探工作，查明矿区内的资源分布

2、情况。详查工作的成果：提交详查地质报告，为矿区总体设计提供基本的地质资料。(三)井田精查设计部门根据详查地质报告划分井田，井田精查就是在一个井田的范围内进行的地质勘探工作。该阶段对井田内的影响煤层开采的各种地质因素进行更加深入详细的了解。该工作结束后，提交井田精查报告，为矿井的设计提供地质依据。(四)地质勘探各阶段的任务1、查明煤的储量，矿井设计最基本的依据。2、查明煤的质量，确定煤的用途。3、查明煤层赋存条件及开采技术条件，这是井田内影响开拓开采条件的总和。包括煤层厚度、结构及稳定性，地质构造、水文地质条件、煤层顶底板岩性、瓦斯、煤尘、自燃等情况。(五)精查地质报告1、文字报告(1)概况1

3、勘探工作的目的和任务2 勘探区的位置及交通概况3 勘探区的自然地理：地貌、水文、气象、地震资料等4 勘探区附近生产矿井情况及老窖、老空分布5 本区过去已进行的地质工作及评价(2)勘探区地质1 描述区域地质、构造、岩浆岩分布及特点2 详细描述区域内含煤地层时代、层厚和化石，描述煤厚、岩性、岩相、标志层特征及其沿走向和倾向的变化情况3 说明区内重要的褶曲及断层的分布情况和控制程度4 叙述岩浆岩的分布、名称、产状、侵入时代及对煤层、煤质的影响(3)煤及其它有益的矿产1 描述煤层总厚度、总层数及可采层数与总厚度2 各煤层的物理特征、煤质特征、煤岩特征、煤的工业牌号及分布规律3 煤的有害成分，如灰分、硫

4、、磷含量及其变化规律4 煤的风化带及氧化带的确定方法和依据5 矿区内的其他有益矿产，如铁矿、油页岩、铝土矿、粘土矿等情况(4)水文地质1 区域水文地质特征2 勘探区水文地质条件：含水层和隔水层的岩性、厚度、深度、分布范围及变化，裂隙与溶洞的发育情况与分布规律、地下水类型及性质、含水层的富水性、水位标高、水质、水温及地下动态、含水层与地表水之间的水力联系等3 与邻近生产矿井水文地质条件的对比情况4 初采区及第一水平矿井涌水量预测5 供水水源(5)开采技术条件1 勘探区内及邻近矿井的生产技术条件描述，老窖老空情况2 覆盖层及可采煤层顶底板岩性及其变化规律3 瓦斯、煤尘、自燃情况(6)地质勘探工作1

5、 测量工作方法及评价2 测量工作量及工作成果质量描述3 地表工程工程量及其描述4 物探方法及其成果描述、质量描述5 钻探工作量及工作质量描述6 水文地质工作及其质量描述7 各种样品的采样方法、采取地点、数量及确定依据8 勘探方法、勘探程度及勘探工作的经济效果(7)储量计算1 储量计算边界及工业指标的确定依据2 储量计算方法和计算参数的确定依据3 划分各级储量的条件，特殊块段的处理方法4 区内各级储量及总储量的计算结果5 有关储量计算方法的其他说明(8)结论1 对勘探成果的总评价2 提出建井需要注意的问题3 总结勘探工作的经验教训4 勘探区远景评价及对今后工作的意见2、图纸(1) 交通位置图(2

6、) 区域地形地质图(附综合地质柱状及地质剖面图)(3) 井田地形地质图(附井田综合柱状图)(4) 钻孔柱状图(5) 煤层对比图(6) 勘探线地质剖面图(7) 水平切面图(8) 煤层底板等高线及储量计算图(9) 井田水文地质图及水文地质剖面图(10) 其他图件3、表格、附资料包括：测量成果表、煤层综合成果表、煤质分析成果表、储量计算表、地表水与地下水的水质分析报告，各含水层的抽水实验综合表，土、岩、煤物理性质实验报告、老窖老空及生产矿井的调查材料等。二、编制可行性研究报告1、阐述矿井建设的外部条件和资源条件2、初步确定井田开拓方式和采煤方法3、初选矿井主要技术装备4、对地面设施进行规划5、制定环

