煤矿开采学

煤矿开采学资源与环境工程学院刘承论一、课程的性质、目的及任务课程性质：《煤矿开采学》是研究矿床开采的综合性技术科学，是采矿工程专业方向核心课程和主干课程。本课程的任务：是讲授现代化矿井的开拓方式、准备方式、采煤方法、矿井设计的基本原理和主要方法。本课程的目的：通过本课程的学习，使采矿工程专业的学生对矿井生产系统、生产环节和开采技术有比较全面和系统的了解，使学生初步掌握现代化采矿技术，具有进行工艺设计、采区、盘区或带区设计及矿井开采设计的初步能力，并为今后研究开采问题或进矿井开采设计打下理论基础。二、适用专业：采矿工程专业地下开采方向三、先修课程：地质学、测量学、矿山压力及岩层控制、井巷施工技术。四、课程的基本要求1、了解煤田划分井田的方法；掌握矿井储量的分类、矿井生产能力确定的原则、井田开拓方式分类和井田开拓解决的主要问题。2、掌握立井、斜井、平硐开拓方式的特点及适用条件。3、掌握阶段划分、开采水平设置、上下山开采、大巷布置、采掘三量管理的基本理论和方法。4、掌握井底车场线路及硐室组成、要求及调车方式。5、了解矿井开拓延深及技术改造的方法和内容。6、掌握矿井开采设计的基本理论与方法。7、掌握准备方式的类型及适用条件。8、掌握准备巷道布置的基本理论，掌握采区、盘区、带区设计及技术参数确定的方法；了解准备方式的改革及发展趋势。9、掌握采区车场的设计方法和轨道线路设计的基础知识。10、掌握不同采煤工艺方式的装备、装备配套原则、工艺过程、工艺技术管理及参数确定方法、适用条件及选择采煤工艺方式的依据。11、掌握单一长壁采煤法回采巷道布置的基本理论和方法。12、掌握厚煤层倾斜分层长壁采煤法巷道布置及工艺过程。13、掌握放顶煤采煤法的基本理论、巷道布置、技术参数和工艺过程。14、掌握急倾斜煤层开采的基本理论、不同采煤方法的巷道布置、技术参数、工艺过程及适用条件。15、掌握选择采煤方法的原则，了解采煤方法的发展趋势。五、课程的教学内容（一）课堂讲授的教学内容1、矿井开采的基本概念2、井田开拓煤田开发，井田开拓方式，井田开拓的基本问题，井底车场，矿井开拓延深与技术改造，矿井开采设计。3、准备方式准备方式分类，准备巷道布置及参数分析，采区车场。4、采煤方法1）单一长壁采煤法2）倾斜分层采煤法3）放顶煤采煤法4）急倾斜煤层采煤法5、长壁工作面采煤工艺采煤工艺方式及装备配套，采煤工艺技术管理及设计。（三）实验课的教学内容1、平硐、斜井、立井开拓方式及井底车场2、石门盘区、上山盘区、厚煤层分层开采采区或带区巷道布置3、长壁工作面布置及采煤工艺过程4、回采巷道布置5、急倾斜煤层采煤方法《煤矿开采学》课程学时分配内容讲课课堂讨论录象课实验实习小计（一）总论4（二）井田开拓242（三）准备方式122（四）采煤方法262合计66672六、主要参考书1．煤矿开采学(修订本)，徐永坼，中国矿业大学出版社，1999.82．中国采煤方法，陈炎光，徐永坼，中国矿业大学出版社，1991.83．中国采煤方法图集，徐永坼，中国矿业大学出版社，19904．中国采煤学，张先尘，钱鸣高，煤炭工业出版社，2003.85．中国煤矿高产高效技术，徐永圻，中国矿业大学出版社，2001八、评价方式1、闭卷考试（笔试）占80%2、平时作业与测验占20%九、说明1、随着煤矿开采技术的发展，讲课过程中应适当补充一些新的内容；2、课程结束后，进行两周的课程设计；3、课程设计完成后，进行四周的生产实习。小结：1.课程的性质、目的及任务2.课程的基本要求3.课程的教学内容4.主要参考书5.考核评价方式煤炭工业以开采煤炭为目的煤炭开采地下开采9394%露天开采67%主要讲授煤炭现代地下开采的基本知识。让学生掌握煤矿现代地下开采的基本知识。煤矿开采学——研究矿山开采技术及其内部规律性的综合性技术科学。《煤矿开采学》总论采矿学课程的特点：专业性强；发展变化快，实践性强，时空关系强；名词概念多；综合性强——运用各种科学技术综合解决问题。