煤矿基本知识

当浓度小于3％时,立即死亡。
《规程》规定工作面进风流中>=20％
氮气：相对密度为0.97，微溶于水，不助燃，无毒。地层中涌出。当氮
气浓度升高时，意味着氧气浓度的减少，可引起缺氧窒息。
井下空气中常见的有毒有害气体：一氧化碳（CO）、二氧化氮（NO2）、 硫化氢（H2S）、二氧化硫（SO2）、二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氢气 （H2）等。其来源是爆破生成的炮烟、矿物氧化、火灾、爆炸，以及柴油 机工作产生的废气等。
5.1.2 稀释矿内有害气体的措施
①应向矿内连续供给新鲜风流，使之达到安全浓度。CH4和CO2是 矿内有害气体的主要成分，稀释它们所需的风量最大，所以它们是确 定矿井风量和工作面风量的主要依据。
②抽放瓦斯、煤体注入石灰水以减少H2S和SO2、防止煤炭自燃、 采取综合防尘措施等。
③ 爆破后空气中的CO、CO2、NO2等气体浓度往往超过安全浓度， 除了采取水炮泥、喷雾洒水等措施外，必须等炮烟吹散后方可进入掘 进工作面。
1 煤矿和煤的成因 2 中国煤炭资源的分布 3 煤矿矿井开拓 4 采煤方法和工艺 5 矿井通风与安全 6 煤炭开采的安全问题
附：煤的分类方法
1 煤矿和煤的成因
煤矿的概念
煤矿是人类在开掘富含有煤炭的地质层时所挖掘的合理空间，通常 包括巷道、井峒和采掘面等等。煤是最主要的固体燃料，是可燃性 有机岩的一种。它是由一定地质年代生长的繁茂植物，在适宜的地 质环境中，逐渐堆积成厚层，并埋没水底或泥沙中，经过漫长地 质年代的天然煤化作用而形成的。 在世界上各地质时期中，以石炭纪、 二叠纪、侏罗纪和第三纪的地层中 产煤最多，是重要的成煤时代。煤 的含碳量一般为46～97%，呈褐色 至黑色，具有暗淡至金属光泽。根 据煤化程度的不同，煤可分为泥炭、 褐煤、烟煤和无烟煤四类。
此外，通常还必须进行移运输机采煤设备等工序。除了基本工序的这 些工作，统称为辅助工序。
④采煤工艺 由于煤层的自然条件和采用的机械不同，完成回采工作各工序的方法也
就不同。并且在进行的顺序上，时间和空间上必须有规律地加以安排和配合。 这种在采煤工作面内按照一定顺序完成各项工序的方法及配合称为采煤工艺。
矿井通风的任务
①供给井下人员足够的空气，满足人员呼吸的需要； ②稀释和排出各种有毒有害气体和矿尘； ③调节气候条件，给作业人员一个舒适的环境，以提高工作效率。
几个专业术语
矿井通风
矿井通风系统：是向矿井各作业地点供给新鲜空气、排出污浊
空气的通风网络、通风动力和通风控制设施的总称。
矿井通风方式：是指矿井进风井与回风井的布置方式。分中央
其特点是爆破落煤，机械化运煤，用单体支柱支护工作面空间项板。如图 所示：
随着技术装备的发展，中国炮采工艺主要经历了三个阶段：
①建国初期改革采煤方法，推进长壁采煤工艺工作面采用拆移式刮
板输送机运煤，木支柱支护顶板，生产效率很低，劳动条件很差， 安全性不好。
②二十世纪六十年代中期开始，采用能力较大，能整体前移的刮板
种井巷硐室工程（如中央变电所，中泵房等）。 它包括：竖井、斜井和主平硐，通向煤体的石门。 主要运输大巷、井底车场及绕道等。
3.2 开拓方式
煤矿矿井开拓
我国永晟煤矿属 于垂直走向平硐 开拓，白坪煤矿、 六家坝煤矿、竹 林寨煤矿、大圆 煤矿均属于斜井 开拓
4 采煤方法
任何一种采煤方法，均包括采煤系统和采煤工艺两种主要 内容。要正确理解采煤方法的含义，必须先了解下列概念。
5.1 矿井空气成分
5.1.1 井下空气成分
新鲜空气（新风）
污浊空气（乏风）
井下空气的主要成分：氧气和氮气
氧气：相对密度为1.105，人体在静止状态下耗氧量为0.25 l/min，在工
作时耗氧量为1－3 l/min；
当浓度小于17％时，呼吸困难、心跳加快，
当浓度小于15％时，无力进行劳动，
当浓度小于12％时，有生命危险。
4.1 采煤方法的概念
①采场：用来直接大量采取煤炭的地方称采场。 ②采煤工作面：在采场里进行回采的煤壁称采煤工作面。在实 际工作中采场和采面是同义语。
