《构造复杂煤层开采》PPT课件

2020/5/16,1,构造复杂煤层开采,第一章断裂构造煤层开采-4h第二章向斜构造煤层开采-4h第三章盆地构造煤层开采-4h第四章其他构造煤层开采-4h第五章不稳定煤层开采-2h,2020/5/16,2,构造复杂煤层是指断裂构造多，褶曲构造多的煤层,兖州煤田、济宁煤田、神东煤田构造相对简单；龙口、枣庄煤田较简单；新汶煤田的南部较简单，但北部相对较复杂；宁阳煤田构造复杂；临沂煤田是火成岩侵蚀的重灾区。掌握和了解构造复杂煤层的开拓、开采技术是采矿工程是应该具备的基本素质，这也是该课程设置地目的。,2020/5/16,3,第一章断裂构造煤层的开采方法,2020/5/16,4,第一节断裂构造煤层的特点及其研究的主要内容,断裂构造影响造成的顶板事故占60%以上；断裂构造影响造成的突水事故占80%以上。肥城国家庄煤矿、大汶口石膏矿断裂构造破坏其完整形，为冒落和充水创造条件，给矿井生产带来困难。,2020/5/16,5,主要研究内容,1、断层对采区和水平划分带来的影响；2、主要巷道与断层的相互位置关系；3、断块之间的联系方式（形式和数量)；4、掘进和回采过断层的技术措施；5、各块段生产系统之间的相互协调关系,2020/5/16,6,第二节开拓部署中断层的处理,1、以断层划分井田是矿井开拓部署的重要关键（1）大型矿井将落差大淤100m断层作为井田边界；（2）小型矿井将落差大淤50m断层作为井田边界。其目的是减少井田边界煤柱2、断层对水平划分与位置的确定影响较大（1）图1-1为单水平开拓部署的处理方案,2020/5/16,7,按斜长可能划分2-3个区段，但断层影响可作为单水平处理（2）利用水平位置的变动解决断层两翼煤层的开采,2020/5/16,8,（3）利用斜巷解决个别煤层上、下阶段斜长不一致的问题,2020/5/16,9,（4）利用暗井开采开采水平以下被断层切割的煤层技术经济合理开采水平,延深水平,2020/5/16,10,（5）因地制宜穿层布置大巷在煤层群开采中是可行的,大巷,二层,四,层,四层,十一层,二层,二层,四层,2020/5/16,11,（6）利用采区石门、溜煤眼和斜巷开拓受断裂构造影响的缓倾斜煤层开采较为有利,石门,溜煤眼,斜溜煤眼,2020/5/16,12,（7）利用断层作为划分开采水平的依据,H=20m,h=80m,H=20m,H=20m,-420m,-375m,-225m,-65m,2020/5/16,13,(8）利用辅助水平解决部分被走向断层切割的块段开采,辅助水平大巷,开采水平大巷,工作面,工作面,上山,上山,2020/5/16,14,3、上山的布置应与过断层的石门工程两相比较确定,断层落差大于20m时可作为采区的边界，落差为10-15m时采区可直接穿过,2020/5/16,15,2020/5/16,16,4、根据断层的产状改变开采体系可取得很好的技术经济效益,（1）遇倾斜断层时可将走向长壁改为倾斜长壁或伪倾斜长壁开采,2020/5/16,17,前苏联顿巴斯矿区，19661970年377个工作面（36.2%)重新进行了开切和准备，调整后既增加了工作面推进长度，又大大减少了费用（年平均减少110-130万卢布）,（2）采用房柱式开采回收断层破坏区的煤炭资源根据海滨矿区的经验，认为破坏系数小于250m/每百平方米、断层落差小于每层厚度的0.6-0.7倍时，可使用长壁开采，否则使用房柱式开采是合适的。,2020/5/16,18,第三节采区内巷道布置方案,1、块段走向长度较短时，可采用顺断层布置上山单翼开采，以减少煤炭损失量及两翼开采的困难。,注：工作面推进方向与断层面逆向为佳，同向易出水；工作面平行断层易出水，宜斜角布置。,2020/5/16,19,2、上山穿过斜交断层布置，使断层煤柱与护巷煤柱合二为一,2020/5/16,20,3、上山顺倾斜断层布置，利用中部车场石门联系两翼平巷,上山,2020/5/16,21,4、缓倾斜煤层遇逆断层时（h小於10m),运输上山布置在下盘，轨道上山布置在上盘卧底掘进，利用溜煤眼和石门分别联系两翼平巷。,煤层,煤层,溜煤眼,轨道上山,运输上山,2020/5/16,22,5、采区内有走向断层h=2m）时,可以断层作为划分区段的依据。