一、 地 质 勘 查
(一) 地质勘查阶段划分
地质勘查阶段划分又称勘探程序，是根据地质工作探索性的特点，以及煤田地质勘探与煤炭工业建设程序相适应的原则而划分的。通常分为找煤、普查、详查、精查四个阶段。
找煤是在煤田预测或区域地质调查的基础上进行，主要任务是寻找煤炭资源，并对工作地区有无进一步工作价值作出评价。普查是在找煤的基础上或在已知有勘探价值的地区进行，主要任务是对工作地区有无开发建设的价值作出评价，为煤炭工业的远景规划和下一步的勘探工作提供资料。详查是在普查基础上，根据煤炭工业规划的需要，选择资源条件较好，开发比较有利的地区进行，主要任务是为矿区总体设计提供地质资料，其成果要保证矿区规模、井田划分不致因地质情况不准而发生重大变化，并要对影响矿区开发的水文地质条件和其他开采技术条件作出评价。精查一般在矿区开发总体设计的基础上进行，主要任务是为矿山初步设计提供地质资料，其成果要满足选择井筒、水平运输巷、总回风巷的位置和划分首采区的需要，保证井田境界和矿井设计能力不致因地质情况不准而发生重大变化，保证不致因煤质资料不准而影响煤的既定工业用途。
煤田地质勘探一般按以上四阶段循序进行，同时提交各阶段报告。但在下述条件下程序可以简化：① 找煤区和普查区工作范围没有大的变动，并且接续施工时，可以不提交找煤报告，直接进入普查阶段；② 普查区和详查区工作范围无大变动且接续施工时，可以不提交普查报告，直接进入详查阶段；③ 在煤炭资源条件较好，煤层比较稳定，构造不太复杂的暴露煤田，可以在大比例尺地质填图的基础上直接进入普查甚至详查阶段；④ 不需要作矿区总体设计的矿区，及面积不大的孤立井田，可以由普查直接进入精查。若地质条件复杂，虽进行较详细的地质工作也不能达到精查程度时，则提交详查最终(详终)或普查最终(普终)地质报告；⑤ 老矿井深部、生产矿井之间，以及不涉及井田划分的地区，可一次勘探完毕。
各勘查阶段一般工作方法如下：
1. 找煤阶段
可以分为暴露区找煤、半隐伏区找煤及隐伏区找煤三种情况。
暴露区找煤一般是在煤田预测或区域地质调查发现含煤岩系出露良好的地区内进行，主要工作内容是相应比例尺地质填图，在局部掩盖地段施工一定工程及访问生产井和老窑。填图前实测地层剖面以确定填图单位，剖面间距为4 000～8 000m。地质填图比例尺为1∶25 000～1∶50 000，揭露整个含煤岩系的主干槽间距为1 000～2 000m，并配合揭露构造现象的短槽，不适合探槽的部分则以探井或探巷揭露之。
半隐伏区找煤要在做好地质填图工作的同时，结合区域地质规律，推断含煤岩系的可能分布范围，然后以物探方法圈定，以钻孔验证，找煤总景线间距为6 000～8 000m。
隐伏区找煤需用物探方法探查煤系分布范围，了解基岩埋藏深度及大致起伏形态，再以钻孔验证。物探和钻探工作配合的方式有：① 重力-电法-钻探法；② 电法-钻探法；③ 电法-****-钻探法。
找煤阶段工作程度要求是：① 初步查明含煤地层时代及地层层序，了解含煤岩系分布范围；② 初步了解构造形态；③ 初步了解煤类；④ 初步了解自然地理条件和水文地质情况；⑤ 计算煤炭D级储量。
2. 普查阶段
同样可分为三种情况。
暴露煤田普查的地质填图比例尺一般为1∶25 000～1∶10 000，并以钻孔构成普查阶段的勘探线，其线距小于4 000m。
半隐伏区煤田普查应注意研究含煤地层与上覆及下伏地层的关系，当二者为整合或假整合，则由出露部分岩层推断含煤岩系分布范围，再用电法加以圈定，同时按层序关系布置初期普查钻孔，逐步形成普查阶段勘探线及选择其基本线距。当二者分属不同构造层，应注意研究不整合面的产状以及其与含煤地层的关系，据此分析煤系赋存状况后，先以重力法或磁法了解覆盖层下的基岩起伏情况，选择其中有希望地段开展电法工作，最后再布置钻孔。
隐伏煤田普查与上述不同之处主要是首先直接使用物探方法，圈出含煤地层分布范围之后，再于覆盖层较薄处布置钻孔验证，然后逐步形成普查阶段勘探线。
普查阶段工作程度的要求是： ① 查明地层层序和含煤地层时代， 并进行详细划分； ② 初步查明构造形态，了解构造复杂程度，控制可能影响矿区划分的主要构造；③ 详细了解可采煤层层数、厚度和分布范围；④ 了解可采煤层的煤质特征，初步确定煤种；⑤ 初步了解老窑、生产矿井的分布、采空范围和水文情况；⑥ 了解区内火成岩分布及岩性和产状；⑦ 了解对煤层开采可能有主要影响的含水岩层的富水性，地下水的补给排泄条件，指出矿区供水水源的方向；⑧ 初步了解瓦斯及地温；⑨ 了解其他有益矿产的赋存状况； 计算C+D级煤炭储量，其中C级大于20%～30%。
当构造复杂，煤层极不稳定，虽以250m的基本线距仍然只能计算C级储量的井田，其勘探程度可以为普查最终。这种情况一般只适用于一个井田，其工作程度要求可参照普查阶段，但应有所加强，主要是需控制初期采区内的主要构造，适当控制初期采区煤层的可采边界等。
3. 详查阶段
详查勘探区的范围为矿区，其选择原则应是先富后贫、先近后远、先浅后深、先易后难，选择资源条件好，开发有利的地段进行地质勘探工作。
