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2．煤的工业分类

我国现行的工业分类，是以炼焦煤为主的分类方案，分类指标主要用挥发分和胶质层的最大厚度y（mm）为指标划分煤的种类，从无烟煤到褐煤分为十大煤种，即无烟煤、烟煤（贫煤、瘦煤、焦煤、肥煤、气煤、弱粘煤、不粘煤、长焰煤）、褐煤。

第四节煤层的埋藏特征

一、煤层赋存状态

1）煤层的厚度

薄煤层煤层厚度从最小可采厚度至1.3m

中厚煤层煤层厚度1.3m至3.5m

厚煤层煤层厚度3.5m以上

2）煤层的稳定性

稳定煤层、较稳定煤层、不稳定的煤层、极不稳定煤层。

3）煤层的倾角

缓斜煤层0°

～25°

倾斜煤层25°

～45°

急斜煤层45°

～90°

通常又把8°

以下的煤层称为近水平煤层。

二、影响开采工作的其他因素

1）煤的自燃倾向性

煤的自燃性决定于煤的疏松程度及氧化过程的剧烈程度。

煤愈松软，煤层愈厚或氧化愈快，其自燃危险就愈大。

2）煤和岩层的含瓦斯性

瓦斯的涌出和积聚不但给矿井生产带来许多困难，还可能造成严重的灾害。

因此，在开采含瓦斯较大的煤层时，应当在技术上采取特殊措施。

3）矿井的充水程度

矿井开采时，由于巷道开掘和采空区塌陷，必然波及煤层上下的含水层以及地表下的水源，而造成矿井充水。

严重时还可能威胁矿井安全。

第五节煤田地质勘探及矿井储量

一、煤田地质勘探的任务

了解矿井资源/储量、井田地质条件、煤层赋存条件、水文地质条件、开采技术条件、煤种煤质等矿井的资源条件。

二、煤田地质勘探工作的阶段划分

煤田地质勘探工作划分为煤田普查、矿区详查和井田精查三个阶段依次进行。

三、矿井储量

矿井储量分为：

矿井地质资源量、矿井工业储量、矿井设计储量、矿井设计可采储量。

第二章煤矿地质图

第一节地质图件绘制的特点

一、坐标系统

1）平面直角坐标

2）高程：

绝对高程和相对高程

二、方位角及象限角

方位角是从子午线的北端开始沿顺时针方向计算，它的范围从0°

到360°

。

象限角以地面上某一点为中心，用通过这一点的子午线和纬线把大地划成四个象限。

象限角的读法是以北或南开头，以东或西结尾，它的范围从0°

到90°

三、投影图

平面图：

采用水平投射绘制而成的各种地质及工程图件，又称作水平投影图。

剖面图：

根据工程和设计的需要，假想把煤层和岩层沿某个方向切开，把切开面所见到的内部结构向侧面投影成图。

四、标高投影

在水平投影图上，把投影物各点的标高值标注在各投影点位置的旁侧，用来说明各个点高于或低于水平面的数值，这就叫标高投影。

第二节地形图

反映地球表面高低起伏形状的图纸称为地形图。

地形图中一般用地形等高线反映地貌。

一、等高线

等高线是地面上高程相同的若干点联接而成的曲线，或者说是水平面与地表面相截的交线。

将高程不同的等高线投影到平面上，则得到等高线图。

等高线具有下列特点：

（1）等高线是连续的闭合曲线，如果不在图内闭合，就一定要在图外闭合。

所有等高线在一般情况下，不能相交或重合。

（2）等高线上任一点向相邻等高线可以作很多线段，投影到水平面后，其中最短的一条线段称为最大倾斜线。

等高线与最大倾斜线成直交。

（3）等高线稠密表示陡坡，等高线稀疏表示缓坡，等高线间距均匀表示坡度一致。

