煤矿生产技术课件

值此新年之际，祝大家：,新年快乐身体健康工作顺利,煤矿生产基础知识,主讲人：王海梅,学习要点：了解煤的相关知识了解煤矿地质相关知识了解煤层的顶、底板了解地质构造对煤矿安全生产的影响了解矿井开拓方式和采煤技术了解巷道支护方式,煤矿地质,煤矿地质学是运用地质学的基本理论，研究和解决与煤矿设计、建设、生产有关地质问题的一门地质学的分支学科。地质学是研究地球的自然科学，当前主要研究地球上部的地壳。,煤矿地质学是随着煤炭资源的开发而发展起来的，它主要研究煤矿建设、生产过程中的各类地质问题，总起来有以下三方面的内容：1、地质基础理论部分，包括：地球概况、地质作用、地壳的物质组成（矿物、岩石）、地质构造、古生物和地史等有关的基本知识。它们是研究任何地质学的分支学科都必须掌握的，在奠定了地质学的理论基础后，方能对煤矿地质学进行系统而深入的研究。2、影响煤矿开发的地质因素，包括：煤的形成、煤的物质组成和性质、煤的分类和用途；煤层的形态、结构、厚度和储量；煤层顶底板、地质构造、岩浆侵入体、岩溶隐落柱、水文地质、工程地质，以及水、火、瓦斯、煤尘等矿害。3、获取煤矿地质资料及处理生产地质问题的方法：包括：煤炭资源地质勘探、煤矿建井时期的地质工作和生产阶段的地质工作。重点是井巷地质编录、对影响煤矿生产地质因素的判断与处理、煤矿常用地质图件的编制、识读和应用，以及储量计算和储量管理等。,煤矿地质基本知识,煤矿地质对煤矿开采的影响因素：,1、地质构造,断层,陷落柱,褶曲轴,2、水文地质,3、顶底板,软硬,完整性,埋藏在地下的煤和其他矿产资源，都是地壳物质运动和各种地质作用的产物。地质作用1、内力地质作用由地球内部能量引起的地壳物质成分、内部构造、地表形态发生变化的地质作用，它包括地壳运动、岩浆活动、变质作用和地震作用等。2、外力地质作用它作用在地壳表层，主要是由地球以外的太阳辐射能、日月引力能等引起。按其作用方式可分为：风化和剥蚀、搬运和沉积、固结成岩。,各种地质形态是怎样产生的呢？是地质作用,地质构造,地质构造对煤矿安全生产有哪些影响呢？,水平构造单斜构造褶皱构造断裂构造,地质构造分为四种类型,这三种比较常见,几个概念,地质构造岩层形成后，在地壳运动影响下，发生变位和变形，其原始产状受到不同程度的改变由地壳运动而造成的煤岩层空间形态的变化称做地质构造岩层组成地壳的各类岩石，凡是呈层状分布的，统称为岩层，包括沉积岩、层状岩浆岩，以及由它们变质而成的变质岩。煤层产状煤层在地壳中的产出状态，包括其形状和所在的空间位置。矿井地质构造的三种类型单斜构造、褶曲构造、断裂构造。,1、单斜构造在一个较小的范围内，煤岩层受地质作用力的影响大致向同一方向倾斜的构造形态。如图23所示。在较大的区域范围内，单斜构造往往是其他构造形态的一部分，或是褶曲的一翼，或是断层的一盘。,单斜构造在一个较小的范围内，煤岩层受地质作用力的影响大致向同一方向倾斜的构造形态。如图23所示。在较大的区域范围内，单斜构造往往是其他构造形态的一部分，或是褶曲的一翼，或是断层的一盘。,单斜构造,煤岩层受地壳运动水平力的作用，被挤压弯曲，但仍然保持着连续完整的构造形态，称为褶皱构造；其中每一个弯曲部分称为褶曲，它是褶皱构造的基本单位，如图2-4所示。