煤矿生产知识与新技术(2016).ppt

煤矿生产技术新知识新技术 班组长初训 主讲人 赵明伟 Email 教学内容 1 第一节煤田地质概述 2 第二节井田开拓基本问题 3 第三节煤矿生产新技术 4 总结 煤矿生产新知识与新技术 第一节煤田地质概述 一 成煤作用1 成煤作用 从植物死亡 堆积到转变为煤的演变过程 以及在这个演变过程中经受的各种作用 成煤作用大致分为两个阶段 第一阶段 泥炭化阶段 第二阶段 煤化作用阶段 煤是古代植物遗体经成煤作用后转变成的固体可燃矿产 烟煤 无烟煤变质作用煤化作用褐煤成岩作用成煤作用泥炭 或腐泥 泥炭化作用 或泥化作用 成煤原始物质 第一节煤田地质概述 2 成煤的必要条件第一 温暖潮湿的气候 第二 大量植物生长 死亡 第三 大面积沼泽 第四 地壳运动配合 第一节煤田地质概述 二 聚煤期地质历史中形成煤炭资源的时期称为聚煤期或成煤期 我国在石炭纪 二迭纪 侏罗纪和第三纪为主 第一节煤田地质概述 三 煤层赋存特征 一 煤层的结构和顶 底板1 煤层的结构煤层通常是层状的 分为两类 1 简单结构煤层 2 复杂结构煤层 第一节煤田地质概述 2 煤层的顶 底板顶板 赋存在煤层之上的邻近岩层 底板 赋存在煤层之下的邻近岩层 伪顶直接顶老顶直接底老底 第一节煤田地质概述 二 煤层厚度煤层的厚度 煤层顶底板之间的垂直距离 总厚度和有益厚度总厚度 包括所有煤分层和夹矸层厚度总和 有益厚度 是煤分层厚度的总和 不包括夹矸层厚度 煤层最低可采厚度 当代技术和经济条件下 可开采的最小煤层厚度 第一节煤田地质概述 图1 1煤层的总厚度及有益厚度 煤层厚度 图1 2煤层的产状要素 三 煤层的构造形态1 单斜构造 描述煤 岩 层的空间形态 通常用产状要素 走向 倾向及倾角 第一节煤田地质概述 图1 2煤层的产状要素 图1 2煤层的产状要素 2 褶皱构造煤层及岩层受到水平挤压力后 变成弯曲形状 但仍保持其连续性 3 断裂构造煤 岩 层受地壳运动作用力 作用力超过煤 岩 层的强度 就产生断裂 失去了连续性和完整性的构造形态称为断裂构造 断裂后 两侧岩层若没有发生明显位移 称为节理 断裂面两侧的岩层发生了明显位移的断裂构造称为断层 断层对矿井生产影响特别显著 第一节煤田地质概述 断层分类 正断层 岩层断裂后 上盘相对下降 下盘相对上升 逆断层 上盘相对上升 下盘相对下降 平推断层 断层两盘沿水平方向移动 第一节煤田地质概述 图1 5断层示意图 图1 6断距示意图ab 垂直断距bc 水平断距 第一节煤田地质概述 四 常用的煤层分类1 按煤层倾角分类按倾角分为四类 近水平煤层45 第一节煤田地质概述 2 按煤层厚度分类按厚度分为三类 薄煤层3 5m 第一节煤田地质概述 3 按煤层稳定性分类煤层稳定性是煤层形态 厚度 结构及可采性的变化程度 按煤层稳定性 可分为 稳定煤层较稳定煤层不稳定煤层极不稳定煤层 第一节煤田地质概述 矿图基本知识 一 矿图的基本知识在采矿设计 施工和生产过程中 需要一套图纸分别反映地形 地物 地下煤层形态 地质构造 矿井巷道与煤层或矿体之间的关系 矿井各种巷道 工作面以及它们之间的关系等 这类图纸称为矿图 矿图投影方法 正投影和标高投影 图1 9三面正投影关系 图1 10标高投影原理1 大巷 2 上山 A B C 标高点 二 地质图煤矿地质图 反映煤矿各种地质现象与井巷工程之间相互关系及它们空间分布情况的所有图件 煤矿常用地质图有 a 钻孔柱状图b 地质剖面图c 煤层底板等高线图d 地形地质图 矿图基本知识 a 钻孔柱状图 