采礦學(xué)課件第 十九 章PPT

煤礦開采方法

精品課程課件

第四篇采煤方法

十九章露天開采第十九章露天開采概述

第一節(jié)開采特點(diǎn)及工藝環(huán)節(jié)一、露天開采特點(diǎn)采掘空間敞露于地表剝離煤層上覆、四周巖土煤炭運(yùn)輸巖土運(yùn)輸露天開采：采煤和剝離兩部分作業(yè)的總稱生產(chǎn)環(huán)節(jié)預(yù)先松碎采裝運(yùn)輸排土、卸煤排土、卸煤輔助生產(chǎn)環(huán)節(jié)采掘設(shè)備有計劃、規(guī)定場所動力供應(yīng)、設(shè)備維修、線路修筑移設(shè)、滑坡處理與防治二、生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)生產(chǎn)規(guī)模大生產(chǎn)效率高生產(chǎn)成本低煤炭采出率高作業(yè)空間不受限制木材、電力消耗少建設(shè)速度快、產(chǎn)量有保證、安全勞動條件好優(yōu)點(diǎn)占地多、污染環(huán)境后期治理投資大受氣候影響大賦存條件要求嚴(yán)格缺點(diǎn)三、露天開采的優(yōu)缺點(diǎn)

第二節(jié)采場要素一、采場要素（一）露天開采境界及邊幫要素1、露天開采境界開采終了時空間狀態(tài)地面境界AB邊幫AC、BD底部境界線CD一、采場要素

2、邊幫1）工作幫由工作臺階組成，正在進(jìn)行開采的部分GE2）非工作幫由非工作臺階組成AG\BF

一、采場要素3、邊幫角工作面邊幫角：最上臺階和最下臺階坡底線假想面與水平面夾角最終邊幫角：采場終了時，最上臺階和最下臺階坡底線假想面與水平面夾角（二）臺階要素1、臺階水平按一定標(biāo)高分層臺階坡面臺階坡面角2、臺階坡頂線臺階上部平盤與坡面的交線臺階下部平盤與坡面的交線3、臺階坡底線臺階下部平盤與坡面的交線4、臺階高度臺階上部平盤與臺階下部平盤的垂直距離（三）開拓及開采要素1、出入溝建立采場于地表運(yùn)輸通路的露天溝道2、開段溝開掘某標(biāo)高采掘工作的溝道3、開采程序剝離巖土和采煤工程在時間和空間上的配合二、開采工藝分類水力機(jī)械運(yùn)輸?shù)姆绞?、間斷式開采工藝各種硬度廣泛應(yīng)用2、連續(xù)式開采工藝松軟巖土3、半連續(xù)式開采工藝采深大、運(yùn)距遠(yuǎn)礦井儲量：指井田內(nèi)可采煤層的全部儲量（1）概略研究儲量（2）預(yù)可行性研究儲量（3）可行性研究儲量123按可行性評價階段劃分1.（一）煤炭儲量的分級分類三、露天開采的優(yōu)缺點(diǎn)按經(jīng)濟(jì)意義劃分（1）經(jīng)濟(jì)的儲量（2）邊際經(jīng)濟(jì)的儲量（3）次邊際經(jīng)濟(jì)的儲量（4）內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)的儲量（5）經(jīng)濟(jì)意義未定的基礎(chǔ)儲量任務(wù)二.確定礦井生產(chǎn)能力2.第一節(jié)“三下一上”采煤方法

