煤矿生产技术Appt课件

鲁能菏泽煤电开发有限公司培训中心王运福 煤矿生产技术基础知识 煤矿的特点 煤矿作为特殊行业 由于工作场所的特殊性 客观因素的不定性 加上诸多主观因素的影响 致使生产事故不断发生 水 火 瓦斯 煤尘 顶板又称为煤矿中的五大自然灾害 这些不利于生产的因素 绝大多数煤矿都存在 但是只要抓好安全管理 做到重心下移 关口前移 事故就有可能避免 掌握煤矿生产基础知识是确保生产安全的要求 规程要求 煤矿企业必须对职工进行安全培训 未经安全培训的 不得上岗作业 职工达不到应知应会工作效率就会降低 甚至会出现安全事故 对煤矿生产工序 操作规程等基础知识不了解是最大的安全隐患 不安全行为 煤矿的生产系统和安全避险系统 生产系统 采煤系统 掘进系统 机电系统 运输系统 通风系统 排水系统 安全避险系统 监测监控 人员定位 紧急避险 压风自救 供水施救和通信联络井下安全避险六大系统 2020 4 25 5 地质年代和我国主要聚煤期 地球已形成46亿年中国有三个重要成煤时期1 新生代的第三纪距今约0 25亿年2 中生代的侏罗纪和三叠纪距今约1 95亿年3 古生代的二叠纪和石炭纪距今约2 85亿年华北华东的大部分煤田形成于古生代的二叠纪和石炭纪 C P 2020 4 25 6 地球在宇宙中的位置 2020 4 25 7 面积 5 1 108km2最高点 8844 43M珠峰最低点 11034M马里亚纳海沟海陆分布 海71 陆29 2020 4 25 8 原始地球 地球的演化 组成地球的星云物质在收缩聚集中和太阳一样 也产生高温并形成地球初期的熔融状态 地球诞生时应该是 一个由岩浆构成的炽热的球 46亿年前 在距今约38亿年前 最原始的生命体在海洋中诞生 固态地壳逐渐形成 2020 4 25 9 早期地球的特点 一个由岩浆构成的炽热球 岩浆喷发 熔岩流 岩浆的收缩冷却凝固 固态的地壳 高温岩浆不断喷发而释放的水蒸气和二氧化碳等 原始大气 高温岩浆不断喷发而释放的水蒸气降温凝结成水滴降到地表 汇流 原始海洋 在距今约 亿年前 最原始的生命体在海洋中诞生 2020 4 25 10 火山爆发形成原始大气 2020 4 25 11 生命的起源 无机小分子物质 生成 形成 组成 演变 场所 原始大气 场所 原始海洋 场所 原始海洋 特点 特点 原始界膜和原始的物质交换 具有原始的新陈代谢和繁殖能力 有机小分子物质 有机高分子物质 多分子体系 原始生命 场所 原始海洋 2020 4 25 12 2020 4 25 13 地球内部构造示意图 2020 4 25 14 地震成因 地球构成 三个圈层 地壳 地幔 地核 地幔物质对流 动力 板块构造运动 根本原因 地震 地震形成的宏观背景 图板块分布图 92 的地震发生在地壳中 其余的发生在地幔上部 地震的形成 2020 4 25 15 震中 震源正上方的地面位置 震中距 地面某处至震中的水平距离 震源 震源深度 震中 等震线 震中距 震源深度 从震中到震源的距离 浅源地震 震源深度在70公里以内的地震 深源地震 震源深度超过300公里的地震 中源地震 震源深度介于70 300公里之间的地震为 近震 震中距在100公里 1000公里远震 震中距超过1000公里的称为 