煤矿安全生产技术

1、煤矿安全生产技术 七台河技师学院 齐永新 第一节第一节 煤矿地质基础知识煤矿地质基础知识 一、煤的形成 煤是由古代植物遗体演化而成的。在煤层附近的顶、底板岩层中，常常可以看到植物的根、枝、叶等化石，将煤放在显微镜下，也可以看到植物结构。 煤层的形成受古植物、古气候、古地理及古构造等条件控制。 1、古植物条件 植物是成煤的原始物质，没有植物生长就不可能有煤形成。因此，在漫长的地质历史中，成煤时期是有植物大量繁殖的时代。例如，我国最主要的石炭二叠纪、侏罗纪和第三纪三个聚煤时期，就分别是植物界的孢子植物、裸子植物和被子植物繁殖的极盛时代。 2、古气候条件 植物生长直接受气候影响。只有在温暖潮湿的气候

2、条件下，植物才能大量繁殖。同时，植物遗体只有在沼泽地带才能被水淹没免遭完全氧化而逐渐堆积。沼泽的发育则要求有潮湿的气候，因此，温暖和潮湿的气候是成煤的重要条件。 3、古地理环境 要形成分布面积较广的煤层，必须有能够适于植物大面积系列和遗体堆积的古地理环境，存在大面积沼泽化的自然地理条件。通常，滨海平原、海湾泻湖、内陆湖泊、山间盆地、宽阔的河漫滩、河口三角洲等广阔平坦的地方，受地壳升降的影响，容易发育大片的沼泽地带。 4、古构造条件 古构造条件对煤的形成影响是多方面的。泥炭层的积聚要求地壳发生缓慢下沉，而下沉速度最好与植物遗体堆积大致平衡，这种状态持续时间越久，形成的泥炭层越厚。泥炭形成以后，地

3、壳出现较大幅度和较快的沉降，则有利于泥炭层的保存和转变成煤的过程。地壳在总的下降过程中，若发生多次升降和间歇性下沉，则可能在同地区形成多煤层。 在地球发展的历史过程中，只要某个地区同时具备了上述4个方面的条件，配合良好，持续时间较长，就可能形成很厚的煤层或多层煤层，如我国华北地区的石炭二叠纪聚煤期。否则不可能有煤形成。如果这4个条件出现是短暂的，虽然有煤生成，但不一定具有开采价值。 古植物从死亡、堆积到转化为煤要经过一系列的演化过程，这一过程称为成煤作用。成煤作用大致可分为泥炭化和煤化两个阶段。 第一阶段第一阶段泥炭化。泥炭化。在古代成煤时期，地球上的气候温暖而潮湿，植物生长茂盛，特别是湖泊沼

4、泽地带密布着茂密的森林和水生植物。死去的植物遗体堆积在湖泊沼泽底部，随着地壳缓慢下沉逐渐被水覆盖与空气隔绝，在细菌参与的生物化学作用下，植物遗体开始腐烂分解，有的变成气体跑掉，有的变成液体流失，被保留下来的部分变成泥炭层。 第二阶段第二阶段煤化阶段。煤化阶段。随着时间的推移，地壳继续缓慢下沉，泥炭层被水携带来的泥沙等物质覆盖，并且覆盖层逐渐加厚，在压力和温度的作用下，泥炭层逐渐脱水、压紧、碳的含量也逐渐增加，这时泥炭就变成了褐煤。如果地壳继续下沉，覆盖岩层不断加厚，褐煤在高温、高压的作用下，引起内部分子结构、物理性质的变化，含碳物质进一步富集，氧和水分含量进一步减少，密度增大，颜色变深，硬度增

5、加，逐渐地变成了烟煤。 随着变质程度的进一步增高，烟煤会变成无烟煤。在个虽情况下，无烟煤可能进一步变质成为一种不能燃烧的矿产石墨。 二、煤系的概念 在煤的形成过程中，煤层上下同时形成许多岩层，这些夹有煤层的岩层是在同一个成煤时期形成的，通常称为某一地质时代的煤系地层。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。 煤系一般按其形成的时代命名，如我国华北的石炭二叠纪煤系、东北的侏罗纪煤系、华南的晚二叠世煤系等。此外，也可采用煤系发育良好、研究较早的地区来命名，例如华南的晚二叠世煤系，在江苏龙潭、江西乐平等地研究较早，所以被称为龙潭煤系或乐平煤系。因此，同一地质时代形成