一、巖層與地表移動的一般特征H/M=25～50及以上時，穩(wěn)定后形成三帶。三帶：冒落帶裂縫帶或?qū)芽p帶彎曲帶或整體移動帶一直到地表

第一節(jié)“三下一上”采煤方法（二）地表移動的一般特征（一）地表移動及移動盆地。邊界、下降10mm。（二）移動盆地的形成過程及種類種類：非充分采動碗狀充分采動盆狀——超充分采動過程：主斷面、過最大下沉點(diǎn)，走向、傾向第一節(jié)“三下一上”采煤方法（三）移動盆地的主斷面及其特征按圖23—4講：充分和近充分時邊界角（10mm）、煤柱方向、上山方向（下山）、松散層移動角φ。移動角（i=3mm/m，k=0.0002/m，ε=2mm/m的點(diǎn)）取3點(diǎn)中最外邊一個。裂縫角按圖23—5講，充分和超充分條件下，盆地中心或盆底邊緣、采空區(qū)側(cè)上、下山、充分采動角。按圖23—6講，下山方向移動，地表最大下沉點(diǎn)，采空區(qū)中點(diǎn)，下山側(cè)、最大下沉角θ。第一節(jié)“三下一上”采煤方法三.地表移動和變形的類型和規(guī)律（一）.下沉（w）.mm水平移動（v）.mm類型傾斜（i）mm/mi=Δw/Δx或dw/dx（A.B）水平變形（ε）.mm/mε=Δv/Δx或dv/dx（A.B）圖23—8曲率（k）0.001/mk=Δi/Δx或di/dx=d2w/dx2（A.B.C）曲率半徑R=1/k第一節(jié)“三下一上”采煤方法（二）.規(guī)律（穩(wěn)定后的）下沉：向下為正，傾斜：左正、右負(fù)，移動：左正、右負(fù)。圖23—9是回采結(jié)束（比如一個回采面）且下沉穩(wěn)定以后的曲線圖。曲率：凸正、凹負(fù)，變形：拉正、壓負(fù)。曲率和水平變形為零值所對應(yīng)的下沉曲線上的E和E′是拐點(diǎn)，偏向采空區(qū)一側(cè)。第一節(jié)“三下一上”采煤方法（三）.采動過程中地表移動和變形的發(fā)展規(guī)律1.軌跡圖23—10參照圖23—3。2.地表下沉的基本規(guī)律圖23—3。解講3.水平（或傾斜）移動發(fā)展規(guī)律圖23—11。A.B.C.D非充分移動、E充分、F超充分。O′5和O′6對應(yīng)圖23—9中的O1和O2。圖23—9中，O1和O2點(diǎn)之間各點(diǎn)都經(jīng)歷過負(fù)向移動和正向移動負(fù)傾斜到變平的過程，O1和O2點(diǎn)之間各點(diǎn)，起點(diǎn)和終點(diǎn)連線都鉛垂的，這行軌跡都是曲線，如圖23—10中的c點(diǎn)。4.曲率（水平變形）發(fā)展規(guī)律A.B.C不充分、D充分、E超充分。左盆邊正曲率由小到大到穩(wěn)定值，參見圖23—9，負(fù)曲率（kB）由碗底最大到左盆邊次大（kc）再縮小到穩(wěn)定值。第一節(jié)“三下一上”采煤方法二、建筑物壓煤開采(一)地表移動和變形對建筑物的影響1.地表下沿的影響建筑物主要管路的坡度會發(fā)生變化，四周的防水坡也可能造成破壞。特別是由于地表下沉造成潛水位相對上升，造成建筑物長期積水或過度潮濕時，就會影響建筑物的強(qiáng)度，以至影響建筑物的使用。2.地表傾斜的影響地表傾斜后，建筑物也隨之歪斜，重心偏移，影響其穩(wěn)定性，而且承重結(jié)構(gòu)內(nèi)部將產(chǎn)生附加盈利，基礎(chǔ)的承壓也會發(fā)生變化。第一節(jié)“三下一上”采煤方法(一)地表移動和變形對建筑物的影響3.地表曲率的影響建筑物的基礎(chǔ)底面出現(xiàn)懸空狀態(tài)。4.地表水平變形的影響使建筑物受到附加的拉伸和壓縮應(yīng)力。第一節(jié)“三下一上”采煤方法(二)減少地表移動和變形的開采措施1.防止地表突然下沉

措施：在一定的開采深度下，進(jìn)行建筑物下采煤；開采急斜煤層時，在煤層露頭處應(yīng)留設(shè)足夠的煤柱，以防止突然塌陷；在緩斜或傾斜厚煤層淺部開采時，應(yīng)盡量采用傾斜分層長壁式采煤法，并適當(dāng)減少第一、第二分層開采煤厚。第一節(jié)“三下一上”采煤方法二、建筑物壓煤開采(二)減少地表移動和變形的開采措施