震源 地球内部断层错动并引起周围介质振动的部位 2020 4 25 16 六大板块示意图 太平洋板块 印度洋板块 非洲板块 亚欧板块 南极洲板块 美洲板块 阿拉伯半岛 喜马拉亚山脉 2020 4 25 17 地球演化史 地质年代表 2020 4 25 18 煤的形成与存在 在几千万年甚至几亿年以前 当时的气候及环境条件都适合许多种植物的生长 在沼泽地区出现了大量生长繁茂的植物 后来随着时间的推移 这些植物逐渐死亡或突然被破坏掩埋 在细菌的作用下逐渐变成黑色或褐色的有机物质 经过长久的日积月累 形成一层厚厚的泥炭 随着地壳的变迁 这些泥炭被深深地埋在地下 在与空气完全隔绝的条件下 由于水分减少再加上地热和高压的作用 经过极其漫长的岁月之后 当时的泥炭就变成了今天的煤 根据煤化程度将煤分为泥炭 褐煤 烟煤和无烟煤四类 硫是煤中的有害成分 2020 4 25 19 煤的自述 科学哲理诗 一 是这样令人心碎的慢速 三亿年了才得一翻身 多少回海陆变迁 多少次地壳下沉 我离地表越来越远 越陷越深 于是 我焦急了 我失望了 只有在地下默默无闻 2020 4 25 20 煤的自述 科学哲理诗 二 一百万年 我有着牺牲精神 五百万年 哪怕化为灰烬 几亿年过去了 我要去发电 炼钢 终于有了知音 我要去驱动前进的巨轮 自从产生了人类 我才有了骄傲的资本 我是植物的血肉 我是太阳能的储存 我有我的抱负 我要把光和热献给勇于开拓的人们 2020 4 25 21 煤的自述 科学哲理诗 三 有人把我比作黑的象征 有人把我比作光明的化身 也有人把我比作地下乌金 我黑我知道 我丑我承认 我不愿把我贬的太低 也不愿把我吹的太神 还是把我叫作 燃石 吧 这不仅因为我是一种特殊的岩石 更因为我在围岩的重压时刻 就潜育着一颗燃烧的心 2020 4 25 22 煤的形成 煤由古代植物死亡堆积后演变而成的 1 成煤的四个条件 植物条件 大量繁盛的植物 气候条件 温暖潮湿的气候 地形条件 泥潭沼泽地带 地壳运动条件 地壳的不断沉降2 成煤的三个阶段 泥炭阶段 成煤阶段 变质阶段植物 泥炭 褐煤 烟煤 无烟煤 2020 4 25 23 四 煤的主要成份 煤是由有机物和无机物组成的混合体煤的主要元素成份 碳C氢H氧O氮N硫S磷P 2020 4 25 24 四 煤的主要成份 煤是由有机物和无机物组成的混合体煤的主要元素成份 碳C氢H氧O氮N硫S磷P 2020 4 25 25 煤质 煤质的衡量指标 水分灰分挥发分发热量含矸率 2020 4 25 26 煤层的倾角和厚度 描述煤 岩 层产状的三要素 走向 倾向 倾角1 煤层按倾斜程度分为四类 近水平煤层 45 2 煤层按厚度分为三类 薄煤层 3 5m习惯上把厚度大于6m的煤层称为巨厚煤层 2020 4 25 27 煤矿地质概述 地质作用 地壳的物质组成及地史的概念 一 地质作用 1 内力地质作用2 外力地质作用 地壳运动岩浆活动变质作用地震作用 风化和剥蚀作用搬运和沉积作用固结成岩作用 2020 4 25 28 地壳的物质组成 地壳是由岩石组成的 岩石则是由一些细小的矿物颗粒组成 矿物 是由一种或多种元素在各种地质作用下形成的 具有比较固定的化学成分和物理性质的自然产物 1 单质形态存在的有 