教学方法：课堂讲授、模型、实习、讨论。要求：掌握采矿工程师的基本理论和技能，学而优则用，学而优则创。记笔记；自学；阅读参考书；提出新采矿方法。煤矿地下开采的特点(1)受资源赋存条件的制约(2)工作场所不断移动(3)复杂的生产和管理系统(4)必须设置人工构筑物保护工作空间(5)安全问题突出1、我国矿产资源种类齐全人类已开发应用的矿产约160种我国已发现150多种已查明储量130多种2、我国是世界上开创采矿业最早的国家之一1万年前开采并利用石料4千多年前能够开采铜、铁、金和煤等矿产。一、我国采矿生产技术的发展石涅—春秋战国时期，《山海经》“女床之山,其阴多石涅。”——《西山经》，石涅就是石墨，也叫黑石脂。石墨—魏、晋时期“石墨可书,又然之难尽,亦谓之石炭。”-《水经注》石炭—南北朝煤炭—元代至今，宋应星《天工开物》我国古代煤炭名称封建社会的采矿业春秋战国（公元前500年）煤是重要的产品公元前100年冶铜、冶铁技术明末(17世纪中叶)煤的开采技术(宋应星地质、开拓、开采、通风、提升、瓦斯排放)火药的发明—爆破技术促进了开采技术近代社会中国采矿业我国1876年创办基隆煤矿1875年5月,清政府同意李鸿章等人在台湾等试办煤矿,后来台湾基隆煤矿成效显著,年产量达到54,000吨,它是中国第一座近代化煤矿。1878年创办开平煤矿开平唐山煤矿开平矿务局于1891年发行的股票清朝光绪二年(1876年),直隶总督李鸿章委派唐廷枢在河北唐山的开平镇开设煤矿,为洋务派创建的轮船招商局、天津机器局供应燃料,并在市场上销售。煤矿一度与英商合办。该矿目前尚存1850年后近代采矿工业机器生产：提升、运输、排水如开滦、抚顺、淄博、萍乡帝国主义对我国煤炭资源进行掠夺性的开采半个世纪以来中国煤炭工业的发展时间（年）产量（亿t）19490.32419796.3554199010.79199512.92199613.74时间（年）产量（亿t）199910.4420009.99200111.06200213.93200316.4200623.25199713.25199812.33200725.5国有重点煤矿约587处我国于1973年引入综合机械化采煤设备2000年，国有重点煤矿综合机械化程度56.78%2000年，国有重点煤矿机械化程度74.43%2006年，国有重点煤矿机械化程度82.7%机械化程度高产高效矿井模式：一矿一面或一矿两面综采：一个队（一个采面）100万t/a2002年78个综采队年产超过100万吨18个综采队年产超过200万吨9个综采队年产超过300万吨神华大柳塔矿综采队年产803万吨一矿一面全矿产量920万吨全矿职工350人济三矿（设计500万）2001年530万2002年800万2003年1000万高产高效矿井建设煤炭是我国的主要能源煤炭储量：我国含煤面积约55万km22002年底探明可直接利用的储量为1886亿t按年产19亿t，可采100年2002年底有6872亿t资源量我国煤炭占一次能源结构的70%左右我国石油、天然气等资源有限，趋于枯竭。水电、核能，近几十年发展不能根本解决中国能源问题。中国煤炭资源分布除上海外各省和自治区均有，北部占探明储量的86%，南部占探明储量的14%储量超过了5000亿t的省：新疆、内蒙、山西储量超过1千亿t的省：陕西、宁夏、甘肃、贵州、河北、山东、安徽中国能源消耗构成年度消费（%）煤石油天然气水利核能195096.720.910.032.330197081.5614.141.233.060198069.5023.752.983.770199074.2019.002.004.800200069.4019.902.806.901202068.0014.405.408.503.7煤与人民生活息息相关人均能耗：每人每年的能源平均消耗量t（人．年）是衡量国家经济发展和人民生活水平的综合指标维持最低生活，需要：0.4t标准煤丰衣足食的现代化生活:1.21.6t标准煤高级现代化生活:23t标准煤。