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《采煤概论》（一）土木工程学院绪论一、土木单招与采煤概论1、土木工程（矿井建设）单招培养目标本专业培养适应矿山建设需求，德、智、体、美全面发展，具有较扎实的专业技术理论知识和较强的专业技术技能，综合素质良好，并获得土木工程师的基本训练，具备从事土木工程项目规划、设计、施工及管理的能力，能运用高新技术知识解决土木工程中生产、经营和管理工作中实际问题的高级应用型技术人才。2、就业方向毕业生可在煤炭企业矿山建设及建筑工程相关领域的科研、生产（施工、监理）、教学等单位从事技术和管理工作。通过本课程的学习，激发学生热爱矿山、增强建设祖国、献身煤炭工业的事业心和责任感，为今后从事矿业工作打下基础。绪论一、土木单招与采煤概论3、《采煤概论》《采煤概论》是我校几乎所有工科专业均需开设的主要选修课。是一门系统地讲述矿山煤炭资源开采的基本理论与方法的课程。本课程主要讲述煤矿开采的基本概念、开采理论、开采方法与技术。课程内容具有空间概念多，涉及的知识点多，矿井生产系统复杂且动态变化等特点。学习过程中注意：名词概念：地质构造、煤系、井田、煤田、巷道等识图：地形地质图、采掘工程图，读图方法。方案对比分析：立井开拓—斜井开拓等。二、中国矿产资源：1、矿产资源种类金属矿产资源：黑色金属（铁、锰、铬、钛、钒）、有色金属（铜、铅锌、铝土、锡等）、其它金属（铂族、金、银、稀土等）。非金属矿产资源：菱镁、萤石、硫、盐、石墨、石棉、石膏等。能源类矿产资源（一次能源）：石油、天然气、煤炭、油页岩、铀矿。绪论二、中国矿产资源：2、煤碳资源分布我国是煤炭资源大国，全国33个省，除上海、香港外，都有不同质量和数量的煤炭资源赋存。全国63%的县级行政区分布有煤炭资源。煤炭储量超过千亿吨的有：山西、内蒙古和陕西，超过百亿吨的有：新疆、贵州、宁夏、云南、河南、山东、黑龙江、河北、甘肃，上全国的96%。我国具有工业价值的煤炭资源主要赋存在晚古生代的早石炭世到新生代的第三纪。绪论绪论三、采矿学：矿产资源埋藏在地下，要转化为国民经济所需要的原料产品，必须通过一定的技术和手段，将其开发出来。自地表或地壳内开采矿产资源的过程称为采矿，而有关采矿的技术和科学就称为采矿学。采矿科学技术的基础是岩石破碎、松散物料运输、流体输送、矿山岩石力学和矿业系统工程等理论。需要运用数学、物理、力学、化学、地质学、系统科学、电子计算机等学科的最新成果。采矿技术发展方向：1、提高生产能力和设备利用率；2、自动化和遥感；3、提高回采率、降低损失率；4、环境、土质、大气、水质等的危害。绪论三、采矿学：中国采矿史：原始人采石料、春秋时间（湖北大冶铜绿山古铜矿遗址）、西汉时期（铁、铜、煤、沙金矿）、战国末期（盐井）；17世纪初，欧洲人用中国的黑火药去采矿，凿岩爆破代替了人工挖掘，采矿技术的一个里程碑。19世纪末20世纪初，近代爆破技术、电气化的近代装运技术，20世纪50年代以来，大型化设备、凿岩台车、电子计算机技术等。绪论绪论四、我国煤炭开采发展过程和前景1、我国采煤业具有悠久的历史。西汉、魏晋南北朝、唐宋时期：人工手工开采方法。2、近代煤矿开采。短壁式、房柱式、高落式等采煤方法，全部用炮采工艺进行回采，回采率低，安全性差。3、建国后。长壁式回采工艺，采用金属摩擦支柱支护，截煤机掏槽、爆破落煤和人工装煤的回采工艺方式。综合机械化采煤工艺。厚煤层放顶一次采全高工艺。4、20世纪90年代。高产高效矿井建设。煤层气开采技术。煤炭气化与液化。绪论四、我国煤炭开采发展过程和前景5、煤炭开采发展前景。A—“三下”采煤：建（构）筑物下、水体下、铁路下。条带开采技术、充填开采技术、房柱式开采技术B—煤炭洁净利用：高碳资源的低碳利用。不直接用煤，转化，产业链。C—煤矿环境保护：高效高回收率采煤、采空区地面治理等等。绪论五、本书学习目的通过学习，能够比较全面地了解煤矿企业的生产概况。1、掌握矿井开拓及矿井开采设计的基本理论和主要方法。