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1、煤矿生产技术与灾害防治,主讲：杨晴晴 中煤平朔集团有限公司 教育培训中心,煤矿生产技术,煤矿地质基本知识 井田（矿井）开拓 采掘技术,煤矿地质基本知识,地球的结构 地壳的组成及岩石 地质作用 煤层赋存条件 地质构造,地球的结构 地球的内部结构为一同心状圈层构造，由地心至地表依次为地核、地幔和地壳。如果把地球内部结构做个形象的比喻，它就像一个鸡蛋，地核就相当于蛋黄，地幔就相当于蛋白，地壳就相当于蛋壳。,地壳的厚度是不均匀的，平均厚度约17千米。上层为花岗岩层，下层为玄武岩层。地球内部的温度和压力随深度加深而增加。 地核又分为内核和外核。内核的顶界面距地表约5100公里，约占地核直径的1/3，可能

2、是固态的。外核的顶界面距地表2900公里，可能是液态的。,地幔是介于地表和地核之间的中间层，厚度将近2900千米，主要由致密的造岩物质构成，这是地球内部体积最大、质量最大的一层。 地球还包括大气圈、水圈和生物圈。这些个圈层之间没有明显的界限，它们彼此渗透，相互影响。在太阳和人类生活的参与下，使整个地球生机盎然。,地壳的组成及岩石 地壳主要由岩石组成，岩石是由一些矿物颗粒组成。矿物是一种或多种元素在地质作用下自然形成的产物，每一种矿物均有一定的化学成分和物理性质。岩石中矿物颗粒的化学成分和物理性质是不均匀的，同一种岩石的化学成分和物理性质也有很大的差别。,自然界的岩石按其生成的原因不同，可分为岩

3、浆岩（火成岩）、沉积岩和变质岩三大类。 岩浆岩又称火成岩，是由岩浆冷凝而成。如花岗岩、玄武岩。 沉积岩，如砂岩、页岩、石灰岩和煤炭。 变质岩，如石灰岩变质成大理岩。,地质作用 组成地壳的物质，处于不断地运动和变化中。促使地壳发生运动和变化的自然作用，称为地质作用。 根据引起地质作用的动力来源的不同，可将地质作用分为： 外力地质作用、内力地质作用,（1）外力地质作用：由地球以外的太阳辐射能、日月引力等所引起的地质作用。风化和剥蚀、搬运和沉积、固结成岩。 （2）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、地表形状发生变化的地质作用。岩浆活动、变质作用、地壳运动和地震作用等。,煤层赋存

4、条件 （一）煤层埋藏深度，最大埋藏深度可达2km。 （二）煤层层数 （三）煤层的形态与结构 煤层的形态是指煤层赋存的空间几何形态。包括层状、似层状、非层状（不规则状）。 煤层的结构是指煤层中含岩石夹层的情况。包括简单结构和复杂结构。,（四）煤层厚度 1、井工 薄煤层：小于1.3m；中厚煤层：1.3m3.5m；厚煤层：大于3.5m。 2、露天 薄煤层：小于3.5m；中厚煤层：3.5m10m；厚煤层：大于10m。,（五）煤（岩）层产状 煤（岩）层在空间的产出状态，称为煤（岩）层产状。 煤层的产状要素：煤层面的走向、倾向、倾角。,根据煤层倾角对开采技术的影响： 井工 露天 缓倾斜煤层： 倾角在25以

5、下 倾角在10以下 近水平煤层： 倾角8以下 倾角5以下 倾斜煤层： 倾角在2545 倾角在1045 急倾斜煤层： 倾角在45以上 倾角在45以上,（六）煤层的顶底板岩石 煤多以层状的形态赋存于地下，并与上、下岩层有明显的分界面。位于上、下两个界面之间的煤及其间所夹的矸石层称为煤层；赋存在煤层之上的邻近岩层称为煤层的顶板：赋存在煤层之下的邻近岩层称为煤层的底板。 1、顶板：伪顶、直接顶、基本顶（老顶）； 2、底板：直接底和老底。,地质构造 （一）单斜构造 在一定范围内，一系列岩层大致向同一方向倾斜。且倾斜角度变化不大。其仅局限于一定范围，在更大的区域内，往往是其他构造形态的一部分，如褶曲的一翼

