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1、矿床构模与可视化技术矿床构模与可视化技术 Mine Geological Modeling and Its Visualization 第一讲：第一讲：概概 述述我国能源面临的矛盾与挑战我国能源面临的矛盾与挑战我国煤炭工业现状、问题和对策我国煤炭工业现状、问题和对策我国安全生产发展历程及问题我国安全生产发展历程及问题我国能源面临的矛盾与挑战（1）供需矛盾突出，资源可持续供应压力增大n我国人均能源可采储量远低于世界平均水平石油：2.60吨，为世界平均值的11.1；天然气：1074立方米，为世界平均值的4.3；煤炭：90吨，为世界平均值55.4。n未来我国石油产量不可能大幅增长。我国煤炭资源丰富，
2、但探明程度很低，2000年，精查储量仅267亿吨，不能满足建新矿要求。目前，国家和地方政府加大了对资源的勘探力度。（2 2）能源安全，尤其是石油安全问题凸现）能源安全，尤其是石油安全问题凸现预测到2020年，石油消费量为4.5-6.1亿吨，届时石油产量为1.8-2.0亿吨，对外依存度将达60，与目前美国水平相当。保障石油安全是我国能源面临的重大挑战。我国能源面临的矛盾与挑战（3）能源利用效率低下，节能任务十分艰巨我国能源效率约为我国能源效率约为31.231.2，与先进国家相差约，与先进国家相差约1010个百分点。主个百分点。主要工业产品单位能耗比先进国家高出要工业产品单位能耗比先进国家高出30
3、30以上。节能和提高能效的潜以上。节能和提高能效的潜力较大。力较大。(4)能源开发利用是造成我国环境污染的主要因素。烟尘和CO2排放量的70、二氧化硫的90、氮氧化物的67来自于燃煤；我国能源面临的矛盾与挑战我 国 能 源 发 展 的 战 略 目 标 在未来在未来2020年，我国实行年，我国实行“保障供应、节能优先、保障供应、节能优先、结构优化、环境友好结构优化、环境友好”的可持续发展能源战略，力争的可持续发展能源战略，力争实现实现GDPGDP翻两番，能源翻一番的战略目标。为了实现翻两番，能源翻一番的战略目标。为了实现上述战略目标，必须大力推进科技进步。上述战略目标，必须大力推进科技进步。1.
4、1.煤的经济、高效、清洁利用煤的经济、高效、清洁利用 2.2.建立保障能源安全的技术支撑体系建立保障能源安全的技术支撑体系 3.3.加强发展节能和提高能效技术加强发展节能和提高能效技术 4.4.先进核能技术的开发先进核能技术的开发 第一讲：第一讲：概概 述述我国能源面临的矛盾与挑战我国能源面临的矛盾与挑战我国煤炭工业现状、问题和对策我国煤炭工业现状、问题和对策我国安全生产发展历程及问题我国安全生产发展历程及问题现代信息技术及其应用现代信息技术及其应用我 国 煤 炭 工 业中国为世界第一产煤、消费大国。煤炭是我国的主体能源，中国为世界第一产煤、消费大国。煤炭是我国的主体能源，煤炭工业是关系国家经
5、济命脉的重要基础产业。在我国一次能源煤炭工业是关系国家经济命脉的重要基础产业。在我国一次能源生产和消费结构中，煤炭一直占到生产和消费结构中，煤炭一直占到70%70%左右。左右。年：煤炭：66.1石油：23.4天然气：2.7水电：7.8核电：0.7煤炭工业与煤矿安全煤炭工业与煤矿安全煤炭在我国一次能源生煤炭在我国一次能源生产和消费结构中的比重产和消费结构中的比重目前约目前约70；规划到规划到2015年煤炭占年煤炭占一次能源的一次能源的63%；2050年仍将占一次能年仍将占一次能源生产源生产50以上以上。煤炭工业在相当长的时煤炭工业在相当长的时间是国民经济和社会发间是国民经济和社会发展的基础。展的