二、等高线图上各种地形的表示方式

三、根据等高线图作地形剖面图

1）根据工程需要在地形图上画出剖面位置线AB。

2）将AB线与等高线相交的各点编号，注明各点标高。

3）在图的下方或另用一张纸绘地形剖面图。

在这张纸上先做一条水平直线，以地形等高线图上所做剖面位置的最低标高为此水平线的标高，此处为10m。

4）根据等高线图的比例尺和等高距做出平行于该直线的水平线，并注明标高。

5）过等高线图上各交点，向剖面图上的水平线作垂直引线，根据各点的标高在剖面图上确定各点的位置，并编号1′、2′、3′……。

6）用圆滑的曲线连接这些实际位置点，即绘成地形剖面图。

第三节煤层等高线图

一、煤层顶底板等高线图

煤层层面与具有一定高程的水平面相交所得到的交线，就是煤层层面上的等高线。

把煤层层面上的等高线用标高投影的方法投影到水准面上，得到的图形就是煤层等高线图。

煤层层面有上下之分，上层面是煤层与顶板的交面，下层面是煤层与底板的交面。

上层面等高线图叫做煤层顶板等高线图，下层面等高线图又称为煤层底板等高线图。

煤层顶、底板等高线图都是煤矿常用图纸，尤其底板等高线图运用最为普遍。

煤层顶底板等高线图是反映煤层空间形态和构造变动的重要地质图件，是煤矿设计，生产、储量计算的基础。

图2-19为某矿煤层底板等高线图。

煤层顶底板等高线图的比例尺，根据生产需要和地质条件确定，常用的比例尺是1∶5000、l∶2000、l∶1000。

等高距的大小取决于图纸的比例尺和煤层倾角，常用的等高距是100m，50m、20m。

二、根据煤层底板等高线确定煤层产状

煤层底板等高线的延展方向就是煤层的走向，过等高线上任一点向标高值较小的等高线作垂线，该垂线方向就是煤层的倾向。

煤层倾角可在煤层底板等高线图上用作图法或计算求得，如图2-11所示，其步骤如下：

在任意两等高线之间作垂线AB，AB即为两等高线之间的平距l。

过B作AB的垂线BC，并取BC等于两等高线之高差h，联接AC，则角CAB即为煤层倾角。

或用下式计算煤层倾角：

三、各类地质构造在煤层底板等高线图上的表现

1．褶曲构造

煤层底板平整，倾角均匀，走向稳定时，煤层底板等高线表现为间距大致相

等的一组直线。

煤层走向发生变化时，表现为煤层底板等高线弯曲。

煤层倾角的变化则表现为煤层底板等高线的水平距离发生变化。

等高线平距越大，则煤层倾角越平缓，等高线的平距越小，则煤层倾角就越陡，如图2-12所示。

煤层褶曲表现为煤层底板等高线发生弯曲，若等高线凸出方向，是标高升高方向则褶曲为向斜，若等高线凸出方向是标高降低方向，褶曲为背斜，如图2-13所示。

煤层底板等高线为封闭曲线时，等高线标高由边缘向中央逐渐增加则为穹隆构造，相反标高逐渐降低则为盆地构造，如图2-14。

煤层发生翻转的褶曲通常叫做倒转，倒转部分又称反山，这时煤层的底板等高线表现为标高顺序错乱，等高线出现交叉，如图2-15所示。

2．断层

在煤层等高线图上，断层是用断层面与煤层层面的交线的水平投影来表示，一般叫做断层交线或交面线。

因为断层有上下两盘，所以一条断层有两条交面线，上盘交面线用符号—·

—表示，下盘交面线用符号——表示。

断层使煤层底板等高线失去连续性，一般情况下，正断层表现为等高线中断缺失，中断缺失部分为无煤带，逆断层表现为煤层等高线重叠，重叠部分为煤层上下两盘重复区，如图2-16