上下区段同采时，可同步或保持一定的错距。,2020/5/16,23,6、遇斜交断层时，可在斜长较大区域采用双工作面布置，过断层后采用单工作面布置。,2020/5/16,24,7、倾斜长度较大的局部块段可采用仰斜开采（倾角小於10度）,区段上平巷,区段下平巷,仰斜工作面,2020/5/16,25,8、按断层的分布形态确定工作面布置方案（1）平行构造带呈折线布置，上下顺槽均留出5-15m的煤柱，作为断层摆动误差的调节余地。,5-15m煤柱,断层,断层,5-15m煤柱,2020/5/16,26,（2）构造带呈尖角状时可采用分段台阶布置，也可采微调面布置（每次增加2-3架支架，不断的补充，可减少一次更换时间太长的问题）。,2020/5/16,27,(3)构造呈非平行折线型时，材料道以折线顺断层布置，运输道采用直线定向掘进。,2020/5/16,28,第四节掘进巷道时断层处理,1、h10m时，应采用计算和作图法求出石门的方向和长度,No.124,No.224,-200,-200,2020/5/16,30,3、当h0.5m,或1/2煤层厚度,重开切眼,2-10m,2020/5/16,43,3、斜交断层的处理方法,（1）工作面逐渐缩面法-工作面缩至10-20m时停止工作面推进，剩余部分作为煤柱留设。,1020m,煤柱,2020/5/16,44,（2）工作面微调法,1,2,3,4,5,应加强支护,上部逐渐前移,过断层后重开切眼,下部逐渐前移,2020/5/16,45,p=(b-R)/(L)m式中p-每根支柱的错距，m;b-截深，m；R-调面距离，m；L-工作面长度，m；m-支柱间距，m。,L,m,b,R,p,2020/5/16,46,（3）预开探巷探明断层，并以探巷作为工作面新开切眼,探巷,探巷,预测断层,实际揭露断层,实际揭露断层,2020/5/16,47,过断层的支护措施：,a、调整工作面与断层斜交，易于维护；b、采用密集支护，以防破碎顶板冒落；c、浅眼少装药爆破；d、机采工作面在断层顶板破碎处，预开机窝，背严顶板。,2020/5/16,48,第六节综采工作面中过断层的处理,一、断层参数及其影响断层落差（h）当h/m=0.8时工作面产量将下降40%80%。断层的影响范围（H)H=6hh=11.5m时，产量下降8%；h=0.51.0m时，产量下降4%。断层与工作面的夹角（）030产量急剧下降；角度继续加大产量下降平缓。围岩中等稳定时，应为2030;不稳定时应为3045。当工作面与断层的夹角为,2020/5/16,49,9070时，产量下降00.5%；7046时，产量下降0.52%;4521时,产量下降25%;200时，产量下降58.4%。,2020/5/16,50,第二章向斜构造煤层的开采方法,第一节向斜构造煤层的特点煤层形态上看呈U字型，从岩层位置上看，在向斜中央部分沉积的是新岩石。,-100,-200,-300,-100,-200,-300,strike,dip,向斜,背斜,2020/5/16,51,本章主要介绍内容：1、倾斜构造煤层的巷道布置；2、开拓开采方法；3、向斜构造的处理方法和设计施工中应注意问题,第二节向斜构造煤层的开拓方式,2020/5/16,52,一、向斜煤层造成环形运输的运输方式,主井,副井,大巷,2020/5/16,53,二、向斜构造煤层造成阶段斜长大小不一致,L1,L2,L2L1,辅助水平,开采水平,2020/5/16,54,三、向斜构造可使下山采区变为上山采区,主斜井,副斜井,上山,上山,2020/5/16,55,第三节向斜构造区域采区上、下山的布置方案,一、采区上、下山布置在向斜构造煤层的最大倾角处,2020/5/16,56,二、采区上山顺向斜轴布置,当两翼走向变化大或倾角变化大时，应采用顺轴向布置方式，以轴部分为两翼，每翼似单斜开采,2020/5/16,57,三、采区上、下山顺向斜轴布置在煤层底板岩石中,在倾斜或急倾斜煤层中，顺煤层布置难以适应运输提升轨道-25；胶带输送机-17在底部穿层布置四、顺向斜轴开掘专门运输上山,直接进入轴部运输巷,通过上山进入轴部运输巷轴部运输巷,轴部运输巷,2020/5/16,