自然 Au 自然银 Ag 石墨 C 2 由两种元素组成的化合物有石英 SiO2 黄铁矿 Fes2 等 3 由多种元素组成的矿物有方解石 CaCO3 高岭石 AI2O3 2SiO2 H2O 等 什么是矿物 什么是岩石 二者的关系是什么 2020 4 25 29 岩浆岩 是地球内部的高温熔融状态的岩浆 沿地壳薄弱地带侵入地壳或喷出地表逐步冷却 凝固而成的岩石 如花岗岩 辉绿岩 玄武岩等 沉积岩 是在地壳表层环境中沉积的岩石 是原岩经过风化 剥蚀 搬运沉积和固结成岩作用而形成的新的岩石 如石灰岩 砂岩 砾岩等 变质岩 原有的岩浆岩 沉积岩和变质岩在地壳中受到高温 高压及化学活泼气体或液体的影响 岩石的物理性质和化学性质发生了变化 变成一种新的岩石 称为变质岩 如大理岩 石英岩 片麻岩 板岩 片岩等 岩石分类 岩石 岩石是矿物的几何体 组成地壳的岩石很多 按照生成原因可分为以下三大类别 煤矿地质因素对煤矿生产的影响 煤层埋藏特征煤层的顶底板煤层的形态与结构煤层厚度煤层产状地质构造单斜构造褶皱构造断裂构造 煤层的顶底板 从上至下 顶板可划分为老顶 直接顶和伪顶 底板可分为直接底和老底 但是 并非每个煤层都具有完整的6个组成部分 可能缺失一个或几个组成部分 1 伪顶 紧贴煤层之上 厚度一般为0 5m以下的较薄及易垮落的软弱岩层 2 直接顶 直接位于伪顶或煤层 如无伪顶 之上的岩层 厚度一般可达几米多 由页岩 砂质页岩和粉砂岩等较易垮落的岩石组成 随支架的回撤而垮落 3 老顶 位于直接顶或煤层 如无直接顶和伪顶 之上的厚而坚硬的岩层 悬露相当面积才垮落 常由砂岩 砾岩 石灰岩等坚硬岩石组成 4 直接底 直接位于煤层之下的硬度较小的岩层 厚度一般为几十厘米至lm左右 通常为页岩 泥岩或粘土岩 5 老底 位于直接底下面的比较坚硬的岩层 多为砂岩 石灰岩等 煤层的厚度 指煤层顶底板之间的垂直距离 由于成煤条件不同 煤层厚度的变化也很大 有的只有几厘米 有的可达几十厘米甚至二百余米 低于最低可采厚度的煤层一般叫不可采煤层 大于最低可采厚度的煤层叫可采煤层 根据开采技术的特点及对开采技术的影响 井工开采时 可分为以下三类 厚度在1 3m以下 薄煤层厚度在1 3 3 5m 中厚煤层厚度在3 5m以上 厚煤层习惯上把厚度6m以上 特厚煤层煤层厚度是决定煤层开采价值和选择不同采煤方法及设备的主要因素 煤层的产状 煤层在地壳中赋存的状态及其展布方向称为煤层的产状 产状要素包括走向 倾向和倾角 走向 倾斜煤层层面与水平面的交线叫走向线 走向线的方向叫走向 倾向 煤层层面上与走向线垂直的线叫倾斜线 倾斜线由高向低的水平投影所指的方向叫倾向 倾角 煤层层面与水平面所夹的最大的锐角叫倾角 煤层倾角的大小反映煤层的倾斜程度 煤层倾角越大 开采难度越大 煤层按其倾角大小可分为四类 近水平煤层8 以下缓倾斜煤层8 25 倾斜煤层25 45 急倾斜煤层 倾角在45 以上 2020 4 25 34 象限角 象限角 地质构造对煤矿生产的影响 1 增大开采难度 2 给顶板管理带来困难 3 容易引起瓦斯事故 4 易发生水灾事故 断层的定义 岩体受力作用断裂后 两侧岩块沿断裂面发生显著位移的断裂构造 正断层 逆断层 平移断层 断层面 断层线 上盘 