采煤方法
③回采工作：在采场内，为采取煤炭所进行的一系列工作，称回采工作。 回采工作可分为基本工序和辅助工序。把煤从整体煤层中破落下来，
称煤的破落，简称破煤（也称落煤）。把破落下来的煤炭装入采场中的运 输工具内，称为装煤。煤炭运出采场的工序称为运煤。
井下各种有害气体最高允许浓度
人体在不同二氧化碳浓度下的反应 一氧化碳与人体中毒的关系
矿井空气成分
甲烷，对空气的相对密度为0.55，难溶于水。 一定浓度并遇到高温(650－750℃)时能引起爆炸。
《煤矿安全规程》规定：在采掘工作面进风 流的瓦斯浓度不得超过0.5％，在采掘工作面和采 区的回风流中，瓦斯浓度不得超过1％，在矿井和 一翼的总回风流中，瓦斯浓度不得超过0.75％。
4.2 走向长壁采煤的回采工艺
尽管采煤方法有多种，但是从世界各主要煤炭生产以及中国的煤矿，目前 为止主要以走向长壁工作面为主。可以说，走向长壁工作面是至今为止，是世 界上较为先进的，采用最多的一种回采工作面。
目前，中国长壁采煤工作面采用炮采、普采、综采三种采煤工艺方法。
A、爆破采煤工艺简称为“炮采”
e区域式
f中央并列与对角混合式
g中央分列与对角混合式
主要通风机的工作方法
通风系统
主要通风机的工作方式有抽出式、压入式和抽压混合式三种。
抽压混合式
抽出式
压入式
矿井生产系统
新鲜风流从地面 经副井2进入井 下，经井底车场 3、主要运输石 门4、运输大巷5、 采区下部材料车 场11、采区轨道 上山15、中部车 场19、区段运输 巷20进入采煤工 作面25。清洗工 作面后，污风经 区段回风巷23、 采区回风石门17、 回风大巷8、回 风石门7，从风 井6排水大气。
3 煤矿矿井开拓
矿井生产能力
小型——9、15、21、30万吨
井型
中型——45、60、90万吨
大型——120、150、180、240、300万吨及 以上；其中300万吨及以上的矿井也叫特大 型矿井。
矿井井巷名称
3.1 什么是煤矿开拓？
煤矿开拓是指为了煤矿生产（或生产矿井的再生产）形
成的完整的开拓系统所掘的提升，通风、排水、供电等各
1 煤矿和煤的成因
煤是如何形成的
煤是古代植物遗体堆积在湖泊、海湾、浅海的 地方，经过复杂的生物化学和物理化学作用转化而 成的一种具有可燃性能的沉积岩。在显微镜下可以 发现煤中有植物细胞组成的 孢子花粉等，在煤层中还可 以发现植物化石，所有这些 都可以证明煤是由植物遗体 堆积而成的。
煤的成因
科学家们在地质考察研究中发现，在地球上曾 经有过气候潮湿，植物茂盛的时代。如按地质年代 （见下表）来说，晚古生代的石碳纪、二迭纪（距 今约有3亿年）中生代的侏罗纪（距今约1.3亿—1.8 亿年）等，当时大量繁生的植物在封闭的湖泊、沼 泽或海湾堆积下来，并迅速被泥沙覆盖，经过亿万 年以后，植物变成了煤，泥沙变成了沙石。由于有 节奏的地壳运动和反覆堆积，在同一地区往往有很 多煤层，每个煤层都被岩石分开。
在一定时间内，按照一定顺序完成回采工作工序的过程，称为采煤工艺 过程。 ⑤采煤系统
回采巷道的掘进一般是超前于回采工作进行的，它们之间在时间上的顺 序以及在空间的相互位置关系，称为回采巷道布置系统，也称采煤系统。 ⑥采煤方法
根据不同的矿山地质及技术条件，可有不同的采煤系统与采煤工艺相结 合，从而构成多种多样的采煤方法。如在不同的矿山地质及技术条件，可以 采用长壁采煤方法，柱式采煤方法或其它采煤方法，而长壁与柱式采煤方法 或其它采煤方法差别很大。
地质年代及中国主要赋煤区煤炭形成时代对应表
东北赋煤区
西北、华北 华南赋煤区 华北赋煤区
云南 山东
山 东
中国煤炭资源的分布
中国的煤炭资源较为丰富，目前煤炭储量居世界第一位。
全国现已探明的保有煤炭储量为10000亿吨。主要分布在华北、
西北地区，以新疆、内蒙古、山西、陕西等省区的储量最为丰
富。
中国煤炭资源量分布情况一览表
式、对角式、区域式、混合式四种。
风 巷：进风风流所经过的巷道叫进风巷。
回风巷：回风风流所经过的巷道叫回风巷。