首先编好详查勘探设计，在上级主管部门批准设计后即行组织野外施工，地质填图比例尺视矿区范围选择1∶10 000及1∶25 000，在隐伏区需根据物探成果及普查阶段所获得资料编制相应比例尺的基岩地质图。有条件的地区仍应充分使用槽井探工程，其密度为普查阶段的1/2。隐伏区的物探工作密度亦应按此加密。要以较密集钻孔形成几条主导勘探线，详细揭露含煤地层及构造形态，再据以指导其他基本线距内的工程施工，基本线距的选择前提是确定勘探类型。本阶段的水文地质工作要综合运用钻孔简易观测、水文地质测绘、抽水试验、长期观测与采样、水文物探等多种手段，综合分析各种资料。本阶段对开采技术条件的研究应有所加强，要对一定比例的钻孔岩心进行工程地质观测；采取煤层顶底板岩样进行物理力学性质试验；在不少于三条勘探线上系统采集各可采煤层瓦斯煤样，初步划出二氧化碳-氮气带的下界，推测氮气-沼气带与沼气带分界；在地温异常区及可能出现高温的地区，要选择50%的钻孔进行简易测温，在2～4个钻孔进行近似稳态测温，但在普查阶段未发现地温异常，周围矿区未发现高温矿井时，本阶段也可不作测温工作。
详查阶段工作程度要求：① 查明矿区构造形态，控制影响井田划分的构造；② 初步查明可采煤层的层数、厚度、结构和可采范围，控制主要可采煤层的露头位置；③ 了解古河床、古隆起、陷落柱等对煤层的影响范围；④ 初步查明可采煤层煤质特征，确定煤类，初步确定风化带界线，评价煤的利用方向；⑤ 初步查明直接充水含水层的水文地质特征，含水层与煤层之间隔水层的情况；直接、间接充水含水层与地表水三者之间的水力联系；了解生产井及小煤矿的涌水量、老窑的积水状况以及对供水水源的水量、水质作出初步评价；⑥ 了解主要可采煤层顶、底板的工程地质特征，煤层的瓦斯成分和含量，详细了解恒温带的深度、温度、地温梯度及其变化，划出一、二级高温带的范围；⑦ 了解其他有益矿产赋存情况，作出初步评价；⑧ 计算B+C+D级煤炭储量，其中B+C级储量不少于70%，B级储量一般为20%～30%，且分布合理。
当为详查最终时，对工作程度要求有所增加，主要是需查明初期采区内的主要构造，对井田边界构造要加密控制。在第一水平内，对主要可采煤层的可采边界要加密控制，还要控制其露头位置。
4. 精查阶段
精查工作要在详查基础上，依照矿区开发总体设计的划分，分井田进行。
精查阶段地质填图比例尺为1∶5 000，在隐伏区需根据物探资料编制相应比例尺的基岩地质图。除继续充分使用地表轻型山地工程外，钻孔和物探测线资料也是完善地质图的主要内容和依据。
精查阶段中对煤质、水文地质、开采技术条件的工作程度均在详查基础上进一步加强，除此之外最重要的是正确分析勘探类型和合理确定勘探程度，以便在满足规定程度的前提下节省勘探工程量，提高效率、降低成本。要根据不断获得的各项新资料、新成果，分析井田构造复杂程度和煤层稳定性，以便在详查阶段已经形成的基本勘探线距基础上，最终确定勘探类型及其工程密度。不同井型矿井对勘探程度的要求不尽相同，它以各级储量的比例来表示(表2.2.33)。
勘探深度以井口标高或主要煤层露头线平均标高为起算点，一般地区为600～800m，在覆盖层厚，井型又大的情况下为800～1 000m，老矿区外围及深部为1 000～1 200m。
精查阶段工作程度要求是：① 查明井田边界断层或褶曲，在第一水平及首采区内，井田边界构造线的位置控制在250m以内；② 查明第一水平及首采区内落差大于30m的断层；③ 查明煤层产状，对第一水平内煤层底板等高线变化急剧处要予以检查控制；④ 查明可采煤层层数、厚度、结构，主要可采煤层的可采范围，对首采区内局部可采煤层的可采范围也要通过加密控制予以阐明；⑤ 查明主要可采煤层的露头位置，隐伏区的首采区内，隐伏露头在勘探线上的位置控制在150m以内；⑥ 对第一水平内古河床、古隆起、陷落柱等要控制其对主要可采煤层的影响范围；⑦ 查明可采煤层煤质特征，划出其煤类界线，确定风、氧化带界线，火成岩对煤层、煤质的影响；⑧ 水文地质除需在详查阶段基础上进一步充实、加密控制外，还要基本查明直接充水含水层向矿井充水的途径，预计第一水平或首采区的涌水量，对在开采过程中可能引起大量突水的层位和地段进行评述，同时还要对可能引起的环境地质问题提出防治建议；⑨ 详细了解各主要煤层的瓦斯成分，含量及分布，以及煤的自燃与煤尘爆炸危险性；详细了解主要可采煤层顶、底板工程地质特征，了解主要井巷位置岩层的工程地质条件； 初步查明恒温带的深度、温度，地温梯度及其变化，一、二级高温区的分布范围； 详细了解有工业价值的其他有益矿产的品位、厚度及分布范围，并作出评价； 计算A+B+C级煤炭储量，其中A+B级储量比例符合规定的程度要求。
表 2.2.33精查阶段不同井型对各级储量的要求
t2-2-33.jpg(二) 勘 查 类 型
勘查类型集中反映了不同地质条件下煤田地质勘探方法的特点，同时它也是煤矿地质勘探规范的核心部分。该规范曾历经多次变易，现行规范由煤炭工业部1980年颁布试行，全国储量委员会1986年正式颁布实行。规范中对勘探类型采用单项因素相对分类法，按照矿区或井田地质构造的复杂程度分为三类或四类；按照煤层的稳定程度划分为三型或四型。
简单构造包括：① 产状接近水平，很少有波状起伏；② 缓倾斜至倾斜的简单单斜、向斜或背斜；③ 为数不多和方向单一的宽缓褶皱。中等构造包括：① 产状平缓，沿走向和倾向均发育宽缓褶皱，或伴有一定数量的断层；② 简单的单斜、向斜或背斜，伴有较多断层，或局部有小规模的褶曲或倒转；③ 急倾斜或倒转的单斜、向斜或背斜，或为形态简单的褶皱，伴有稀少断层。复杂构造包括：① 受几组断层严重破坏的断块构造；② 在单斜、向斜或背斜的基础上，次一级褶曲和断层均很发育；③ 紧密褶皱，并伴有一定数量的断层。极复杂构造包括：① 紧密褶皱，断层密集；② 形态复杂、特殊的褶皱，断层发育；③ 断层发育，受火成岩的严重破坏。