断盘 下盘 断盘 上盘 断层线 断层从以上图示来看 断层要素 4个 断层产状三要素 3个 断层分类 矿图中断层的标识 第一部分井巷工程 掘进 掘进巷道断面的形状 按构成的轮廓线分两种 折线型 矩形 梯形 不规则形 曲线型 直墙拱形 如三心拱形 半圆拱形 圆弧拱形 以及封闭拱形 椭圆形 圆形等 见下面巷道断面形状 我矿的 炮眼布置炮眼布置的原则与岩巷基本相同 由于煤质软 掏槽容易 多采用单向掏槽 如扇形掏槽 半楔形掏槽 当炮眼较深 断面较小时 可用复式掏槽 若断面中有软煤夹层时 掏槽眼应布置在软煤带中 图6 1 掏槽眼一般为3 4个 倾斜角度为70 80 断面较小时 可不设辅助眼 岩巷掘进 凿岩机分类 按动力 风动 电动 液压和内燃 按破岩机理 冲击式 旋转式 冲击旋转式 风动凿岩机以压缩空气为动力 可分为 手持式 目前很少使用 气腿式 目前应用比较广泛 向上式 专用于反井和打锚杆眼施工 导轨式 与凿岩台车和钻装机配合使用 凿岩台车 国产CGJ 2型凿岩台车 配备两台YT 24凿岩机 Three boomrig One boomrig 岩巷施工 一 炮眼布置 掏槽眼 辅助眼 周边眼 炮眼布置 断层对矿井生产掘进的影响有哪些 1 掘进巷道遇断层时 为搞清断层的延伸状况 以往常用巷探的方法进行 这势必要增加巷道工程量 增加掘进成本 降低掘进效率 甚至造成采掘接替紧张 直接影响煤矿的经济效益 2 断层造成的破碎带是地下水和瓦斯的良好通道 也是地下水和瓦斯储存的仓库 当巷道接近断层时易造成瓦斯突出和突水事故 甚至会影响巷道的正常掘进和人身安全 3 断层造成顶板局部破碎 使顶板管理困难 易出现顶板事故 影响掘进单进和安全生产 断层的前兆 1 煤层和顶底板节理发育 越靠近断层面节理越强烈 2 煤层顶底板标高突变 同一煤层的煤巷中表现出煤层顶底板标高在短距离内发生突变 3 煤的强度明显降低 煤层结构遭到破坏 滑面增多 4 煤层的产状发生剧烈变化 断层附近都会出现牵引褶曲或牵引褶皱 过断层的方式一般要遵循以下几个原则 看顶板的状况 如顶板较好 就不破顶板 而以卧底为宜 要根据实际情况 挑顶卧底的坡度还应该要与辅助运输 皮带运输以及掘进机的使用等相协调适应 最后还要注意顶底板的软硬程度等 过断层的方法 剖面图 过小断层的方法 1 1后退挑定法 1 2后退卧底 上面这种方法适合于当断层面造成掘进施工方向上的煤层上移的时候 当挑顶至断层面的时候 巷道的顶部刚好到达断层面下盘的煤层顶板 可使用锚杆支护顶层 保证支护的稳定之后 便可继续向前掘进 这种方法适合于当断层面造成掘进施工方向上的煤层下移的时候 当卧底至断层面的时候 巷道的顶部刚好到达断层面的上盘的煤层顶板 可使用锚杆支护顶层 保证支护的稳定之后 便可继续向前掘进 2 过大断层的方法 当煤矿巷道中遇到大断时 其周围的岩石破碎松软 这时候 常规的方法和支护措施很难顺利通过 可以先用注浆的方法加固周围的岩石 首先导硐后再注浆 因为巷道断面较小 周围岩石的松动圈小 这种情况采用小断面导硐能顺利通过断层破碎带 在小断面巷道过断层后 再在巷道内以2 0m的间距 按成巷后的设计断面轮廓线1 5m的间距 布置注浆钻孔 钻孔深度以到达围岩加固拱三分之一的位置为准 见图3 