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采礦學(xué)電子教案
能源科學(xué)與工程學(xué)院
采礦系2003年3月
采礦學(xué)（煤礦開采學(xué)）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(xué)主要講授煤炭現(xiàn)代地下開采的基本知識。
讓學(xué)生掌握煤礦現(xiàn)代地下開采的基本知識。
采礦學(xué) — 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(xué)。
采礦學(xué)課程的特點(diǎn)：專業(yè)性強(qiáng)；
發(fā)展變化快，
實(shí)踐性強(qiáng)，時空關(guān)系強(qiáng)；名詞概念多；
綜合性強(qiáng) — 運(yùn)用各種科學(xué)技術(shù)綜合解決問題。
教學(xué)方法：課堂講授、錄象、模型、實(shí)習(xí)、討論。
要求：
掌握采礦工程師的基本理論和技能，學(xué)而優(yōu)則用，學(xué)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(diǎn)
1、受資源賦存條件的制約
2、工作場所不斷移動
3、復(fù)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(hù)工作空間
5、安全問題突出
2、采礦學(xué)主要參考書
徐永圻．煤礦開采學(xué)，徐州；中國礦業(yè)大學(xué)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(xué) 出版社，2001
徐永圻．中國采煤方法圖集，徐州；中國礦業(yè)大學(xué)出版社， 1990
陳炎光．中國采煤方法，徐州；中國礦業(yè)大學(xué)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(xué)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(xué)出版 社，1992
采礦學(xué)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(xué)出版社，北京：1997．2
《采煤學(xué)》（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(xué)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(jì)中葉) 煤的開采技術(shù)
(宋應(yīng)星 地質(zhì)、開拓、開采、通風(fēng)、提升、瓦斯排放)
火藥的發(fā)明 — 爆破技術(shù)促進(jìn)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(jī)器生產(chǎn)：提升、運(yùn)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(jìn)行掠奪性的開采
半個世紀(jì)以來中國煤炭工業(yè)的發(fā)展
機(jī)械化程度
國有重點(diǎn)煤礦約587處
2000年，國有重點(diǎn)煤礦機(jī)械化程度74.43%
我國于1973年引入綜合機(jī)械化采煤設(shè)備
2000年，國有重點(diǎn)煤礦綜合機(jī)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(duì)（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(dá)到高產(chǎn)高效標(biāo)準(zhǔn)。
平均全員工效 7.730t/工
高產(chǎn)高效礦井
2002年 78個綜采隊(duì)年產(chǎn)超過100萬噸
18個綜采隊(duì)年產(chǎn)超過200萬噸
9個綜采隊(duì)年產(chǎn)超過300萬噸
神華大柳塔礦綜采隊(duì)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(jì)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?。?br />
新疆、內(nèi)蒙、山西
儲量超過1千億t的省：
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(biāo)準(zhǔn)煤：發(fā)熱值為7000大卡/（29 . 27MJ）的任何能源均可折算1kg標(biāo)準(zhǔn)煤。
標(biāo)準(zhǔn)油：發(fā)熱值為10000大卡/（41 . 8MJ）的任何能源均可折算1kg標(biāo)準(zhǔn)油。
某種燃料的實(shí)際發(fā)熱值（MJ/ kg）
E = －－－－－－－－－－－－－－－－
標(biāo)準(zhǔn)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(jì)發(fā)展和人民生活水平的綜合指標(biāo)
維持最低生活，需要： 0.4 t 標(biāo)準(zhǔn)煤
豐衣足食的現(xiàn)代化生活: 1.2 ? 1.6 t標(biāo)準(zhǔn)煤
高級現(xiàn)代化生活: 2 ?3 t標(biāo)準(zhǔn)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(dá)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(xué)(煤礦開采學(xué))內(nèi)容
采礦方法，主要是采煤方法 winning method
采（帶）區(qū)準(zhǔn)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(tuán)
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(shí)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(biāo)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(biāo)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(biāo)高的水平面。
表示：標(biāo)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(yùn)輸大巷所在的水平稱運(yùn)輸水平；回風(fēng)大巷所在的水平稱回風(fēng)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(yùn)輸大巷，并擔(dān)負(fù)全階段運(yùn)輸任務(wù)的水平。
廣義的水平 — 布置大巷的某一標(biāo)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(dú)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(dá)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(yùn)輸平巷
區(qū)段上部有區(qū)段回風(fēng)輸平巷
區(qū)段平巷與采區(qū)的斜巷相連（運(yùn)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(fēng)路。
2、礦井主要生產(chǎn)系統(tǒng)
1）運(yùn)煤系統(tǒng)
2）通風(fēng)系統(tǒng)
3）運(yùn)料排矸系統(tǒng)
4）排水系統(tǒng)
5）動力供應(yīng)（電、壓風(fēng)）
6）通訊、監(jiān)測系統(tǒng)
（六）礦井開拓、準(zhǔn)備和回采的概念
1、井巷名稱
礦山井巷 — 為進(jìn)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(yùn)料、通風(fēng)、排放矸石。
風(fēng)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(yùn)輸大巷
階段回風(fēng)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(yùn)輸平巷
區(qū)段回風(fēng)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(fēng)
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(yùn)輸上下山 用于運(yùn)煤
運(yùn)料上下山 用于運(yùn)料
分帶斜巷：
運(yùn)輸斜巷
運(yùn)料斜巷
礦井開拓、準(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(diǎn):
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(qiáng)烈
工作面運(yùn)煤的刮板輸送機(jī)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(jī)械化采煤法
綜合機(jī)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(jìn)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(diǎn)：
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(jī)械化采煤技術(shù)
上世紀(jì)80年代開始采用大功率、高可靠性的機(jī)電一體化綜合機(jī)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(xué)》分支學(xué)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(xué)》分支學(xué)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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