稳定煤层包括：① 厚度变化很少，变化规律明显；② 结构简单；③ 全区可采或基本全区可采。较稳定煤层包括；① 厚度有一定变化，规律性较明显；② 结构简单至复杂；③ 全区可采或大部分可采，可采范围内厚度变化不大。不稳定煤层指厚度变化很大，无明显规律，结构复杂至极复杂，主要包括：① 厚度变化很大，具突然增厚、变薄现象，全区可采或大部分可采；② 煤层呈串珠状、藕节状，一般连续，局部可采，可采边界线不规则；③ 难分层对比，但可进行层组对比。极不稳定煤层包括：① 厚度变化极大，呈透镜状、鸡窝状，一般不连续，很难找出规律，可采块段分布零星；② 无法进行分层对比，层组对比也有困难。
规范规定了不同构造类别和不同煤层型别探求各级储量的基本工程线距，当二者不一致时，则以其中最复杂一种确定之。
构造类别线距和煤层型别线距分别见表2.2.34和表2.2.35。
表 2.2.34构造类别线距
t2-2-34.jpg表 2.2.35煤层型别线距
t2-2-35.jpg(三) 勘探工程布置
各种勘探工程通常按一定的排列组合形式进行布置，以利于对各个工程所获得的地质信息进行分析和对比，也利于编制各种综合性图件。在煤田勘探中，此种布置有勘探线和勘探网两种系统。
1. 勘探线
各种勘探工程布置在一组与地层走向或主要构造线方向基本垂直的剖面内，这是煤田勘探使用最多的一种布置方式。由于这个方向揭露地层全，煤层产状及埋深的变化也最大，因此能正确反映构造形态。包括实测剖面、槽探揭露剖面、物探测线在内，尽量和钻孔布置在同一直线上，以利各项资料互相验证和补充。根据用途不同，勘探线又分为基本勘探线、主导勘探线和加密勘探线。
基本勘探线是为全面控制勘探区地质情况而布置的，其线距依勘探规范和勘探类型而确定，一般比较规则和均匀。主导勘探线一般在勘探初期布置，在线上布置较密的勘探工程，以揭露完整的含煤岩系剖面和控制勘探区的主要构造形态，为其他的工程布置提供依据和指导。加密勘探线为辅助线，为查明局部地质异常而布置，如产状急剧变化处，煤层隐伏露头位置，煤层变薄、分岔、尖灭处，可采边界，断层延展等等。
2. 勘探网
勘探工程布置在两组不同方向勘探线的交点上，构成网状布置形式。适用于地形条件简单，煤层产状水平或近似水平，构造线方向不明显的波状褶皱地区。勘探网采用均匀、等距布置，便于编制不同方向的剖面图。勘探网按形态可分为正方形网、矩形网及菱形网等种，以适应不同的地质条件。
(四) 勘 查 手 段
当前煤田勘探工作使用的勘探技术手段主要包括下列各种：
1. 遥感地质
主要用于区域性构造研究和寻找隐伏煤田，在一定条件下，对查找浅层地下水的富水带和地下径流带也有明显效果。
2. 地质填图
据规范规定，找煤阶段地质填图比例尺为1∶50 000或1∶25 000，普查和详查阶段为1∶25 000或1∶10 000，精查阶段为1∶10 000或1∶5 000。在填图工作中通常以探槽、探井或浅钻对局部被表土掩盖地段进行揭露，或以电法对地层界线、煤层露头线和主要构造线进行控制，以保证地质填图的精度。另外，现已普遍采用的航空摄影相片地质填图工作效率高，而且在划分地层，解释构造方面也具有一定优势。
3. 坑探工程
煤田地质勘探中常用的坑探工程包括探槽、探井、探巷，以及清理小煤窑等。探槽一般沿岩层倾向布置，呈倒梯形，槽底宽度0.6m，槽底深入基岩0.3m，最大深度不超过3m。探井的断面可以为矩形、方形或圆形，断面面积一般为1～2m2，深度为5～20m。探巷多在精查阶段使用，为在风氧化带以下采取煤样而开掘巷道。
4. 钻探工程
是煤田地质勘查各阶段使用最广泛的勘探手段，一般多为直孔，视需要也可以打斜孔或定向孔。在找煤和普查阶段基本均为取心钻进，详查及精查阶段视地质条件可适当使用一部分无岩心钻进。每个钻孔都有明确的地质目的和要求，对其施工质量有一套严格的标准和规定，并据以进行验收。
钻进过程中必须不断破碎岩石、清除岩粉和维护井壁，此三者即为钻进三要素。目前煤田勘探中所使用的钻进方法，按施加外力的方式，可分为冲击钻进，回转钻进、冲击回转钻进等；按碎岩工具可分为硬质合金钻进，钻粒钻进、金刚石钻进等；按钻具特征可分为单管钻进、双管钻进、绳索取心钻进等；按冲洗介质可分为清水钻进、泥浆钻进、泡沫钻进等；按冲洗介质循环方式可分为正循环钻进、反循环钻进、局部反循环钻进等；按钻孔方向可分为直孔钻进、水平孔钻进、定向孔钻进等。
5. 煤田地球物理勘探
分为地面物探和地球物理测井两个方面。
煤田地面物探目前应用磁法、重力、电法和****四种。磁法和重力多在找煤和普查阶段使用，可以在隐伏煤田圈定含煤岩系范围，寻找含煤盆地，研究基底起伏等，也可以用以探测陷落柱，老窑采空区及确定煤层燃烧带。煤田电法应用范围较广，可以圈定隐伏煤田含煤岩系的分布，研究地质构造和解决水文地质、工程地质的有关问题。按所观测电磁场场源不同，可分为主动场源法和被动场源法两类，前者借助人工供电产生地下电场和磁场，其供电的强度、波形和延续时间可以人工控制，针对不同地质问题加以调整；后者是观测地球表面天然存在的电场或磁场，其强度、频率和时间均不能改变。主动场源法包括电阻率法(又可分为电测深法和电剖面法)，频率电磁测深法(包括可控源声频大地电磁法)，瞬变电磁法，激发极化法，无线电波透视法和地质雷达法(分地面和矿井两种)。被动场源包括自然电场法、甚低频电磁法和音频大地电场法。
