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富源县煤矿安全技术中心 煤矿生产技术 煤矿地质基本知识矿井开拓采区巷道布置 生产系统采煤方法 第一节煤矿地质基本知识 一 煤的形成 古代植物泥炭化阶段成煤阶段 浸泡 厌氧细菌 高温 高压 成煤阶段 无烟煤贫煤瘦煤焦煤肥煤气煤弱粘煤不粘煤长焰煤褐煤 煤层的厚度 薄煤层 1 3m中厚煤层1 3 3 5m厚煤层3 5m以上 煤层的结构1 简单结构煤层不含夹矸或夹矸很少的煤层2 复杂结构煤层含有夹矸较多的煤层 且夹矸层的层数 层位 厚度和岩性变化较大 二 煤层埋藏特征 把煤层上部的岩层叫煤层顶板 把煤层下部的岩层叫煤层底板 顶 底板是指煤层中位于煤层上下一定距离内的岩层 赋存在煤层之上 在煤层之后形成的岩层叫顶板 赋存在煤层之下 在煤层之前形成的岩层叫底板 顶板分类 煤层的顶板按其与煤层的相对位置不同以及垮落的难易程度不同可分为伪顶 直接顶和老顶 伪顶 直接顶和老顶 伪顶 直接覆盖于煤层之上 下 的极易随煤炭的采出而同时垮落 厚度在0 5米以下 岩层多为炭质页岩 直接顶 位于伪顶或煤层之上 具有一定的稳定性 常伴随采煤工作面移架或回柱工序的完成而垮落的岩层 老顶 位于直接顶或煤层之上的厚而坚硬的岩层 底板 伪底 直接位于煤层之下的薄而软的岩层 多为炭质页岩或泥岩 厚度0 2 0 3m 直接底 位于煤层之下与煤层直接接触的硬度较低 厚度只有几十厘米的岩层 通常为泥岩 页岩或粘土岩 老底 位于直接底之下的比较坚硬的岩层 常为砂岩和石灰岩 煤层的产状要素 走向 煤层层面与水平线相交的线叫走向线 走向线延伸的方向叫煤层的走向 倾向 煤层层面上与走向垂直的线叫倾斜线 倾斜线由高水平指向低水平的投影方向 倾角 煤层层面与水平面的夹角 按煤层倾角大小将煤层分为四类近水平煤层 8 缓倾斜煤层8 25 倾斜煤层25 45 急倾斜煤层 45 三 煤层地质构造 单斜构造背斜褶皱构造向斜原生裂隙地质构造裂隙次生裂隙断裂构造正断层断层逆断层岩溶陷落柱平移断层其他构造冲刷带岩浆侵入体 单斜构造 煤层大致向同一个方向倾斜 这样的构造叫单斜构造 走向 倾向 倾角 褶皱构造 背斜 向斜 断层 是指断裂面两侧岩层产生明显位移的构造变动 正断层走向断层按移动方向逆断层按走向倾向断层平移断层斜交断层 根据断层两盘移动方向的断层分类 正断层逆断层平移断层 上盘 下盘 下盘 上盘 断层 上盘 下盘 上盘 下盘 正断层 逆断层 根据断层走向与岩层走向关系的断层分类 走向断层 断层走向与岩层走向完全一致或近于一致 倾向断层 断层倾向与岩层倾向一致或近于一致 斜交断层 断层走向与岩石走向斜交 其他构造 岩溶陷落柱 冲刷带 冲刷 冲刷包裹体 岩浆侵入体 顶板 煤层 岩浆岩 底板 第二节矿井开拓 1 井田的概念在地质历史发展过程中 由含煤地质沉积形成的大面积含煤地带称为煤田 煤田的面积和煤炭储量通常都是很大 在开发煤田之前 通常将其划分为若干较小的部分 每一部分由一个矿井去进行开采 将煤田划给一个矿井开采的那一部分就称为井田 井田划分有垂直划分 水平划分 按煤组划分 按自然条件划分 划分井田的原则 主要根据自然条件划分井田境界 如断层 向 背斜轴 煤层倾角的变化以及河流 铁路 较大的建筑物等 井田范围与矿井生产能力要相适应 储量与矿井服务年限要相适应 井田划分有垂直划分 水平划分 按煤组划分 井田划分示意 井田划分为阶段 1 井田划分为阶段 即水平划分 2 阶段划分为采区 采区划分 3 采区划分为阶段 工作面划分 井田再划分 根据上 下山在采区中的位置 又分为双面采区与单面采区 双面采区 单面采区 二 井田开拓 井田开拓方式是指为井田开采服务的主要巷道 包括井筒或平硐 运输大巷和回风大巷等 在井田内的布置方式 