在不稳定地层或破碎带掘进或修复巷道时 先从巷道工作面支架的顶梁与棚腿的外侧成排地打入带有尖端的木板 型钢或钢轨 而后在其掩护下施工的方法 3 撞楔法 1 平巷过断层不改变巷道坡度 只改变巷道方向穿过断层 过断层的方法 平面图 图6 52 当煤层平巷遇到斜交正断层 如果断层带压力不大没有瓦斯及水的威胁时 可沿断层带掘进并进入另一盘 相反则不能紧靠断层面掘进巷道 详见右图所示 2020 4 25 57 锚杆支护 1 金属锚杆2 砂浆锚杆3 树脂锚杆4 水泥锚杆5 木锚杆6 玻璃钢锚杆 2020 4 25 58 锚杆支护作用原理 挤压加固作用悬吊作用组合梁作用 第二部分采煤方法 采煤方法是指采煤系统和采煤工艺的综合及其在时间 空间上的相互配合 不同采煤工艺与采区内相关巷道布置的组合 构成了不同的采煤方法 采煤方法的主要种类 走向长壁采煤法 倾斜长壁采煤法 采煤方法的分类 煤层倾角 煤层厚度 煤层瓦斯含量 煤层特征及顶底板稳定性 煤层地质构造 煤层含水性 煤层自燃发火倾向性 地质因素 技术发展及装备水平 矿井管理水平 矿井经济效益 影响采煤方法选择因素 巷道布置 该采煤方法将采区按垂高30m左右分为一个区段 沿走向布置运输巷及风巷 沿倾向布置开切眼 形成通风系统 采煤工艺 做仓 从切眼始每隔10 15m做上山 并沿上山每隔10 15m沿走向做联络巷与切眼与上一条上山贯通 形成一个小煤仓 采仓 塌仓 从运输巷起留5m煤柱做仓口 以便溜煤 而后自下而上依次扩帮 扩仓 塌仓 人工打眼 放炮 落煤 边落煤边放煤 使扩仓地点始终保留一个工作高度以便操作 视顶板完整情况 扩帮时与切眼或与前一仓壁保持留2 4m煤柱 一直扩仓至风巷 放仓 采仓完毕后 将仓内的落煤一次放空 现行采煤方法存在的主要问题1安全状况差 由于煤层倾角大 支护困难 做仓采仓时在无支护状态下空顶作业 作业地点片帮 冒顶 坠落无法预防 极易造成作业人员人身伤害 2 通风困难 尤其是高瓦斯矿井 通风设施 风筒 损坏严重 瓦斯事故发生频繁 3 回采率低 由于留两巷煤柱 仓房煤柱 以及放仓时伪顶 直接顶 甚至老顶垮落后 大量矸石混入原煤 塌仓时落煤不能充分放完等因素造成回采率极低 一般在30 50 4 原煤灰分高 由于放仓时 若顶完整性差 伪顶厚等因素 在塌仓落煤时 由于放炮震动等就已经伪顶破坏并影响直接顶的完整性 在放煤 放仓 时伪顶 直接顶矸石随同落煤一同落混入原煤中 使原煤灰分增高 急倾斜煤层伪倾斜柔性掩护支架采煤法采煤工作面是直线形 按伪倾斜方向布置 沿走向推进 用柔性掩护支架隔离采空区 工人在掩护支架下进行采煤 我矿原来矿井九万吨验收时就是采用的 一字形 支架 一字形 支架的缺点 1 工作面中块煤下滑速度过大 工作不安全 并且会引起煤尘飞扬 2 工作面行人和操作不方便 3 在区段高度一定时 伪倾角过大 将使工作面长度减小 4 掩护支架不稳定 容易发生整体下滑 严重时可能导致支架在下拐点处出现折叠事故 5 钢丝绳所受拉力加大 可能拉脱接头部分或拉断钢丝绳 6 架子自重和加后矸石重量垂直于伪斜工作面的分力减小 不利于掩护支架向前自移 7 使支架后方碎矸石沿支架背面向下滚动 可能使支架上的笆片或金属网撕破造成漏矸 甚至还会造成钢梁翻转及支架损坏 