煤田****勘探近10年中有突破性发展，不仅广泛应用于煤田普查、详查、精查各个阶段，而且在煤矿开发阶段也被应用并取得明显效益。在较长一段时间内煤田****勘探基本上是借鉴石油****勘探的方法和技术，近15年来高分辨****勘探和槽波法****勘探的兴起，才进入了具有煤田地质特色的****勘探阶段。煤田****勘探有三个主要特点，一是目的层是煤层，而煤层是连续性很好的强反射层；二是勘探深度较浅，多在1 200m以内，有利于获得较高的分辨率；三是精度要求高。目前在地面勘探中可以查明数百米深度范围内落差大于10～15 m的断层，深度误差在2%左右。在井下勘探中可以检测到工作面前方落差大于1/2煤层厚度的断层，还可以研究陷落柱、煤层冲刷带和变薄带，划分新生界含水层和隔水层，确定煤系下伏石灰岩的岩溶发育、隔水层厚度等。
煤田地球物理测井在煤田地质系统的应用已有40余年，目前已成为和钻探相配套的必不可少的勘探手段。按钻孔中测量的岩石物理性质，可以分为电测井、放射性测井、声波测井、温度测井、倾角测井等多种方法系列，每个系列中又包括若干方法和派生方法。一般情况下煤田测井可识别厚度在0.1m以上的煤层和夹矸，还可用来识别岩层的岩性、位置和厚度，含水层的位置和厚度，断层破碎带的位置，岩层的产状等。通过给定的模型，可以计算岩层的岩性成分，以及煤中纯煤、灰分、水分等部分的含量。
二、 矿山建设与开采
(一) 煤矿建设程序
煤矿建设具有一定的工作顺序和工作阶段，主要包括：
1. 项目建议书
根据国民经济和煤炭工业发展规划，对矿区建设提出一个轮廓设想，从宏观上观察该项目建设的必要性。大中型项目建议书经国家批准后立项。
2. 可行性研究
从煤炭市场需求预测开始，通过多方案比较，论证建设项目的规模，井田划分，配套设施，技术方案，产品方案，运输、销售、原材料及动力消耗，成本和盈亏，企业经济效益和社会效益，提出项目建设可行或不可行的结论。该项论证应包括矿区内所有的煤矿，以及辅助设施和配套项目。
3. 矿区总体设计
为可行性研究批准后的一个工作阶段，包括矿井建设顺序，辅助及附属企业布局，铁路、电厂、炼焦、煤化工以及共生伴生矿产综合开发利用等。主要是针对煤矿建设的复杂性而进行的对各项工程的统筹安排，还要提出控制基建投资的投资估算。
4. 单项工程设计
根据总体设计确定的规模和技术决定编制单项工程设计，同时编写建设工程概(预)算。一般分为初步设计和施工图设计两个阶段，通常的作法是一次设计，分阶段提供施工图。
5. 施工
主要内容有：征购土地，确定施工单位和工程监理单位，编制施工组织设计，施工现场的“四通一平”(水、电、路、讯及场地平整)，器材采购及设备订货等。
6. 验收
建设完成后进行试生产，验收合格后交付生产使用。
(二) 井 田 开 拓
1. 开拓内容
首先需开挖从地面到地下的通道。一个煤矿至少有两个通道，一称主井，用以运出煤炭；一为副井，用以运送人员、设备、器材及运出矸石。此外还需有专门通风的风井。主井和副井一般建在同一工业广场内，如采用中央通风，风井靠近主、副井；如采用对角式通风，风井建在井田边界。
井筒挖至预定深度后，在此标高及其上方，要开挖一系列的巷道及峒室，主要包括井底车场、运输巷道、石门，上山及下山、回风巷道、联络巷道、以及井下煤仓、水仓、水泵房、变电站、压风机房、库房等。这个标高称为生产水平。这些巷道和峒室在矿井整个生产期间内一直提供服务。
井下煤层分成若干区域进行开采，此区域即为采区。根据产量要求、煤层厚度、采煤方法等，一个矿井可以用一个采区生产，也可以用多个采区生产。一个新建矿井其开拓工程已形成全矿的运输和通风网络，并且准备出与设计产量相适应的采区，即可移交生产，称为投产。在生产采区内为了采煤的需要，还需要开挖很多巷道，这些巷道随采煤随废弃，称为生产掘进，不属于井田开拓内容。
2. 开拓方式
包括立井开拓、斜井开拓、平垌开拓和综合开拓四种。
立井开拓由地面至井底车场距离最短，大部分煤矿采用之。立井深度1990年平均为595.8 m，东部地区还有不少深度超过千米的立井。井筒直径根据煤炭产量确定，一般2～8 m。其中副井兼作进风井，断面最大；主井专司提升煤炭，风井用于出风，断面可较小。
根据地层特征，尤其是表土层特征，井筒开拓分为普通凿井法和特殊凿井法。普通凿井法即无需对地层预先加固，主要使用钻眼爆破法。开挖一段高度后即行砌筑钢筋混凝土永久井壁。当遇到某些含水岩层段时，应对其预先进行注浆处理，可以在地面钻注浆孔，也可从工作面进行注浆。当井筒穿过流沙层，普通凿井法无法通过则必须使用特殊凿井法。在中国东部，特殊凿井法的使用相当普通。其中包括冻结法、钻井法、沉井法和帷幕法。
冻结法是将井筒周围含水层用人工制冷法冻结，成为具一定厚度的封闭的圆筒形冻结壁，然后在壁的保护下开挖井筒。包括打冻结孔、冷冻和开挖三个工序：打冻结孔是在井筒直径以外的适当距离沿四周施工几十个等距离的钻孔，将封底的无缝钢管送下固定住，然后地层和冷冻站的热交换就通过无缝钢管进行。冷冻用氨压缩机，通过不断循环的盐水完成。将几百米厚的地层冷冻成冻土墙，需要建造大型冷冻站，经数月之久方能完成，开挖后冷冻工作仍应继续，直至井筒完全建成。井筒开挖和普通施工方法一样，一般多用风镐挖土，如需使用钻眼爆破法，炸药剂量也应较少，以防震坏冻结管。开挖过程的支护由于冻土墙在解冻过程中会发生应力应变影响支护效果，因此当全井挖完后还需从下而上进行第二次永久性支护。