58,五、采区上山或下山与向斜轴斜交布置,2020/5/16,59,六、采区上、下山布置在向斜的翼部,2020/5/16,60,七、采区上、下山顺向斜区的断层布置,2020/5/16,61,第四节向斜构造煤层回采工作面的布置,一、回采工作面以向斜轴作为边界线,2020/5/16,62,二、根据煤层走向变化，调整工作面的布置,1、推进方向变化-旋转开采2、线长变化-合二为一,旋转开采,合二为一,2020/5/16,63,第五节小型向斜构造的处理,1、双机接力或在轴部专设运输机道，以解决运输机跳链的问题：,第一部输送机,第二部输送机,2020/5/16,64,2、顺轴两侧布置工作面,-100,-200,2020/5/16,65,第六节设计施工中应注意的几个问题,一、运输问题1）运输方式应单一，减少转折环节；采用旋转开采，等2）顺轴向布置运输巷道，以利于向斜两翼的煤炭运输。二、通风问题尽量采用向斜轴部进风，两翼巷道回风的方案或对角式通风。三、排水问题向斜轴是天然的集水线，应当将排水巷和水仓设在轴部，以利于排水。,2020/5/16,66,四、测量问题,1、已控制向斜轴时，可顺轴挂线掘进；2、未完全控制向斜构造时，沿预计的向斜轴25挂线掘进，见轴后顺轴挂线掘进。,25,a,c,d,向斜轴,c,d,b,a,a探轴巷道,c-平巷,b-重开探巷,d-顺轴巷道,2020/5/16,67,五、地压问题,在轴部进行开拓时，巷道承受较大集中压力，应采取：1、服务年限长时，应将巷道布置在稳定的岩石中；2、煤层倾角较小时，集中巷应布置在向斜的翼部，离开轴部压力集中区；3、减小巷道断面，由双轨改为单轨断面；4、应注意加强顶板支护。,2020/5/16,68,六、瓦斯突出问题,1、瓦斯突出为矿压和煤层瓦斯综合作用的结果，即矿压大和瓦斯压力大区域，正是构造变化剧烈的区域；2、断层带就是瓦斯突出密集的地区，东北等地统计，90%突发在地质构造破坏区域；37.85%发生在断层附近；西南等地统计，地质构造带瓦斯突出占95%；向斜轴部突出占60.6%。采取措施:1）开采解放层；2）大直径钻孔、水力冲孔和震动放炮以排放瓦斯；3）加强巷道支护。向斜区开采的问题归纳起来为三个问题:一是向斜区与整个矿井的开拓部署问题；二是向斜区两翼煤层的开采方法；三是向斜轴部的开采问题。,2020/5/16,69,第三章盆地构造煤层开采方法第一节盆地构造的特点,煤四周向中央倾斜，形成规则和不规则的盆状结构。盆地由中央到外，逐渐变化为老岩层。形状多为圆形或椭圆形。,-80,-100,120,2020/5/16,70,第二节盆地构造煤层的开采方法,1、横切盆地开采方法-一分为二法,主斜井,副斜井,适应于矿井产量不大，断层构造不多，煤层倾角较大的地质条件,2020/5/16,71,2、纵横切割盆地开采方法,有利于巷道掘进和回采工作面的推进，适应于倾角较小情况下,2020/5/16,72,3、水平切割盆地法-采区上下山开拓法,在盆地中央受地质条件限制不能建立主水平时,开采水平,上山,上山,下山,2020/5/16,73,4、四面轮子坡开拓方式,将主水平建立在盆底，由盆底向四周开拓采区上山（轮子坡），该方法适用于大小盆地。全部为上山开拓，运输、通风、排水均有利。,2020/5/16,74,第三节区段平巷布置方法,1、只平不直的布置方式-沿等高线布置，易于排水和轨道运输，不利于运输机运输，工作面长度变化较大。35的坡度布置工作面平巷2、直至不平-沿中线掘进，工作面长度变化不大，尤其适用于综采工作面，但起伏不平不利于排水和轨道运输。,以机头为起点甩机尾,以机尾为起点甩机头,2020/5/16,75,第四节回采工作面长度变化的影响分析,1、煤层巷道布置方式影响1）只平不直（按腰线掘进),L2=L1sin1/sin2,L2,L2,L1,1,2,2,L2-随煤层倾角变化的工作面长度，m；,L1-工作面在煤层倾角1时的起始长度，m；,1、2-工作面起始角和回采过程中变化的煤层倾角。