2、了解煤矿井巷道掘进与支护。3、了解采煤方法、采煤工艺和回采巷道布置的基本理论和方法。4、了解矿井通风与安全。5、了解露天开采及煤炭地下气化的基本理论和主要方法。六、课程结构：一、煤矿地质基本知识二、矿图三、井田开拓四、井巷掘进与支护五、采煤方法六、矿井通风七、露天煤矿开采八、矿井安全生产九、矿井生产系统绪论第一章煤矿地质基本知识主要内容：第一节地壳的组成与地质作用第二节地质构造第三节煤的形成与煤层特征第四节煤田地质勘探与矿井储量埋藏在地下的煤和其他矿产资源，都是地壳物质运动和各种地质作用的产物。第一节地壳的物质组成与地质作用一、地壳的组成与岩石地壳是地球的固体外壳。组成地壳的是岩石。岩石是一些矿物颗粒的集合体。矿物是地壳中的一种或多种元素在各种地质作用下形成的自然产物。岩石按照其生成方式，可以分为如下三大类：1、岩浆岩（火成岩）。由岩浆冷凝而形成。侵入岩喷出岩2、沉积岩。在地壳表层环境中形成。沉积岩分布最广，地表约75%的面积都覆盖有沉积岩，有许多重要的矿产如煤、石油、天然气、油页岩、盐矿等本身就是沉积岩。煤是一种沉积岩。3、变质岩。受温度、压力及化学活性流体作用，改变成分、结构和构造成新的岩石。（石灰岩变大理岩，等）二、地质作用由自然动力促使地球物质组成、内部构造和外部形态发生变化民发展称为地质作用。地质作用按力源不同分为内动力地质作用和外动力地质作用。1、内动力地质作用作用于整个地壳或岩石圈，力源主要来自地球内部的地质作用。包括：（1）地壳运动：升降运动、水平运动（2）岩浆作用：喷出作用、侵入作用（3）变质作用：（4）地震作用：最活跃的、起主导作用的是地壳运动，它对煤矿床的形成及赋存条件起着重要作用。此外它还控制着外动力地质作用。第一节地壳的物质组成与地质作用二、地质作用2、外动力地质作用作用于地壳表层，力源主要来自地球以外的地质作用。主要是由太阳的辐射能、太阳及月球引力等引起的。包括：（1）风化和剥蚀（2）搬运作用（3）沉积作用（4）固结成岩作用伴随着外动力地质作用的进行，可以形成各种沉积矿产资源。第一节地壳的物质组成与地质作用沉积岩在形成时期除局部倾斜外，基本上是水平的，而且在一定范围内是连续分布的。但是经过地质构造运动，水平的可能变为倾斜或弯曲，连续的、完整的可能被断开或错动或破坏。这种岩石变形或变位的产物称为地质构造。地质构造的规模有大有小，其表现形式多种多样，在一定范围内可归纳为单斜构造、褶皱构造和断裂构造3种基本类型。第二节地质构造第二节地质构造一、水平构造和单斜构造1、水平构造只是相对而言，就其分布来说，只是局限于受地壳运动影响的轻微的地区。2、单斜构造最简单的一种形式是岩层向同一个方向倾斜，形成单斜构造。3、岩层产状岩层在空间的位置称为岩层产状。倾斜岩层的产状是用岩层层面的走向、倾向和倾角3个产状要素来表示的，如图。走向：岩层层面与水平面交线的方位角。示岩层在空间延伸的方向。AB。书p13倾向：垂直走向倾斜向下引出一条直线，此直线在水平面的投影的方位角。它表示岩层在空间的倾斜方向。OD’。倾角：岩层层面与水平面所夹的锐角。它表示岩层在空间倾斜角度的大小。а。用岩层产状的3个要素能表达经过构造变动后的构造形态在空间的位置。在地质图上，岩层的产状用符号“⊥35°”表示。第二节地质构造二、褶皱构造组成地壳的岩层受构造应力的强烈作用，使岩层形成一系列波状弯曲而未丧失其连续性的构造。褶皱构造是岩层产生的塑性变形，是地壳表层广泛发育的基本构造之一。1、褶曲要素褶皱构造中的一个弯曲称为褶曲。褶曲是褶皱构造的组成单位。每一个褶曲都有核部、翼部、轴面、轴及枢纽等几个组成部分，一般称为褶曲要素。核部：指褶曲中心部位的岩层。翼部：指褶曲核部两侧部位、向不同方向倾斜的岩层。轴面：指通过核部大致平分褶曲两翼的假想平面。可以直立、倾斜或水平。轴线：指轴面与水平面或垂直面的交线。枢纽：指褶曲中同一岩层面上最大弯曲点的连线。枢纽翼轴面地表面顶角轴核部第二节地质构造二、褶皱构造2、背斜和向斜褶曲背斜褶曲：岩层向上拱起的弯曲。