6、或断层的一盘。,（二）褶皱构造 在地壳运动的强大挤压作用下，岩层会发生塑性变形，产生一系列的波状弯曲，叫做褶皱。基本单位为褶曲（背斜和向斜）。,（三）断裂构造 根据岩层断裂面两侧部分有无明显的相对位移，分为节理（又称裂隙，是指断裂面两侧没有发生明显相对位移）和断层（发生明显相对位移）。 正断层 逆断层 平移断层,（四）冲蚀、岩溶塌陷和岩浆侵入 冲蚀：由于古河流在泥炭层或含煤地层中流过而形成的煤层厚度发生变化或形成了无煤带，又称煤层冲刷。根据古河流发育时期的早晚，冲蚀作用可分为同生冲蚀和后生冲蚀。,岩溶塌陷：当煤层下部分布有可溶性的石灰岩、白云岩，且有发育的岩溶时，岩溶可能发生坍塌而引起上覆煤层

7、和岩层垮落，从而破坏了煤层的完整性，通常称为陷落柱。 岩浆侵入：由于地质作用，使岩浆侵入煤层，使煤层全部或部分遭到破坏。,井田（矿井）开拓,采区采出率和矿井生产能力 矿井开拓方式 矿井巷道分类 矿井生产系统,采区采出率和矿井生产能力 在井田范围内，由地表进入煤层为开采水平服务所进行的井巷布置和开拓工程，称为井田开拓或矿井开拓。 煤矿安全规程（第18条）规定：每个生产矿井必须至少有2个能行人的通达地面的安全出口，各个出口间的距离不得小于30m。,（一）采区采出率 采区损失包括采区煤柱损失和开采损失。 国家规定采区采出率：厚煤层一般不应低于75；中厚煤层一般不应低于80；薄煤层一般不应低于85。,

8、（二）矿井生产能力：是指矿井一年内能生产煤炭的数量，又称为矿井年产量或井型。 目前，我国按设计生产能力将煤矿矿井分为 大、中、小三种类型，每种类型又分若干个等级。 除规定的标准井型外，在矿井设计中不得出现中间井型。,矿井开拓方式 矿井开拓巷道在井田内的总体布置方式。 按井筒形式的不同，分为： 立井开拓 斜井开拓 平硐开拓 综合开拓,矿井巷道分类 包括井筒、平硐和井下的各种巷道，是矿井建立生产系统进行生产活动的基础条件。 1、按巷道空间特征分类（倾角不同） 垂直巷道、倾斜巷道、水平巷道 2、按巷道服务范围分类 开拓巷道、准备巷道、回采巷道,矿井生产系统 是一个综合性的系统，主要包括运输提升系统（

9、运煤系统及运料和出矸系统）、通风系统、排水系统、供电系统、供水系统和压气供给系统等。,采掘技术,采煤工艺 采煤工作面的采煤工序,采煤工艺 是指采煤工作面各工序所用方法、设备及其在时间、空间上的相互配合。 爆破采煤 普通机械化采煤 综合机械化采煤 综采放顶煤,采煤工作面的采煤工序 由五个主要工序组成： 1、破煤：将煤炭从工作面煤壁上采落下来。 2、装煤：将采落下来的煤炭装入工作面刮板输送机（或溜槽）。 3、运煤：把装入到刮板输送机（或溜槽）里的煤炭运出工作面。,4、支护：将破煤后暴露的工作面顶板空间用支护材料或设备支护。 5、采空区处理：在全部垮落法控制顶板的工作面，采空区处理采用回柱放顶（或移