伪倾斜柔性掩护支架采煤法巷道布置1 采区回风石门 2 采区运输石门 3 运料眼 4 溜煤眼 5 行人眼 6 区段回风巷 7 区段运输巷 8 初采斜巷 9 收作眼 10 架尾移动轨迹线 11 架头移动轨迹线 12 采煤工作面 13 溜煤小眼 14 永久封闭墙 15 小眼临时封闭 优点 伪倾斜柔性掩护支架采煤法将工作面倾角变缓 工作面较长 从而具有缓斜 倾斜煤层走向长壁采煤法巷道布置和生产系统简单 掘进率低的一系列优点 这种采煤方法利用掩护支架把工作空间与采空区隔开 大大简化了复杂繁重的顶板管理工作 为安全生产和三班出煤创造了良好条件 工作面煤炭自溜运输 减轻了繁重的人工攉煤劳动 缺点 掩护支架的结构固定而不能调宽 对煤层厚度 倾角等产状变化的适应性较差 工作面基本上是单点出煤 限制了这种采煤方法各项技术经济指标的进一步提高 在含有夹石的煤层中使用这种方法无法排除矸石 降低了煤质 工作面煤尘大 工作环境较差 掩护支架安装时钢丝绳放置示意图1 开切眼 2 地沟 3 钢丝绳 4 钢梁 掩护支架安装时钢丝绳放置示意图1 开切眼 2 地沟 3 钢丝绳 4 钢梁 2020 4 25 67 2020 4 25 68 采用的水平分段放顶煤的采煤支架 方法 为沿着计划开采煤体下部布置工作面 工作面采用水平分段放顶煤专用支架进行支护 移动支架即解除顶板支撑 巷道上方煤体将由于矿山压力作用放落到自由面 工作面支架后部 工作面不断往前推进 上部煤体不断放出 移架 放煤 过程反复呈现 一般要求段高10m 工作面煤炭采用刮板输送机运输 工作面采用全负压通风 局部通风机辅助通风 必要时顶煤和顶板实施预裂爆破 预裂爆破必须编制专门设计 以增加顶煤的可放性和防止顶板大面积垮落造成危险 开采工艺过程 班前准备 移支架 放顶煤 清理工作面 移刮板 循环往复 2020 4 25 69 工艺过程中5步骤分述 班前准备 主要是查看工作面顶底板情况和设备情况 确认通风顺畅移架 设计配置2组4架放顶煤支架 移架时 前排支架依次前移 移架步距0 6m 用前架拉后架迈步前行 放顶煤 移架后 顶煤垮落 实施放顶煤 放煤步距与移架步距相同 为0 6m 或者根据具体情况调整为1 2m 清理工作面 大量顶煤放完以后 观察放煤量 顶煤放落水平 对大块煤 采用风镐或炮锤进行破碎 然后观察采空区情况 做好记录 清理工作面 移刮板运输机 移动刮板机移动到下一循环的合理位置上 2020 4 25 70 螺旋钻采煤法 螺旋钻采煤法的概况 螺旋钻采煤法是无人采煤工作面中较为成熟的一种方法 该采煤法广泛地用于开采围岩不稳定的薄煤层和极薄煤层 还可用于开采边角煤和回收各种煤柱 2020 4 25 71 1 螺旋钻杆 2 中间通风管 3 轴承座 4 钻头 5 变速器 6 控制箱 2020 4 25 72 螺旋钻机钻头割煤 钻机在顺槽中工作状态 2020 4 25 73 后退式工作面主要设备布置 2020 4 25 74 BSHK 2DM型螺旋钻采煤机 其主要技术参数为 钻高0 65m 钻宽1905mm 钻深 上山方向 85m 下山方向钻深45m 电机功率110 2 15kW 钻进速度1 0m min 适用条件 1 煤层较稳定 构造较简单 2 顶板一般稳定 底板较完整 3 煤层厚