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份采煤专业教案
采煤专业6月份培训教案
§1.0煤碳基础知识
一、我国煤炭资源分布(了解内容)
我国是世界上煤炭产量最多的国家,2006年煤炭产量为23.5亿吨;煤炭资源丰富,全国绝大多数省市区都有不同数量的煤炭资源分布,已知的含煤面积约为55万平方公里,累计探明总储量为78223.4亿吨。
仅次于俄罗斯,居世界第二位。
据预测,我国煤炭资源远景储量为50592亿吨;保有储量为10025亿吨。
仅次于俄罗斯、美国,居世界第三位。
我国的三大聚煤期:
石炭二叠纪、侏罗纪、第三纪。
根据地质构造带为界,全国划分为五个聚煤区:
1.华北聚煤区:
包括山西、山东、河北、河南、甘肃、陕西、内蒙古大部、江苏北部、辽宁和吉林南部。
其煤炭资源量占全国总煤炭资源量的53%。
2.西北聚煤区:
包括新疆、青海、宁夏、内蒙古西部。
其煤炭资源量占全国33%。
3.东北聚煤区:
包括辽宁、吉林、黑龙江、内蒙古东部。
其煤炭资源量占全国8%。
4.华南聚煤区:
包括贵州、广西、广东、海南、湖南、湖北、重庆、江西、福建、江苏和安徽南部、四川和云南大部。
其煤炭资源量占全国5.9%。
5.滇藏聚煤区:
包括西藏、青海南部、四川和云南西部。
煤炭资源量占全国0.1%。
二、煤炭资源赋存的主要特点:
1.成煤地质年代长。
从早古生代至第四纪,均有煤炭沉积。
具有工业价值煤层形成始于早石炭世,成煤期自老到新有:
早古生代、早石炭世、早二叠世、石炭二叠纪、晚二叠世、晚三叠世、早侏罗世、中侏罗世、白垩纪、第三纪、第四纪等十一个地质年代。
2.地质构造多,煤层赋存条件多样
按煤层厚度分:
薄煤层占17.36%,中厚煤层占37.84%,厚煤层占44.80%。
按煤层倾角分:
缓倾斜煤层占85.95%,倾斜煤层占10.16%,急倾斜煤层占3.89%。
我国资源赋存特点是缺油、少气、富煤。
全国石油、天然气探明储量仅占化石能源探明储量的6%,其余94%为煤炭。
煤炭1000米以浅保有储量约1万亿吨,其中探明可采储量1145亿吨。
煤层气35万亿立方米。
按目前生产和消费水平,可以开采使用100年以上。
而石油可采储量只有38亿吨,可采年限仅20年;天然气总资源量为38万立方米,探明剩余可采储量可开采37年。
三、煤的形成
在显微镜下观察,可以发现:
煤是由高等植物转化而来的。
1.成煤植物:
植物分为低等植物和高等植物。
由低等植物形成的煤称为腐泥煤;由高等植物形成的煤称为腐植煤。
目前开采主要是腐植煤。
2.成煤作用:
煤由植物经过漫长极其复杂生物化学、物理化学作用转变而成的。
成煤作用分为两个阶段:
泥炭化阶段、煤化阶段。
四、成煤的必要条件
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必要条件。
3.地理条件:
发生大面积沼泽化的自然条件。
4.地壳运动条件:
地壳大幅度快速下沉。
五、煤的工艺性质
1.煤的工业分析:
煤的工业分析是评价煤质的基本依据。
包括测定煤的水分、灰分、挥发分和计算固定碳等四个项目。
①水分:
分为内在水分和外在水分。
外在水分很容易蒸发。
②灰分:
煤燃烧后的残留物质。
灰分是煤中的有害物质,灰分越高,煤质越差。
按照灰分高低将煤分为六级。
特低灰煤(小于5.00%)、低灰分煤(5.01~10.00%)、低中灰煤(10.01~20.00%)、中灰分煤(20.01~30.00%)、中高灰分煤(30.01~40.00%)、高灰分煤(40.01~50.00%)。