7、境保护措施6、编制建井工期计划7、初步拟定矿井主要的技术经济指标三、安全预评价评价目的主要是贯彻矿井建设“三同时”基本要求，即：矿井安全设施必须与矿井基本建设工程同时设计、同时施工、同时投入运行。1、对矿井主要危险有害因素和危害程度以及对公共安全影响进行定性、定量评价2、对各种主要危险源的预防和控制的可能性进行评价3、对矿井基本建设项目可能造成的职业危害进行评价4、对在矿井基本建设期间所采取的安全对策、安全技术措施、安全设施设计原则做出具体要求5、客观实际地提出预评价结论6、其他需要说明的有关事项四、矿井初步设计1、 说明矿井的位置、交通、地形地势、气象、水文、工农业概况；说明矿井地层、主要地

8、质构造、煤层赋存情况、煤层及围岩特征、煤质及用途、瓦斯、煤尘、自燃、水文地质情况；说明地质资料勘探程度、存在问题及补充勘探要求。2、 井田境界、储量及矿井生产能力和服务年限。3、 提出主要几个开拓方案，进行各方案的技术经济比较，详细说明采用方案及采用理由。选择采煤方法，确定采区巷道布置、生产矿井、投产和达产的采区布置、采掘机械装备等；确定井筒断面布置、井底车场形式和通过能力；确定通风方式和通风方法、通风系统等。4、 确定矿井提升及大巷运输方式，选择矿井通风、运输、提升、排水、压气设备。5、 说明地面运输方式、设计线路、车站等。6、 确定煤的工艺流程和地面生产系统及其各环节的设备和能力，排矸系统

9、、设备、机械厂、坑木场面积和设施。7、 确定工业广场总体布置。8、 井上下配电设计。9、 地面建筑设计、生活区设计。10、 全矿供水、供电、供热、井下消防和防尘设计。11、 计算矿井建设工程量、建设程度、工期、编制劳动定员及总概算、编制矿井主要技术经济指标。五、矿井基本建设施工(仅介绍几种立井开凿方法)1、 普通凿井法：以凿岩、爆破为主的施工方法。2、 板桩法：主要用于表土施工。开挖前先用板桩沿井筒周边外缘密集地打入土中，然后在板桩的保护下进行掘进。3、 沉井法：主要用于表土施工。在土层开挖前，把预制好的永久井壁，按井筒位置沉入土中，然后在它的保护之下进行掘进。4、 注浆法：将胶结材料配制成浆

10、液，通过注浆系统注入地层的裂隙和空洞中，浆液凝结硬化，堵塞空隙和空洞，封闭水源，加固地层，然后再用普通凿井法施工井筒。5、 混凝土帷幕凿井法：在井筒位置周围用机械分段钻成孔槽，并钻入基岩一定深度(35米)，每钻出一孔用混凝土灌注封孔，最后使各孔槽混凝土连接起来，形成一个圆筒状的混凝土帷幕，把周边水和流沙隔开，然后开挖井筒。6、 钻井法：利用回转式钻机，将井筒全段面一次钻成，依靠井内充满的泥浆护壁，利用泥浆循环冲洗工作面和提升岩屑，井筒钻成后在泥浆中悬浮下沉井壁，并进行永久性支护。7、 盾构法：一整套掘进和支护装置，从钻进到永久性支护一次性完成，整个过程全部实现自动化。既适合于软土、含水层施工，

11、也可用于硬岩施工，是目前最先进的施工方法，广泛应用于立井、平硐、隧道、地铁施工中。六、矿井安全验收评价安全验收评价是在建设项目竣工试生产运行正常后，通过对建设项目的设施、设备、装置，实际运行状部的检测，考察，查找该建设项目投产后存在的危险有害因素，提出合理可行的安全技术调查方案和安全管理对策的一种安全评价。安全验收评价是运行系统安全工程原理和方法，在建设项目试生产运行正常后，在正式投产前进行的一种检查性安全评价。对系统存在的危险有害因素进行定性和定量检查，判断系统在安全上的符合性和配套安全设施的有效性，从而做出评价结论，并提出补救和补偿措施，以促进项目实现系统安全。第二讲 井田开拓一、井田开拓

