全书详细介绍了教学矿井三大组成部分，十大生产系统，六大监测监控系统，适用实习实训教材，也可供煤炭企事业单位参考。全书详细介绍了教学矿井三大组成部分，十大生产系统，六大监测监控系统，适用实习实训教材，也可供煤炭企事业单位参考。全书详细介绍了教学矿井三大组成部分，十大生产系统，六大监测监控系统，适用实习实训教材，也可供煤炭企事业单位参考。

(一)

运城职业技术学院(以下简称“学院”)是一所国家正式批准,具有高等教育资格的全日制统招高等院校。学院由山西蒲县宏源煤业集团在运城设立的长江源实业有限公司投资建设,占地3800亩,截至2013年年底已投资13亿元,是目前山西省民间资本投资高职教育的最大项目。学院设有矿山工程系、机电工程系等11个教学系部共37个专业,有在校生7000余人。学院坚持教学与培训并重,着力为经济和社会发展培养高技能应用型人才。

为了给煤炭企业、高等院校、科研院所提供一个煤矿安全培训、实践教学和煤炭科研的真实的大型煤矿环境,集团公司投资2亿多元,技术含量按照现代化矿井要求,装备按照我国当前煤矿中等水平,井巷工程以1∶1的比例,在校园内建设了一座具备生产能力3.0Mt/a的教学矿井。教学矿井已被授予“山西省煤炭行业特有工种职业技能鉴定实训实操基地”和“山西省煤炭开采专业省级示范性实训基地”;学院已取得国家“二级煤矿安全培训机构”资质证书,并被山西省政府确定为全省“煤矿变招工为招生定点培训院校”。

教学矿井按照《煤炭工业矿井设计规范》和《煤矿安全规程》的标准和要求建设,由地下工程、煤矿地面建筑及配套教学生活建筑群三大部分组成。

(二)

教学矿井在建设过程中得到各方大力支持,他们是中国煤炭科工集团太原研究院有限公司、山西中方森特建筑设计研究院、河津市小梁建筑工程有限公司、宏源煤业集团机电安装队、山西运城市建筑工程有限公司、运城市汇鑫装饰工程有限公司、山西金环涂装有限公司、江苏东盛产业工程有限公司、上海鑫杰彩钢结构有限公司、太原润达锦绣雕塑有限公司、中国矿大华洋通信设备有限公司、西安和利德软件有限公司、上海中视典数字科技有限公司、徐州创导科技公司、四川森雅园林设计有限公司等。

教学矿井在建设过程中,一批高等院校专家、教授多次亲临现场指导,这些高校是清华大学、中国矿业大学、西安科技大学、太原理工大学、辽宁工程技术大学、山东科技大学、河南理工大学、黑龙江科技学院、河北建筑工程学院等。

为了表现煤炭地质展示巷的真实性,需要到现场采集煤岩层和构造样本。地质专家带领技术人员与雕刻工艺师顶酷暑冒严寒爬山、翻沟、下矿井,在断崖峭壁和煤矿井下辨认寻找煤系地层露头的每一个对应层位和典型的地质构造剖面,现场拓模制作样模。为了寻找典型的火成岩侵入体、陷落柱、泥质胶结的K5 中粒砂岩和富含动物化石的K6 泥质石灰岩,耗时几个月几乎跑遍周边山区完成了这项几乎可以“以假乱真”的工程。正是这样一批教学矿井的采煤掘进、机电运输、通风安全、地质测量、信息自动化专家,为了一个共同的目标,为煤炭事业再做一点应有的贡献,在他们的晚年生活中添加了欣慰的色彩和成就感。

可以预言,在中国煤炭工业的历史长河中,山西运城这座令许多参观者大呼“震撼”的教学矿井能够当之无愧地占有一席之地。

(三)

教学矿井目标定位如下:定义:运城职业技术学院教学矿井是一个广义词,其含义是包括煤矿矿井、煤矿地面工业广场、煤炭科技展示楼、矿山机械实训中心、矿山电气实训中心、煤矿机电设备技术展示广场、培训中心大楼和矿山公园及其配套的软硬件建设的总称。