钻井法是用大口径钻机开挖井筒的方法，包括钻进和悬浮下沉井壁两个工序。为了保证井筒的垂直，采用减压钻进方式，钻头处于半悬吊状态，由于井筒直径大需采用多级钻头，经过多次钻进方能达到所要求的直径。在钻进的同时，将钢筋混凝土或钢板混凝土复合井壁在地面预制，在井口逐节接进，整体悬浮下沉到预定深度，然后再以水泥浆充填空间。
沉井法是把在地面灌注的钢筋混凝土井筒利用自重或自重加附加力强迫下沉。为了减少下沉阻力，在井筒底部一段作成比外径稍大的台阶和刃角，台阶以上的环形空间用触变泥浆支护。此法技术难度大，且要求井筒穿过的土层质地均匀，以免偏斜。
帷幕法是在井筒四周修筑一圈隔水和有足够强度的混凝土墙，形成帷幕，然后在其保护下用普通施工方法挖掘及支护。墙厚一般0.8～1 m。
另外一种井田开拓方式是斜井，即由地面倾斜开挖的井筒，包括主斜井、副斜井和斜风井。斜井角度一般为15°～25°。主斜井用于提升煤炭，用矿车提升的能力较小，用皮带运输机提升能力较大。副斜井用于人员及物料输送，兼作进风井。和立井比较，从井口到井底车场的长度要多几倍，但开挖成本低，方法也简单很多。
平峒是最简单的开拓方式，但只适用于山区，对开拓水平以下的煤层尚需由暗斜井或暗井开拓至新水平。
(三) 井 下 采 煤
1. 开采顺序和方法
对于倾角10°以上的煤层一般分水平开采，每一水平又分为若干采区，先在第一水平依次开采各采区煤层，采完后再转移至下一水平。开采近水平煤层时，先将煤层划分为几个盘区，立井于井田中心到达煤层后，先采靠近井筒的盘区，再采较远的盘区。如有两层或两层以上煤层，先采第一水平最上面煤层，再自上而下采另外煤层，采完后向第二水平转移。
按落煤技术方法，地下采煤有机械落煤、爆破落煤和水力落煤三种，前二者称为旱采，后者称为水采，我国水采矿井仅占1.57%。旱采包括壁式采煤法和柱式采煤法，以前者为主。壁式采煤法工作面长，一般100～200 m，可以容纳功率大，生产能力高的采煤机械，因而产量大，效率高。柱式采煤法工作面短，一般6～30 m，由于工作面短，顶板易维护，从而减少了支护费用，主要缺点是回采率低。
2. 生产系统
包括采煤系统、掘进系统、通风系统、排水系统、供电系统、辅助运输系统和安全系统等。
采煤系统包括工作面的落煤、装煤，将煤由工作面运往井底车场，直到提升至地面。主要井巷包括采煤工作面，采区顺槽、采区上山、水平运输大巷、石门等。主要设备有采煤机、运输机械，支护设备及提升机等。
掘进系统是为了保证生产的持续进行，即在当前生产同时，要开掘出新的工作面、采区及生产水平以备接替。其包括掘进工作面、矸石运至井底车场由副井提升后送至堆放地。主要设备包括掘进、支护、运输、提升等所用的设备以及风动凿岩机、空气压缩机及其管路等。
通风系统由进风井巷、回风井巷、通风机和井下通风设施如风桥、风门等构成。
排水系统由巷道中的水沟、水仓、水泵峒室、水泵及排水管路组成。
供电系统要求不得中断、以保安全，因此供电电流为双回路，同时进入采区和回风道的电器设备都必须采用矿用防爆型，防止瓦斯爆炸。
辅助运输系统包括人员上下和材料，设备的运输。
安全系统包括预防瓦斯爆炸、瓦斯突出，以及井下火灾和水灾所需要的救治设备、设施、器材、仪表和监测系统。
3. 采掘工作面
采煤工作面是地下采煤的工作场所，随着采煤的进行，工作面不断向前推进，原来的采场即成为采空区。长壁工作面采煤的工序为破煤、装煤、运煤、支护及控顶等五项；短壁工作面只有前四个工序。以滚筒式采煤机为主，组成长壁工作面综合机械化设备，可以完成五个主要工序，称为综合机械化采煤，简称综采，此工作面称综采工作面。
掘进工作面是井巷掘进的工作场所，分为岩巷、煤巷和半煤岩巷三种。掘进工序分破岩、装运和支护三项。掘进方法分两种，一为钻爆法，二为使用掘进机。前者应用范围广但机械化程度低，后者包括全断面岩巷掘进机及悬臂式掘进机两种。煤矿一般广泛使用悬臂式掘进机，包括掘进机、转载机、运输机和支护设备共同组成掘进综合机械化，完成三道主要工序，称为综掘。
4. 采煤机械化分级
按中国煤矿的地质情况及实际生产状况，将机械化分为三级：
普通机械化采煤，简称普采，采煤工作面装有采煤机、可弯曲链板输送机和摩擦式金属支柱、金属顶梁设备，可完成前三工序机械化，但功率较小，一般工作面年产量15～20万t。
高档普通机械化采煤，简称高档普采。采煤工作面装有采煤机，可弯曲链板输送机，液压支柱和金属顶梁，可使前三工序机械化。由于有液压支柱，因此顶板维护状况良好，支护和控顶虽为手工操作，但劳动强度大为减轻，功率亦较大，年产量为20～30万t。
综合机械化采煤，简称综采。可完成五个工序的机械化。当前性能不断改进，能力不断增大，操作日益简化，应用范围也进一步扩大。最高记录为山西潞安矿务局王庄矿综采一队工作面，年产量达253万t。
(四) 露 天 采 煤
移走煤层上覆的岩石及覆盖物，使煤敞露地表而进行开采称为露天开采，其中移去土岩的过程称为剥离，采出煤炭的过程称为采煤。露天采煤通常将井田划分为若干水平分层，自上而下逐层开采，在空间上形成阶梯状。
1. 主要生产环节
首先用穿孔爆破并用机械将岩煤预先松动破碎，然后用采掘设备将岩煤由整体中采出，并装入运输设备，运往指定地点，将运输设备中的剥离物按程序排放于堆放场；将煤炭卸在洗煤厂或其他卸矿点。
2. 主要优缺点