第四节煤矿常用的其他地质图件

每一种地质图件往往只能反映矿井地质现象的一个侧面，而几种地质图件配合起来就能比较全面地反映矿井地质及构造的全貌。

煤矿常用的主要地质图件除前面已讲过的地形图，煤层顶底板等高线图、还有地质地形图、煤系综合柱状图，地质剖面图，水平切面图等。

一、地质地形图

地质地形图实际上是地形图和地质图重叠绘制在一起的地质图件，它既反映了图区地表的地形特征和地物分布位置，又反映了图区煤、岩的露头分布及地质构造。

地质地形图的主要内容是地形等高线、地物分布及各种地质界线。

二、煤系综合柱状图

以统一的图例及简短的文字来说明井田内煤层层数、煤层厚度，层间距离、标志层特征，煤层顶底板岩性及含水层等主要内容的地质图件。

它可以作为煤层对比的依据，有利于矿井生产期间对地质构造的判别。

三、煤岩对比图

在一个煤田内，煤层往往不止一层，而是几层，多至数十层。

为了正确判断煤层层位和构造，通常利用标志层，古生物化石、层间距和煤层本身特征等来对煤系进行研究，找出判定煤层的可靠依据，通常称为煤层对比。

概括煤岩对比成果的图纸称为煤层对比图。

四、地质剖面图

剖面图是假设将大地切开，反映切开面上的煤层或岩层的厚度、层间距、倾角和地质构造特征等，以及沿剖面方向的地形起伏等。

剖面图比较形象直观，在生产中使用广泛。

剖面的位置可根据需要选取。

五、水平地质切面图

水平地质切面图是假设沿某一标高的水平方向将地层切开，反映水平切开面上的煤、岩分布及地质构造特征和巷道与煤层相对关系的图件。

水平切面图在煤层倾角较大和开采煤层群的矿井使用较广泛。

第五节读图方法

1）看图名。

不论什么地质图首先应该看图名。

图名可以说明地质图件所在地区及图纸的种类，从而对图纸能反映些什么地质现象有清楚的概念。

进而看图纸的比例尺，了解图纸上尺寸与实际尺寸的关系及图纸反映的地质现象的精度。

2）判明方位。

一般图纸常用箭头指示北方。

如果图上没有标明方向，则图纸上的经纬线应是上北下南，左西右东。

3）看图例。

图例是表示地形、地物以及各种地质和构造现象的符号，是地质图件中不可缺少的部分。

不知道图例就无法看懂地质图件。

煤矿常用的地物、地质构造等图例如表2-1所示。

4）分析图中的内容。

在了解对地质地形图上的上述情况后，还应该了解地区地层系统，建立起该地区地层系统概念，而后看地形等高线，了解图区内的地形特征，并结合地质剖面图分析区内的地质构造特征。

第三章井田开拓的基本问题

第一节煤田划分为井田

1.煤田

在地质历史发展的过程中，含碳物质沉积形成的基本连续的大面积含煤地带称为煤田。

2.矿区和矿区开发

开发煤田形成的社会区域，成为矿区。

矿区根据储量、赋存条件、煤炭市场需求量和投资环境等情况，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那一部分煤田。