b 地质剖面图 c 煤层底板等高线图 d 地形地质图 a b 图1 20山岭与湖泊等高线 三 采掘工程图采掘工程图是反映采掘工程 地质和测量信息的综合性图纸 1 采掘工程平面图及剖面图 1 22 2 采掘工程立面图 1 23 3 煤层层面图 1 24 矿图基本知识 第二节井田开拓的基本问题 一 煤田划分为井田 一 煤田与井田1 煤田 同一地质时期形成 并大致连续发育的含煤岩系分布区 煤田分类 富量煤田 面积大 储量丰富的煤田 限量煤田 面积小 只能由一个矿井开采 2 井田 划归一个矿山开采的那部分煤田 二 煤田划分为井田1 原则 1 井田境界 储量及开采条件与矿井生产能力适应2 保证井田有合理尺寸 小 1 5 5km 中 4 7km 大 7 15km 3 自然条件4 相临矿井间的关系2 划分方法 1 垂直划分 近水平煤层 2 水平划分 倾斜煤层 3 按煤组划分 第二节井田开拓的基本问题 第二节井田开拓的基本问题 第二节井田开拓的基本问题 二 矿井储量 生产能力及服务年限 一 矿井储量矿井储量 井田内煤炭的埋藏量 矿井工业储量 Zg 矿井设计的资源依据 一般是列入平衡表内的A B C级储量 矿井可采储量 Z 矿井设计的可以采出的储量 第二节井田开拓的基本问题 工业储量Zg 可采储量Z 存在以下关系 Z Zg P C t 式中P 永久煤柱损失 t C 采区回采率 规程 规定 厚煤层不小于75 中厚煤层不小于80 薄煤层不小于85 地方煤矿不低于0 7 新设计矿井时可按上述数据选取 第二节井田开拓的基本问题 二 矿井生产能力矿井生产能力 指矿井的设计生产能力 万t a 矿井井型 按矿井设计年生产能力大小划分的矿井类型 一般分大型 中型 小型矿井三种 1 大型矿井 生产能力为120 150 180 240 300 400 500万t a及500万t a以上的矿井 习惯上称300万t a以上的矿井为特大型矿井 2 中型矿井 生产能力为45 60 90万t a 3 小型矿井 生产能力为9 15 21 30万t a 三 矿井服务年限在划定的井田范围内 当矿井生产能力A一定时 可计算出矿井的设计服务年限T 式中K 矿井储量备用系数 矿井设计一般取1 4 地质条件复杂的矿井和矿区总体设计可取1 5 地方矿可取1 3 表2 1矿井及水平服务年限 第二节井田开拓的基本问题 第二节井田开拓的基本问题 三 矿井开采的概念 一 井田再划分1 井田划分为阶段和水平阶段 沿一定标高划分的一部分井田 开采水平 阶段运输大巷及井底车场所在的水平位置及服务的开采范围 也简称 水平 第二节井田开拓的基本问题 第二节井田开拓的基本问题 2 阶段内的再划分阶段内的划分通常有 采区式和带区式 1 采区式划分采区 在阶段或开采水平内 沿走向划分为具有独立生产系统的开采块段 区段 在采区内 若采用走向长壁采煤 沿煤层倾斜方向将采区划分为若干长条形煤带 2 带区式划分在阶段内沿煤层走向划分为若干个具有独立生产系统的带区 带区内又划分为若干个倾斜分带 每个分带布置一个采煤工作面 第二节井田开拓的基本问题 二 井巷名称矿山井巷 为进行地下开采的需要而开掘的井筒 巷道和硐室的总称 根据井巷长轴线与水平面的关系 矿山井巷可分为 1 垂直巷道2 水平巷道3 倾斜巷道 第二节井田开拓的基本问题 第二节井田开拓的基本问题 1 垂直巷道 1 立井 服务于地下开采 在地层中开凿的直通地面的竖直巷道 如主井 副井及风井等 2 暗立井 不与地面直接相通的直立巷道称为暗立井 第二节井田开拓的基本问题 2 水平巷道 