,H,(高差）,L2sin2=L1sin1,2020/5/16,76,2）只直不平-沿中线掘进,L1,L2,L2,1,2,L2-工作面随煤层变化的长度，m.,L2=L1cos1/cos2,D,2020/5/16,77,当煤层倾角变化范围为1030时,采用只直不平的方式工作面长度变化较小；3050时，两种布置方式工作面长度的变化绝对值相同；对综采工作面来讲，工作面的变化长度最好控制在5m之内，最大在10m之内。,煤层倾角变化影响（每百米的变化率）为：L2=100(sin1/sin2-1)L2=100(cos1/cos2-1)12时，L2为负值，即工作面长度缩短。12M,30m,L为安全错距，M为层间距；T34或46个月，T为安全时间错距。,2020/5/16,91,2、在开拓与开采布置上，安“三区成套”、“四区超前”安排开采关系和采掘关系,三区成套是对生产系统而言，指：开拓区；解放层的准备回采区；被解放层的准备回采区。四区超前是对生产的具体安排而言，即：解放层的开拓超前被解放层的准备；解放层的准备超前被解放层的回采；解放层的回采超前被解放层的准备；被解放层的准备（掘进）超前被解放层的回采。,2020/5/16,92,二、矿井水平接替的特点,1、上下水平同采时间长，水平均衡生产时间短一般解放层约35年转入新水平开采才能保证矿井正常的水平接续，加上延深工程需3年左右，造成水平延深频繁。2、加大水平垂高，增设中间辅助水平，以利于解放层的准备、开采和瓦斯抽放，同时还便于人员撤离。,2020/5/16,93,三、采区巷道布置特点,1、解放层开采时不划分采区，不留或少留煤柱，跨上山连续开采，减少采掘和煤柱应力集中对突出煤层采掘作业的安全威胁；2、采区划分采区段数目尽量减少，急倾斜不超过2段，缓倾斜不超过3段；3、采掘作业适当分散，减少事故的波及范围；4、尽可能的利用共用巷道抽放瓦斯；5、建立尾巷通风系统，采用Y、Z型等通风方式。,2020/5/16,94,第五节裂隙发育的处理方式,1、调面处理方式；2、垂直节理打木锚杆方式。,35,25m,2020/5/16,95,第五章不稳定煤层的开采方法,第一节不稳定煤层的分类不稳定煤层是指其赋存条件在井田或采区范围内变化很大、且无明显规律一致影响正常开采的煤层。主要是指厚度、倾角以及地质构造变化大的煤层。,2020/5/16,96,1、煤层结构的变化,煤层结构主要指含矸石和夹矸的多少，分为简单、较简单、复杂和较复杂四类：简单是指含矸率0%10%时；较简单是指含矸率10%20%时；结构复杂是指含矸率20%40%时；结构极复杂煤层是指含矸率40%的煤层。该煤层失去开采价值。,2020/5/16,97,2、煤层厚度的变化,衡量煤层厚度的变化的指标是用煤层厚度变异系数Cv来表示,%。Cv=S/X100%式中Cv-变异系数，%；S-标准离差；X-样本均值。稳定煤层：Cv50%；极不稳定煤层：未定。,2020/5/16,98,3、煤层的可采系数,一般指煤层厚度小于1.3m以下的薄煤层和极薄煤层。煤层的可采程度可用可采系数K表示K=n/N100%式中n-全部见煤点；N-合乎开采厚度的点数。稳定：K=90%100%；较稳定：K=75%90%，淮南93%；不稳定：K=50%90%，淮南达93%；极不稳定煤层：淮南85%,福建40%,2020/5/16,99,第二节不稳地煤层开拓开采,一、上行短壁开采每隔3040m布置一个小阶段；从边界每隔2030m划分一个条带；由下向上回采，即从夏顺槽向上顺槽回采。,1-运输石门,2-回风石门,3-上顺槽,4下顺槽,5切眼,6-回风眼,7-溜煤眼,8-工作面,9-第一带,10第二带,3040m,20m,20m,20m,2020/5/16,100,适应于倾角为4590、厚度为0.8m4m顶板较好、煤质较坚硬时。,二、刀柱采煤系统,1520m,1520m,1520m,70100m,分区上山,35m小煤柱,区段煤柱,上区段平巷,适应于倾角3050，厚度2.4m以上，较坚硬的顶板,2020/5/16,101,三、长孔爆破采煤法,运输平巷,回风平巷,溜煤眼,适应于急倾斜煤层,斜坡,1015m,预压药炮孔,2020/5/16,102,回风大巷,2030m,1525m,运输大巷,2030m,超前巷,上山眼,中间巷,空炮眼,预压炮孔,溜煤眼,15,2020/5/16,103,四、斜坡采煤系统,(一)薄及中