采矿学电子教案采矿学电子教案

能源科学与工程学院能源科学与工程学院采矿系采矿系

杜计平制作杜计平制作20032003 年年 33 月月

煤炭工业以开采煤炭为目的煤炭开采 地下开采 9394%

露天开采 67%

采矿学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。采矿学 — 研究矿山开采技术及其内部规律性的综合性技术科学。

采矿学（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、录象、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； 阅读参考书；   提出新采矿方法。

1 、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 、必须设置人工构置物保护工作空间5 、安全问题突出

徐永圻．煤矿开采学，徐州；中国矿业大学出版社， 1999

张宝明．中国煤矿高产高效技术，徐州；中国矿业大学 出版社， 2001

徐永圻．中国采煤方法图集，徐州；中国矿业大学出版社， 1990

陈炎光．中国采煤方法，徐州；中国矿业大学出版社， 1991

陈炎光．中国煤矿开拓系统，徐州；中国矿业大学出版社， 1 996

陈炎光．中国煤矿开拓系统图集，徐州；中国矿业大学出版 社， 1992

2 、采矿学主要参考书

汪理全，煤层 ( 群 ) 上行开采技术，煤炭工业出版社，北京： 1995 ． 8

煤炭科技名词审定委员会，煤炭科技名词，科学出版社，北京： 1997 ． 2

《采煤学》（ 1979 年版）杜计平，煤矿深井开采的矿压显现及控制，徐州：中国矿业大学出版社， 2000 ． 4

采矿学主要参考书

1 、我国矿产资源种类齐全人类已各的矿产约 160 种我国已发现 150 多种已查明储量 130 多种

一、我国采矿生产技术的发展

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。

不同时期，煤有不同名称：石涅— 春秋战国时期，《山海经》。石墨 — 魏、晋时期。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BC100 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

1878 年创办开平煤矿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 ）

1949 0.324

1979 6.3554

1990 10.79

1995 12.92

1996 13.74

时间（年）

产量（亿t ）

1999 10.44

2000 9.99

2001 11.06

2002 13.932003 16.4

20041997 13.25

1998 12.33

国有重点煤矿约 587处2000 年，国有重点煤矿机械化程度 74.43%

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%

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/a

全员工效 8t/ 工以上1992 年 累计 129处矿井达到高产高效标准。 平均全员工效 7.730t/ 工

高产高效矿井

2002 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

高产高效矿井

神华大柳塔矿 2000 年 920 万2001 年 1511 万2002 年 1100 万

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

煤炭是我国的主要能源  煤炭储量：我国含煤面积约 55万 km2 2002 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 3317 亿 t 基础储量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1950 96.72 0.91 0.03 2.33 0

1970 81.56 14.14 1.23 3.06 0

1980 69.50 23.75 2.98 3.77 0

1990 74.20 19.00 2.00 4.80 0

2000 69.40 19.90 2.80 6.90 1

2020 68.00 14.40 5.40 8.50 3.7

能源折算系数 E标准煤：发热值为 7000 大卡 / （ 29 .

27MJ ）的任何能源均可折算 1kg标准煤。标准油：发热值为 10000 大卡 / （ 41 .

8MJ ）的任何能源均可折算 1kg标准油。

某种燃料的实际发热值（ MJ/ kg ）

E = －－－－－－－－－－－－－－－－ 标准煤发热值（ MJ/ kg ）

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： 0.4 t 标准煤丰衣足食的现代化生活 : 1.2 1.6 t标准煤 高级现代化生活 : 2 3 t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.y 12.6 5.9 5.7 5.4 5.1 4.5 1.2 1.2

•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 winning method

采（带）区准备 prepare

矿井开拓 development

矿井设计 mine design

二、采矿学 ( 煤矿开采学 ) 内容

煤田（ coal field —） 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（ mining area —） 开发煤田形成的社会组合。一般一个矿区开发一个煤田矿务局，矿业集团

三、矿井开采的基本概念

井田（ Underground mine field ）

（一）    井田井田—划归一个矿井开采的一部分煤田或全部煤田 井田大小 ： 范围 走向长度 倾向水平投影（宽度） 井田面积大小 矿井生产能力 服务年限

煤田划分为井田 井型 井田走向长度（ m ）小型矿井 1500

中型矿井 4000

大型矿井 7000

（二）矿井生产能力和井型 （ designed mine capacity and

production scale of mine ）

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。

井型划分井型 生产能力（万 t / a ）大 型 矿 井 ：120 、 150 、 180 、 240 、 300 、 400 、 500 及 500 以上 其中 300 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（ effective output per year ）