1 平硐服务于地下开采 在地层中开凿的直通地面的水平巷道 称为平硐 2 大巷与平巷 与地面不直接相通的水平巷道 其长轴方向与煤层走向平行 3 石门与煤门石门 与地面不直接相通的水平巷道 其长轴线与煤层走向正交或斜交的岩石水平巷道 煤门 在厚煤层内 与煤层走向正交或斜交的水平巷道 第二节井田开拓的基本问题 3 倾斜巷道巷道长轴线与水平面有明显坡度的巷道 1 斜井 2 上山与下山 3 斜巷 第二节井田开拓的基本问题 三 矿井巷道布置及生产系统1 巷道布置矿井巷道开掘原则 1 要尽快构通风路 2 要尽量平行作业2 矿井主要生产系统 1 运煤系统 2 通风系统 3 运料排矸系统 第二节井田开拓的基本问题 四 矿井开拓 采区准备和工作面准备按其作用及服务范围不同 可分为开拓巷道 准备巷道及回采巷道 1 开拓巷道 从地面到采区巷道 为井田开拓而开掘的基本巷道 2 准备巷道 采区内为采区或几个工作面服务的巷道 为准备采区而掘进的主要巷道 3 回采巷道 只为一个工作面服务的巷道 形成采煤工作面及为其服务的巷道 第二节井田开拓方式 井田开拓 为开采煤炭 由地表进入煤层为开采水平服务所进行的井巷布置和开掘工程 开拓方式 开拓巷道的布置方式称为 按井筒 硐 形式可分为 1 立井开拓2 斜井开拓3 平硐开拓4 综合开拓 第二节井田开拓方式 一 立井开拓主井 副井均采用立井的开拓方式 二 斜井开拓主井 副井均为斜井的开拓方式 三 平硐开拓用主平硐的开拓方式 四 综合开拓 立井开拓 斜井开拓 平硐开拓 综合开拓 第二节井田开拓方式 五 平硐 斜井开拓的优缺点及适用条件1 平硐优点 开拓 运输 排水等系统简单 省去了提升 排水环节及设备 平硐施工技术简单 缺点 平硐开拓受到地形条件的限制 适用条件 煤层埋藏在当地基准面以上 且有一定的储量 2 斜井优点 施工简单 掘进速度快 费用低 斜井用胶带提煤时 提升能力大 缺点 在开采深度相同的条件下 井筒长 管线长 维修难 通风阻力大 辅助提升能力小 适用条件 埋藏浅 水文地质情况简单的煤层 第二节井田开拓方式 3 立井 优点 维护费用低 管线短 人员 材料升降速度快 缺点 井筒施工复杂 掘进速度慢 适用条件 埋藏深 水文条件复杂时用 4 综合开拓 只用立 斜 平一种方式不合理时 可用综合方式 第二节井田开拓方式 采煤技术采煤工作面回采工艺包括 破煤 装煤 运煤 支护及采空区处理五大项 采煤工艺指的是 炮采 普采 综采 巷道掘进与支护 一 破岩破岩的方法有两种 钻爆法和机械破岩 一 巷道断面形状与尺寸巷道断面形状主要是根据巷道的服务年限 岩层的物理力学性质 矿山压力的大小和方向 选择的支护方式和支架材料决定 以利于开掘和支护为原则 规程 规定 1 巷道净断面必须满足行人 运输 通风和安全设施及设备安装 检修 施工的需要 并符合下列要求 1 主要运输巷和主要风巷的净高 自轨面起不得低于2 0m 2 采区 包括盘区 内的上山 下山和平巷的净高不得低于2 0m 薄煤层内的不得低于1 8m 采煤工作面运输巷 回风巷及采区内的溜煤眼等的净断面或净高 由煤矿企业统一规定 巷道断面的设计 必须按支护最大允许变形后的断面计算 工作面炮眼布置 1 掏槽眼掏槽眼的作用是首先在工作面上将某一部分岩石破碎并抛出 在原来只有一个自由面的基础上崩出第二个自由面来 为其他炮眼的爆破创造有利条件 以提高破岩效率 按照掏槽眼的方向不同 掏槽方式可分为斜眼掏槽 直眼掏槽 混合掏槽三类 2 辅助眼 掏槽眼以外布置辅助眼进行扩槽 3 周边眼 控制巷道成型的炮眼 