12、的基本问题井田开拓要解决的基本问题是确定合理的井田境界，确定矿井生产能力和服务年限，对井田进行合理的再划分，确定最优的井田开拓方式，确定合理的开采顺序和生产系统。在解决这些问题时，必须遵循“安全可靠，经济效益好，煤炭回采率高”的基本原则。二、煤田的划分（一） 煤田：在一定地质年代生成的大面积含煤地带。（二） 煤田的特征薄煤层：从最小可采厚度1.3m1、可采煤层厚度： 中厚煤层：1.33.5m 厚煤层：3.5m缓倾斜：0252、煤层倾角： 倾斜：2545急倾斜：45以上3、埋藏深度：对矿井开采条件影响很大。4、围岩性质：指煤层顶底板的围岩性质。5、地质变动：由于煤层成因及地质构造的变化，发生煤层

13、厚度变化，断裂、变薄、尖灭、围岩破坏、倾角变化等。6、其他特征：水文、自燃、瓦斯、煤尘、层间距、表土层厚度等。这些特征将影响井田开拓、采区划分、生产安全等等。（三） 煤田划分为井田1、煤田、矿区、井田(1)煤田：富量煤田：如大同煤田，走向150km；渭水煤田，1980km2。限量煤田：如永城煤田，只有56个井田，储量有限。(2)矿区：将邻近的几个矿井划归一个行政区管理，称为矿区。(3)井田：划分为一个矿井开采的部分煤田叫井田。2、煤田划分为井田的原则和方法(1)井田边界要与矿井生产能力相适应(2)一般要依据自然条件划分井田边界：断层、江、湖、河等(3)要注意处理矿井本身的发展及其与相邻矿井的关

14、系(4)人为划分井田：垂直划分、水平划分、按煤组划分三、矿区的开发顺序1、一个矿区同时期的基建矿井数目23个。2、矿区开发：先浅后深、先近后远、先易后难3、大型矿井：一次设计、分期建设、分区域开拓、连续施工近些年来，由于矿井装备、生产工艺、生产技术装备有了快速发展，矿井建设周期大大缩短，工作面年产量大大提高，同一个矿井同时生产的工作面个数越来越少，矿井服务年限也有缩短的趋势。有些问题值得进一步探讨，矿区开发要和生产技术装备相适应。四、矿井储量、生产能力与服务年限可采储量ZK开采损失P(一)矿井储量地质储量1、地质储量：井田内通过地质手段查明，符合储量计算标准要求的储量。2、能利用储量：平衡表内

15、储量(厚度、质量符合开采条件)。3、工业储量：能利用储量中，可以作为设计和投资依据的储量，平衡表内A+B+C级储量。4、可采储量：工业储量中，除去设计开采损失部分，可以采出的储量。(二)矿井可采储量、生产能力与服务年限的关系1、 ZK=ATKA：矿井设计生产能力 万t/aT：矿井设计服务年限 aK：储量备用系数 1.21.42、 T= A T*(南方) T(北方) 300万t/a 80a 70a 120240万t/a 5070a 60a 4590万t/a 3040a 750a 30万t/a 1020a 730a 南方和北方不一样，从目前来看有以下特点：1 服务年限普遍缩短2 生产能力扩大，增加

16、开采强度，服务年限缩短，带来许多问题3、 矿井生产能力(万t/a)大型矿井：120 150 180 240 300 400 及以上中型矿井：45 60 90小型矿井：9 15 21 30大型矿井：机械化程度高，生产集中、效率高、成本低，投资高、设备多、施工难度大、工期长，服务年限长。小型矿井：投资少、建井快、设备简单，但生产分散，效率低、成本高，服务年限短。4、 井型大小的确定依据：储量、煤质、地质构造、水文条件、煤层赋存条件及开采条件、设备水平及国家有关政策。经过专家分析，进行技术经济比较择优确定，但这些条件中，储量、开采技术条件、煤层赋存状况是主要因素。(1) 大型矿井：储量丰富、煤层生产