立井开拓片盘开拓斜井开拓底板穿层斜井顶板穿层斜井折返式斜井 平硐开拓垂直走向平硐开拓走向平硐开拓阶梯平硐开拓 斜井 立井开拓综合开拓平硐 立井开拓平硐 立井开拓 立井开拓方式 平峒开拓 这种开拓方式一般用于山区 有适合布署平峒的地点 才可部置这种方式 指由平巷直接进入煤层 一 垂直平硐 二 走向平硐开拓 三 阶梯平硐开拓 斜井开拓在煤层倾角较大时 为了适应斜井提升的要求 斜井井筒可采用底板穿层斜井 底板穿层斜井 在近水平煤层中 斜井井筒由煤层顶板穿层进入煤层 顶板穿层斜井 受到地形限制 影响地面工业广场的布置 折返式斜井 综合开拓 平峒 立井开拓 矿井开拓方式优缺点比较 采区巷道布置和生产系统 概述在阶段范围内沿着煤层的走向方向将阶段划分为若干块段 每一块段为一个采区 采区内具有完整的出煤 运料 排矸 通风 排水 动力供应系统 并配备相应机械电气设备 从而使工作面到大巷形成一个完整的连续的生产系统 根据采区主要巷道特点 服务范围 开采数目不同 通常将采区分为 上山采区 下山采区 单翼采区 双翼采区 单一煤层采区 联合布置采区等 在采区范围内 沿着煤层的倾斜方向将一个采区划分为若干走向条带 每一个条带为一个区段 工作面 进行回采 为了完成整个采区的运输 通风等任务 必须布置采区上山 下山 按采区上山 下山与运输大巷相对的位置不同 分为上山采区 下山采区 矿井采区布置示意图 采区巷道应满足的要求 采区巷道布置是否适当 直接关系着工作面 采区和矿井的生产效果 正确的合理的采区巷道应满足下列几方面的要求 1 有利于矿井合理集中生产 使采区具有较大的生产能力和增产能力 2 力求在技术上和经济上合理 尽量简化巷道系统 减少巷道掘进和维护工作量 减少设备占用台数和生产费用 3 保证采区具备完备的生产系统 有利于发挥设备的效能 并为采用新技术 发展综合机械化和自动化创造条件 4 煤柱损失少 有利于提高回采率 5 安全生产条件好 符合 煤矿安全规程 的有关要求 采区生产系统 采区巷道布置和采区生产系统是密切相关和相互影响的 采区巷道布置首先应保证采区具有完善的生产系统 采区生产系统包括 煤炭运输系统 材料 设备 矸石和人员的辅助运输系统 通风系统 排水系统 动力供应系统等 根据不同的煤层条件 以走向长壁全部跨落采煤方法的巷道布置为例进行分述 采区生产系统 单一煤层一次采全高的采区巷道布置 1 采区运输石门 2 采区回风石门 3 采区下部车场 4 轨道上山 5 运煤上山 6 采区上部车场 7 7 采区中部车场 8 8 10 区段回风巷 9 9 区段运输巷 11 联络巷 12 采区煤仓 13 采区变电所 14 绞车房 15 局部通风机 采区巷道的掘进顺序 自运输大巷掘进采区运输石门1和采区下部车场3 由下部车场向上 沿煤层分别掘进轨道上山4和运煤上山5 至采区上部边界后 与采区石门2相连通 形成通风系统 然后掘进采区上部车场6和采区中部车场7 区段运输平巷9和区段回风平巷10 开切眼 形成回采工作面 在掘进上述各巷道的过程中 还要开掘采区煤仓12 变电所13 绞车房14 本示例中相邻区段间的区段运输平巷与区段回风平巷是同时掘进的 且下区段的区段回风平巷要超前于上区段的区段运输平巷一定距离 采区巷道布置 在完成以上巷道和硐室的掘进工作 其工程质量经验收合格后 便可安装机电设备进行回采工作 在第一区段的回采过程中 要及时开凿第二区段的中部车场7 区段运输平巷9 第三区段的区段回风平巷与第二区段的区段运输平巷同时掘进 以及开切眼等 准备好第二区段工作面的回采工作面 以保证回采工作面的正常接替 同理 在进行第二区段回采时 要掘进第三区段的巷道 采区主要生产系统 1 运煤系统 采煤工作面采出的煤炭 区段运输平巷9 运煤上山5 采区煤仓 在采区下部车场装车外运 运煤系统 