,2、褶皱构造,褶曲的基本形态，褶曲的基本形态可分为背斜和向斜两种类型。（1）背斜：煤岩层凸起向上弯曲。其地层特点是核心部位是老岩层，两侧是新岩层，新岩层呈对称重复出现，两翼岩层的倾向相背，如图25（a）所示。（2）向斜：煤岩层向下凹的弯曲。其地层特点是核心部位是新岩层，两侧是老岩层，老岩层呈对称重复出现，两翼岩层的倾向相向，如图25（b）所示。,褶皱构造对煤矿安全生产的影响（1）大型褶曲的核部一般裂隙发育，岩石破碎，易冒落，必须加强支护，否则很容易发生冒顶事故，给顶板管理带来困难。（2）小型褶曲常常造成煤层厚度、产状的较大变化，给生产及安全造成困难。（3）瓦斯矿井的褶曲核部，瓦斯极易在此积聚，可能会造成瓦斯突出，给安全生产带来威胁。,断裂构造-煤岩层受地壳运动的作用力而发生断裂，失去了完整性和连续性，这种构造形态称为断裂构造。断裂后，如果断裂面两侧的煤岩层没有发生显著的位置错动时，称为节理或裂隙；如果发生了显著的位置错动，则称为断层。,3、断裂构造,煤层的产状煤层在地壳中赋存的空间状态，称为煤层的产状。煤层产状通常是用煤层的走向、倾向和倾角三要素来表示的，如图2-1所示,1、什么是走向？倾斜煤层层面与水平面的交线称为走向线，走向线的方向称为走向。2、什么是倾向？煤层层面上与走向垂直的线称为倾斜线。倾斜线由高向低的水平投影所指的方向，称为倾向。3、什么是倾角？倾斜煤层层面与水平面所夹的最大锐角称为倾角。煤层倾角越大开采的难度也就越大。,煤层的走向、倾向、倾角,1断层的要素断层的性质和形态是由断层面、断层线、断盘、断距等要素组成的，如图26所示。,2断层的分类（1）按断层两盘相对位移方向，分为正断层、逆断层和平移断层正断层：断层的上盘相对下降，下盘相对上升，如图27（a）所示。逆断层：断层的上盘相对上升，下盘相对下降，如图27（b）所示。平移断层：断层的两盘不是相对升降，而是在水平方向相对移动，如图27（c）所示。,（2）按断层走向和煤岩层走向的关系，分为走向断层、倾向断层及斜交断层。走向断层：断层走向与煤岩层走向基本平行。倾向断层：断层走向与煤岩层走向基本垂直，即断层走向和煤岩层的倾向基本平行。斜交断层：断层走向与煤岩层走向斜交。,3断裂构造对煤矿安全生产的影响（1）煤岩层受断层、节理的影响使顶板岩层整体性受到破坏，强度降低，易于冒落，应采取措施，加强顶板管理。（2）当煤层节理面与工作面平行时，工作面很容易发生片帮事故；若顶板岩层节理面与工作面平行或节理发育时，容易发生冒顶事故。（3）断层破碎带、节理发育的地段是瓦斯、地下水的良好通道和积聚场所，当采掘工作进入该区域时，应严防瓦斯、水灾事故的发生。（4）断层破坏了煤层的连续性，使巷道布置和采煤工艺复杂化，给煤矿生产安全带来不利因素。,冒顶、瓦斯积聚、水灾事故,煤层顶底板岩石煤层顶底板岩石是指煤系中位于煤层上下一定距离内的岩层。按照沉积的次序，在正常情况下，先于煤生成的岩石是煤层的底板，较煤后生成的岩层叫做顶板。地质构造对煤层的影响地质构造的形态多种多样，概括起来可分为单斜构造、褶曲构造和断裂构造。岩层的空间位置及特征通常用产状要素来描述。产状要素有走向、倾向和倾角。