煤矿的生产基础知识

煤矿的生产基础知识大纲：
上午---一、煤矿的基础知识（8.30开始）
1、煤矿的概念
2、煤矿的发展史
3、煤矿对国民经济的贡献
二、煤的基础知识
1、煤的形成和分类
2、煤层的埋藏特征
3、煤层常见的几种构造
4、煤矿含水层的分类及对生产的影响
下午---三、井田的地质特征（14.30开始）
1、井田的地质特征
2、矿井的储量
3、矿井的年产量及服务年限
四、矿井开拓
1、矿井巷道的分类
2、矿井的开拓方式
五、采煤方法
1、采煤工艺
2、矿井生产系统
一、煤矿的基础知识
1.1煤矿的概念
在座的可能有没下过井的，也有比我从事煤矿时间长的老师傅，既然大家都是从事煤矿行业的，那我就要问了，什么是煤矿？煤矿是特定的区域，是人类在富含煤炭的地方开采煤炭资源的区域，简单的举例就是我们所坐的这个地方，地下含有丰富的煤炭资源，然后我们共同的对其进行科学开采，这个地方就成了我们的万通源煤矿。

一般来讲煤矿分为井工煤矿和露天煤矿。

当煤层离地表远时，一般会选择向地下开掘巷道来采掘煤炭，此为井工煤矿（比方说我们矿）。

当煤层距地表的距离很近时，一般回选择直接剥离地表土层来挖掘煤炭，此为露天煤矿。

我国绝大部分煤矿属于井工煤矿。

煤矿范围包括地上地下以及相关设施的很大区域。

1.2煤矿的发展史
首先简单列举几个时间：早在新石器时代的中国，人类就有使用煤的记录（距今估算有5000多年），贯穿整个华夏文明。

而最早的商业煤矿出现在1748年的美国（18世纪，距今200多年），第一台采煤机器的发明是在1880年的英国（此时煤矿的大规模生产促进了工业革命，使英国成为那个时期第一强国，煤炭的重要性可见一斑），到了1912年，蒸汽挖土机科技方面的进步使得露天开采变得可能。

煤炭从18世纪至1950年代是西方国家的主要工业和运输能量来源。

另一方面，石油的开采技术在20世纪初得到很大的发展，在美国、中东和印尼发现了大规模油田。

石油作为燃料的优点多于煤炭。

石油及其附属品在1950年代以后开始成为主要的燃料，很快的蒸汽
机被内燃机所取代。

至20世纪末，煤炭在家庭、工业和运输上很大的一部分被石油、天然气、核能或可再生能源等所取代。

1973年与1979年的两次石油危机使得各国政府开始寻找替代能源。

在开发核能、风力、太阳能等新能源的同时，煤炭的重要性也再度受到重视。

不过，自1970年代开始，环保意识抬头，人们开始注意包括景观破坏、空气污染与其他燃烧煤炭所可能产生的问题等。

和其他化石燃料比较，燃烧煤炭比石油或天然气产生更多的二氧化碳、二氧化硫等温室气体，并可能是造成全球暖化及酸雨等问题的主要原因之一。

煤炭在今日仍是重要的能源，因为其经济的价格和丰富的储藏量，特别是用于发电。

煤炭在中国是最重要的能源，2005年中国约有80%的能源来自于燃煤。

2007年中国首度成为了煤炭进口国。

根据有关部门统计，截至2015年底，全国煤矿总规模为57亿吨。

在57亿吨的产能规模中，正常生产及改造的煤矿39亿吨，停产煤矿3.08亿吨，新建改扩建煤矿14.96亿吨，其中约8亿吨属于未经核准的违规项目。

根据我国现状和采煤工艺的发展，新中国的煤矿发展可分为以下几个阶段：
①、爆破采煤工艺方式（炮采），解放后至60年代初为主；
②、普通机械化采煤工艺方式（普采），此阶段从60年代初至
70年代中期为主；
③、综合机械化采煤工艺方式（综采）， 70年代中期以后为主。