定位:培训实习科研型。

功能:培训、实习、科研。

服务范围:立足山西,面向全国。

水平:国内领先,世界先进。

目标:经过几年努力,实现的总体目标是:

(1)教学矿井建设成国家级实践教学示范基地;

(2)煤矿安全培训中心建设成国家煤矿安全培训示范基地;

(3)采矿工程学科达到国家高职院校领先水平;

(4)教学矿井成为有影响、有成果的煤炭科研基地。

品牌:运城职业技术学院教学矿井将成为国内煤炭行业有较大影响的一个培训实习

品牌。

最终目的:为煤炭行业培养合格人才,为煤矿安全生产做出贡献。

(四)

本书是运城职业技术学院教学矿井第一期工程建成并试运行一年以来对教学矿井技术资料的汇编。本书可作为煤炭行业企事业单位职工培训和高等院校、高职、中职院校学生实习、实训的参考教材,也可为煤炭行业企事业单位建设或改建实习、实训基地提供必要的参考资料。本书的主要特点是:

(1)全面详细地介绍了组成教学矿井的地下工程、煤矿地面建筑及配套教学生活建筑群三大部分内容。其中重点介绍了由井巷工程和展示工程组成的矿井地下工程。按照矿井地质测量与原型矿井,井田开拓与准备,采掘工作面及装备,矿井通风与安全,矿井提升、运输、排水、压气设备,矿井供电,地面工业广场及生活配套设施,展示工程,矿井信息化建设,软科学建设的顺序,对教学矿井的十大系统、井下安全避险六大系统作了较为

详细地介绍。

(2)本书的编写要求是,对书中每一部分内容力求做到文字讲清楚,CAD图画清楚,表格填清楚,照片拍清楚。

(3)本书是教学矿井煤矿安全培训和实践教学的配套教材,学员到教学矿井实习培训时能够带着本书,将书中的学习对象与现场实物一一对照,加深理解,从而达到煤矿安全培训和实践教学的目的。

(4)书中采用了大量图形、图片,以满足不同层次学员的需求。

(5)书中部分内容属教学矿井二、三期建设的范畴。

(五)

本书由运城职业技术学院教学矿井和矿山工程系专家和教师组成的编写小组共同编写,分工如下:

主编:林在康

副主编:郭国龙,刘旺兴,尚军宁

主审:张百战

各章编写人员分工如下:

前言:林在康

第一章地质测量与原型矿井:董再田,赵志刚,林在康

第二章井田开拓与准备:张百战,王朋朋,张连昆

第三章采掘工作面及装备:尚军宁,张百战,孙永强,李矿飞

第四章矿井通风与安全:郭国龙,杜凌云,吴超,曹文涛,孙永强,宁东旭

第五章矿井提升、运输、排水、压气设备:吕建华,李卫涛,杨霞

第六章矿井供电:刘旺兴,胡媛媛,李卫涛

第七章地面工业广场及生活配套设施:程允科,贺行行

第八章展示工程:董再田,任焕倜,李卫涛

第九章矿井信息化建设:宁东旭,胡媛媛

第十章软科学建设:赵志刚,李清伟

全书主要图纸、照片:李清伟,赵志刚

教学矿井大事记:张百战

全书在编写过程中,宏源煤业集团王立毅、赵双平等参与编写并提供了大量的技术资料;采煤技术和煤矿地质专家纪帮师、郭志强、黄成麟、李学忠和中国矿业大学矿业工程学院采矿专业毕业实习小组参与了部分的编写和相关资料的收集整理工作。

2014年7月刚到矿山系和教学矿井工作的葛帅帅、吴晓刚、曹栩、高翔、方江、张蒙、张瀚、陈阳、薛凯宏、马建腾、张凯等参与了部分内容的编写和后期的修改工作。

中国矿业大学出版社的有关领导和编辑为《教学矿井技术手册》的编写和出版付出了艰辛和努力,在此表示衷心的感谢。由于时间仓促,书中难免存在不足之处,敬请读者批评指正,以便再版时修正。