根据断层两盘相对运动的方向，断层分为：正断层、逆断层、平推断层。,煤层的顶、底板,煤层顶、底板对煤矿安全生产有哪些影响呢？,煤层的顶、底板顶、底板位于煤层上面和下面的邻近岩层称为煤层的顶、底板，如图22所示。煤层的顶、底板岩层一般由砂岩、粉砂岩、泥岩、页岩、黏土岩或石灰岩等组成。煤层顶、底板岩层的岩石性质、结构与构造、强度、含水性等，是选择顶板管理方法和采煤工艺的重要依据。,1顶扳位于煤层上面的岩层根据自然层位的岩性、厚度、与煤层的相对位置及垮落难易程度，顶板可分为伪顶、直接顶和老顶（又称基本顶）三种类型。（1）伪顶是指紧贴在煤层之上，极易垮落的薄岩层，极不稳定岩层，厚度一般在0.5m以下。通常由炭质页岩、泥质页岩等强度较低的岩层组成，对顶板维护和煤炭质量有一定影响。（2）直接顶是指位于煤层或伪顶之上具有一定稳定性，在支架前移或回柱后能自行冒落的岩层。一般为页岩、砂质页岩和粉砂岩等，是采煤工作面顶板管理的直接对象。（3）老顶是指位于直接顶或煤层之上，通常为厚度及岩石强度较大，难于垮落的岩层。常由砂岩、砾岩或石灰岩等组成。,2底板位于煤层下面的岩层分为直接底和老底两种类型。直接底是指直接位于煤层之下的岩层，一般由泥岩组成。其主要特点为容易遇水膨胀，引起底鼓现象。老底是指位于直接底或煤层之下的岩层，一般由砂岩或石灰岩等坚固的岩层组成。,1陷落柱陷落柱是因为煤系地层下部有厚度很大的可溶性岩层，这些岩层由于地下水的溶蚀作用，形成了较大的岩溶空洞。在地质构造力和上覆岩层重力的长期作用，有些溶洞发生塌陷，覆盖在上面的煤系地层也随之陷落，破坏了煤层及顶底板的完整性。由于这种塌陷的剖面形态为柱状，所以称为陷落柱。其形成过程如图28所示。,陷落柱及岩浆侵入体,（1）陷落柱的基本特征：陷落柱平面形态多呈椭圆形、圆形，直径大小不一。最大的直径可达百余米，最小的直径仅十余米；剖面形态多为上小下大的圆锥体；陷落柱体内主要由塌陷的岩石碎块、煤块等组成。岩块大小混杂、棱角明显、形态不规则、排列紊乱；陷落柱与围岩的接触面多为不规则的锯齿状，界限明显。（2）陷落柱对煤矿生产安全的影响：在陷落柱比较发育的矿区，煤系地层常遭到严重破坏，使煤炭储量减少；陷落柱破坏了煤层的连续性，给巷道布置、采煤方法的选择造成了很多困难；采煤工作面遇到陷落柱，整个生产组织将复杂化，对安全生产极为不利；在富水矿区，陷落柱穿透含水层时，可将地下水导入井巷，对矿井安全生产威胁极大。,2岩浆侵入体在煤层形成以后，由于受到地壳运动的影响。地壳内炽热的岩浆沿着地层的薄弱带或裂隙，侵入煤层冷凝而成岩浆侵入体（也称火成岩侵入体）。岩浆是来自地壳内部具有高温、高压的熔融体，当它侵入煤层时，除了形成岩浆侵入体外，更严重的是岩浆活动使部分煤层变成了天然焦或变质程度增高，甚至完全被岩浆所吞蚀，被岩浆岩所替代，给煤层的正常开采带来很大困难。在煤矿井下常见的有岩墙、岩床等侵入岩体。（1）岩墙：它是地下岩浆沿断层或裂隙上冲侵入到煤系地层的墙状侵入体。岩墙在平面上呈带状分布，宽度由几十厘米至几米，有时达几十米，长度不一。（2）岩床：它是地下岩浆沿地层层面方向侵入的层状侵入体。岩床的形状多种多样，大致可分为层状、似层状、串珠状和树枝状等。