2、減少地表下沉的措施（1）采用充填采煤法（2）使用分帶開采法。（3）使用房柱式采煤。（4）減少一次采出煤厚。第一節(jié)“三下一上”采煤方法3、消除或減少開采影響的不利疊加的措施（1）分層間隔開采（2）合理布置各煤層（分層）的開采邊界（3）盡量使用較長的采煤工作面，實(shí)行全柱開采（4）盡量不殘留尺寸不適當(dāng)?shù)拿褐?）協(xié)調(diào)開采4、消除或減少開采邊界的影響第一節(jié)“三下一上”采煤方法三、鐵路壓煤開采（一）鐵路壓煤開采的特點(diǎn)和要求（二）開采技術(shù)措施1、在采區(qū)布置上，應(yīng)盡量使采動線路處于盆地主斷面附近，避免線路處于移動盆地的邊緣。2、嚴(yán)禁使用非正規(guī)的采煤方法。3、選擇合適的采煤方法和頂板管理方法。4、在緩斜和傾斜厚煤層淺部開采時，應(yīng)盡量采用傾斜分層采煤法，適當(dāng)減小分層開采的厚度，禁用一辭采全稿采煤法。第一節(jié)“三下一上”采煤方法（二）開采技術(shù)措施5、開采急斜煤層時，應(yīng)盡量采用沿走向推進(jìn)的小姐端偽傾斜掩護(hù)支架采煤法，水平分層采煤法。6、煤層頂板堅硬，不易冒落時，應(yīng)進(jìn)行人工放頂，以防止空頂面積達(dá)到極限時突然冒落而引起地表突然下沉。7、鐵路位于煤層露頭附近，或在其下方淺部有煤層或石灰?guī)r時，需調(diào)查鐵路下方是否有老空區(qū)、廢巷道發(fā)、巖溶等，如果在這些空硐充水，則采前應(yīng)將水排干，并用注漿法填是空硐。8、淺部非正規(guī)采過的老空區(qū)，在開采過程中要劃定范圍，派專人巡視，監(jiān)督地表移動情況，做好相應(yīng)的應(yīng)急準(zhǔn)備。第一節(jié)“三下一上”采煤方法四、水體壓煤開采(一)影響水體下采煤的地質(zhì)及水文地質(zhì)因素1.煤層上方水體類型2.巖性及地層結(jié)構(gòu)3.斷裂構(gòu)造4.煤(巖)層賦存狀態(tài)第一節(jié)“三下一上”采煤方法(二)水體壓煤開采的一般途徑1、頂水采煤——對水體不做任何處理，只在水體與煤層之間保留一定厚度（或垂高）的安全煤巖柱情況下進(jìn)行采煤。2、疏干采煤：先疏后采，或邊采邊疏3、頂疏結(jié)合開采4、帷幕注漿堵水(三)水體下采煤的開采技術(shù)措施第一節(jié)“三下一上”采煤方法五、石灰?guī)r水壓含水層上帶壓開采(一)石灰?guī)r水壓含水層上帶壓采煤防治水途徑及技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)1、石灰?guī)r承壓含水層上帶壓采煤防治途徑（1）疏水開采（2）堵水開采（3）帶（水）壓開采（4）綜合治理2、石灰?guī)r承壓含水層上采煤技術(shù)應(yīng)用的特點(diǎn)第一節(jié)“三下一上”采煤方法(二)石灰?guī)r水壓含水層上帶壓開采的技術(shù)條件及影響因素1、含水層的富水特征2、斷裂構(gòu)造的導(dǎo)水性3、底板巖柱的阻水能力4、采動影響程度(三)石灰?guī)r水壓含水層上帶壓開采的適用條件及技術(shù)措施1、含水層上帶壓開采的適用條件2、綜合治理、帶壓開采的主要技術(shù)措施第二節(jié)水力采煤法