6、的煤系在不同的地区常有不同的地区性名称。安全第一第二节第二节 煤的性质及工业分类煤的性质及工业分类 由于成煤的原始物质、生成环境及所受的变质作用不同，煤的种类很多，其物理性质和化学组成也有差别。性质不同的煤在工业上的用途是不相同的。因此，研究煤的性质，正确地对煤进行分类，是合理开发煤炭资源的重要前提。 一、煤的性质 1、煤的物理性质 光泽、颜色、条痕、硬度、脆度、密度和容重、导电性等。煤的物理性质与煤中所含杂质有关，成分相同的煤的物理性质是随变质程度而改变的。少量磷少量磷有机硫有机硫氮氮氧氧氢氢碳碳有机质有机质 2、煤的化学组成 煤的化学组成主要是有机质和无机质两大类。无机质包括无机矿物质和水

7、分。 二、煤的工业分类 1、常用的煤质指标含矸率含矸率胶质层胶质层厚度厚度Y Y发热量发热量Q Q挥发分挥发分V V灰分灰分A A水分水分W W煤煤 2、煤的工业分类 煤的工业用途很广，各工业部门对煤质均有特定的要求，而各地所产的煤种很多，性质差别很大，要使煤炭资源得到合理开发和充分利用，就必须对煤进行工业分类。 按工业用途分：动力煤、化工用煤、炼焦用煤等几类。 按照煤的变质程度和结焦性能，我国现行的工业分类是以炼焦煤为主的分类方案，主要用可燃基挥发分和胶质层的最大厚度为指标划分和种类，从无烟煤到褐煤分为12大类别，或称10大煤种。安全第一第三节第三节 煤层的埋藏特征煤层的埋藏特征 由于成煤时

8、期的原始条件和受地壳运转的影响不同，埋藏在地下的煤层赋存状态、煤层顶板岩石性质及含水性、煤层的含瓦斯性及自燃倾向以及受地质构造影响的程度等都有明显的差别，而这些问题都与采矿工程有密切关系，因此有必要进行较详细的研究。 一、煤层赋存状态 煤层是工采的对象，与采矿工程密切相关的是煤层的厚度、结构、倾角及稳定性。 1、煤层的厚度 是指煤层顶底板之间的垂直距离。 在实际工作中，根据开采技术条件的特点，按厚度将煤层分为以下几类： 薄煤层： 3.5m 有时习惯将煤层厚度大于6.0m的煤层称为特厚煤层。 2、煤层的稳定性 （1）稳定煤层。 （2）较稳定煤层。 （3）不稳定煤层。 （4）极不稳定煤层。 3、煤

9、层结构 （1）简单结构煤层。 （2）复杂结构煤层。 二、煤层顶底板 三、地质构造对煤层的影响三、地质构造对煤层的影响 沉积岩层和煤层在其形成时，一般都是水平或近水平的，且在一定范围内是连续完整的。后来受到地壳运动的影响，使岩层的形态发生了变化，甚至产生裂缝和错动，使岩层失去了完整性。这些由地壳运动造成的岩层的空间形态，称为地质构造。地质构造的形态多种多关，概括起来可分为单斜、褶皱、断裂构造。 （一）单斜构造 由于地壳运动的影响，地壳表层中的岩层绝大部分是倾斜的，极少数是水平的或接近水平的。在一定范围内，煤层或岩层大致向一个方向倾斜，这样的构造形态称为单斜构造。单斜构造往往是其他构造形态的一部分

10、，或是褶曲的一翼，或是断层的一盘。岩层的产状是指岩层的空间位置及特征。为确定倾斜岩层的产状，常用3个产状要素，即走向、倾向、倾角来表示，如图所示。如图：煤层的产状要素 aa-走向；AA-走向线；CO-倾斜线；a-倾角；OB-倾向 煤层的倾角在0度90度之间变化，按煤层倾角的大小分为以下4类： 近水平煤层 8度 缓倾斜煤层 8度25度 倾斜煤层 25度45度 急倾斜煤层 45度90度 （二）褶皱构造 煤层因受地壳运动的作用力，被挤成弯弯曲曲的状态，但仍保持连续完整性，如图所示。 （三）断裂构造 煤层因受地壳运动的作用力而破裂和错动，失去原来的连续性完整性如图所示。 裂隙 断裂构造分为 断层 正断

11、层 断层分为 逆断层 平移断层正断层正断层 逆断层逆断层 平移断层平移断层 断层要素：断层各组成部分叫断层要素。主要有断层面、断层线、断盘、方向线（断层交线）。如图所示： 四、岩溶塌陷及岩浆侵入对煤层的影响 当煤层下部分布有可溶性的石灰岩、白云岩且发生岩溶时，岩溶可引起上覆煤层和岩石塌落形成陷落柱，从而破坏煤层的完整性，给开采工作带来困难。 当岩浆侵入煤层时，灼热的岩浆可能吞蚀大面积的煤层，并切割煤层引起煤变质，使煤层的稳定性和连续性遭到破坏。 五、影响开采工作的其他因素 煤层的自燃倾向性、煤和岩层的含瓦斯性对开采工作都有重要影响。另外，煤系地层的一些含水层会对矿井开采带来影响。安全第一第四节