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 生产能力 服务年限可采储量愈多，生产能力和服务年限愈大可采储量一定，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

（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

井田划分为阶段

阶段的开采顺序：下行式

井田划分为阶段

水平（ level ） 水平（ level ）— 常指某一标高的水平面。表示：标高、开采顺序及用途（ 1 ） 0 、 -200 、 -500水平等（ 2 ）矿井生产中，表示开采顺序，又称第一水平、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（ mining level ）

开采水平（简称水平） （ mining level ）— 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

上 回风水平下 运输水平

（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

采区式划分：采区（ district ）与区段（ district sublevel ）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块，每一块叫一个采区。

采区斜长 =阶段斜长（可达1000m ）

采区走向 =400m~5000m区段：在采区内沿倾斜方向划分的开采块段。 区段下部有区段运输平巷

区段上部有区段回风输平巷区段平巷与采区的斜巷相连（运输上山和轨道上山）

采区

走向长壁工作面：

工作面沿倾斜布置

，沿走推进

2 阶段划分为划分为带区，带区划分为分带

分带—沿煤层走向把阶段划分为若干长条，每一个长条叫一个分带。由若干分带组成，并具有独立生产系统的区域叫带区

倾斜向长壁工作面：

工作面沿走向布置

，沿倾向推进

阶段划分为划分为带区，带区划分为分带

J1 阶段

J2 阶段

J3 阶段

J 3阶段

J2 阶段

J1 阶段

3 ）井田直接划分为划分为盘区或带区

井田沿倾斜高差较小的条件下

panel

（五）矿井生产系统的概念

矿井生产系统1 、矿井巷道的开掘顺序原则：尽量采用平行作业；尽快沟通风路。2 、矿井主要生产系统1 ）运煤系统 2 ）通风系统3 ）运料排矸系统4 ）排水系统 5 ）动力供应（电、压风）6 ）通讯、监测系统

（六）矿井开拓、准备和回采的概念

1 、井巷名称矿山井巷 — 为进行采矿，在地下开掘的

井筒、巷道和硐室的总称。2 、按倾角分类： 垂直井巷 倾斜井巷水平井巷

1

11

4

5

3

6

6

6

13 1

3

12

12

12

2

9

10

1-立井， 2-斜井， 3-平硐， 4- 暗立井， 5- 溜井， 6-石门， 9-上山， 10-下山 11-风井 12- 岩石平巷， 13-煤层平巷，

矿山井巷

垂直井巷立井 （竖井） — 在地层中开凿的直通地面的 垂直巷道 主立井 （主井） 用于提升煤炭。 副立井（副井）用于行人、运料、通风、排放矸石。 风井、排水井暗立井 — 无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 - 长度短，直径小的溜井。

水平巷道

平硐 — 在地层中开凿的直通地面的水平巷道 主平硐，副平硐石门 —无直接地面出口，垂直或斜交于煤层走向，在岩层中开掘的水平巷道煤门 - 无直接地面出口，垂直或斜交于煤层走向，在煤层中开掘的水平巷道

水平巷道平巷 - 无直接地面出口，沿煤层走向开掘的 水平巷道煤层平巷 — 开掘在煤层中的平巷岩石平巷 — 开掘在岩石中的平巷

水平巷道阶段大巷 — 为一个开采水平或阶段服务的水平巷道阶段大巷： 阶段运输大巷 阶段回风大巷。区段平巷 — 为一区段服务的水平巷道 区段平巷 ：区段运输平巷 区段回风平巷

倾斜巷道斜井 —在地层中开凿的直通地面的倾斜巷道 斜井：主斜井 用于提升煤炭 副斜井 用于行人、提升矸石、通风

上下山采区

上山采区 — 位于开采水平以上的采区下山采区 — 位于开采水平以下的采区上山 — 位于开采水平以上，为本水平或采区服务的倾斜巷道。下山 —位于开采水平以下，为本水平或采区服务的倾斜巷道。

倾斜巷道按层位分： 岩石上下山 — 布置在岩层中的上下山

煤层上下山 — 布置在煤层中的上下山 按用途分： 运输上下山 用于运煤 运料上下山 用于运料分带斜巷： 运输斜巷 运料斜巷

矿井开拓、准备和回采的概念 3、按井巷作用和服务范围分： 1 ）开拓巷道（ development roadway ）：为全矿、一个水平或若干采区服务的井巷。服务时间长。 1030a或以上。 2 ）准备巷道（ preparation roadway ）：为一个采区服务的巷道。在采区范围内，从掘好的开拓巷道至区段的通路。 T>35a 。