1.3煤矿对国民经济的贡献
一直以来能源就是国家富强的最根本的保障，中国有丰富的自然能源，成就了上下5000年文明史；英国在18世纪掌握了当时最先进的采煤方式，迅速崛起成当时的战争强国；美国不惜通过战争掌握石油能源，使其从上世纪开始稳坐世界经济第一强国的宝座。

而现在，煤炭依旧是我国的主要能源和重要的化工原料（前面都提到过）。

过去几十年经济发展的实践表明（过去30年时间，我国第二产业也就是工业飞速发展）,我国国民经济与煤炭发展之间始终保持着一种唇齿相依的依赖关系。

一方面,经济增长以充足的煤炭供给为基础,尤其是一些重要的国民经济基础和支柱行业;另一方面,经济增长为煤炭开发和生产提供了更好更多的资金与技术支持。

所以说煤炭和经济互为影响，互为促进。

2008年以来，中国经济较前30的飞速发展明显出现了平稳的趋势，但是煤炭生产行业及主要用煤行业对GDP增量的贡献率占到了20%左右。

拿2008年来讲，通俗的说中国13亿人创造的财富（即GDP）是30万亿元左右，那么其中就有6万亿的财富是有煤炭生产行业及用煤企业产生的（6万亿人民币有多重呢，一张100元的新钞是1.15克，那么一亿元就是1150公斤，一吨多一点，6万亿就是6万多吨，一张一张摞起来高度有6000公里，跟长江一样长……）。

足以见得煤炭行业的重要性及对国民经济的贡献。

就简单拿平鲁来讲，“雁门关外野人家、半年糠菜半年粮”是过去平鲁的真实写照，地处晋西北黄土高原的平鲁，沟壑纵横，土地贫瘠，
自然条件恶劣（吃啥啥没有，种啥啥不收，长期以来靠天吃饭关键时候还靠不上），当煤矿出现在这片土地上之后呢，首先一部分家庭劳动力转至煤矿，解决了部分人的工作问题；其次一定数量的外来人口及煤矿职工大力的促进了当地经济的发展，尤其是第三产业（煤炭形势好，当地的买卖就好做）。

二、煤的基础知识
2.1煤的形成和分类
煤的形成：
煤是由古代植物的遗体变化而成的，整个过程相当漫长，需要几千万年甚至几亿年，而且需要多种有利的自然条件配合，一般分为三个阶段（泥炭化、煤化、变质）。

没啥说的，这个过程十分的复杂，简单说煤的形成就是大自然不可抗拒的因素，人类难以企及（所以说煤是不可再生资源）。

这中间有几个要素要说一下，泥煤→褐煤→烟煤→无烟煤。

这是个绝对意义上的递进关系，是从植物遗体到我们开采的煤炭，整体的变化过程。

这个过程不仅是时间的变化，煤的质量也在发生变化，体积越来越小、水分越来越少、密度硬度增加、含碳量越来越高等等吧。

煤的分类：
煤的种类有很多，性质差别也很大。

衡量煤炭质量的指标主要是煤中的水分、灰分、挥发分、固定碳、发热量及含矸率等（我们最最常听到的就是发热量，也就是俗称的是多少多少千焦或者大卡，像咱
们这边大约在5000大卡左右吧）。

我国的煤炭根据以上这几个指标可分为14大类29小类（14大类包括褐煤、长焰煤、不黏煤、弱黏煤、中黏煤、气煤、气肥煤、焦煤、肥煤、瘦煤、贫瘦煤、贫煤、无烟煤及三分之一焦煤）。