17、能力大、井田内开采技术条件好、表土层厚、煤层埋藏深、地形复杂。(2) 中小型矿井：储量少、埋藏浅、煤层生产能力小、埋藏不稳定、地质构造复杂。(3) 煤层生产能力、赋存状态和开采技术条件是确定井型的关键因素。五、井田再划分及开采顺序(一)矿井巷道分类 垂直巷道：立井、小井、暗立井、溜井； 1、按倾角大小分类： 水平巷道：平硐、石门、煤门、平巷； 倾斜巷道：斜井、上山、下山2、按巷道服务范围分类：开拓巷道、准备巷道、回采巷道(二)阶段与水平1、阶段：在一个井田内，沿倾斜方向，按一定标高，根据开采要求，将井田分成若干长条部分，每一部分叫一个阶段，其走向长度等于井田的全长，倾斜长度由垂高确定，一般10

18、002000m。阶段有其独立的生产系统，上部设阶段回风巷，下部设阶段运输巷，上一阶段采完后，阶段运输巷又可作为下一阶段的回风巷。2、水平：运输和通风巷所在的某一水平面，通称为水平。以标高来表示，也可以和用途或开采顺序连系起来，如+50水平、-150水平、+50回风水平、-150运输水平、第一水平、第二水平等。(1) 开采水平:具有井底车场和运输大巷的水平。(2) 单水平开拓：一个井田只有一个开采水平(上山阶段、下山阶段)。(3) 多水平开拓：一个井田有二个或更多个开采水平(倾斜煤层)。有多水平上、下山开拓、多水平混合式开拓(中间水平、辅助水平)。(三)井田内再划分的基本类型1、分区式：阶段内沿

19、走向把阶段分成若干部分，每部分叫采区。采区倾斜长度等于阶段倾斜长度，走向长度10004000 m不等，分采区要尽量考虑自然边界，减少煤柱损失和避免工作面布置的难度。1 区段：采区内沿倾斜方向划分的长条，走向长等于采区长度，倾斜长100150 m 不等。2 采区分双面采区和单面采区。3 采区上(下)山：联接采区平巷与开采水平的倾斜巷道。4 区段平巷：区段回风巷(上部)、区段运输巷(下部)。5 采区联合布置：同一个采区开采23个煤层，上、下山设在最下部一个煤层中或其底板和区段平巷，以石门或倾巷与上(下)山联系。6 对于近水平煤层，由于倾角很小，无所谓上山或下山，而是沿煤层的延展方向划分成若干个独立

20、的开采单元，每个开采单元都有其独立的通风、运输系统，叫盘区。2、分段式：阶段内不划分采区，只沿倾斜方向划分成适合一个工作面开采的长条部分(小井田)，每部分叫一个分段。3、分带式：阶段内不划分采区，而是沿走向布置成适合一个回采工作面的倾斜长条，每个长条叫一个分带(倾角12以下)。分带内可以仰采，也可以俯采，具体选择时要根据煤层倾角、含水量、围岩条件来确定。分带式开拓的优点：1 巷道布置系统简单，掘进工作量小，建井期短，见效快。2 生产系统单一、简单、运输费用低，通风效果好。3 没有准备巷道、条带布置灵活，易于提高矿井生产能力。4 带内巷道便于定向掘进，工作面长度变化小。5 有利于减轻矿山压力显现

21、，排放瓦斯(俯采)。分带式开拓的缺点：1 斜巷多，掘进困难。2 斜巷多，仰采时煤往上拉，运输困难。3 倾角太大了，不适应。4 设备不配套，专用设备少。4、分区域建井的井田划分指特大型矿井，走向长1020km，主提采用大型胶带输送机，为解决辅助提升及通风问题，将井田划分为几个小区，每个区走向长35km，倾斜长1.52.0km或更大的独立区域(这是现代化矿井主流)，分区域建井。(四)开采顺序1、沿煤层倾斜方向的开采顺序下行式开采顺序：由浅入深，初期工程量小、投资少、投产快。阶段内：不论是分区或分带，均采用下行式开采顺序，个别情况有可能采用上行式。2、沿煤层走向的开采顺序采区前进式，区内后退式，条带