一般情况下：

煤田－（矿区）－井田（矿井）

一、划分的原则

1．井田范围、储量、煤层赋存及开采条件要与矿井生产能力相适应

2．保证井田有合理的尺寸

3．充分利用自然等条件划分井田

4．合理规划矿井开采范围，处理好相邻矿井之间的关系

二、井田境界的划分方法

（一）垂直划分：

相邻矿井以某一垂直面为界，沿境界线各留井田边界煤柱，称为垂直划分。

（二）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。

（三）按煤组划分

（四）以自然边界（如断层等）划分

第二节矿井生产能力和服务年限

一矿井生产能力

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。

二、矿井服务年限

矿井服务年限是指按矿井可采储量、设计生产能力，并考虑储量备用系数计算出的矿井开采年限。

三、矿井生产能力、服务年限与储量的关系

T=ZK/AK

Zk－矿井可采储量，万吨；

T－矿井设计服务年限，a；

A－矿井设计生产能力，万吨/a；

K—储量备用系数，1.3～1.5。

储量备用系数是为保证矿井有可靠服务年限而在计算时对储量采用的富裕系数。

第三节井田再划分

一、井田划分阶段

1．阶段划分及特征

（1）阶段概念：

在井田范围内，沿煤层倾斜方向，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，称之为一个阶段。

（2）开采水平：

布置有井底车场和主要运输大巷，并担负该水平开采范围内的主要运输和提升任务的水平。

一个开采水平可只为一个阶段服务，也可以为该水平上下两个阶段服务。

二、井田划分为盘区

当井田内煤层倾角很小，接近水平时，由于煤层沿倾斜方向高差很小，没有必要再按标高划分阶段。

这时，可沿煤层主要延展方向布置主要大巷，将井田分为两翼，然后以大巷为轴将两翼分成若干适宜开采的块段，每个块段叫一个盘区。

每个盘区通过盘区石门与主要大巷相连构成相对独立的生产系统，见图3—6。

三、井田分区域划分

随着开采技术的发展和煤层埋深的增加，矿井开采强度越来越大，出现了许多特大型、巨大型矿井。

国外已出现了年产量超过千万t的矿井。

这些矿井井田范围广阔，可达上百平方公里，煤层沿走向长可达数十公里。

这就势必造成井下运输距离、通风线路、管线敷设过长，给生产和管理带来困难。

为此，有的矿井采用了分区域开采的办法，就是将整个井田划分成若干个区域，每个区域相当于一个小井田，进一步划分成阶段、盘区等。

每个区域开凿辅助提升井和风井为本区域服务。

在井田中央开凿集中提升井

四、阶段内再划分

1．分区式

2．分带式布置

3．分段式

4．整阶段布置

第四节井田内开采顺序

一、煤层沿倾斜的开采顺序

1、下行开采

2、上行开采

说明：

一般地，不论是整个井田，还是阶段内、采空区内，对同一煤层，都应首先考虑使用下行开采顺序。

二、煤层沿走向的开采顺序

1、前进式

2、后退式

三、连续式开采的概念

采用分段和整阶段布置时，工作面都是在阶段走向方向不停顿地连续推进，称为连续式开采。

连续式开采具有开采的准备工作量少，工作面可以连续推进较长的距离，搬家次数少等特点，对装备复杂的机械化工作面，其优点更为突出。

但是，由于工作面连续推进，要求井田内没有或很少有地质变动，尤其是没有倾向断层，才能取得较好的技术经济效果。

一般适用于煤层埋藏稳定，井田内无大的倾向断层的矿井，或走向较短的小型矿井。

第五节巷道分类

为了进行矿井开采，在地下开掘的井筒、巷道和硐室的总称。

按空间位置和形状可分为：

1. 