2 运料 排矸系统 运料排矸采用600mm轨距的矿车或平板车 物料自采区下部车场 经轨道上山4 采区上部车场6 区段回风平巷10运至采煤工作面 经轨道上山4 上部车场7 区段回风平巷8 掘进工作面 掘进施工中出的煤炭矸石 则以相反的方向运至采区下部车场 运料系统 掘进排矸系统 3 通风系统 掘进通风系统运输大巷中的新鲜风流 石门 由采区下部车场 轨道上山 采区车场 掘进工作面 区段回风平巷 乏风回风上山 矿井总回风大巷 掘进通风系统 采煤工作面通风运输大巷中的新鲜风流 石门 由采区下部车场 轨道上山 采区车场 区段平巷 联络巷 工作面运输平巷 进入工作面 回采工作面的乏风经由回风平巷 采区回风石门 矿井总回风大巷 左翼回采工作面的乏风 采区上部车场6 采区回风石门 矿井总回风大巷 采煤工作面通风系统 4 供电系统 高压电缆由井底车场中央变电所 经大巷 采区石门 下部车场 运输上山 采区变电所 经降压后 由低压电缆分别向采煤和掘进工作面 上山运输机 绞车房等用电点供电 5 压风和用水系统 掘进岩巷所用的压风 采掘工作面 平巷以及上山运输机转载点所需的防尘用水 分别以专用管道送至采区需要的地点 采区巷道布置的分析 一 运输平巷 回风平巷的布置采工作面周围应力分布情况 采空区周围应力重新分布的概貌1 工作面前方超前支承压力 2 3 4 沿倾斜及工作面后方残余支承压力 沿倾斜矿压显现规律 工作面回采后 掌握沿煤层倾斜方向的矿压显现规律 对于正确选择采区巷道位置 确定合理的护巷煤柱尺寸有重要意义 巷道内从煤体边缘向煤体深部可分为三个不同的矿压显现带 如下图所示 采煤工作面沿倾斜不同矿压显现带1 卸载带 支承压力带 原岩应力带 lmax 峰值位置 经过长期以来的的实践 开采薄及中厚煤层 回采工作面进 回风巷沿煤层掘进 上部回采工作面运输平巷与下部回采工作面回风平巷之间保留一定尺寸的煤柱 一般为8 15米 坡度5 采区上山相互关系 当采用2条上山布置时 其间距一般取20 25米 当采用3条上山布置时 其间距可缩至取15 20米 如果上山间距过大 使上山间的联络巷长度增大 对于煤层上山还增大媒柱宽度 若上山间距过小 则不利于保证施工质量和上山维护 也不利于上山之间的联络巷作采区机电硐室 使中部车场的布置带来困难 当采区生产能力达 使用胶带运输机时 上山角度在15度 下山在17度 以下较为广泛使用 轨道上山在25度以下 特殊情况不超过28度 三 巷道掘进 钻爆法掘进钻眼装药放炮通风排烟装岩运输综合机械化掘进破岩装岩运输 煤矿生产技术 第三节采煤方法 采煤方法 指巷道布置 采煤工艺 壁式采煤走向采煤方法倾向巷柱式柱式采煤房柱式炮采垮落法回采工艺普采顶板管理煤柱支撑法缓慢下沉法综采充填法 一 巷道布置一 走向长壁式采煤巷道布置 回风石门 采区石门 采区煤仓 运输机上山 轨道上山 区段运输巷 区段回风巷 回采工作面 二 倾斜长壁采煤法巷道布置 运输斜巷 回风运料斜巷 阶段回风巷 阶段运输巷 煤仓 运输斜巷 煤仓 进风行人斜巷 倒台阶采煤法 工作面回风巷 工作面进风巷 溜煤眼 超前巷 工作面 隔离煤柱 二 回采工艺 1 对于炮采工作面 破 装 运 支 控 顶板管理 五道工序2 对于机采 高档普采工作面 割 运 支 控 四道工序 3 对于综采工作面 割 移 推 三道工序 炮采回采工艺介绍 炮采工作面 破 装 运 支 控 顶板管理 五道工序1 爆破 2 支护管理 1 工作面支护管理概括工作面内 上下端头 超前支护 支护排距 柱距等管理要求 2 工作面顶板支护控顶距 3 工作面几种特殊支护 3 采空区顶板管理 煤矿生产技术 第四节矿井通风系统 一 矿井通风系统 通风系统 中央并列式中央式中央分列式对角式两翼对角式通风方式分区对角式区域式混合式 二 矿井通风系统 