10、架）；在全部充填法控制顶板的工作面，采空区处理采用回柱充填。,矿井通风与灾害防治,矿井空气与矿井通风 矿井瓦斯防治 矿井粉尘防治 矿井防灭火 矿井水害防治 顶板事故预防,矿井空气与矿井通风,矿井空气 矿井通风 矿井通风系统 掘进通风 矿井漏风及其危害,矿井空气 矿井空气是矿井井下各种气体的总称。 （一）矿井空气的主要成分 氧气、氮气、二氧化碳、氩和其他稀有气体。 （二）矿井空气中的有害气体 一氧化碳、硫化氢、二氧化氮、二氧化硫、氨气、二氧化碳、氢气、甲烷等。,（三）矿井气候条件 矿井空气的温度、湿度及风速三者的综合作用状态。 煤矿安全规程（第102条）规定：生产矿井采掘工作面空气温度不得超过2

11、6，机电设备硐室的空气温度不得超过30；当空气温度超过时，必须缩短超温地点工作人员的工作时间，并给予高温保健待遇。当采掘工作面的空气温度超过30，机电设备硐室的空气温度超过34时，必须停止作业。,煤矿安全规程（第107条）规定：矿井必须有完整的独立通风系统。矿井及井下各工作地点、采掘工作面的风量必须满足安全生产要求。 采掘工作面风量不足时，严禁装药、爆破。 临时停工的地点，不得停风。 因检修、停电或其他原因停止主要通风机运转时，必须制定停风措施。,衡量矿井气候条件的指标必须符合要求，井巷中的风速要符合煤矿安全规程（第101条）规定中的要求：主要进、回风巷允许最高风速为8m/s；掘进中的岩巷允许

12、最高风速为4m/s，允许最低风速为0.15m/s；采煤工作面、掘进中的煤巷和半煤岩巷允许最高风速为4m/s，允许最低风速为0.25m/s。,按煤矿安全规程（第103条）规定：矿井需要的风量应按下列要求分别计算，并选取其中的最大值：按井下同时工作的最多人数计算，每人每分钟供给风量不得少于4立方米。按采煤、掘进、硐室及其他地点实际需要风量的总和进行计算，各地点的实际需要风量，必须使该地点的风流中的瓦斯、二氧化碳、氢气和其他有害气体的浓度，风速以及温度，每人供风量符合煤矿安全规程有关规定。,矿井通风 向矿井井下连续不断地输入新鲜空气并排出污浊空气的通风过程称为矿井通风。 矿井通风的基本任务： （1）

13、向井下各用风场所连续不断地供给新鲜空气（供人员呼吸）； （2）把井下的有毒有害气体和矿尘冲淡并稀释到安全浓度以下，排出井下各种有害气体和矿尘（冲淡和排除有毒有害气体)；,（3）创造适宜的井下气候条件，提供良好的生产环境，以保障职工的身体健康和生命安全以及机械设备安全运转，进而提高劳动生产率（创造良好的气候条件）； （4）增强矿井的抗灾能力，保证矿工身心健康和安全生产。,矿井通风系统 （一）矿井通风方式 根据进风井筒和回风井筒在井田内的相互位置关系，矿井通风方式可分为： 中央式通风系统 对角式通风系统 混合式通风系统,（二）矿井通风方法 煤矿安全规程规定：矿井必须采用机械通风。 根据矿井主要通风

14、机对井下供风的工作方式矿井通风方法可分为： 抽出式通风（负压通风，使用广泛） 压入式通风（正压通风） 抽压混合式通风,（三）矿井通风网络 串联网络、并联网络、角联网络 （四）矿井通风设施 风门、风桥、风墙、风窗等 井下风门每组不得少于2道，必须能自动关闭，严禁同时敞开。,煤矿安全规程（第122条）规定：生产矿井主要通风机必须装有反风设施，并能在10min内改变巷道中的风流方向；当风流方向改变后，主要通风机的供给风量不应小于正常供风量的40。,掘进通风 煤矿安全规程（第129条）规定：使用局部通风机通风的掘进工作面，不得停风；因检修、停电等原因停风时，必须撤出人员，切断电源。恢复通风前，必须检查