编 者

2014年9月于运城

前言……………………………………………………………………………………………… 1

第一章 地质测量与原型矿井………………………………………………………………… 1

1.1 原型矿井地质条件………………………………………………………………… 1

1.1.1 概况………………………………………………………………………… 1

1.1.2 矿井地质…………………………………………………………………… 2

1.1.3 煤层、煤质…………………………………………………………………… 3

1.1.4 矿井水文地质……………………………………………………………… 4

1.1.5 其他开采技术条件………………………………………………………… 6

1.1.6 资源/储量估算……………………………………………………………… 7

1.2 霍西煤田地质展示………………………………………………………………… 8

1.2.1 煤岩层特征的识别与描述………………………………………………… 9

1.2.2 沉积环境特征的识别……………………………………………………… 11

1.3 原型矿井开拓方案………………………………………………………………… 13

1.3.1 底板三维等高线和储量计算……………………………………………… 13

1.3.2 原型矿井开拓方案………………………………………………………… 14

1.3.3 教学矿井开拓方案………………………………………………………… 14

1.4 矿山测量…………………………………………………………………………… 16

1.4.1 矿区控制测量……………………………………………………………… 17

1.4.2 矿井联系测量……………………………………………………………… 19

1.4.3 井下巷道测量……………………………………………………………… 23

1.4.4 贯通测量…………………………………………………………………… 26

第二章 井田开拓与准备…………………………………………………………………… 28

2.1 教学矿井简介……………………………………………………………………… 28

2.2 开拓巷道…………………………………………………………………………… 32

2.2.1 主斜井……………………………………………………………………… 32

2.2.2 副斜井……………………………………………………………………… 33

2.2.3 副立井……………………………………………………………………… 34

2.2.4 平硐………………………………………………………………………… 35

2.2.5 回风立井…………………………………………………………………… 35

2.2.6 胶带输送机大巷…………………………………………………………… 35

2.2.7 轨道大巷…………………………………………………………………… 36

2.2.8 总回风巷…………………………………………………………………… 37

2.3 井底车场及主要硐室……………………………………………………………… 38

2.3.1 副斜井井底车场…………………………………………………………… 38

2.3.2 大巷交岔点………………………………………………………………… 39

2.3.3 中央水泵房及水仓………………………………………………………… 40

2.3.4 中央变电所………………………………………………………………… 42

2.3.5 井下调度室、调车室、医务室……………………………………………… 42

2.3.6 爆破器材发放硐室………………………………………………………… 43

2.3.7 避险硐室…………………………………………………………………… 43

2.3.8 消防材料库………………………………………………………………… 43

2.4 准备巷道…………………………………………………………………………… 44

2.4.1 盘区皮带巷………………………………………………………………… 44

2.4.2 盘区轨道巷………………………………………………………………… 46

2.4.3 盘区回风巷………………………………………………………………… 46

2.4.4 盘区水泵房及水仓………………………………………………………… 47

2.4.5 盘区联络巷………………………………………………………………… 48

第三章 采掘工作面及装备………………………………………………………………… 49

3.1 综采工作面………………………………………………………………………… 49

3.1.1 概述………………………………………………………………………… 49

3.1.2 综采工作面运输巷………………………………………………………… 53

3.1.3 综采工作面回风巷………………………………………………………… 53

3.1.4 综采工作面………………………………………………………………… 54

3.1.5 综采工作面生产系统……………………………………………………… 56

3.1.6 综采工作面主要装备……………………………………………………… 58

3.1.7 综采工作面配套装备……………………………………………………… 62

3.2 高档普采工作面…………………………………………………………………… 66

3.2.1 概述………………………………………………………………………… 66

3.2.2 高档普采工作面运输巷…………………………………………………… 66

3.2.3 高档普采工作面回风巷…………………………………………………… 66

3.2.4 高档普采工作面…………………………………………………………… 66

3.2.5 高档普采工作面生产系统………………………………………………… 70

3.2.6 高档普采工作面主要装备………………………………………………… 70

3.3 煤巷综掘工作面…………………………………………………………………… 71

3.3.1 概述………………………………………………………………………… 71

3.3.2 煤巷综掘工作面生产系统………………………………………………… 75

3.3.3 煤巷综掘工作面主要装备………………………………………………… 75