优点为生产空间不受限制，可采用大型机械设备，矿山规模大，劳动效率高，生产成本低，建设速度快。另外，资源回采率可达90%以上，资源利用合理，而且劳动条件好，安全有保证，死亡率仅为地下采煤的1/30左右。
主要缺点是占用土地多，会造成一定的环境污染，而且生产过程需受地形及气候条件的制约。在资源方面，对煤赋存条件要求较严，只宜在埋藏浅，煤层厚度大的矿区采用。
3. 中国露天开采煤概况
中国最早的露天矿为抚顺西露天，建于1914年。新中国成立后至今已建成露天矿共78处，总设计规模5 085万t/a，其中最大的为安太堡露天矿，规模1 533万t/a，其次为霍林河矿，规模1 000万t/a。正在建设的大型露天矿还有准噶尔黑岱沟，规模1 200万t/a，元宝山规模500万t/a，伊敏规模500万t/a等。露天矿产量约占煤炭年产量的5%左右，比例偏低，随着大型露天采掘设备的研制，预计2000年露天矿年产量可望达到1亿t。
三、 选矿与加工技术
(一) 煤炭加工利用
通过一系列加工工艺，提高产品质量，生产出适应使用部门不同需求的煤炭品种，为煤炭资源能够高效、洁净创造条件。
1. 选煤
包括筛分和选煤。原煤先进行筛分，按粒度大小进行分级，并排除大块矸石和杂物。然后利用煤炭与其他矿物的密度，沉降速度和表面张力等性质的不同加工筛选煤，分选出低灰分精煤及其他各种规格的产品。
根据分选介质的不同，将选煤分为湿法选煤及干法选煤，以前者为主。其所包括的作业有破碎、筛分、跳汰选、重介选、浮选、特殊选、煤泥水处理、脱水、除尘、干燥等环节。这些工艺环节相互配合，构成种种不同的工艺流程。
2. 选煤产品
根据不同用途，对选煤产品有不同的要求。
(1) 冶金炼焦用精煤 所用原煤牌号有气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、1/3焦煤、1/2中粘煤、气肥煤、贫瘦煤等。产品主要指标为灰分小于5.5%～12.5%，硫分小于0.5%～2.5%，水分小于12%。
合成氨用煤，以无烟块煤为原料，主要指标为挥发分小于10%，固定碳56%～75%及大于75%，硫分小于0.5%～2.0%，灰熔点大于1 250～1 350℃。一般中型化肥厂供应大于25mm级的无烟块煤，小化肥厂供应13～25mm的无烟小块煤。
(2) 发电用煤 要求粒度小于13mm的末煤，煤种不限，烟煤、无烟煤、褐煤均可。主要指标有挥发分大于6.5，发热量大于11.7～20.9MJ/kg，硫小于1%～3%，灰熔点大于1 350℃等。
(3) 蒸汽机车用煤 适用煤种为长烟煤、弱粘煤和非炼焦气煤。粒度为25～50mm的中块，13～50mm的混中块以及包括粒煤在内的6～50mm混块，发热量大于21MJ/kg，灰熔点大于1 200℃。
(4) 民用煤 应不烧散煤，普及燃用型煤。
3. 型煤
以粉煤为主体，配加粘结剂，加压成型的块状燃料，具有环保和节能的双重作用。按制备工艺分为冷压及热压两种，以前者为主，只要求机械设备的耐磨性。在粘结剂方面包括有机及无机两类，有机粘结剂分疏水性粘结剂，如焦油沥青、石油沥青等，及亲水性粘结剂，如淀粉、亚硫酸纸浆废液、酿酒废液等；无机粘结剂有水溶性水玻璃和非水溶性的石灰、水泥及粘土等。
工业型煤要求具有一定发热量，较少的灰分及硫分，较高的灰熔点，燃烧时对环境污染较小等。此外还要求型煤光整，无裂纹，机械强度高，型煤抗压强度应大于600～800N，自1.85m高度自由落下三次后大于13mm块度的量所占比率称型煤落下强度，应达95%左右。
目前我国民用型煤1995年占民用煤的80%，2000年可占100%。工业用型煤发展较晚，2000年仅达40%左右。
4. 水煤浆
将低灰分的洗精煤研磨成微细煤粉，按煤70%，水30%，加少量化学添加剂配制而成的煤水混合物。易于储运，可以雾化燃烧，燃烧效率高，为低污染洁净燃料。
水煤浆质量取决于煤种、磨矿粒级配合及添加剂三个要素。制备工艺要通过磨矿粒级配合使水洗精煤煤料达到最佳的粒度分布，使煤的大小颗粒间能有最高的堆积效率，常用的方法有湿法磨矿，高浓度磨制和中浓度磨制。所使用的化学添加剂有阴离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂和高分子化合物及无机盐类。目前已建成安徽淮南和北京延庆两处添加剂厂，年生产3 000t。
水煤浆的应用效益显著，首先是代油效益，1.8～2.1t水煤浆可代替1t燃料油。其次为节能效益，其燃烧效率比粉煤提高5%～10%，同时SO2和NOX排放量减少20%～30%，具有环保效益。此外用煤泥和浮选尾煤可以制出中高灰分、中低浓度的煤泥水煤浆，用于取暖及在矸石发电锅炉内燃烧，作到变废为宝。
(二) 煤的转化技术
1. 气化
在一定温度、压力条件下，用气化剂对煤进行热加工，将煤转化为可燃气体。
目前，已工业化的气化有四类：固定床气化(包括常压、加压、固态排灰和液态排灰)、流化床气化(常压和加压)、气流床气化(常压和加压)和熔融床气化(常压)。
如按气化介质的不同而进行的分类，包括以下几种：
(1) 空气煤气以空气为气化介质的固定床煤气化炉生产的煤气，热值低。
水煤气：在空气鼓风中加入水蒸气，产生混合发生炉煤气，为生产合成氨、甲醇提供原料气的技术。
(2) 煤加氢气化为了增加煤气中的甲烷含量，在加压条件下以氢气为气化介质，强化了气化炉的生产能力，简化了煤气净化步骤。
2. 液化
由固体煤生产洁净液体燃料和化工原料的煤炭转化技术。可分为直接液化、间接液化两大类。