矿井通风系统的类型及其适用条件 中央式 进 回风井位于井田走向中央 风流在井下的流动路线是折返式 中央并列式 进 回风井布置在井田中央工业广场 特点 地面建筑和供电集中 便于管理 建井期较短 便于贯通 井筒延伸通风方便 但风流路径长 风阻较大 井底车场和进回风井间压差大 漏风大 适用条件 井田走向长度不大 小于4km 瓦斯及自燃不严重的矿井 a 中央并列式 主井 副井 风井 中央分列式 中央边界式 其进回风井大致位于井田走向中央 回风井位于井田浅部边界沿走向的中央 不在工业广场内 两井相隔一定距离 特点 进 回风井巷间的漏风通过中央采区的采空区 工业广场不受抽出式主要通风机噪音的影响 适用条件 与中央并列式相同 b 中央分列式 风井 主井 副井 两翼对角式 进风井位于井田中央 两回风井在井田边界的两翼 特点 通风路线较短 阻力和漏风较小 各采区间风阻较均衡 便于按需分风 工业广场不受回风污染和抽出式主要风机噪音危害 适用条件 井田走向长 产量高 需风量大 易自燃 有突出危险的矿井 c 两翼对角式 风井 风井 主井 副井 分区式 进风井位于井田走向中央 开采井田浅部 在各采区掘一个回风井与采区回风巷相通 不必掘总回风巷 开采井田深部 往往转变为两翼对角式 特点 基本与两翼对角式相同 浅部开采不掘总回风巷 加快投产时间 但开采深部煤田时 通风方式需变化 对生产有一定干扰 适用条件 同两翼对角式 且煤层赋存浅 要求投产期短的矿井 d 分区式 主井 副井 风井 风井 风井 三 矿井主要通风机工作方式及其特点 压入式 主要通风机设在入风井口 在通风机作用下 向井下压风 矿井井巷大气高于当地大气压力 矿井地面漏风是从矿内漏向地面 特点 A 井下巷道大气处于正压状态 有助于抑制煤壁和采空区瓦斯漏出 B 压入式通风使采空区自燃生成有害气体通过塌陷区向外漏出 减小对井下生产和人员安全的影响 C 压入式风机停止运转 井下巷道大气绝对静压下降 可能导致煤壁和采空区瓦斯涌出增大 D 自燃生成气体直接经营者塌陷区漏出 可能导致自燃隐患难以及时发现 E 压入式通风的进风区装设的控风设施对生产有干扰 控风设置易损坏 漏风较大 通风管理较困难 抽出式 主要通风机设在回风井口 在抽出式通风机作用下 矿井井巷大气处在低于当地大气压力的负压状态 矿井地面漏风是从地面漏向矿内 特点 其优缺点与压入式相反 另外 在矿井与小煤窑相通时 会把小窑积存的有害气体抽入矿井 同时 小窑发生事故也会对矿井造成威胁 b 抽出式 风井 主井 副井 压抽混合式 主要通风机分别设置于进 回风井口 主要用于压入 抽出互相转换的过渡期 特点 因正压 负压均不大 漏风量较小 但通风管理复杂 c 压抽混合式 副井 风井 风井 主井 什么是串联通风 其危害是什么 串联通风是指井下用风地点的回风再次进入其他用风地点的通风方式 危害 被串用风点的进风质量差 影响作业环境 有毒有害气体进入下一用风点 各用风点不安全因素交织 抗灾能力弱 事故易扩大 全风压通风阻力大 调风困难 进回风串联用风点被串用风点风巷巷独立用风点 区域 甲烷断电仪 矿井通风网络的基本连接形式 1 串联风路特征 风量处处相等 总风压 总的井巷风阻 等于各支路之和 2 并联风网特征 风压相等 总风量等于各支路之和 总的井巷风阻大大降低 3 角联风网特征 与并联风网相似 但复杂得多 对角巷道中风流方向 大小不稳定 掘井工作面通风 压入式通风方式抽出式混合式 循环风其危害 1 循环风是指局扇的回风 部分或全部再进入同一部局扇的进风风流中 20050150 2 循环风的危害 循环风使掘进面的瓦斯 粉尘浓度上升 不能有效地排除工作面的有害气体 一旦有火源或失爆 易发生瓦斯事故 风流短路循环 3 防范措施 通风设施 主要通风机附属设施 电压表 电流表 水柱计矿井主要通风设施 1