按照工业用途，煤又可以分为以下三类：
①动力煤。

动力煤主要是通过煤直接燃烧来利用其热量。

②化工用煤。

化工用煤主要是对煤进行气化和回收炼焦时的副
产品，从中提取其他原料（汽油、塑料、橡胶等）。

③炼焦煤。

炼焦煤主要是把煤练成焦炭，用焦炭冶炼钢铁。

2.2煤层的埋藏特征
煤层的顶底板岩石的性质、形态与结构、厚度、产状等埋藏特征，是评价煤田经济价值的主要内容，也是影响煤矿生产技术和生产安全的重要因素。

我们按照煤层厚度可分为薄煤层（小于1米3）、中厚煤层（1米3------3米5）、厚煤层（大于3米5）。

我们矿40101工作面的煤层厚度是……
位于煤层上面和下面的邻近岩层称为煤层的顶板和底板，顶板分为老顶、直接顶、伪顶；底板分为直接底和老底。

其中伪顶最不稳定，容易垮落脱落，直接顶位于其上方，具有一定稳定性，是采煤工作面管理顶板的直接对象。

老顶又在直接顶之上，岩石强度大，难以垮落的岩层。

直接底是指直接位于煤层之下的岩层，一般有泥岩组成。

其主要
特点是容易遇水膨胀，引起鼓底现象。

老底指位于直接底下边的岩层。

2.3煤层常见的几种构造
①断层按照走向可分为走向断层（断层走向和岩层走向基本一致）、倾向断层（断层走向和岩层走向直交）、斜向断层（断层走向和岩层走向斜交）、顺层断层（断层面和岩层面基本一致）四种；按照断层两盘运动分类又可以分为正断层、逆断层和平移断层。

那么断层对生产的影响有哪些，首先是造成煤层不连续；断层附近顶板破碎，容易离层和冒顶；其次出矸石多，煤质差；还有就是支护方式改变，掘进回采效率低下，有时还需要炮采，瓦斯涌水量增大。

遇到断层容易发生事故，所以要制定相应的安全技术措施。

②陷落柱煤层下可溶性岩层，经过地下水溶蚀形成的溶洞，在上层岩层的重力下塌陷，形成筒状或者锥状柱体，简称陷落柱，俗名无碳柱，矸子窝。

陷落柱的影响，首先破坏了煤层储量，使煤炭储量减少；其次影响采煤机械的有效使用，无法正常布臵采煤工作面；第三影响采掘施工，增加巷道掘进率和支护难度；最后还容易发生事故，影响安全。

④褶皱分为向斜和背斜，褶皱的弯曲向上是背斜，向下是向
斜，背斜核心的岩层较老，外围的岩层较新。

向斜则反之。

褶皱构造对煤矿安全生产的影响
（1）大型褶曲的核部一般裂隙发育，岩石破碎，易冒落，必
须加强支护，否则很容易发生冒顶事故，给顶板管理带来困
难。

（2）小型褶曲常常造成煤层厚度、产状的较大变化，给生产
及安全造成困难。

（3）瓦斯矿井的褶曲核部，瓦斯极易在此积聚，可能会造成
瓦斯突出，给安全生产带来威胁。

2.4煤矿含水层的分类、成因和对煤矿生产的影响
煤矿含水层分为老空水、顶板裂隙水、底板灰岩水、断裂构造水等我们常见的是老空水，其他不予赘述。

已采掘的旧巷及空洞内，常有大量积水，称为老空水。

老空水常为矿井水灾事故的主要原因。

老空水特点是：水压大，一旦掘透，来势凶猛，具有很大破坏性，但是涌水持续时间短，易疏干。

老空水酸度大，不能饮用，而且对井下轨道、金属支架、钢丝绳等金属设备有腐蚀作用。

老空水透出一般伴有有害气体的涌出。

老空水常为矿井水灾事故的主要原因。

危害极大，不仅因来势猛，可冲垮工作面、巷道设及现场人员，而且水中常带出有害气体，可熏人致死。

由于我国采煤历史悠久，老空广布，且大多缺少开采记录资料，因此新中国成立以来，老空突水事故常常发生，因老空突水致死的人数很惊人。

所以探放水工作责任重大。

三、井田地质特征、矿井储量及年产量
3.1井田地质特征
井田的地质特征包括多种元素，地层、构造、煤层、煤质及用途、水文地质、瓦斯含量、地温、顶底板岩性等等多个方面的数据。