直接液化已开发出几十种方法，比较著名的工艺有溶剂精炼油法(SRC-1，SRC-2)、供氢溶剂法(EOS)、氢煤法等。
间接液化有由甲醇转变为优质汽油的Mobil法，以及由合成气合成汽油的一段和二段工艺技术等。
液化技术在我国尚处于研究试验阶段。
3. 焦化
以煤为原料，经过高温干馏生产焦炭，同时获得煤气、煤焦油，并回收其他化工产品的煤炭转化技术。
焦化最主要的产品是焦炭，用于高炉炼铁，还可用于铸造、有色金属冶炼、制取碳化钙、二硫化碳、元素磷。其次产品是煤焦油，经工业部门进行分离和提纯后，是医药、染料、炸药工业的原料。焦炉煤气和化学产品如氨、精苯、硫、硫氰化合物是煤气净化过程中的产品，经过净化的煤气为中热值煤气，发热量为17 500MJ/m3左右，每吨煤可产炼焦煤气300～400m3，是钢铁工业的气体燃料，经过分离还可以生产氢气及甲烷。
(三) 洁净煤技术
泛指比传统燃煤过程能降低二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOX)和微尘污染的多种用煤技术，也专指燃煤电厂更清洁、更有效的先进燃煤技术。包括四方面内容，即燃烧前、燃烧中、燃烧后以及转化技术。
1. 燃烧前洁净技术
主要指选煤。它是提高煤炭质量、合理利用煤炭资源、减少无效运输，降低污染的重要措施。
物理选煤是靠密度及表面性质的差别分离出和煤物理性质不同的物体，如矸石和硫化铁等。通常可除去30%～50%的硫化合物及60%的灰分，但不能分出有机硫和氮化物。
化学选煤是通过化学方法去掉煤中的有机硫，一般用熔融碱浸析法获得低灰、低硫的洁净煤。
生物选煤是利用细菌、酶和微生物脱除煤中硫的技术，可除去90%～100%的硫分，目前尚处于试验阶段。
2. 燃烧中洁净技术
采用降低燃烧温度的流化床锅炉和提高燃烧温度的结渣式锅炉，来减少SO2和NOX的排放量或提高热交换率。
在流化床锅炉中，煤粉和石灰粉末一起悬浮在气流中形成床层，燃烧中释出的硫和石灰起化学反应或被吸附，形成含硫的石灰粉作为干废渣排出。
结渣式锅炉是通过旋流式燃烧器，使煤在锅炉外的燃烧室内燃烧，然后再引进锅炉进行热交换，防止灰渣在锅炉管道中集结，从而提高了热交换率。
3. 燃烧后的洁净技术
重点是脱除燃烧后产生的SO2和NOX。
采用选择性催化剂除氮技术(SCR)来脱除烟气中的NOX含量，可使氮排放量减少50%～80%。另一技术称为天然气再燃技术，在燃烧区上方注入少量天然气，造成一个缺氧区，使其不能形成NOX。
将石灰石喷射到烟道管中央，采用线式喷射吸附法生成含硫颗粒，在下风口收集，可除去50%～70%的SO2。
4. 转化洁净技术
即煤的气化、液化和焦化。
(四) 煤的综合利用
1. 煤层气
为以吸附、游离状态赋存于煤层及围岩中以甲烷为主的天然气。它一方面涌入矿井后是煤矿安全的严重威胁，同时排入大气后又成为一种强烈的温室气体，可以破坏臭氧层。但煤层甲烷又是一种优质、高效、洁净的能源，燃烧时没有二氧化硫气体和烟尘的排出。按热值计算，1 000m3甲烷可相当1t标准煤，由于前者热效率高，实际250 m3甲烷即可顶替1t标准煤。我国煤层气资源丰富，仅以每年因采煤而散发的瓦斯量即有60亿m3。
2. 煤矸石
煤矸石产出量约占原煤20%，不仅占用土地，还严重污染环境。但煤矸石可以利用，化害为利，其中发热量高于6MJ/kg的可作沸腾炉燃料；热值极低的可用以筑路或生产建筑材料；含Al2O3较高的可生产聚合铝、氯化铝；含硫较高的可回收硫化物；含碳极低的可用于井下采区回填或覆土造田。
3. 伴生矿产
包括高岭土、耐火粘土、膨润土、硅藻土、石墨、硫铁矿等，均可进行综合开发利用。
4. 腐殖酸
在低煤阶煤中提取腐殖酸，可广泛应用于农业、畜牧业及许多工业部门。
此外，可在褐煤中提取褐煤蜡，还可以煤为原料，制造非燃料利用的工业制品。
四、 矿山环境与保护
(一) 煤矿开采中的环境问题
地下采煤和露天采煤所引起的环境问题不尽相同。
1. 地下采煤
包括由于地下采掘引起的地面塌陷、采煤废水、煤矸石及采煤噪声等几个方面。
大面积地下采煤矿坑引起地面沉降和陷落，可使村庄、铁路、桥梁、管线等遭受破坏，农田下陷所引起大面积积水和土地盐渍化而无法耕种。对这部分环境问题主要通过复垦技术来解决，包括工程复垦和生物复垦两个主要阶段。工程复垦是以矿区的固体废料作为充填物料，将塌陷区填满推平覆土，因此兼有掩埋矿区固体废弃物和复垦塌陷土地的双重效益。主要包括煤矸石充填、电厂粉煤灰充填、靠近河湖的煤矿可利用河湖淤泥充填复垦，另外还有挖深垫浅复垦、疏干法复垦、梯田法复垦，以及综合治理技术等。工程复垦阶段完成后还应进行生物复垦，包括土壤改良和植被品种筛选两个方面，前者是应用植物法、微生物法、客土法、施肥法、化学法等进行土壤改良，以迅速提高土壤肥力和恢复植被；后者是对计划作为植被的作物、牧草、林木品种进行选择，其原则是首先能稳定土壤，控制侵蚀和减轻污染，其次兼顾培肥土壤能力及经济价值。
矿井开采过程中的大气降水、地表水、地下水及生产用水涌入井下而成为矿井水，目前矿井水的年排水量约为22亿m3。按水质可分为5类，即洁净水，含悬浮物水，高矿化度水，酸性水及特种污染水。除洁净水外均需加以处理，特别是中国煤矿有70%为缺水矿区，因此废水处理更为重要，目前不少矿区已建成废水净化站。