22、前进式，个别可以跳采。3、煤层群开采顺序煤层群分组：间距近，煤质同的煤层分为一组，集中开拓。组与组之间，组内各煤层之间，一般采用下行式开采顺序。层间距较大，通过论证，开采下部煤层，不致于破坏上部煤层者，可以采用上行式(永城矿区)。对于急倾斜煤层，上行、下行差不多，可以任选。六、井田开拓方式在井田范围内，从地面向井下开掘一系列井巷进入煤层，建立矿井提、运、通、排及动力供应系统，叫井田开拓。这些井巷的形式、数量、位置及其之间的配合方式，叫井田开拓方式。配合的方式不同，可以形成不同的开拓方式，如立井开拓、斜井开拓、平硐开拓、混合开拓、露天开采等几种形式。(一)合理确定开拓方式应考虑的问题1、 开拓部

23、署要贯彻执行煤炭工业技术政策和发展要求，要尽可能做到布局合理、生产集中、系统简单、环节畅通，因地制宜的做到四集中、一联合，采用新技术、新装备，提高机械化、自动化水平。四集中：矿井集中、水平集中、采区集中、工作面集中。一联合：采区联合布置。2、 贯彻执行煤矿安全规程，落实安全生产方针。3、 充分利用国家资源，减少储量损失，不同煤种分采分运，注意伴生矿床的开采。4、 开拓部署力求经济合理、安全可靠、成本低、回采率高。(二)开拓方式分类 1、斜井开拓 2、立井开拓 3、开硐开拓 4、混合式开拓 片盘斜井开拓 立井单水平分区式开拓 走向平硐开拓 一立一斜开拓 斜井单水平开拓 立井多水平分带式开拓 垂直

24、平硐开拓 二立一斜开拓 斜井多水平开拓 立井多水平分区式开拓 阶梯平硐开拓 分区域建井开拓方式多种多样，但一个井田究竟采用什么样的开拓方式，需要提出多种方案，经过技术经济进行比较，优中选优，才能最后确定。由于矿井建设是一种长期投资，一旦决定下来，这种投资是不可逆的，确定时必须慎之又慎。(三)开拓方式分析及混合式开拓1、 平硐开拓：优点：系统简单，施工技术简单，建井期短，基建投资和生产成本低，井下无井底车场，地面无提升设备，矿井水可以自流，矿建土建工程量少。缺点：受地形和煤层赋存条件限制，煤埋藏浅，且必须赋存在山区、丘陵，主要储量在地面标高之上。2、 斜井与立井相比优点：1 斜井施工技术简单、建

25、井快、工期短、投资少。2 井筒装备和地面设施简单，井底车场工程量少。3 斜井建设材料消耗少，但相对设备容量也少。4 多水平开拓时，石门掘进工程量少，运输量小。5 井筒压煤少(沿底板掘进)。6 新水平延伸方便，尤其采用胶带输送机运输，提升能力大。7 增产措施简单。8 实现连续运输，易实现自动化。9 采用分段布置，井筒可以直接与分段巷道连接，环节少。缺点：1 井筒长，各种管道铺设长。2 斜井铰车能力小，速度慢(大型矿井的副井均用立井)。3 斜井开凿遇到流砂层时，难以采用冻结法施工，困难大。4 斜井穿越不良地层，维护工程量大。5 斜井倾角受煤层倾角限制，井筒倾角大于煤层倾角时，用穿层斜井，同样要留井

26、筒保护煤柱，煤柱损失也比较大。斜井、立井各有优劣，实际应用中应随机应变，取长补短。3、 混合式开拓1 平硐斜井开拓2 斜井立井开拓3 平硐立井开拓4 分区域开拓七、乡镇煤矿井田开拓中存在的主要问题(一)井筒位置与形式的选择问题1、 合理地井筒位置1 地面因素：要求井口标高要高于当地历年最高洪水位，尽可能少占良田，不迁村庄，减少工业广场平整时的土石方工程量。2 地下因素：要把井筒位置选在冲积层较薄的地方，尽可能避开含水层、流砂层、地质构造和采空区，要考虑井筒延深时也不能穿越含水层，尤其采用斜井开拓时，井筒所在层位岩性要好。3 技术经济因素：要力求提升、运输环节简单，生产经营费用低；尽可能使井筒位