简单那我们矿来说一下，我们矿井田位于宁武煤田北部，地层总厚是2600-3500米，总体构造形态为褶曲构造，构造复杂程度为简单。

1、2、3号煤层，均不稳定、属于不可采煤层。

4、9为全井田开采煤层，11号为较稳定大部可采煤层，6号煤层为不稳定局部可采煤层。

煤层的平均总厚度是25.47m，含煤系数27.22%。

4号煤层暗煤为主，9、11号以亮煤和暗煤为主（根据GB 5751—86标准，都是气煤），其工业用途均可作为炼焦煤和动力煤。

井田内无大河流，含水层共有5层，比较熟悉的是4-9号层之间的含水层（太原组砂岩裂隙含水层），该含水层富水性中等。

咱们矿充水因素有大气降水、地表水、顶底板和井筒渗水、采空区积水（井田内4、9号煤层现存在大面积采空区，4号现在积水约有194426方、9号约301363方），除此之外，断层和不良钻孔也起了充水通道的作用（原二铺一矿，在1957年7月开采4号煤层时，遇断层时发生突水，流量高达900方每天，含水系数1.5被迫停产）。

因此在我矿今后的生产中，防治水是重中之重（水文地质条件是复杂）。

我们矿瓦斯含量评定是低瓦斯矿井。

但是2005年3月19日12时13分，细水矿发生特别重大瓦斯爆炸事故，波及相邻矿井康家窑，造成72人死亡，直接经济损失2021.5万元。

事故原因是停产整顿期间未经允许擅自恢复生产，因通风不良造成。

因此，我们在今后的生产中要加强井下通风、瓦斯监测及瓦斯管理工作。

井田内煤层属于自燃煤层和容易自燃煤层。

顶板易管理。

3.2矿井储量
在划定的井田范围内，计算矿井开采煤层的储量，是进行矿井设计和生产建设的依据。

矿井储量可分为矿井地质储量、矿井工业储量和矿井可采储量。

矿井地质储量
矿井地质储量包括平衡表内储量和平衡表外储量。

平衡表内储量是指在目前技术条件下煤层的主要质量指标(如灰分含量、发热量等)和经济技术指标（如煤层的厚度、赋存条件等)都符合工业要求、可供开采的储量。

平衡表外储量是指煤层的质量指标或经济技术指标不能满足当前的工业要求，目前暂不能开采，但今后可能利用和开采的储量。

矿井工业储量
矿井工业储量是指在井田范围内，经过地质勘探煤层厚度和质量均合乎开采要求，地质构造比较清楚，目前即可供利用的可列入平衡表内的储量。

矿井可采储量
矿井可采储量是矿井设计的可以采出的煤量，叫做矿井可采储量。

这三者之间的关系就是：矿井地质储量包括工业储量和远景储量，而工业储量有包括可采储量、永久煤柱损失和设计损失量。

3.3矿井年产量和服务年限
矿井年产量：矿井一年内实际产出的煤炭数量，而井型是指矿井年设计产量。

矿井设计生产能力按年工作日330天为准，每天净提升16小时，按照这个计算我们的矿井可以分为大型、中型和小型三种煤矿。

万通源年产量是210（大于120万吨）万吨。

属于大型矿井。

服务年限：矿井从投产到报废的全部生产时间叫服务年限。

矿井的服务年限=矿井的工业储量÷（矿井设计生产能力(万吨/年)X 储量备用系数（1.3—1.5））
在计算矿井服务年限的时候要根据井田地质情况、国民经济的发展需要和煤炭市场的需求慎重评估，最后需要留出富余量。