煤矸石包括岩巷掘进排出的岩石，煤中的手选矸石，洗煤厂排出的洗矸等，排放量很大，超过煤炭总产量的10%，现矸石山1 500多座，堆放量在16亿t以上。这些矸石不仅压占大量土地，而且大气降水淋溶时还能污染周围水体、农田和地下水。矸石山自燃后产生硫化物等有害气体，目前有自燃现象的矸石山约140多座，成为活的大气污染源。目前，有一小部分煤矸石用于回填复垦，但大部分尚待处理。平顶山矿区对矸石山进行植树绿化，取得了一定的成效。
矿区的环境噪声通常比市区更严重，因为高噪声设备密度大，井下工作面场地小，机械设备多而笨重，使噪声集中而叠加。各种采煤设备噪声甚高，空压机为102～130dB(A)，局扇为110～130dB(A)，风动凿岩机115～130 dB(A)。降低方法一方面选用低噪音设备，一方面采取消声、隔声等降噪措施。
2. 露天采煤
开采规模通常很大，矿坑面积可达数千公顷，采场范围内的农田和植被荡然无存，由于剥离物的排弃，因此堆压占地面积往往和采场破坏的土地面积相当，共同形成一系列污染效应。由于它们直接暴露，因此可发生飞尘和扬尘，其中所含硫、油页岩及其他有机质可发生自燃或自爆、散发各种碳氧化物、硫氧化物、硫化物等有害气体。在雨水淋溶后有害液体还会污染土壤及地表与地下水体。此外还有可能在排土场地发生坍塌或形成泥石流。
治理方法较为有效的是采用内排土的倒堆开采工艺，边开采边复垦，但这只能在覆盖层不太厚而且煤层倾角甚小的条件下使用。多数露天矿坑的复垦方法尚不落实。
(二) 煤炭洗选、储运及转化中的环境问题
1. 洗选
对环境的污染主要为洗选废水和噪声两大类。
煤炭在洗煤中用大量清水进行洗选分级，又经脱水后成为产品煤运出，余下的便是洗选废水。对其处理方法是完全闭路循环，并分为三个等级标准：一级是煤泥全部由厂内的脱水机械回收，实现洗水全部复用；二级是大部煤泥在厂内回收，小部在厂外沉淀池回收，洗水全部复用；三级是在厂外煤泥池沉淀，清水大部分复用，余下的达标排放。
洗选噪声主要来自设备运转过程，可分为空气动力性噪声，机械性噪声和电磁性噪声。以中频和低频为主，衰减速度慢，传播距离远，污染影响严重。
2. 储运
储煤场对环境的危害主要为粉尘污染，测定煤堆下风向500m范围内总悬浮颗粒物(TSP)值100%超标，浓度值达到0.8～3.5Mg/m3，下风向150m处最大落地浓度往往超标达两倍多，受影响区可外延到1 000m以上。由于中国煤炭运输大部分靠铁路，因此铁路沿线有煤尘污染，100m范围内TSP浓度显著增高，50m范围内超过大气环境质量三级标准，即大于1.5Mg/m3。
储运中环境污染的防治方法有干法和湿法两种。湿法是对尘源喷雾洒水和喷洒化学药剂，前者为简便经济方法，储运过程均可应用。干法是产尘部位的密闭措施，包括加盖、压实、密闭构造、布置集尘装置。此外在堆场四周设置防风网、挡风墙，种防风林等也可以取得一定效果。
3. 转化过程
煤炭转化为二次能源过程中也产生环境污染。
燃煤发电用煤量占煤产量1/4左右。由电站锅炉燃煤产生的煤烟排放大量烟尘颗粒物、二氧化硫以及硫和氮的各种氧化物，均系有害气体。电站废水主要来自汽轮机组的冷却水，对水体产生热污染，对水生生态系统有严重影响。电站废渣包括锅炉煤渣和粉煤灰。此外尚有噪声污染。
焦化厂最主要的是气载污染物，包括多环芳烃、二氧化硫及气溶胶颗粒，源于炼焦炉和熄焦塔。如用机器炼焦代替土法炼焦，可加强煤气和化工产品回收，减轻排入环境的污染负荷。焦化工艺所产生的废水应先作物料回收及物化生化治理后才可达标排放。固体废料有焦油渣、酸油渣、沥青渣以及锅炉煤渣等，均需作针对性处理。
从煤制气厂和煤气发生站排放各种有害气体，其生产废水主要来自煤气的洗涤和冷凝系统，称含酸废水，当含酸达到1g/L以上称为高浓度，应加治理。
水煤浆生产工艺所产生污染物主要有工业粉尘、煤泥水和有毒添加剂。由于此为一种新兴产业，因此比较注意环保问题，普遍采用封闭或圆筒仓和封闭式皮带走廊，转载及筛分破碎车间都建有防尘设施，生产用水也进行循环使用而不外排。
(三) 煤炭使用中的环境问题
1. 烟尘污染及防治
煤在燃烧过程中产生烟气、尘粒可形成环境污染。其污染物可分为两类，即气溶胶状态污染物和气态污染物。烟尘属于前者。
煤炭在燃烧过程中经过三个阶段，首先是干燥挥发阶段，其次为燃烧阶段，最后为燃尽阶段，不同阶段需要不同的空气量，过大或过小的空气量都会使燃烧不完全，而使炭粒排入空中形成黑烟。煤中不可燃成分如灰分，燃烧中部分留于灰渣，部分随烟气排入大气形成烟尘，不同灰分的煤其烟尘量也有很大差别。按烟尘粒径不同可分为降尘和飘尘，后者可以长期不降落且可输送距离更远。
烟尘可致人体呼吸道疾病，或作为其他污染物及细菌载体。还可影响植物生长及降低大气的能见度。防治方法是改进燃烧设备和燃烧方式，减少烟尘排放量，还要安装除尘装备，降低烟尘排放浓度。
2. 排烟脱硫
大气中的SO2污染主要由包括煤炭在内的燃料燃烧所致。燃烧前脱硫可由煤炭洗选及转化中完成。燃烧中脱硫可以用加入脱硫剂办法除掉部分硫分，常用的脱硫剂为白云石和石灰石。
更常用的脱硫技术为排烟脱硫，即将排放的含硫烟气或废气通入吸收剂和吸附剂去掉硫氧化物，又可分为干法、半干法及湿法三种。干法采用固态吸附剂、吸收剂，其装备庞大，费用较高。半干法包括将半固态脱硫剂吹入烟道，也可将排烟气和空气同时吹入半固态脱硫剂，以除去烟气中的SO2。湿法用液态吸收剂，包括碱性吸收剂法和碱土金属类吸收剂法等，前者使用铵、钠、钾溶液，后者使用有钙镁的氧化物或氢氧化物溶液。