27、于井田储量中心，形成两翼均衡生产；尽可能把斜井井筒布置在底板岩层中，少留井筒保护煤柱；尽可能使井筒靠近储量富集区。2、 合理的井筒形式应根据煤层赋存情况、表土层沉积情况以及地表与积岩的含水性、井田开采技术条件及矿井类型确定合理的井筒形式。一般情况下，开采深度不大，表土层薄，表土层中没有大的含水层，可采用斜井开拓。反之煤层埋藏较深，表土层厚，尤其表土层中有较强的含水层，斜井施工难以通过，必须采用立井开拓方式。3、 乡镇煤矿中井筒位置与形式存在的问题1 井口标高低于当地历年最高洪水位。2 井口位于井田边界，给井下开采单元划分造成一定困难。3 井筒形式不合理，尤其某些煤矿斜井长度在800m以下，给辅

28、助提升造成相当大的困难。4 井筒断面太小，提升能力有限。5 井筒支护形式落后，安全没有保障。6 马头门支护条件太差，安全出口受到威胁。7 井底车场没有形成系统，通过能力太小。8 井底水仓容量不够，抗灾能力太低。(二) 开采单元划分不合理1、 井田内整体开拓步署缺少统筹规划2、 开采顺序安全不合理，个别煤矿采动了护井煤柱，造成井筒变形，形成隐患。3、 开拓巷道系统不完善，没有正规的水平运输大巷和总回风巷。4、 主要运输巷道支护条件太差，通风断面不够，运输能力不足。(三) 水平接替缺少计划性1、 没有安排正规的水平接替计划。2、 水平接替期间产量没有保证，影响矿井的正常生产。3、 水平接替期间通风

29、紊乱，安全没有保障。(四) 下山开采问题1、 下山开采只有在煤层倾层较小、低瓦斯矿井、矿井涌水量不大的情况下，才能采用。2、 许多煤矿存在有严重的底板水威胁，但实施了下山开采。3、 下山排水系统不完善，排水能力不足，淹下山事故较多。4、 下山的开采范围过大，给通风造成一定困难。(五) 水平垂高问题1、 合理的水平垂高缺少论证。2、 水平垂高的确定缺少理论依据。3、 水平服务年限太小，技术经济不合理。 第三讲 采煤方法一、采煤方法的定义采煤方法有两个含义。一是采煤系统，即采准巷道的布置形式，掘进、回采顺序安排及其所构成的运输、通风等生产系统。二是采煤工艺，指在回采工作面所形成的“破、装、运、支、

30、回”等工作及这些工作的安排与配合方式。不同的采煤系统和回采工艺，就形成不同的采煤方法。正确选择采煤方法，对矿井生产的主要技术经济指标影响很大。合理的采煤方法应该是生产安全可靠、产量高、成本低、回采率高。二、影响采煤方法选择的因素(一)地质因素1、煤层的厚度和倾角：急倾斜、倾斜、缓倾斜；厚煤层、中厚煤层、薄煤层。2、煤层的构造和性质：有无夹矸、瓦斯大小、硬度大小。3、煤的生成条件：稳定性、顶底板岩性、含水性等。(二)技术因素1、应用先进科学技术，选择先进的采煤方法。2、所选的采煤方法必须和地质条件、开采技术装备相适应。3、好的采煤方法必须配置合理的巷道布置系统。4、好的采煤方法机械化、自动化程度要高，尽可能减少工人体力劳动。三、采煤方法分类(一)旱采1、壁式体系采煤法(94%)整层开采A、 单一长壁采煤法：包括单一长壁走向长壁采煤法和倾斜长壁采煤法，从顶板管理的角度看有全部跨落法和刀柱法、缓慢下沉法。这是我国目前使用最多的采煤方法，是中国采