③挥发分:
反映煤中有机质性质,煤的变质程度。
④固定碳:
焦渣减去灰分。
2.粘接性:
它是评价焦煤、动力煤的主要指标。
包括粘接指数、胶质层最大厚度、奥-阿膨胀度。
3.煤的发热量:
单位质量的煤完全燃烧产生的热量。
按照煤的发热量高低将煤分为六级。
低热值煤(8.50~12.50MJ/kg)、中低热值煤(12.51~17.00MJ/kg)、中热值煤(17.01~21.00MJ/kg)、中高热值煤(21.01~24.00MJ/kg)、高热值煤(24.01~27.00MJ/kg)、特高热值煤(大于27.00MJ/kg)。
六、最新煤炭分类国家标准:
将煤炭分为14类。
分别是:
无烟煤(WY)、贫煤(PM)、贫瘦煤(PS)、瘦煤(SM)、焦煤(JM)、1/3焦煤(1/3JM)、肥煤(FM)、气肥煤(QF)、气煤(QM)、1/2中粘煤(1/2ZN)、弱粘煤(RN)、不粘煤(BN)、长焰煤(CY)、褐煤(HM)。
七、煤层分类
1.煤层按厚度分类
①薄煤层:
地下开采厚度在1.3m以下,露天开采在3.5m以下的煤层。
②中厚煤层:
地下开采厚度在1.3m~3.5m,露天在3.5m~10m的煤层。
③厚煤层:
地下开采厚度在3.5m以上,露天在10m以上的煤层。
2.煤层按倾角分类
①近水平煤层:
地下开采倾角在8º以下,露天倾角在5º以下煤层。
②缓倾斜煤层:
地下开采倾角在8º~25º,露天倾角在5º~10º煤层。
③倾斜煤层:
地下开采倾角在25º~45º,露天倾角在10º~45º的煤层。
④急倾斜煤层:
地下或露天开采倾角在45º以上的煤层。
3.煤层按稳定性分类
①稳定煤层:
煤层厚度变化很小,变化规律明显,煤层结构简单或较简单,全区可采或基本可采的煤层。
②较稳定煤层:
煤层厚度有一定变化,变化规律较明显,煤层结构简单至复杂,全区可采或大部分可采,可采范围内厚度变化不大的煤层。
③不稳定煤层:
煤层厚度变化较大,变化规律不明显,煤层结构较复杂至复杂煤层。
④极不稳定煤层:
煤层厚度变化极大,呈透镜状、鸡窝状,一般不连续,很难找出规律,可采块段分布零星的煤层。
4.煤炭按煤的含碳量和煤化程度分类
⑴硬煤(含无烟煤、烟煤) ⑵褐煤 ⑶泥炭。
①无烟煤:
含碳量90%~98%,煤化程度较高,挥发分低,密度大,燃点高,无粘结性,燃烧时多不冒烟。
②烟煤:
含碳量75%~90%,煤化程度低于无烟煤高于褐煤,特点是挥发分产率范围宽,不结焦与强结焦均有,燃烧时有烟。
③褐煤:
含碳量60%~75%,煤化程度低,特点是外观多为褐色,光泽暗淡,含有较高内在水分和不同数量腐植酸。
④泥炭:
含碳量50%~60%,高等植物遗体,在沼泽中经泥炭化作用形成的一种松散富含水分的有机质堆积物。
八、煤炭开采带来的主要问题
1.资源有限,不可再生。
2.开采利用过程中带来的环境污染与生态破坏。
3.开采与利用的经济效益和社会效益。
4.煤炭开采中的安全问题。
5.煤炭工业的可持续发展问题。
九、我国煤炭工业发展历程(了解内容)
煤炭的用途:
工业动力、火力发电、化学工业原料、民用燃料。
我国煤炭开采历史悠久,距今有6800+/-150年的历史。
公元前2700年黄帝时代,中国出现了早期的采矿业,春秋战国时期(公元前500年)煤炭成为重要商品;17世纪中叶,宋应星编著了世界上第一部记录煤炭开采的技术著作《天工开物》。
1949年全国煤炭产量为0.32亿吨,2002年全国原煤产量为13.93亿吨。
其中:
国有重点煤矿生产7.12亿吨,国有地方煤矿生产2.63亿吨,乡镇煤矿生产4.18亿吨;2004年全国原煤产量达到19亿吨;2006年全国原煤产量达到22.5亿吨。