6、基础。中国近中国近5050年能源消费构成预测年能源消费构成预测我国煤炭工业20042004年，煤炭在我国一次能源生产和消费结构中的比重分别年，煤炭在我国一次能源生产和消费结构中的比重分别占占75.6%75.6%和和67.7%67.7%。煤炭年产量由。煤炭年产量由19491949年的年的48004800多万多万t t、19831983年的年的5.75.7亿亿t t、19901990年的年的1010亿亿t t，增加到，增加到20022002年的年的14.5514.55亿亿t t、20032003年的年的17.3617.36亿亿t t、20052005年的年的21.921.9亿亿t t，200620
7、06年的年的23.2523.25亿亿t t，保证了经济和，保证了经济和社会发展的需要，煤炭工业支撑着国民经济的快速发展社会发展的需要，煤炭工业支撑着国民经济的快速发展 我 国 煤 炭 工 业根据有关资料，预计到根据有关资料，预计到20202020年一次能源中煤年一次能源中煤炭占有的比例约为炭占有的比例约为68%68%，20502050年仍占年仍占50%50%左右。因左右。因此，在今后的此，在今后的2020年内我国煤炭消费将增加一倍。年内我国煤炭消费将增加一倍。煤炭在相当长的一段时间内仍将是我国主要煤炭在相当长的一段时间内仍将是我国主要的能源之一，因此，煤炭工业仍将在国民经济中的能源之一，因此，
8、煤炭工业仍将在国民经济中占有重要的地位。占有重要的地位。煤矿问题之一：煤矿问题之一：事故频发、安全状况严峻事故频发、安全状况严峻q国家建立煤矿安全垂直监察机制，使煤矿事故总量得到一国家建立煤矿安全垂直监察机制，使煤矿事故总量得到一定的控制并呈现逐年下降的趋势。定的控制并呈现逐年下降的趋势。q但是煤矿安全形势并未得到根本性好转，原因是一些深层但是煤矿安全形势并未得到根本性好转，原因是一些深层次矛盾和问题仍然存在。次矛盾和问题仍然存在。主要是粗放型经济增长方式尚未从根本上改变；主要是粗放型经济增长方式尚未从根本上改变；一些行业管理相对弱化，安全监管体制不健全；一些行业管理相对弱化，安全监管体制不健
9、全；安全投入不足安全投入不足,欠账较多欠账较多,企业和公共安全基础比较薄弱；企业和公共安全基础比较薄弱；农村劳动力大量转移，安全技术培训教育相对滞后。农村劳动力大量转移，安全技术培训教育相对滞后。我国正处在工业化加速发展时期，经济规模急剧扩大，能源、我国正处在工业化加速发展时期，经济规模急剧扩大，能源、原材料需求大幅度增加，工业生产和交通运输满负荷甚至超负原材料需求大幅度增加，工业生产和交通运输满负荷甚至超负荷运行，加重了安全生产的压力。荷运行，加重了安全生产的压力。问题之二：问题之二：破坏与污染了环境破坏与污染了环境破坏土地破坏土地环境污染环境污染矿床地质-勘探矿矿床床开开发发露露天天开开采
10、采露天开采 露天开露天开采是一种直接采是一种直接揭露出矿体并揭露出矿体并对其进行开采对其进行开采的技术。把矿的技术。把矿床的覆盖物和床的覆盖物和围岩搬移开的围岩搬移开的过程称做剥离，过程称做剥离，而把有用矿物而把有用矿物采出的过程叫采出的过程叫采矿。采矿。矿矿床床资资源源井井工工开开采采地下开采地下开采 井工开采井工开采是通过地下井是通过地下井巷工程开采矿巷工程开采矿体的技术。体的技术。运煤系统运煤系统 通风系统通风系统运料排矸系统运料排矸系统排水系统排水系统 动力供应（电、动力供应（电、压风）压风）通讯、监测系通讯、监测系统统表土层表土层采掘形成作业空间采掘形成作业空间破岩、切割、有效断裂破
11、岩、切割、有效断裂工作空间的维护工作空间的维护支护、岩层控制、支护、岩层控制、.事故的预报与防治事故的预报与防治导致各种事故，如顶板跨导致各种事故，如顶板跨落、岩爆、煤与瓦斯突出、落、岩爆、煤与瓦斯突出、突水、突水、.岩层的不稳定岩层的不稳定煤岩破坏机理煤岩破坏机理煤岩强度理论煤岩强度理论煤岩本构理论煤岩本构理论流固耦合理论流固耦合理论.基岩基岩煤层煤层底板底板300-1000m矿山压力回回采采工工作作顶板压顶板压力变化力变化工作面顶工作面顶板垮落板垮落巷道变形巷道变形其他动压其他动压现象现象工作面顶工作面顶板维护板维护巷道变形巷道变形维护维护其他动压其他动压现象防治现象防治破坏破坏围岩围岩稳