一般在巷道的轮廓线上布置周边眼 硬岩可布置在轮廓线以外 与轮廓线外接 软岩可布置在轮廓线以里 与轮廓线内切 光面爆破 光面爆破 是通过合理选择爆破参数 使爆破后的巷道成型规整 减少超挖和欠挖 最大限度的保持了围岩的自身强度 从而增强了围岩的自承能力 有利于安全施工和永久支护的安全使用 为井巷工程推广锚喷支护创造有利条件 光爆标准 眼痕率 光爆后可见眼痕的炮眼个数与不包括底板的周边眼总数的比值 不小于50 岩壁超挖尺寸应不大于150mm 欠挖尺寸不超过质量标准的要求 围岩不出现明显的炮震裂隙 巷道支护 一 巷道支护的基本原理提高围岩强度 控制围岩应力 二 巷道支护的类型1 支撑式支架支撑式支架是直接支撑岩体的支护方式 这种支护方式分为棚式支架和石材整体式支架 棚式支架一般分木支架 金属支架和钢筋混凝土支架 规程 规定 1 掘进工作面严禁空顶作业 靠近掘进工作面10m内的支护 在爆破前必须加固 爆破崩倒 崩坏的支架必须先行修复 之后方可进入工作面作业 修复支架时必须先检查顶 帮 并由外向里逐架进行 在松软的煤 岩层或流砂性地层中及地质破碎带掘进巷道时 必须采取前探支护或其他措施 在坚硬和稳定的煤 岩层中 确定巷道不设支护时 必须制定安全措施 2 支架间应设牢固的撑木或拉杆 可缩性金属支架应用金属拉杆 并用机械或力矩扳手拧紧卡缆 支架与顶帮之间的空隙必须塞紧 背实 巷道砌碹时 碹体与顶帮之问必须用不燃物充满填实 巷道冒顶空顶部分 可用支护材料接顶 但在碹拱上部必须充填不燃物垫层 其厚度不得小于0 5m 3 更换巷道支护时 在拆除原有支护前 应先加固临近支护 拆除原有支护后 必须及时除掉顶帮活矸和架设永久支护 必要时还应采取临时支护措施 在倾斜巷道中 必须有防止矸石 物料滚落和支架歪倒的安全措施 补强式支架 补强式支架是补强岩体 利用围岩本身强度来维护巷道的支护方式 这种支护方式主要有锚杆支护 喷射混凝土支护 喷浆支护和锚索 锚喷支护等 1 锚杆支护锚杆支护原理 加固拱 挤压组合拱 作用 悬吊作用 组合梁作用 2 喷射混凝土和喷浆支护喷射混凝土和喷浆支护的作用原理 结构作用 加固 组合 喷层具有良好的物理力学性能 抗压强度较高 因此能起到结构支撑作用 同时由于喷层具有一定的柔性 可以产生一定变形 封闭作用 喷层封闭了围岩表面 完全隔绝了空气 水与围岩的接触 有效地防止风化作用所造成的围岩破坏和剥落 充填作用 喷射混凝土以很高的速度射入岩体张开的节理裂隙 把松动的岩块粘结 充填起来 产生粘结作用 大大提高了围岩的整体性和强度 喷射混凝土在一定程度上改善了围岩的应力状态 围岩由二向应力状态转化为三向应力状态 锚杆支护施工质量管理 1 煤巷锚网支护安全管理 1 严格贯彻执行有关锚网支护的规定 建立健全煤巷锚网支护管理制度 完善安全技术管理体制 2 根据现有技术条件及工程质量可靠性 为确保巷道支护安全有效可靠 锚杆 锚固剂质量 以及锚杆问排距严格按照设计控制 3 任何断面形状的巷道 其两肩部锚杆必须布置成与水平方向成一定角度的斜向锚杆 4 煤巷锚杆必须实施快速安装 并达到一定的预紧力 自搅拌树脂锚固剂之时起 5 8min内必须达到设计锚固力的60 以上 现场锚固力检验应至少进行一次锚杆快速安装及快速承载检验 5 为确保锚杆实现快速安装和提高预紧效果 每孔锚杆眼至少使用1块超快速 CK 锚固剂 凝胶时间为30s 10s 推荐使用单向左旋无纵筋等强度螺纹钢杆体 塑料阻尼螺帽或穿销力矩螺帽 淘汰背帽搅拌 人工拧紧安装方式 顶 拱 部锚杆的打眼安装应完全使用单体锚杆钻机或机载锚杆钻机完成 