12、第四节 矿井开拓方式矿井开拓方式 开拓方式：开拓方式：就是开拓巷道在井田范围内的布置形式。 开拓巷道：开拓巷道：从地面开掘通入煤层的一系列巷道。 以井筒形式为主要依据将矿井开拓方式分为以下四种： 一、平硐开拓一、平硐开拓 平硐开拓平硐开拓：是利用水平巷道由地面进入，并通过一系列巷道通达煤层的一种开拓方式。 适用范围：适用范围：山岭、丘陵。 优点：优点：简单、运输环节少，建井速度快、投资低。 二、斜井开拓（挂图演示）二、斜井开拓（挂图演示） 斜井开拓：斜井开拓：利用斜井巷道由地面进入井下的开拓方式。 种类：种类：集中斜井（阶段斜井）和片盘斜井。 适用范围：适用范围：煤层露头上冲积层不太厚、煤层埋

13、藏不深时广泛采用的一种开拓方式。 优点：优点：掘井技术较简单，掘进速度较快，初期投资较少，建井期较短。 缺点：缺点：围岩不稳固时，维修费用较高；采用绞车提升时，能力较低、转载环节较多、事故较多；井巷长度大时，井巷内的管路、电缆、通风风路都较长；当表土层为富含水层时，施工技术较为复杂。 斜井 三、立井开拓（坚井）三、立井开拓（坚井） 立井开拓：立井开拓：利用垂直巷道由地面进入井下的方式。 主井提煤 种类及作用种类及作用 副井提升人员、矸石、材料 缺点：缺点：技术要求较高，基本建设投资较大，掘进速度较慢，井筒装备较复杂。 适用范围：适用范围：煤层埋藏较深、表土层厚或水文地质条件较复杂时。 优点：优

14、点：立井对地质条件的适应性强，井筒较短，管路、电缆、通风风路较短；提升速度快、提升能力大。立井开拓的应用范围十分广泛。副井副井 主井主井 水平石门水平石门 四、综合开拓四、综合开拓 综合开拓：综合开拓：由于自然条件的变化而出现技术上困难或经济效益不合理时，主、副井可以采用不同的井筒形式，称为综合开拓 立井-斜井 三种主要方式 平硐-立井 平硐-斜井 北京门头沟煤矿-立井-斜井-平硐 平硐平硐斜井斜井 立井立井二叠纪（Permian period）是古生代的最后一个纪，也是重要的成煤期。二叠纪分为早二叠世, 中二叠世和晚二叠世。二叠纪开始于距今约2.95亿年，延至2.5亿年，共经历了4500万年

15、。二叠纪的地壳运动比较活跃，古板块间的相对运动加剧，世界范围内的许多地槽封闭并陆续地形成褶皱山系，古板块间逐渐拼接形成联合古大陆（泛大陆）。陆地面积的进一步扩大，海洋范围的缩小，自然地理环境的变化，促进了生物界的重要演化，预示着生物发展史上一个新时期的到来。 二叠纪是生物界的重要演化时期。海生无脊椎动物中主要门类仍是筳类、珊瑚、腕足类和菊石，但组成成分发生了重要变化。节肢动物的三叶虫只剩下少数代表，腹足类和双壳类有了新的发展。二叠纪末，四射珊瑚、横板珊瑚、筳类、三叶虫全都绝灭；腕足类大大减少，仅存少数类别。 脊椎动物在二叠纪发展到了一个新阶段。鱼类中的软骨鱼类和硬骨鱼类等有了新发展，软骨鱼类中

16、出现了许多新类型，软骨硬鳞鱼类迅速发展。两栖类进一步繁盛。爬行动物中的杯龙类在二叠纪有了新发展；中龙类游泳于河流或湖泊中，以巴西和南非的中龙为代表；盘龙类见于石炭纪晚期和二叠纪早期；兽孔类则是二叠纪中、晚期和三叠纪的似哺乳爬行动物，世界各地皆有发现。 早二叠世的植物界面貌与晚二叠世相似，仍以节蕨、石松、真蕨、种子蕨类为主。晚二叠世出现了银杏、苏铁、本内苏铁、松柏类等裸子植物，开始呈现中生代的面貌。 1、容重一般是工程上用的一立方米的重量，即单位容积内物体的重量。而密度应用范围很广，即“单位体积物质的质量”，液体、固体、气体都可以用。 2、容重还表示物体由于受地球引力而表现出的重力特性，对于均质流体，容重也指作用在单位体积上的重力。教科书中多用希腊字母表示。在国际单位制中，其单位是：牛顿/立方厘米 （如空气在0摄氏度、绝对标准指标下，密度为1.293千克/立方米，即1.293*10-3克/立方厘米，对应该状态下空气的容重为12.70*1