12、定稳定采场矿压显现、围岩移动采场矿压显现、围岩移动综放面顶煤顶板运移规律综放面顶煤顶板运移规律0.05.010.015.020.002550煤体张裂松散顶煤滑移面支承压力作用区原生裂隙的发展与新裂隙生成与发展裂隙充分扩张岩层冒落原生煤体散煤流动kHrHr 工作面周围矿山压力情况工作面周围矿山压力情况原原岩岩石石应应力力区区减减压压区区增增压压区区采空区采空区工作面位于减压区工作面位于减压区矿压影响下巷道破坏矿压影响下巷道破坏采区巷道的保护措施采区巷道的保护措施将巷道布置在性能良好的岩层中将巷道布置在性能良好的岩层中将巷道布置在低压区将巷道布置在低压区2在煤体边缘低压区布置巷道：沿空掘巷、沿空留
13、巷在煤体边缘低压区布置巷道：沿空掘巷、沿空留巷2在煤体下方低压区布置巷道在煤体下方低压区布置巷道2在采空区形成巷道在采空区形成巷道巷道卸压保护巷道卸压保护2在巷道周围形成槽孔：钻孔卸压、切槽卸压在巷道周围形成槽孔：钻孔卸压、切槽卸压2在巷旁形成卸压空间：宽面掘巷卸压、留卸压空间在巷旁形成卸压空间：宽面掘巷卸压、留卸压空间2在采空区形成巷道：跨平巷回采、跨上山回采在采空区形成巷道：跨平巷回采、跨上山回采拱梯形可缩性金属支架拱梯形可缩性金属支架方环形支架方环形支架工钢可伸缩性支架工钢可伸缩性支架采区巷道支护采区巷道支护巷道基本支护巷道基本支护2木材支架木材支架2金属支架：平顶形、拱形金属支架：平顶
14、形、拱形巷道加强支护巷道加强支护2永久性支护：一般采用架棚永久性支护：一般采用架棚2临时性支护：采用单体支柱，便于安装和拆除临时性支护：采用单体支柱，便于安装和拆除巷旁支护巷旁支护2木垛、密集支柱、矸石带、人工砌块巷旁支护带、刚木垛、密集支柱、矸石带、人工砌块巷旁支护带、刚性充填带性充填带锚杆锚杆玻璃钢锚杆玻璃钢锚杆井下应用井下应用采区巷道的加固采区巷道的加固锚杆锚杆玻璃钢锚杆玻璃钢锚杆井下应用井下应用巷道围岩中最大剪应力分布巷道围岩中最大剪应力分布(数值分析结果数值分析结果)应用应用FLAC进行地下工程巷道的支护设计进行地下工程巷道的支护设计煤矿动压现象煤矿动压现象 现象现象：冲击地压是积聚
15、在矿井巷道和采场周围煤冲击地压是积聚在矿井巷道和采场周围煤岩体中的能量突然的释放，在井巷发生爆炸性事岩体中的能量突然的释放，在井巷发生爆炸性事故，产生的动力故，产生的动力将煤岩抛向巷道将煤岩抛向巷道，同时，同时发出强烈发出强烈的声响的声响，造成煤岩体破坏，造成煤岩体破坏，支架与设备损坏支架与设备损坏，人，人员伤亡，员伤亡，部分巷道垮落破坏部分巷道垮落破坏等。等。防治：防治：2合理设计开拓布置和开采方式合理设计开拓布置和开采方式2开采解放层开采解放层2煤层注水煤层注水2钻孔卸压钻孔卸压2定向裂缝定向裂缝煤矿动压现象煤矿动压现象p顶板大面积来压 现象与特征：由于坚硬顶板被采空区的面积超过一定的限制
16、，引起大面积冒落而造成的剧烈动压现象。顶板大面积来压时，产生严重的冲击破坏力，把已采空间的空气瞬间排出，形成巨大的暴风，破坏力极强。p防治措施2强制放顶2顶板高压注水2预防来压时暴风采矿工程灾害事故分类采矿工程灾害事故分类p 瓦斯瓦斯p 顶板事故顶板事故p 水害水害p 火灾火灾p 粉尘粉尘瓦斯 40.6%顶板事故 33.8%水害 8.28%火灾 1.02%其它(包括粉尘)16.3%顶板顶板事故事故瓦瓦斯斯水害水害其它各类型事故构成分析各类型事故构成分析取取19952005年事故起数和死亡人数平均值进行分析：年事故起数和死亡人数平均值进行分析：各类事故起数比例示意图 各类事故死亡人数比例示意图 顶板事故约占顶板事故约占48.4%，瓦斯事故占，瓦斯事故占18.7%，运输事故占，运输事故占12.4%，三者占，三者占到了事故的到了事故的79.5%。这三类事故应。这三类事故应作为煤矿安全管理的重点。作为煤矿安全管理的重点。瓦斯事故占瓦斯事故占43.4%，顶板事故约占，顶板事故约占31.3%，运输事故占，运输事故占7.6%，水害占，水害占7.4%，四类，四类事故死亡人数占到了总事故死亡人数的事故死