我国煤炭开采技术经历了七个阶段:
手镐采煤—风镐采煤—爆破采煤—普通机械化采煤(普采)—高档普通机械化采煤(高档普采)—综合机械化采煤(综采)—综合普通机械化放顶煤采煤(综放)。
2005/2006年我国能源生产、消费构成。
能源生产/消费构成
单位
05年
06年
标准煤国内生产总量以能源生产总量为100
万吨
100
100
煤炭
%
68.5/65.3
70.7/66.1
石油
%
19.4/24.3
17.2/23.4
天然气
%
3.3/2.7
3.2/2.7
水力发电
%
8.7/7.7
8.9/7.8
据专家分析,2050年我国能源结构中煤炭仍将占50%以上。
十、教学重、难点与学习方法(了解内容)
1.教学重、难点
§1井田开拓基本知识:
井田内再划分、矿井储量、生产能力和服务年限
§2井田开拓方式:
平峒、斜井、立井、综合开拓;井筒形式分析与选择。
§3井底车场:
井底车场调车方式及通过能力、井底车场形式及其选择。
§4井田开拓的基本问题:
井筒的数目及位置、开采水平的划分、开采顺序、采掘关系与三量管理、水平大巷布置、矿井开拓延深、矿井技术改造。
§5采煤方法概述:
采煤方法概念及其分类、采煤方法的选择、采煤方法发展方向。
§6采煤工作面矿山压力基本规律(选):
矿山压力基本概念、采煤工作面围岩移动特征、采煤工作面矿山压力显现规律。
§7缓斜倾斜煤层走向长壁采煤法采煤系统:
单一薄及中厚煤层走向长壁采煤法采煤系统、煤层群走向长壁采煤法采煤系统、采区车场形式。
§8近水平煤层走向长壁采煤法采煤系统(选):
井筒数目及位置、开采水平划分。
§9长壁采煤法采煤工艺:
炮采工艺、普采工艺、综采工艺、其他条件下机采工艺、倾斜长壁采煤法采煤工艺特点、采煤工艺特殊技术措施、采煤工艺方式选择。
§10采煤工作面生产技术管理:
生产组织管理、技术管理、质量管理、安全管理。
§11厚煤层放顶煤采煤法(选):
基本特点及类型、放顶煤支护设备、放顶煤工作面矿压显现特点及顶煤破碎规律、放顶煤采煤工艺、厚煤层放顶煤采煤法技术发展展望。
§12急斜煤层采煤法:
开采特点、采区巷道布置方式、走向长壁采煤法、伪斜柔性掩护支架采煤法、水平分段放顶煤采煤法、水平分层及斜切分层采煤法、仓储采煤法。
§13柱式采煤法(选):
柱式采煤工艺、柱式采煤法特点及适用条件。
§14其他采煤法(选):
“三下一上”采煤方法、水力采煤法、水砂充填采煤法、深井采煤、煤炭地下气化。
§15矿井开采设计:
设计依据、程序和内容、设计方法、矿井开拓设计示例。
§16采区方案设计:
采区设计依据、程序、步骤和内容、采区参数的确定。
§17采区车场轨道线路设计:
轨道线路设计基础、采区下、中、上部车场设计。
§18采区峒室设计:
采区煤仓、采区绞车房、采区变电所、采区水泵房设计。
§1.1井田开拓基本知识
§1矿井生产概况
一、基本概念
1.煤田:
在地质历史发展过程中,由含炭物质沉积形成基本连续的大面积含煤地带。
2.矿区和矿区开发
开发煤田形成的社会组合,成为矿区。
根据煤炭储量、赋存条件、煤炭市场需求量、投资环境等情况,确定矿区规模,划分井田,规划井田开采方式、规划矿井或露天矿建设顺序、确定矿区附属企业的类别、数目和生产规模、建设过程等,总称为矿区开发。
3.井田:
在矿区内,划归给一个矿井开采的部分煤田。
二、矿井巷道
矿井井巷按其所处空间位置和形状,可分为垂直巷道、水平巷道和倾斜巷道。
1.垂直巷道
立井——有直接通达地面出口的垂直巷道,一般位于井田中部。
暗立井——没有直接通达地面出口的立井,装有提升设备。