不得使用煤电钻打眼安装 以确保搅拌及安装扭矩 6 树脂锚固剂除按要求进行正常检验外 还应进行不定期现场抽检 直接从使用单位抽取样品进行检验 并通报检验结果 严禁各单位使用不合格或过期锚固剂 7 煤巷锚网作业现场距工作面200m以内必须备有5 10架备用棚及相应的复合支护材料 以备改变支护方式和抢险之需 8 所有煤巷锚网支护工作面必须掌握锚索支护技术 以便对特殊部位采用中深孔复合锚固方式 巷道跨度大于5m以及综采切眼 交岔点 硐室等必须采用锚网 锚索联合支护 9 对于断层破碎带 煤质松软区 地质构造变化带 地应力异常区 动压影响区等围岩支护条件复杂区域 必须采取加密锚杆 全长锚固 锚索锚固 点柱及架棚等强化支护措施 正常锚网作业时 如遇 放煤炮 顶底板及两帮移近量显著增加 围岩层 节 理发育 突发性片帮掉渣 巷道不易成型 钻眼速度异常 顶板淋水等异常情况时 应立即停止作业 采取强化支护措施后方可继续作业 作业现场的任何人员 在认为情况异常时 有权制止违章指挥和违章作业 可自行撤离现场或拒绝进入现场 并及时向有关部门汇报 10 煤巷锚网支护长距离掘进超过一定长度 2000m 时 必须实施中问贯通 以改善通风 运输条件和提高抗灾变能力 11 严格执行事故汇报制度 煤巷锚网支护工作面如发生冒顶 片帮 事故 无论是否造成人员伤亡 均必须向调度室汇报 以便及时组织处理 分析原因 采取针对性措施 防止同类事故重复发生 喷射混凝土施工质量 喷射混凝土施工质量要求 第三节煤矿生产新技术 一 煤矿安全高效开采地质保障技术煤矿安全高效矿井地质保障系统 是根据安全高效矿井机械化 集中化程度高的特点和安全生产需要 以地质量化预测为先导 以物探 钻探等综合技术为手段并依托先进的计算机技术从而实现煤矿地质工作的动态管理和安全地质预警的全过程 二 煤巷锚杆支护技术的发展趋势锚杆支护巷道安全性主要取决三个方面的因素 1 巷道围岩的物理力学性质2 巷道所处的应力环境3 巷道支护强度 三 灾区救护新技术随着科学技术的进步 装备水平的提高 近年来灾区救护新技术也有较快发展 发达国家在矿山救护领域采用了一些世界领先的新技术 而我国的矿山救护技术当前还没有重大突破 从发达国家灾区救护技术上 可以看到他们在职工培训 灾区自救 互救方面的好经验 好做法 如 第三节煤矿生产新技术 1 灾区通讯技术在南非 加拿大 澳大利亚等国的井下和灾区通讯 都广泛采用了 无线移动电话 它发送的信号 可穿透煤层 岩层和土壤 实现远距离输送 达到了方便 快捷 安全 高效的要求 在事发的第一时间 灾区职工能够立即汇报灾情 指挥部能迅速制定有效的抢救方案 组织快速救援 这对减少事故伤亡 降低事故损失 防止灾变继发 组织成功抢救极为重要 1996年某国有矿井发生了掘进工作面瓦斯燃烧事故 三名救护队员在灾区执行任务时因迷路而遇难 如果当时装备有这种先进的 灾区无线移动电话 事故就不会发生 详见教案十 第三节煤矿生产新技术 2 灾区搜救技术安徽省某金属矿发生坍塌事故 采用 生命探测仪 实施了成功的救援 而这一技术目前在煤矿尚未推广应用 近年来发达国家 在灾区搜救方面 采取了声纳探测 地音探测 机器人搜救等多项先进新技术 以色列等国具有世界领先的矿井 人员定位搜救系统 而我国某大城市施工地铁发生坍塌事故后 到第二天还不知道遇险人员被埋在哪里 2006年美国某矿的3000米深井 发生瓦斯爆炸事故 13名矿工被困 矿主采用了地面打钻 把机器人从钻孔内送入灾区执行搜救探查任务 因灾情严重 搜救多日 12