3.4 岩巷炮掘工作面…………………………………………………………………… 80

3.4.1 概述………………………………………………………………………… 80

3.4.2 岩巷炮掘工作面生产系统………………………………………………… 83

3.4.3 岩巷炮掘工作面主要装备………………………………………………… 85

3.5 探放水掘进工作面………………………………………………………………… 88

3.5.1 概述………………………………………………………………………… 88

3.5.2 掘进工作面探水钻孔布置………………………………………………… 90

3.5.3 探放水掘进工作面主要装备……………………………………………… 91

3.6 防治煤与瓦斯突出掘进工作面…………………………………………………… 92

3.6.1 概述………………………………………………………………………… 92

3.6.2 掘进过程中的防治煤与瓦斯突出管理…………………………………… 93

3.6.3 防治煤与瓦斯突出设备………………………………………………… 100

第四章 矿井通风与安全…………………………………………………………………… 102

4.1 矿井通风………………………………………………………………………… 102

4.1.1 矿井通风方式与方法…………………………………………………… 102

4.1.2 矿井通风系统…………………………………………………………… 103

4.1.3 通风设施………………………………………………………………… 105

4.2 矿井安全………………………………………………………………………… 109

4.2.1 矿井瓦斯事故及防治…………………………………………………… 109

4.2.2 矿井粉尘防治…………………………………………………………… 113

4.2.3 矿井火灾防治…………………………………………………………… 118

4.2.4 矿井水害防治…………………………………………………………… 121

4.2.5 矿井顶板事故与冲击地压灾害防治…………………………………… 129

4.2.6 矿井热害防治…………………………………………………………… 138

4.3 煤矿井下安全避险六大系统…………………………………………………… 140

4.3.1 监测监控系统…………………………………………………………… 141

4.3.2 人员定位系统…………………………………………………………… 141

4.3.3 紧急避险系统…………………………………………………………… 141

4.3.4 压风自救系统…………………………………………………………… 144

4.3.5 供水施救系统…………………………………………………………… 146

4.3.6 通信联络系统…………………………………………………………… 148

第五章 矿井提升、运输、排水、压气设备………………………………………………… 150

5.1 提升……………………………………………………………………………… 150

5.1.1 主斜井提升……………………………………………………………… 150

5.1.2 副斜井提升……………………………………………………………… 151

5.1.3 副立井提升……………………………………………………………… 153

5.2 运输……………………………………………………………………………… 154

5.2.1 煤炭运输………………………………………………………………… 155

5.2.2 辅助运输………………………………………………………………… 157

5.3 排水……………………………………………………………………………… 165

5.3.1 概述……………………………………………………………………… 165

5.3.2 主要排水硐室与设备…………………………………………………… 166

5.4 压气……………………………………………………………………………… 168

5.4.1 概述……………………………………………………………………… 168

5.4.2 空压机及空压系统……………………………………………………… 168

第六章 矿井供电…………………………………………………………………………… 170

6.1 概述……………………………………………………………………………… 170

6.2 地面变电所……………………………………………………………………… 170

6.3 井下中央变电所………………………………………………………………… 172

6.4 盘区配电点……………………………………………………………………… 173

6.5 工作面供电……………………………………………………………………… 174

6.5.1 综采工作面供电………………………………………………………… 174

6.5.2 高档普采工作面供电…………………………………………………… 176

6.5.3 综掘工作面供电………………………………………………………… 176

6.5.4 炮掘工作面供电………………………………………………………… 177

6.5.5 探放水工作面供电……………………………………………………… 178

6.5.6 防治煤与瓦斯突出工作面供电………………………………………… 178

第七章 地面工业广场及生活配套设施…………………………………………………… 179

7.1 主斜井井口房…………………………………………………………………… 179

7.2 副斜井绞车房…………………………………………………………………… 180

7.3 副立井绞车房及井架…………………………………………………………… 181

7.4 主要通风机房…………………………………………………………………… 181

7.5 空气压缩机房…………………………………………………………………… 182

7.6 煤炭科技展示楼………………………………………………………………… 183

7.6.1 简介……………………………………………………………………… 183

7.6.2 信息调度指挥中心……………………………………………………… 184

7.6.3 3D放映厅………………………………………………………………… 184

7.6.4 计算机室………………………………………………………………… 184