溜井——担负自上而下溜放煤炭或矸石任务的暗井。
2.倾斜巷道
斜井——有直接出口通达地面的倾斜巷道。
暗斜井——没有直接通达地面的出口、用作相邻的上下水平联系的斜巷。
上山——无直接出口通往地面,位于开采水平以上,为本水平或采区服务的斜巷。
下山——位于开采水平以下,为本水平或采区服务的倾斜巷道。
3.水平巷道
平硐——有出口直接通到地表的水平巷道称为平硐。
石门——和煤层走向正交或斜交的水平岩石巷道。
煤门——开掘在煤层中并与煤层走向垂直或斜交的水平巷道。
平巷——没有出口直接通达地表,沿煤层走向开掘的水平巷道。
根据巷道服务范围及其用途,矿井巷道分为开拓巷道、准备巷道和回采巷道三类。
⑴开拓巷道:
为全矿井或一个开采水平服务的巷道。
⑵准备巷道:
为采区、一个以上区段、分段服务的运输、通风巷道。
⑶回采巷道:
形成采煤工作面及为其服务的巷道。
三、矿井生产系统
矿井生产系统是指在煤矿生产过程中的提升、运输、通风、排水、人员安全进出、材料设备上下井、矸石出运、供电、供气、供水等巷道线路及其设施,是矿井安全生产的基本前提和保证。
矿井生产系统包括井下生产系统和地面生产系统。
(一)井下生产系统:
运煤系统、通风系统、运料排矸系统、排水系统、(补充)供电系统、防火系统、防尘洒水系统、瓦斯抽放系统、瓦斯监控系统等。
(二)地面生产系统
地面生产系统通常包括:
地面提升系统;运输系统;排矸系统;选煤系统和管道线路系统;变电所、压风机房、锅炉房、机修厂、坑木加工厂、矿灯房、浴室及行政福利大楼等专用建筑物。
1.地面生产系统类型
(1)无加工设备的地面生产系统。
(2)设有选矸设备的地面生产系统。
(3)设有筛分厂的地面生产系统。
(4)设有洗选厂地面生产系统。
2.地面排矸运料系统:
矸石场的选址及类型,材料、设备的运输。
(1)矸石场的选址及类型。
矸石场一般选择在工业场地、居民区的下风方向,尽量不占或少占良田;距压风机房、入风井口不小于80m;距坑木场不小于50m;距居住区一般不小于700m;矸石不得堆放在水源上游和河床上。
能自燃的矸石,不能堆放在煤层露头、表土下10m以内有煤层的地面上,或采空区可能塌陷而影响到井下的范围内。
矸石场按照矸石的堆积型式可以分为平堆矸石场和高堆矸石场两种。
目前采用较广泛的是高堆矸石场,堆积高度一般为25~30m,自然坡角为40°~45°。
(补充)防止矸石场雨季出现滑坡、泥石流等地质灾害的措施:
①矸石场不能布置在山洪、河流可能冲刷到的地段。
②依山而建的矸石场要设置永久性排水系统,并保持畅通。
③矸石场四周必须设置厚度不小于1m倒梯形挡矸墙。
④矸石场中矸石堆积高度不得超过设计规定,
⑤矸石堆积坡度不得大于自然安息角(42°~45°)。
(2)材料、设备的运输。
材料、设备的运输系统都必须以副井为中心。
3.地面管线系统:
上下水道、热力管道、压缩空气管道、地下电缆、瓦斯抽放管路、灌浆管路等。
§1.2煤田划分为井田
一、井田划分的原则
1.要充分利用自然条件
在可能的条件下,尽量利用大断层等自然条件作为井田边界,或者利用河流、铁路、城镇下留设安全煤柱作为井田边界。
2.要有合理的走向长度
井田范围必须与矿井生产能力相适应,保证矿井有足够的储量和合理的井田参数,尤其是要有合理的走向长度。
在一般情况下,为便于合理安排井下生产,井田走向长度应大于倾斜长度。
我国现阶段合理的井田走向长度一般为:
小型矿井不小于1500m;中型矿井不小于4000m;大型矿井不小于7000m;特大型矿井可达10000~15000m。
3.要处理好与相邻井田的关系