,煤的形成煤层的形成受古植物、古气候、古地理及古构造等条件的控制。我国最主要的三个聚煤时期为：石炭二迭纪、侏罗纪和第三纪。古植物从死亡、堆积到转化为煤的演化过程，称为成煤作用。分为泥炭化阶段和煤化阶段。煤系的概念煤系是指含有煤层的沉积岩系，它们彼此间大致连续沉积，并在成因上有密切联系。,煤是地质作用长期的产物,煤的分类。按照煤的挥发分、黏结性指数、胶质层厚度为依据，把煤分为14个大类29个小类，14个大类是褐煤、长焰煤、不黏煤、弱黏煤、12中黏煤、气煤、气肥煤、13焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫瘦煤、贫煤及无烟煤。按照工业用途，煤又可以分为：动力煤、化工用煤和炼焦煤。,煤层的埋藏特征煤是古代植物遗体经成煤作用后转变成的一种层状可燃矿产，煤层是沉积岩的重要组成部分。煤层的形态与结构煤层的形态分层状煤层、似层状煤层和非层状煤层。煤层的结构分简单结构煤层和复杂结构煤层。,煤层赋存状态1）煤层的厚度薄煤层煤层厚度从最小可采厚度至1.3m中厚煤层煤层厚度1.3m至3.5m厚煤层煤层厚度3.5m以上2）煤层的稳定性稳定煤层、较稳定煤层、不稳定的煤层、极不稳定煤层。3）煤层的倾角缓斜煤层025倾斜煤层2545急斜煤层4590通常又把8以下的煤层称为近水平煤层。,这是怎样形成的呢？,矿图,一、矿图种类：矿井测量图矿井地质图二、常用矿图的识读三、比例尺按缩小尺寸与实际物体尺寸比例关系数做成的尺子成为比例尺四、方位角、标高、煤层地板等高线图,常用矿图的识读：1、图例（见教材68页）和比例尺；2、确定直线方向与点的位置（见图4-5、4-6）；方位角是用标准方向线（指北线）北端，顺时针量到该直线的夹角。象限角是由标准方向线按顺时钱或逆时针量到某一直线所夹的锐角。点的位置表示地面一点的位置，常采用平面直角坐标系。南北方向为纵坐标轴Ox，顺东西方向为横坐轴Oy，两直线的交点O称为坐标原点。,3、标高以选定某处海一面平均水位的水准面作为计划高低的标准，一点到这个水准面的垂直距离称为该点的标高。高于水准面的是正数；低于水准面的是负数。,煤层底板等高线图把煤层底板与不同高度层水平面的交线，垂直投影到平面上，用来反映煤层空间形态和构造变动的重要地质图件。,4、采掘工程平面图将矿井从井筒、石门、井底车场、运输大巷、直到巷道进入煤层构成的采区运输系统和通风系统，以及沿煤层掘进采煤工作面的运输巷、回风巷和开切眼所构成的采煤工作面的运输系统和通风系统等，用标高投影的方法，将各种巷道投影到同一水平投影面上绘制而成。,5、采掘工程平面图的识读看标题栏看图例看煤层的走向和倾向看煤层的地质构造从井口到井底车场开始，找出主要石门、水平运输大巷、主要上山、人行道、开拓方式、采煤方法、采区巷道布置、运输和通风系统等。对照平面图和剖面图,第二节矿井开拓,一、什么是矿井开拓？在矿井境界内，从地表向地下开掘一系列井巷进入矿体，并建立矿井提升、运输、通风、排水及动力供应等生产系统，称为矿井开拓。二、什么是矿井开拓方式？用于矿井开拓的井巷在矿井的布置方式，称为矿井开拓方式。