利用水力來完成礦井生產(chǎn)中采煤、運(yùn)輸、提升等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的全部或部分工作的開采技術(shù)，簡稱水采。一、水采生產(chǎn)系統(tǒng)簡介（一）高壓供水系統(tǒng)（二）煤水運(yùn)提系統(tǒng)（三）脫水系統(tǒng)第二節(jié)水力采煤法水采礦井類型全部水力采煤采、運(yùn)、提、煤掘，用水力，輔助系統(tǒng)和巖掘系統(tǒng)仍是旱采。在采區(qū)下部分級，級下水運(yùn)水提，級上旱運(yùn)旱提。部分水力采煤水旱兩套部分環(huán)節(jié)水力。（一）高壓供水系統(tǒng)：水源，高壓泵，高壓管路，水槍。1.水源，地面，地下――耐酸泵，推薦使用。開式，閉式，實(shí)際為開式，因?yàn)橛芯掠克?.高壓泵12-20MPa一套2臺泵，一臺水槍，水槍輪流用水。掘進(jìn)面炮掘機(jī)掘水運(yùn)，單設(shè)供水系統(tǒng)。0.6-2MPa。3.高壓供水管路。無縫鋼管：主干管開拓巷道：250-300mm支干管準(zhǔn)備巷道：150-200mm支管回采巷道：125-150mm4.水槍：手動：常用，簡單便宜能觀察液控（水控）自移液控（二）煤水運(yùn)提系統(tǒng)水運(yùn)：優(yōu)點(diǎn)：連續(xù)，簡單，可靠（故障少），維修少，效率高缺點(diǎn)：磨損較大，能耗較大，有選煤廠時，制漿和脫水都不算缺點(diǎn)：水運(yùn)：明槽：鐵溜槽，坡度大于5～7％，用在采區(qū)內(nèi)管路：耐磨煤水管，直徑200～350mm，用在大巷和井筒明槽自流水力運(yùn)輸和管路水力運(yùn)輸之間要設(shè)煤水硐室煤水倉。煤水倉壓入式——常用，濃度大，有效容積大，操作方便，但呆滯量大，工程大。吸入式區(qū)別：與煤水泵的位置關(guān)系。（三）脫水系統(tǒng)，自學(xué)應(yīng)該與洗煤廠結(jié)合。三、水采礦井開拓特點(diǎn)回采率低，井田尺寸要足夠，大巷可斜可平，當(dāng)井田尺寸大或地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜時宜采用平巷，管路水力運(yùn)輸。第二節(jié)水力采煤法二、水力采煤方法特點(diǎn)：1、以水射流實(shí)現(xiàn)落煤和運(yùn)輸兩個主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，把落煤與運(yùn)輸簡化成單一的連續(xù)工序。2、這種水采方法對回采空間的煤層頂板不進(jìn)行支護(hù)，作業(yè)人員不進(jìn)入采煤工作面內(nèi)。簡化了采煤工作面的頂板管理，減輕了工人勞動強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)的安全性。3、這種水采方法的采煤工作面以短壁形式布置，具有較強(qiáng)的機(jī)動性和靈活性。第二節(jié)水力采煤法二、水力采煤方法（一）傾斜短壁式采煤法1、采準(zhǔn)巷道布置2、采區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)3、采煤工藝（二）走向短壁式采煤法1、采準(zhǔn)巷道布置2、采區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)3、采煤工藝短壁式采煤法（三）傾斜短壁式與走向短壁式平煤法的比較一、射流作用與指標(biāo)水槍射流：先搗槽，后落煤，射流指標(biāo)：出口壓力——6-20MPa射程——15-20米流量——160-300，m3/h二、水力采煤法：漏斗式——適用緩傾斜煤層走向小階段式——適用傾角較大的緩傾斜，傾，急傾斜煤層漏斗式：單面：水槍沖回采眼的一側(cè)雙面：水槍沖回采眼的兩側(cè)采準(zhǔn)巷道。圖24－7，巷道系統(tǒng)和生產(chǎn)系統(tǒng)，一般均為雙翼布置，單翼生產(chǎn)，沒、水、料、風(fēng)等系統(tǒng)情況；后退下行式開采順序。采區(qū)參數(shù)：能力：自學(xué)，查表，一個采區(qū)一套水采系統(tǒng)斜長：開拓已定。走向長：一翼：緩傾斜500～1000m，急傾斜200～600m。區(qū)段斜長：120-150m回采工藝講解：最終沖采角——傾角大取大值，傾角小取小值，煤垛：移搶步距，煤垛長度，開式，閉式半閉式每個采區(qū)配3個回采面，一采，一移，一備，錯距15-25m走向小階段式：α＞12-15度采準(zhǔn)巷道，圖24－10，于圖24－7的差別僅僅是回采巷和回采眼，采區(qū)參數(shù)和生產(chǎn)系統(tǒng)類似漏斗式采煤法，錯距8-15米回采工藝：圖24－11。漏斗式優(yōu)缺點(diǎn)與小臺階比較：掘進(jìn)率低，移槍少，效率高，回采率低，安全差。第二節(jié)水力采煤法三、水力采煤的適用條件1、頂板穩(wěn)定或中等穩(wěn)定，底板泥化、底鼓不嚴(yán)重，傾角7°～30°的中厚和厚煤層。2、厚度1m以上、傾角大于30°、頂?shù)装宸€(wěn)定性符合水采要求的傾斜、急斜煤層。3、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、傾角、厚度變化大，但其整體條件仍適合水采的中厚以上的不穩(wěn)定煤層。第三節(jié)水砂充填采煤法