垂直巷道－立井、暗立井、溜井

2．倾斜巷道－斜井、暗斜井、上山、下山

3．水平巷道－平硐、石门、煤门、平巷

矿井巷道按其在生产中的重要性还可以作以下分类：

开拓巷道：

为全矿井、一个开采水平或阶段服务的巷道，如井筒、井底车场、阶段（或水平）运输大巷和回风大巷等。

准备巷道：

为整个采区服务的巷道，如采区上（下）山、采区上下车场、采区石门等。

回采巷道：

为工作面采煤直接服务的巷道，如区段上、下平巷和开切眼

第六节开拓方式的概念及分类

开拓方式：

在一定的井田地质、开采技术条件下，矿井开拓巷道可有多种布置方式。

开拓巷道的布置方式通称为开拓方式。

一、井田开拓方式分类

井田开拓方式种类很多，一般可按下列特征分类：

（一）按井筒（硐）形式

按井筒（硐）形式可分为立井开拓、斜井开拓、平硐开拓、综合开拓。

（二）按开采水平数目

按开采水平数目可分为：

单水平开拓（井田内只设1个开采水平）；

多水平开拓（井田内设2个及2个以上开采水平）。

（三）按开采准备方式

按开采准备方式可分为上山式、上下山式及混合式。

（1）上山式开采开采水平只开采上山阶段，阶段内一般采用采区式准备。

（2）上下山式开采开采水平分别开采上山阶段及下山阶段，阶段内采用采区式准备或带区式准备；

近水平煤层，开采水平分别开采井田上山部分及下山部分，采用盘区式或带区式准备。

（3）上山及上下山混合式开采上述方式的结合应用。

（四）按开采水平大巷布置方式

（1）分煤层大巷，即在每个煤层设大巷；

（2）集中大巷，在煤层群集中设置大巷，通过采区石门与各煤层联系；

（3）分组集中大巷，即对煤层群分组，分组中设集中大巷。

二、确定井田开拓方式的原则

（1）贯彻执行国家有关煤炭工业的技术政策，为早出煤、出好煤、高产高效创造条件。

在保证生产可靠和安全的条件下减少开拓工程量；

尤其是初期建设工程量，节约基建投资，加快矿井建设。

（2）合理集中开拓部署，简化生产系统，避免生产分散，做到合理集中生产。

（3）合理开发国家资源，减少煤炭损失。

（4）必须贯彻执行煤矿安全生产的有关规定。

要建立完善的通风、运输、供电系统，创造良好的生产条件，减少巷道维护量，使主要巷道保持良好状态。

（5）要适应当前国家的技术水平和设备供应情况，并为采用新技术、新工艺、发展采煤机械化、综合机械化、自动化创造条件。

（6）根据用户需要，应照顾到不同煤质、煤种的煤层分别开采，以及其他有益矿物的综合开采。

第4章井田开拓方式

第一节斜井开拓

一、片盘斜井开拓

片盘斜井开拓是斜井开拓的一种最简单的形式。

它是将整个井田沿倾斜方向划分成若干个阶段，每个阶段倾斜宽度可以布置一个采煤工作面。

在井田沿走向中央由地面向下开凿斜井井筒，并以井筒为中心由上而下逐阶段开采。

图4—1为一片盘斜井的示例。

井田沿倾斜方向划分为四个阶段。

阶段内按整个阶段布置，即每一阶段斜宽布置一个工作面。

1．矿井开拓程序

2．矿井生产系统

3.　特点

优点：

片盘斜井开拓，巷道布置和生产系统简单，井巷施工技术也不复杂，而且初期工程量小，出煤快。

缺点：

不能多阶段同时生产，同采工作面最多为两个，矿井生产能力受到限制。

另外，延深工作频繁，生产和掘进之间相互影响较大。

工作面整阶段连续推进，对地质条件变化适应性差。

二、斜井单水平分区式开拓

由斜井进入煤体，由一个开采水平开采整个井田。

井田可划分为一个阶段，也可以划分为两个阶段。

阶段沿走向划分为采区。

图4—2为一典型的斜井单水平分区式开拓方式。

井田划分为两个阶段，每个阶段沿走向划分为六个采区。

开采水平在上、下两阶段分界面。

上山阶段每个采区沿倾斜划分为五个区段，下山阶段式分为四个区段。

矿井可采煤层为一层中厚煤层，煤层倾角较小。

三、斜井形式选择

1、斜井倾角主要依据其装备的提升设备确定。

根据经验，一般应符合下列范围：

串车提升α≯25°

箕斗提升，α=20°

～35°

无极绳提升α≯10°

胶带输送机提升α≯17°