划分井田边界时,通常把煤层倾角不大,沿倾斜延展很宽的煤田,分成浅部和深部两部分。
一般应先浅后深,先易后难,分别开发建井,以节约初期投资,避免浅、深部矿井形成复杂的压茬关系,给开采带来困难。
4.要为矿井的发展留有余地
划分井田时,应充分考虑煤层赋存条件、技术发展趋势等因素,适当将井田划得大一些或者留一个后备区,为矿井的发展留有适当的余地。
5.要有良好的安全经济效果
划分井田时,要力求使矿井有合理的开拓方式和采煤方法,便于选定井口位置和地面工业场地,有利于保护当地的生态环境,矿井井巷工程量小,投资省,建井期短,生产作业环境好,安全可靠,为煤矿企业取得最大的经济效益和社会效益打下好的基础。
6.(补充)要有利于矿井生产技术管理
在不受其它条件限制的情况下,一般采用直线或折线形式来划定井田境界线,尽量避免曲线境界线,以有利于矿井设计和生产技术管理工作。
二、井田人为境界的划分方法
人为境界划分方法,有垂直划分、水平划分、按煤组划分及按自然条件形状划分等。
1.垂直划分:
相邻矿井以某一垂直面为界,沿境界线两侧各留井田边界煤柱。
2.水平划分:
以一定标高的水平面为界,即以一定标高的煤层底板等高线为界,并沿该煤层底板等高线留置边界煤柱。
3.按煤组划分:
按煤层(组)间距的大小来划分矿界,即把煤层间距较小的相邻煤层划归一个矿井开采,把层间距较大的煤层(组)划归另一个矿井开采。
§1.3井田内再划分
一、井田划分成阶段
1.阶段的划分及特征
⑴阶段:
在井田范围内,沿着煤层的倾斜方向,按一定标高把煤层划分为若干个平行于走向的长条部分,每个长条部分具有独立的生产系统。
⑵井田走向长度:
即为阶段的走向长度
⑶阶段垂高:
阶段上部边界与下部边界的垂直距离,一般为100~250m。
⑷阶段的倾斜长度为阶段斜长。
2.水平与开采水平的概念
①(补充)水平:
沿煤层走向某一标高布置运输大巷或总回风巷的水平面。
②开采水平:
通常将设有井底车场、阶段运输大巷,担负全阶段运输任务的水平。
③单水平上、下山开拓:
只适合倾角小于16°、倾斜长度小的井田。
④多水平开拓:
分为多水平上山、多水平上下山、多水平混合式开拓。
⑤井田内水平和阶段的开采顺序:
先上部水平和阶段,后下部水平和阶段。
二、阶段内的再划分
井田划分为阶段后,阶段范围仍然较大,通常需要再划分,以适应开采技术的要求。
阶段内的划分一般有三种方式:
采区式、分段式和带区式。
1.采区式划分
在阶段范围内,沿走向把阶段划分为若干个具有独立生产系统的块段。
采区倾向长度与阶段斜长相等。
采区走向长度一般由500m到2000m。
采区斜长一般为600~1000m。
在采区范围内,沿煤层倾向将采区划分为若干区段。
2.分段式划分
在阶段范围内不划分采区,而是沿倾向将煤层划分为若干平行于走向的长条带,每个长条带称为分段,每个分段沿斜长布置一个采煤工作面。
分段式划分仅适用于地质构造条件简单、走向长度较小的井田,在我国很少采用。
3.带区式划分
在阶段内沿煤层走向划分为若干个具有独立生产系统的带区,带区内又划分成为若干个倾斜分带,每个分带布置一个采煤工作面。
在煤层倾角较小(<12°)的条件下,带区式的应用正在扩大。
三、近水平煤层井田划分
通常,沿煤层延展方向布置大巷,在大巷两侧划分成为具有独立生产系统的盘区。
四、(补充)井田划分为开采区域
特大型矿井,井田面积很大,往往首先将井田划分为开采区域。
在开采区域内,再划分为阶段或盘区。
这种方式适用于井田范围大、储量丰富的特大型矿井。
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