,按井筒形式划分,矿井开拓方式,立井开拓,斜井开拓,平硐开拓,综合开拓,1、确定井筒的形式、数目及其配置，合理选择井筒及工业场地的位置；2、合理的确定开采水平数目和位置；3、布置大巷入井底车场；4、确定矿井开采程序，做好开采水平的接替；5、进行矿井开拓延深、深部开拓及技术改造。,根据矿区设计正确解决下列问题,1、贯彻执行有关煤炭工业的技术政策，为多出煤、早出煤、出好煤、投资少、成本低、效率高创造条件。要使生产系统完善、有效、可靠和安全的条件下减少开拓工程量；尤其是初期建设工程量，节约基建投资，加快矿井建设。2、合理集中开拓部署，简化生产系统，避免生产分散，为集中生产创造条件。3、合理开发国家资源，减少煤炭损失。4、必须贯彻执行有关煤矿安全生产的有关规定。要建设完善的通风系统，创造良好的生产条件，减少巷道维护量，使主要巷道经常保持良好状态。5、要适合当前国家的技术水平和设备供应情况，并为采用新技术，新工艺，发展采煤机械化、综合机械化、自动化创造条件。6、根据用户需要，应照顾到不同煤质、煤种的煤层分别开采，以及其他有益矿物的综合开采。,矿井开拓原则,（一）斜井开拓斜井开拓是利用倾斜巷道由地面进入地下到达煤层的开拓方式。主、副井均为斜井的开拓方式。斜井开拓时，根据井筒位置及开拓巷道布置方式不同可分很多类型。其中最主要的有两种，即片盘斜井和斜井分区式开拓方式。1片盘斜井开拓片盘斜井开拓是斜井开拓的一种最简单的形式，属于斜井多水平分段式开拓方式。,片盘斜井的基本特点是井田沿走向不划分采区，而是在倾斜方向按一定标高划分若干片盘，片盘左、右各布置一个工作面，由井田边界退后开采，各片盘之间仍采用由上而下的顺序回采。如图29所示，井田煤层倾斜划分4个片盘，每一片盘斜长等于工作面长度。,2.斜井分区式开拓当斜井划分为阶段或盘区时，利用斜井集中开拓，称斜井分区开拓（亦称集中斜井开拓）。当井田划分一个水平时，就叫斜井单水平分区式开拓（如图210所示）；当划分为多水平时，就叫斜井多水平分区式开拓。,（二）立井开拓立井开拓是利用垂直巷道（井筒）由地面进入，并通过一系列巷道到达煤层的一种开拓方式。它也是我国煤矿广泛应用的开拓方法。1立井单水平开拓立井单水平开拓是用一个开采水平将井田沿倾斜划分为两个阶段，上山阶段的煤向下运输，下山阶段的煤向上运输。经阶段运输平巷运往井底车场，通过主井提到地面。立井单水平开拓方式，在矿井产量较大、地质构造复杂、煤层倾角较小时，其优点比较突出。缺点是下山阶段无论从开拓、运输、排水、通风等方面都复杂。因此，这种开拓方式适用于煤层倾角较小而斜长不大的井田。,（三）平硐开拓平硐开拓是利用水平巷道从地面进入地下，并通过一系列巷道通达矿体的开拓方式。由于地形和煤层赋存情况不同，平硐的布置方式也不一样。平硐一般分为走向平硐、垂直平硐和阶梯平硐。1走向平硐走向平硐是指平硐平行于煤层走向布置，应用比较广泛的一种方式，具有井巷工程量少、投资省、施工简单、建井期短、出煤快等特点。平硐一般沿煤层底板岩层掘进，如图2-11所示。2垂直平硐垂直平硐也是应用较多的一种。平硐垂直煤层走向掘进，到达煤层或煤层底板时分两翼掘进大巷，到两翼采区位置后，即进行采区准备，如图212所示。根据地形和煤层关系。垂直平硐可以从煤层顶板或煤层底板