四、矿井开拓
根据煤层的赋存特征和开采技术条件，煤矿的开采方法有露天开采和地下开采两种，我国目前大部分是地下开采。

4.1矿井的巷道分类
煤矿生产需要从地面向井下开掘一系列巷道，统称井巷。

井就是说的井筒，包括立井、斜井还有暗井，立井和斜井一般地面有直接出口。

巷就是说的巷道，是服务于地下开采，在岩体和矿层中开凿的不直通地面的水平或者倾斜巷道。

根据这些巷道的用途、服务范围的不同，把全矿井的巷道分为开拓巷道、准备巷道和回采巷道三类。

根据形态不同又可以分为垂直巷道、水平巷道、倾斜巷道三类。

开拓巷道：为井田开拓而掘进的基本巷道为开拓巷道，例如，主
副井筒，井底车场、运输大巷、回风大巷、轨道大巷等都是。

开拓巷道是从地面到采区的通道，服务年限长。

准备巷道：为准备采区而掘进的主要巷道称为准备巷道，例如，采区上下山、采区车场、采区硐室等都是准备巷道。

准备巷道是在采区范围内从已经开掘好的开拓巷道起到区段的通路，为全采区服务。

准备巷道的作用是用来准备新的采区，构成采区生产系统。

回采巷道：形成采煤工作面及为其服务的巷道称为回采巷道，例如，区段运输平巷、区段回风平巷（？这是不是就是回风顺槽和运输顺槽啊？）、切眼等都是回采巷道，回采巷道服务年限短。

它的作用在于切割出新的采煤工作面，从而进行生产。

垂直巷道：常见的垂直巷道有立井、小井和暗井三种，立井指的就是井筒的一种，有主提升煤炭任务的称为主井，担负人员升降的为副井。

小井也可通往地面，但是断面小，一般用作地质勘探和通风。

暗井不通往地面，比方说溜煤井。

水平巷道：分为平硐、平巷、石门和煤门四种。

平硐是有一个通达地面的出口，是进入地下的主要水平巷道（不连沟的平硐直接开车进去，可用来运煤、运料、排水、供电、行人和通风等）。

平巷是没有通达地面的出口，倾角小于5度的巷道（我们矿的一水平运输、轨道、回风、及顺槽等等吧）。

石门没有通达地面的出口，在岩层中开掘的垂直或者斜交于岩层走向的水平巷道（没整明白）（联络石门，运输石门、回风石门）。

煤门没有通达地面的出口，在每层中开掘的
垂直或者斜交于煤层走向的水平巷道。

倾斜巷道：分为上下山、斜井、溜煤眼和开切眼五中。

斜井是有通达地面的出口，用途和立井相同，我们矿就是斜井。

上山没有通达地面的出口，位于开采水平之上、沿着煤层或者岩层从主要运输巷道由下至上开掘的倾斜巷道。

下山与其相反。

溜煤眼是专用溜煤的小斜巷，开切眼是连接两条顺槽的斜巷。

4.2矿井的开拓方式
矿井的开拓方式主要是指开拓巷道在井田内的布臵形式。

通常主要以井筒的形式为主要依据，将矿井开拓方式分为斜井开拓，立井开拓、平硐开拓、和综合开拓。

斜井开拓：我矿就是斜井开拓，它是利用倾斜巷道由地面进入地下达到煤层的开拓方式，主副井都是斜井开拓方式。

斜井开拓有可分为片盘式斜井开拓和分区式斜井开拓。

立井开拓：立井开拓时利用垂直巷道由地面进入地下，并通过一系列巷道达到煤层的一种开拓方式。

在我国广泛运用。

当井田的冲击层较厚，水文地质条件比较复杂或者煤层埋藏较深时（地下1000多米，用斜井要打好长好长），一般用立井开拓。

立井开拓又分为立井单水平开拓和立井多水平开拓。

立井开拓的优点：开采水平深度变大时，立井开拓具有井筒短、提升速度快、提升能力大的优点；由于井筒短，还可以缩短各种管线的长度；立井井筒还有通风阻力小，容易维护的优点。