国家美国苏联西德英国法国日本中国世界平均t/P.y12.65.95.75.45.14.51.21.2我国把每公斤含热7000大卡（29306千焦）的定为标准煤,也称标煤•中国煤炭工业的发展历史及现状；•发展速度与成就举世瞩目，煤炭产量曾连续居世界第一；•中国的采矿业总体来讲与发达国家有不小的差距，但潜力巨大；•资源人均占有量低。小结采矿方法，主要是采煤方法winningmethod采（带）区准备prepare矿井开拓development矿井设计minedesign二、煤矿开采学的内容三、矿井开采的基本概念煤田（coalfield）—在地质历史发展过程中，由含炭物质沉积形成的大面积含煤地带。矿区（miningarea）—开发煤田所形成的社会组合。一般一个矿区开发一个煤田矿务局，矿业集团+++++++++1+++++++++二一53三五4四2×××九八六6七++++×××××××××××××××××××井田（Undergroundminefield）（一）井田划归一个矿井开采的那部分煤田或全部煤田。范围（储量）：走向长度倾向水平投影（宽度）井田面积大小井型井田走向长度（m）小型矿井1500中型矿井4000大型矿井7000+++++++++1+++++++++二一53三五4四2×××九八六6七++++×××××××××××××××××××（二）矿井生产能力和井型（designedminecapacityandproductionscaleofmine）矿井生产能力—矿井设计生产能力，万t/a。即设计中规定矿井在单位时间（年或日）内采出的煤炭和其它矿产品的数量。矿井核定生产能力—矿井经过技术改造，核定后的生产能力，万t/a。井型—根据矿井设计生产能力不同，我国将矿井分为大、中、小三种类型，称井型。井型生产能力(万t/a)备注大型矿井120、150、180、240、300、400、500、500300万t/a及其以上称特大型矿井中型矿井45、60、90小型矿井9、15、21、30。矿井年产量（effectiveoutputperyear）矿井年产量—矿井实际生产的煤炭数量，万t/a。矿井年产量与生产能力有时同义，有时不同义。（三）矿井可采储量和服务年限矿井可采储量Zk生产能力A服务年限T可采储量愈多，生产能力和服务年限应愈大；可采储量一定，应有合理的生产能力和服务年限。国外大型矿井的服务年限40~50a，国内一般不小于60a；国内外矿井的生产能力有增大和服务年限有缩小的趋势。kAZTk（四）井田内的再划分1、井田划分为阶段阶段（horizon）—沿一定标高划分的一部分井田。阶段划分在井田范围内，沿煤层倾斜方向，按一定标高将煤层划分为若干平行于走向的并等于井田走向全长的长条形，每一个长条形叫一个阶段。阶段的走向长等于井田的走向长阶段下部布置运输大巷,阶段上部布置回风大巷井田划分为阶段主井副井风井运输大巷回风大巷阶段二水平_+01三水平-300-150+1502一水平井田划分为阶段阶段的开采顺序：下行式水平（level）水平（level）—常指某一标高的水平面。表示：标高、开采顺序、用途及范围水平名称：（1）0、-200、-500水平等（2）矿井生产中，表示开采顺序，又称第一（开采）水平、第二水平（3）矿井生产中，常把运输大巷所在的水平称运输水平；回风大巷所在的水平称回风水平。开采水平（mininglevel）开采水平（简称水平）（mininglevel）：布置有井底车场、阶段运输大巷，并担负全阶段运输任务的水平。广义的水平：布置大巷的某一标高的水平面既包括一个水平，又包括所服务的阶段（二）阶段内的再划分1阶段划分为采区，采区划分为区段Ⅰ阶段Ⅱ阶段Ⅲ阶段Ⅲ阶段Ⅱ阶段Ⅰ阶段1区段2区段3区段1区段2区段3区段采区采区式划分采区（district）与区段（districtsublevel）采区：在阶段范围内，沿走向把阶段划分为具有独立生产系统的区域，每一区域叫一