盲 巷：凡长度超过6M而又不通风或通风不良的独头巷道，统
称为盲巷。
分区通风（并联通风）：采区或采掘工作面的回风流直接进入
回风巷而不再进入其它采掘工作面或用风地点的通风系统。
串联通风 采掘工作面或硐室的回风再进入其它采掘工作面或硐室的通风 方式，称为串联通风，也叫一条龙通风。 扩散通风 利用空气的自然扩散运动而对掘进工作面或硐室进行通风的方 法叫扩散通风。 独立风流 从主要进风巷分出的，经过爆炸材料库或充电硐室后再进入主 要回风巷的风流。 上行通风 风流沿采煤工作面由下向上流动的通风方式。 下行通风 风流沿采煤工作面由上向下流动的通风方式。 局部通风 利用局部通风机或主要通风机产生的风压对局部地点进行通风 的方法。 循环风 局部通风机的回风，部分或全部再进入同一部局部通风机的进风 风流中。 通风网络 矿井风流按照生产需求在井巷中流动时，有分、有合，通常把 风流分岔、汇合的路线结构形式叫通风网路。
20世纪60年代以来，普遍采用了浅截式（0.6—1.00）采煤机。按照技 术装备的发展，中国浅截式采煤机得到了很大的发展。现在的综采工作面已 向大功率，重型刮板机和适合多种煤层厚度的综采支架方向发展。不但如此， 而且从机械化截煤，刮板机运煤，综采支架的推移等多道工序正在向自动化 的方面发展。
C、综 采 采煤机落煤，机械及人工装煤，机械化运煤，液压支架支护。
5 矿井通风
矿井通风的重要性
“一通三防”是煤矿安全生产中的重中之重。“一通三防”中的“一 通”就是指“矿井通风”，“三防”系指“防瓦斯、防尘、防自燃发火”。 煤矿安全生产“十二字方针”中的“以风定产”，就是以通风能力核定生 产能力。只要有人正常作业的地方就必须保证有效通风。有效的矿井通风 是煤矿安全生产的最基本保证。
B、普通机械化采煤工艺
简称“普采”其特点是用采煤机械同时完成落煤和装煤工序。而运煤顶 板支护和采空区处理与炮采工作面基本相同（如前图所示）。
20世纪五十年代曾采用深截式采煤机（截深为1.5—1.6米）落煤和装煤。 拆移式刮板机运煤，木支柱支护顶板。由于悬顶暴露覆面积大，且得不到及 时支护；单产和效率低；安全生产条件差；这种技术装备已被淘汰。
中国煤炭资源的分布
中国能源矿产资源尽管比较丰富，但结构不理想，煤炭 资源比重偏大，石油、天然气资源相对较少。煤炭资源又有 其特点，它的特点是：蕴藏量大、但勘探程度低、煤种齐全， 但肥瘦不均，优质炼焦用煤和无烟煤储量不多；分布广泛， 但储量丰度悬殊，东少西多，且多为褐煤，煤层中伴生矿产 多。（含煤地层中有高岭岩（土）、耐火粘土、铝土矿、膨 润土、硅藻土、油页岩、石墨、硫铁矿、石膏、石英沙石、 煤层气等，还有镓、锗、铀、钍、钒等微量元素和稀土金属 元素。含煤地层的基底和盖层有石灰岩、大理石、岩盐、矿 泉水和泥炭等共30多种）。
④当发生爆炸、火灾、煤与瓦斯突出等事故时，空气中有害气体 的浓度通常是致命的，应佩带自救器。
❖ 陕西铜川陈家山煤矿11.28特大型瓦斯爆炸
5.2 通风系统
5.2.1 矿井通风系统 矿井通风系统是矿井通风机的工作方法、通风方式和通风
网络的总称。
a中央并列式
通风系统
b中央分列式
c两翼对角式
d分区式
输送机运煤，用摩擦式支柱和铰接顶梁支护顶板，使工作面单产 和效率有较大提高，劳动强度有所降低，安全性有所提高。
③进入二十世纪八十年代，炮采工作面的装备和技术手段更新速度
加快，用单体液压支柱代替摩擦式金属支柱，工作空间顶板得到 有效控制，生产更加安全；支护工作效率提高，而且工作面输送 机装上铲板和移动档煤板，使80—90%的煤在爆破和推移输送机时 自行装入输送机。同时工作面采用大功率或双链刮板机运煤和毫 秒爆破技术，进一步提高生产效率。
煤的破装运是回采工作面中的基本工序。为了使基本工序顺利进行，必 须保持采场内有足够的工作空间，这就要用支架来维护采场，这项工作就 称为工作面支护。
煤炭采出后，被废弃的空间称为采空区。为了减轻矿山压力对采场的 作用，以保证回采工作顺利进行，在大多数情况下，必须处理采空区顶板， 这项工作称为采空区处理。