一、概述充填法是一種采空區(qū)處理的方法，它是利用砂子、碎石或爐渣等材料充填采空區(qū)，借以支撐圍巖，防止或減少圍巖垮落和變形。充填方法：自溜充填、機(jī)械充填、風(fēng)力充填、水力充填。第三節(jié)水砂充填采煤法二、充填材料的要求（一）對充填材料的要求數(shù)量足，取材容易，質(zhì)量好，安全可靠，價格低，易加工。（二）充填材料的需要量1、充填材料的總需要量2、充填材料的年消耗量第三節(jié)水砂充填采煤法

三、水力充填采煤法傾斜分層走向長壁上行充填采煤法及傾斜分層V形傾斜長壁上行充填采煤法。（一）準(zhǔn)備方式及采煤系統(tǒng)（二）采煤工藝（三）V形傾斜長壁上行充填采煤法

第三節(jié)水砂充填采煤法

四、適用條件傾斜分層走向長壁上行充填采煤法適用條件：①傾角5°～35°特厚煤層；②對地表變形要求嚴(yán)格的建（構(gòu)）筑物、鐵路下和水體下開采區(qū)域；③頂板極破碎，有煤與瓦斯突出及沖擊地壓的特厚煤層。第四節(jié)深井采煤

一、深礦井開采的主要特征（一）地壓大（二）地溫高二、深礦井開采的礦壓控制（一）巷道布置1、開拓和準(zhǔn)備巷道應(yīng)布置在巖石力學(xué)性能好的巖（煤）層中。2、巷道應(yīng)布置在受采動影響小的位置。3、縮短巷道服務(wù)年限。第四節(jié)深井采煤二、深礦井開采的礦壓控制（二）巷道支護(hù)1、支護(hù)強(qiáng)度大，能抵抗高地壓；2、可縮性能好，可縮量大，能適應(yīng)圍巖的大變形；3、封閉性能好，能夠有效地防止底鼓。第四節(jié)深井采煤二、深礦井開采的礦壓控制（三）巷道維護(hù)1、卸壓法（1）超前導(dǎo)硐（2）爆破卸壓（3）鉆孔卸壓（4）寬巷卸壓2、圍巖加固法（1）機(jī)械加固（2）化學(xué)加固第四節(jié)深井采煤

三、深礦井開采的地?zé)岷屯咚箍刂疲ㄒ唬┑責(zé)峥刂圃诘V井或采區(qū)安裝空調(diào)機(jī)，進(jìn)行制冷降溫。（二）瓦斯控制一是控制瓦斯涌出量；二是防止煤與瓦斯突出。第五節(jié)煤炭地下氣化

一、煤炭地下氣化原理首先從地表沿煤層開掘兩條傾斜巷道1和2，然后在煤層中靠下部用一條水平巷道將兩條傾斜巷道連接起來，被巷道包圍的整個煤體，就是將要?dú)饣膮^(qū)域，稱之為氣化盤區(qū)，或稱氣化發(fā)生爐一、煤炭地下氣化原理

1.氣化帶2.還原帶

3.干餾—干燥帶第五節(jié)煤炭地下氣化

800~1000oⅠ、燃燒區(qū)1200~1400oco2+c=2coⅡ、還原區(qū)H2o+c=cH4+co+H2700~400o收熱降溫Ⅲ、干餾區(qū)碳不再氧化，排出氣體溫度再降低Ⅲ、干燥區(qū)水析出氣體干燥cH4、co、H2、o2、co2、H2s、N2.應(yīng)該還有H2o，前3項(xiàng)是煤氣第五節(jié)煤炭地下氣化

二、煤炭地下氣化方法通常分為有井式和無井式兩種。無井式地下氣化是應(yīng)用定向鉆進(jìn)技術(shù)，由地面鉆出進(jìn)、排氣孔和煤層中的氣化通道，構(gòu)成地下氣化發(fā)生爐。無井式氣化法是用鉆孔代替坑道，以構(gòu)成氣流通道。避免了井下作業(yè)和有井式氣化的其他問題，使煤炭地下氣化技術(shù)有了很大提高，目前，它已在世界上被廣泛采用。第五節(jié)煤炭地下氣化圖14－16無井式地下氣化法第五節(jié)煤炭地下氣化無井式（一）.準(zhǔn)備打鉆貫通——形成氣化通道圖25—2~7.鉆孔：立、斜、彎—常用反向燃燒貫通法——常用空氣滲透火力貫通順向燃燒.1~6個大氣壓

貫通電力貫通——焦化通道，氣化前用高壓氣擴(kuò)一次通道