矿井开拓、准备和回采的概念3 、回采巷道（ gateway ， entry ）：为回采工作面生产直接服务的巷道。 T = 0.51.0a

开切眼

回风巷

运输巷

四、采煤方法（一）采煤方法分类采煤方法 —采煤工艺与回采巷道布置及其在时间上、空间上的相互配合。

采煤工艺—采煤工作面各工序所用方法、设备及其在时间上、空间上的相互配合。

Coal winning technology

水平分层

采煤方法

早采

水采

壁式体系

柱式体系

柱式体系

单一长壁

放顶煤整层开采

斜切分层

水平分段放顶煤

倾斜分层

掩护支架

分层开采

整层开采

整层开采

房式

房柱式

倾斜短壁式

走向短壁式

走向长壁

倾斜长壁

走向长壁

倾斜长壁

下行垮落

上行充填

垮落

刀柱四、采煤方法分类

1 、  壁式体系采煤法long wall system coal winning method

coal mining method

壁式体系采煤法一般特点 :

工作面较长， 80250m

工作面两端，一般至少各有一条回采巷道一般顶板暴露面积大，矿山压力显现较为强烈工作面运煤的刮板输送机与工作面平行

采煤方法分类按倾角分：根据开采技术条件煤层按倾角分类： 地下开采 露天开采 近水平煤层 α<8° α<5° 缓倾斜煤层 8° ~ 25° 5° ~ 10° 倾斜煤层 25° ~ 45° 10° ~ 45° 急倾斜煤层 α > 45° α > 45° 近水平煤层采煤法 缓倾斜煤层采煤法 倾斜煤层采煤法 急倾斜煤层采煤法

采煤方法分类按厚度分：根据开采技术条件煤层按厚度分类： 地下开采 (m) 露天开采 (m) 薄煤层 M<1.3 M< 3.5 中厚煤层 1.3 ~ 3.5 3.5 ~ 10 厚煤层 M >3.5 M > 10 薄及中厚煤层采煤法 厚煤层采煤法 分层开采 整层开采

采煤方法分类按采煤工艺分 ： 爆破采煤法 普通机械化采煤法 综合机械化采煤法blast-winning technology conventionally mechanized coal winnig technology Fully -mechanized coal winnig technology

采煤方法分类按采空区处理方法分 : （老塘） 垮落采煤法 gob 、 goaf 、 waste 刀柱（煤柱支撑）法 充填采煤法按推进方向分 :

走向长壁采煤法 long wall mining on the strike 倾斜长壁采煤法（俯斜，仰斜）Long wall mining to the dip or to the rise

单一长壁垮落采煤法

   ( a) 走向长壁，     ( b) 倾斜长壁（仰斜），      ( c)   倾斜长壁（俯斜）

刀柱（煤柱支撑）法

采煤方法分类按厚煤层分层方法分： 倾斜分层 水平分层 斜切分层倾斜分层—将厚煤层分成若干与煤层层面相平行的分层，然后逐层开采。水平分层—将厚煤层分成若干与水平面相平行的分层，然后逐层开采。斜切分层—将厚煤层分成若干与水平面成一定角度（ 2530 ）的分层，然后逐层开采。

倾斜分层

厚煤层分层间开采顺序：下行式和上行式一般为下行式

水平分层与斜切分层

厚煤层整层放顶煤开采厚煤 层整层 开 采：放顶煤开采 （ 3.55m ） 下限long wall mining with sublevel caving

2、柱式体系采煤法 （短壁体系采煤法）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特点： 煤房比较窄 57m 采掘合一 煤柱支撑顶板

房柱式采煤法

（二）   采煤方法的发展与应用采煤工艺 1954 年英国开始用长壁综合机械化采煤技术 上世纪 80 年代开始采用大功率、高可靠性的机电一体化综合机械化采煤技术我国主要采用长壁体系采煤法俄罗斯、乌克兰、波兰、德国采用长壁体系美国、加拿大、澳大利亚、南非广泛采用柱式体系

五、《煤矿开采学》分支学科 ( 一 )   矿山压力及其控制rook pressure and control

矿山压力显现 strata behaviors

采场矿压巷道矿压

五、《煤矿开采学》分支学科 (二 )   开采方法及采煤工艺井巷布置 shaft and roadway layout开采部署采煤工艺（三）采矿系统工程用系统工程的方法解决采矿的问题