2、斜井采用串车和箕斗提升时，其提升能力受井筒斜长影响较大。

近年来，随着胶带输送机技术的不断发展，斜井提升能力大大加强，其应用更加广泛。

斜井在地下的空间布置形式主要受煤层赋存条件、地面地形和提升方式影响。

3、煤层斜井斜井沿煤层开掘，施工容易、速度快、投资少。

但当煤层较厚、煤层松软、构造复杂及煤层有自燃倾向时，不宜沿煤层布置。

此外，沿层斜井需要留设井筒保护煤柱，资源浪费大。

4、底板斜井为了避免上述问题，可以将井筒布置在煤层底板中。

但当煤层倾角小于井筒倾角时，水平石门工程量太大。

优点是井筒易维护，不需保护煤柱。

5、穿层斜井当煤层倾角小于井筒倾角时，为了减少水平石门工程量或免受地面因素影响，斜井可穿越煤层布置。

第二节立井开拓

立井开拓也是广泛采用的一种进入煤体的方式。

除井硐形式外，其开拓巷道布置与斜井相同。

一、立井单水平分带式开拓

这种开拓方式如图4—3所示，井田划分为两个阶段，阶段内采用分带式布置。

二、立井多水平分区式开拓

1．矿井开拓程序（动画演示）

2．矿井生产系统（动画演示）

3．运煤系统（动画演示）

4．通风系统（动画演示）

第三节平硐开拓

在山岭和丘陵地区，往往在矿井地面工业场地标高以上埋藏有相当储量的煤炭。

开采这部分煤炭最简单、经济的开拓方式就是平硐开拓。

见图4—5。

平硐开拓，就是从地表开掘水平巷道进入山体或丘陵内的煤层。

一般地，以一条主平硐担负运煤、运料、出矸、行人、排水、进风和敷设管线等任务。

在井田上部回风水平开回风平硐或回风井担负回风任务。

走向平硐

垂直平硐

阶梯平硐

第四节综合开拓

根据井硐的三种基本形式，组合后理论上有六种综合开拓方式，即立井—斜井、斜井—立井、平硐—立井、立井—平硐、平硐—斜井和斜井—平硐开拓方式。

第5章井田开拓中的几个主要问题

第一节井筒位置及数目的确定

井筒是矿井最重要的井巷工程。

它是矿井由地下通向地面的出口，是煤炭、材料、设备、人员、风、电的必经之路，是整个矿井生产系统的咽喉。

井硐往往是矿井建设中影响初期投资和建井工期的关键性控制工程。

此外，井硐的位置和数目还对矿井生产系统的技术合理性，矿井生产经营的经济合理性以及资源回收率等都有着重要影响。

一般地，一个矿井至少应有一主一副两个井硐，主井担负煤炭提升，副井担负辅助提升任务。

所谓井筒位置，主要是指两个方面，一是井口和井底沿井田走向和倾斜方向的位置；

二是井筒本身所通过的岩层层位。

选择井筒位置应从地面因素、地下因素和技术经济因素等三方面进行论证和比较。

一、地面因素的影响

1）能充分利用地形，使地面生产系统和工业场地布置合理，尽可能减少地面工业场地的土石方工程量。

2）地面工业场地应尽可能少占或不占良田，特别是不要占用高效农田。

3）井口标高应高于当地历史最高洪水位，并具有良好的泄、排洪条件，免受洪水危胁。

4）井口所在地工程地质条件要好，要避免滑坡、崩坍、地表沉陷的影响。

5）距林区较近时，应给井口留有足够的防火距离，免受森林火灾的影响。

6）要充分考虑各种人为因素。

特别是地方煤矿和乡镇、个体煤矿，要充分注意地面场地、交通等引发的各种矛盾，如井口占地的归属、矸石排放方式等。

二、地下因素

1）井硐穿过的岩层应有良好的地质条件，尽可能避免穿越流沙层、强含水层和地质破坏剧烈带等不利于井硐掘进和维护的地带。

2）井硐落底位置应能保证各水平井底车场巷道和硐室处于坚硬、完整的岩层中，保持井底车场良好的维护条件。

3）井硐应避免老窑采区及其垮落岩层的影响。

4）井硐应尽可能布置在薄煤带或不受采动影响的井田边界之外，以减少工业场地煤柱损失。

5）井硐位置应保证井硐延深时，不受底板强含水层水患威胁。

三、技术经济因素

1）井硐落底位置应尽可能使井下运输、提升等生产环节简单。

2）井硐落底位置应尽可能使开拓工程量小，建井快，出煤早。

3）井硐落底位置应尽可能降低煤炭运输费等运营费用并使矿井生产易于管理。

井硐落底位置在以上原则下，应优先考虑有利于第一开采水平