所以，一般来说，立井开拓的矿井生产经营费用比斜井要低。

缺点：和斜井相比，立井井筒掘进及延伸需要较高的技术，井
筒开凿需要设备多，掘进速度慢，井筒装备复杂，基本建设投资大。

平硐开拓：平硐开拓是利用水平巷道从地面进入地下，并通过一系列巷道通达矿体的开拓方式。

平硐开拓适用于平硐标高以上有足够的煤炭储量足以建井（天时啊，不然你忙啥）；有能满足布臵平硐和工业场地的地形条件（这是地利，政府批准了那就是人和）。

平硐开拓的优点：投资少，设备少，施工技术简单，出煤快，矿井开拓、运输、排水系统简单，省了提升等环节。

这是一种无论技术上、还是经济上有比较优越的开拓方式，只要条件合适，应尽量采用。

缺点就是受限制太多，常在山区，工业广场面积受限制，易受洪水、滑坡、雪崩等自然灾害影响。

综合开拓是指借助以上两种或者两种以上形式综合开拓的井田（北京门头沟煤矿，立井斜井平硐综合开拓）。

总结一下：无论哪种开拓方式都不是绝对的，一定要因地制宜，不可生搬硬套……
五、采煤方法（分为采煤工艺和采煤系统）
5.1采煤工艺
煤方法种类很多，目前世界主要产煤国家使用的采煤方法，总的划分为壁式和柱式两大类。

这两种不同类型的采煤方法，无论从采煤系统，还是回采工艺都有很大的区别。

壁式采煤法的特点是煤壁较长、工作面的两端巷道分别做为入风和回风、运煤和运料用，采出的煤炭平行于煤壁方向运出工作面，我国煤矿自50年代开始采用壁式采煤法，1980年占统配煤矿总产量的
90%左右，随着采煤机械化程度不断提高，壁式采煤法的使用范围将日益扩大。

壁式采煤法有多种分类。

①按煤层厚薄不同，薄及中厚煤层，通常按煤层全厚一次开采，称整层（单一）开采；厚煤层，一般分为若干中等厚度的分层进行开采，称分层开采。

②按工作面推进方向不同，可分为走向长壁采煤法和倾斜长壁采煤法。

在分层开采中，由于分层的回采顺序和顶板管理方法不同，可分为下行垮落法和上行充填法等。

柱式采煤法的特点是煤壁短呈方柱形，同时开采的工作面数较多，采出的煤炭垂直于工作面方向运出；煤回采工艺简单；该法有房式、房柱式和巷柱式三种。

我国当前常用的采煤方法主要有：
1、走向长壁采煤法，薄及中厚煤层长壁工作面沿走向推进的采煤方法。

2、倾斜长壁采煤法，缓倾斜薄及中厚的煤层长壁工作面沿倾斜推进的采煤方法
3、大采高一次采全厚，厚煤层沿走向或倾斜面推进的采煤方法。

4、放顶煤长壁采煤法，开采6米以上缓斜后缓斜厚煤层时，先采出煤层底部长壁工作面的煤，随即放采上部顶煤的采煤方法。

5、掩护支架采煤法。

在急斜煤层，沿走向布臵采煤工作面，用掩护支架将采空区和工作空间隔开，向俯斜推进的采煤方法。

6、倾斜分层走向(倾斜)长壁下行垮落采煤法。

在缓斜煤层，沿走向(倾斜)布臵采煤工作面，分层推进的采煤方法。

7、台阶采煤法。

在倾斜煤层的阶段或区段内，布臵下部超前的台阶形工作面，并沿走向推进的采煤方法。

8、水平分层采煤法。

急斜厚煤层沿水平面划分分层的采煤方法。

9、斜切分层采煤法。

急斜厚煤层中沿与水平面成25度至30度的斜面划分分层的采煤方法。

10、房柱式采煤法。

沿巷道每隔一定距离先采煤房直至边界，再后退采出煤房之间煤柱的采煤方法。

11、房式采煤法。

沿巷道每隔一定距离开采煤房，在煤房之间保留煤柱以支撑顶板的采煤方法。

12、仓储、巷道长壁采煤法。

急斜煤层中将落采的煤暂存于已采空间中，待仓房内的煤体采完后，再依次放出存煤的采煤方法。

13、倾斜分层长壁上行填充采煤法、刀柱式采煤法、水力采煤法。

5.2采煤系统
采煤系统
采煤巷道的掘进一般是超前于回采工作面工作进行的，它们之间在时间上的配合以及在空间上的相互位臵，称为采煤巷道的布臵系统。

也即采煤系统。

实际生产过程中，有时在采煤系统内会出现一些诸如采掘接续紧张、生产与施工相互干扰的问题，应在矿井设计阶段或者掘进工程施工前统筹考虑解决。

运输系统。