7.6.5 科技展示室……………………………………………………………… 185

7.7 矿山机械实训中心及矿山电气实训中心……………………………………… 185

7.7.1 矿山机械实训中心……………………………………………………… 185

7.7.2 矿山电气实训中心……………………………………………………… 187

7.8 生活配套设施…………………………………………………………………… 187

7.8.1 培训教师公寓…………………………………………………………… 187

7.8.2 2号生活服务中心……………………………………………………… 187

7.8.3 培训中心大楼…………………………………………………………… 188

7.9 矿山公园………………………………………………………………………… 188

第八章 展示工程…………………………………………………………………………… 189

8.1 煤炭地质展示巷………………………………………………………………… 189

8.1.1 煤系地层展示…………………………………………………………… 189

8.1.2 矿井地质构造展示……………………………………………………… 189

8.2 矿井水害展示巷………………………………………………………………… 193

8.2.1 矿井水文地质基础……………………………………………………… 193

8.2.2 矿井水害类型…………………………………………………………… 193

8.2.3 矿井防治水设备展示…………………………………………………… 194

8.2.4 矿井突水预兆和典型事故案例展示…………………………………… 194

8.3 煤矿支护形式展示……………………………………………………………… 195

8.3.1 可缩性金属支架支护…………………………………………………… 195

8.3.2 刚性金属支架支护……………………………………………………… 197

8.3.3 混凝土浇灌支护………………………………………………………… 197

8.3.4 以锚杆为主体的联合支护……………………………………………… 198

8.4 锚杆支护展示室………………………………………………………………… 200

8.4.1 机械式锚杆……………………………………………………………… 200

8.4.2 黏结式锚杆……………………………………………………………… 201

8.4.3 锚杆桁架支护…………………………………………………………… 203

8.4.4 失效锚杆展示…………………………………………………………… 204

8.4.5 锚杆施工和检测器具展示……………………………………………… 204

8.5 模型展示………………………………………………………………………… 205

8.5.1 现有模型………………………………………………………………… 205

8.5.2 计划展示的模型………………………………………………………… 207

第九章 矿井信息化建设…………………………………………………………………… 208

9.1 概述……………………………………………………………………………… 208

9.2 信息系统平台建设……………………………………………………………… 208

9.2.1 中心机房………………………………………………………………… 208

9.2.2 综合信息网络技术……………………………………………………… 210

9.3 信息调度指挥系统……………………………………………………………… 212

9.3.1 大屏幕显示系统………………………………………………………… 213

9.3.2 矿井通信系统…………………………………………………………… 216

9.4 安全监控系统…………………………………………………………………… 223

9.4.1 安全监测监控系统……………………………………………………… 224

9.4.2 人员管理系统…………………………………………………………… 227

9.4.3 视频监控系统…………………………………………………………… 232

9.5 煤矿自动化系统………………………………………………………………… 236

9.5.1 胶带输送机自动控制系统……………………………………………… 236

9.5.2 主要通风机在线监测系统……………………………………………… 240

9.5.3 自动化在建项目………………………………………………………… 241

第十章 软科学建设………………………………………………………………………… 248

10.1 五步实践教学培训法…………………………………………………………… 248

10.1.1 概述……………………………………………………………………… 248

10.1.2 五步实践教学培训法…………………………………………………… 248

10.2 实习实训软件…………………………………………………………………… 249

10.2.1 概述……………………………………………………………………… 249

10.2.2 3D虚拟教学矿井模型漫游软件……………………………………… 249

10.2.3 煤矿安全技术可视化仿真培训系统软件……………………………… 250

10.2.4 煤矿特种作业实操仿真培训系统软件………………………………… 251

10.2.5 综采、综掘仿真操作台培训软件……………………………………… 251

10.2.6 采矿施工设计软件包…………………………………………………… 252

10.3 安全技术教育视频……………………………………………………………… 253

10.4 实习实训考核系统……………………………………………………………… 253

10.5 多媒体演示系统………………………………………………………………… 255

参考文献……………………………………………………………………………………… 258

致谢…………………………………………………………………………………………… 260

后记:教学矿井大事记……………………………………………………………………… 261

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教学矿井技术手册