中老两翼新。向斜褶曲：岩层向下凹的弯曲。中新两翼老。第二节地质构造三、断裂构造自然界中岩层受力后，当作用力超过其强度时就产生断裂，使其连续性和完整性遭到破坏，这种岩层脆性变形的产物称为断裂构造。断裂构造分为节理（或裂隙）和断层。1、断层要素断层线：断层面与地表的交线，也就是断层面在地表上的出露线。断盘：断层面两侧有相对位移的岩块。（上盘、下盘）断距：断层两盘沿断层面相对移动的距离。（ac）落差：断层两盘对应层中某一对应点之间的距离。（ab）第二节地质构造三、断裂构造2、断层的基本类型正断层逆断层平推断层3、断层的分类走向断层倾向断层斜交断层三、断裂构造4、断层的组合地堑地垒阶梯状构造叠瓦状构造第二节地质构造第三节煤的形成与煤层特征一、煤的形成A----成煤作用煤是由古代植物演变而来的。煤是由植物经过漫长的极其复杂的生物化学、物理化学作用转变而成的。从植物遗体堆积到转变为煤的一系列演变过程称为成煤作用。成煤作用分为二个阶段：1、泥炭化阶段：以生物化学降解为主。在地表常温、常压下，由堆积在停滞水体中的植物遗体经泥炭化作用或腐泥化作用，转变成泥炭或腐泥的过程。2、煤化阶段：以物理化学变化为主。泥炭或腐泥被埋藏后，由沉积盆地基底沉降至地下深部，经成岩作用转变成褐煤。当温度和压力再逐渐增高经变质作用转变成烟煤和无烟煤。这一全过程称煤化作用阶段。第三节煤的形成与煤层特征一、煤的形成B----成煤条件煤在地壳中积聚主要依靠古植物、古气候、古地理地貌和地质条件的良好配合。形成具有开采价值的煤层，必须具备以下4个条件：1、植物条件：植物是成煤的原始物质。2、气候条件：潮湿、温暖的气候是成煤的最有利条件。3、地理条件：成煤场所，即有适于发生大面积沼泽化的自然地理场。4、地壳运动条件：有利于泥炭的保存和转变成煤。（泥炭层的积聚要求地壳缓慢下沉，下沉速度最好是与植物遗体堆积的速度大致平衡。这种状态持续的时间越久，形成的泥炭层越厚。）这四个是成煤的必要条件，缺一不可。具备这四个条件的时间越长，形成的煤层就越厚。其中，地壳运动为主导因素，对植物的生长及其遗体的保存、气候的形成、成煤场所、煤层厚度等都有控制作用。第三节煤的形成与煤层特征二、煤系煤系是指含有煤层的一组沉积岩层（也叫含煤地层）。它们彼此间大致连续沉积，并在成因上有密切联系。煤系一般是按其形成的时代来命名的。如华北的石炭二叠纪煤系、东北的侏罗纪煤系、华南的晚二叠经煤系等。因此在时间上，自古生代到第三纪各个地质时期中，都有含煤岩系形成。煤系是在温暖潮湿的气候条件下形成的，它富含植物物质。所以煤系岩石的颜色也多为灰色、灰黑色、灰绿色、黄绿色。在煤系中，除含有煤矿床外，还经常伴有其他沉积矿产，如油页岩、铝土矿、菱铁矿、黄铁矿、赤铁矿、褐铁矿等。三、煤的工业分类1．煤的性质物理性质：光泽、颜色、条痕、硬度、脆度、比重和容重、导电性等。化学组成：有机质和无机质，主要元素有：碳、氢、氧、氮、硫、磷。变质程度光泽颜色硬度脆度容重导电性褐煤无光泽暗淡沥青光泽褐色黑褐色2.0～2.5脆度较小有一定韧性1.05～1.2不良导体，导电性随变质程度增高而增加烟煤长焰煤沥青光泽褐黑色2.81.2～1.4气煤强沥青光泽弱玻璃光泽2.6肥煤玻璃光泽2.6最大焦煤强玻璃光泽2.5瘦煤金刚光泽黑色黑灰色无烟煤似金属光泽灰黑色钢灰色3.5～4.0最小1.35～1.8良好第三节煤的形成与煤层特征三、煤的工业分类2．常用的煤质指标评价煤质的主要指标包括：水分W、灰分A、挥发分V、胶质层厚度Y、发热量Q、固定碳（FC）、硫S和磷P的含量以及含矸率等。煤的灰分指煤中所有可燃物完全燃烧后，煤中的矿物质发生一系列分解、化合等复杂反应后剩下的残留物，所以一般也称灰分产率。按灰分的高低将煤分为六级：特低灰分煤、低灰分煤、低中灰分煤、中灰分煤、中高灰分煤、高灰分煤。灰分是煤中的有害物质，灰分越高，煤的质量越差。挥发分和固定碳是煤中的可燃部分，随着煤的变质程度增加挥发分减少，固定碳相对增加。胶质层厚度反映