15、瓦斯。只有在局部通风机及其开关附近10m以内风流中的瓦斯浓度都不超过0.5%时，方可人工开启局部通风机。,矿井漏风及其危害 矿井漏风，是指在矿井通风中，进入井巷的风流未到达用风地点，而通过通风构筑物的缝隙、采空区、煤柱裂隙及地表塌陷裂缝等直接渗透到回风巷或地面的现象。,矿井瓦斯防治,矿井瓦斯的性质、赋存状态及其危害 矿井瓦斯的涌出 瓦斯爆炸及其预防 局部瓦斯积聚及煤（岩）与瓦斯突出,矿井瓦斯的性质、赋存状态及其危害 （一）瓦斯的性质 瓦斯比空气轻，极易在巷道的顶部、上山掘进的迎头及顶板冒落的空洞中积聚 （二）瓦斯的赋存状态 吸附状态、游离状态 （三）瓦斯的危害 主要表现为：爆炸性、窒息性、煤与

16、瓦斯突出（产生强大的冲击力）,矿井瓦斯的涌出 由受采动影响的煤层、岩层，以及由采落的煤、矸石向井下空间均匀地放出瓦斯的现象称为瓦斯涌出。 （一）瓦斯涌出形式 普通涌出（主要形式）、特殊涌出（喷出、突出）,（二）矿井瓦斯涌出量 绝对瓦斯涌出量、相对瓦斯涌出量 一个矿井中只要有一个煤（岩）层发现瓦斯，该矿井即为瓦斯矿井。 （三）矿井瓦斯等级 低瓦斯矿井、高瓦斯矿井、煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井。,瓦斯爆炸及其预防 （一）影响瓦斯爆炸的因素 可燃性气体的混入 爆炸性煤尘的混入 惰性气体的混入 混合气体的压力 混合气体的初始温度 瓦斯浓度与点火温度,（二）瓦斯爆炸的基本条件 瓦斯浓度（5%16%

17、） 引爆火源温度（650750） 氧气浓度(大于12%） 三项条件必须同时存在，瓦斯才能爆炸。,（三）防止瓦斯爆炸的措施 1.防止瓦斯积聚超限的措施 加强通风管理、加强瓦斯检查、及时处理局部积聚瓦斯和抽放瓦斯。 2.防止引燃瓦斯的措施 严禁穿化纤衣服入井；井下禁止使用电炉；井下严禁拆卸、敲打、撞击矿灯。 3.防止瓦斯爆炸灾害范围扩大的措施,局部瓦斯积聚及煤（岩）与瓦斯突出 （一）局部瓦斯积聚 指瓦斯浓度达到2，体积在0.5立方米以上所积聚的瓦斯。 主要地点有：采煤工作面上隅角、刮板输送机底槽内、顶板冒落的空间、风速低的巷道顶板附近、临时停风的掘进工作面和盲巷、采煤工作面接近采空区边界、水采工作

18、面、采煤机械风流不畅的地点附近，都易积聚瓦斯。,（二）煤（岩）与瓦斯突出 煤与瓦斯突出多发生在石门揭煤掘进工作面。 主要原因是矿山压力（破坏煤体）和煤层瓦斯压力（推出煤体及喷出瓦斯）综合作用的结果。 1.煤与瓦斯突出的预兆 2.预防煤与瓦斯突出的措施,矿井粉尘防治,矿尘分类 矿尘的产生及其危害 煤尘爆炸 煤尘爆炸的防治措施,矿尘分类 在矿井生产过程中所产生的各种矿物细微颗粒（直径不大于1mm），统称为矿尘。 1.按矿尘的成分，可分为煤尘和岩尘； 2.按有无爆炸性，可分为有爆炸性矿尘和无爆炸性矿尘； 3.按矿尘粒度范围，可分为全尘和呼吸性粉尘； 4.按矿尘存在状态，可分为浮尘和落尘。,矿尘的产生

19、及其危害 （一）矿尘的产生 （二）矿尘的危害 矿尘引起尘肺病、煤尘爆炸、影响可见度和生产效率、缩短设备的使用寿命。,煤尘爆炸 （一）煤尘爆炸的特性及其危害 可产生高温、高压和冲击波， 可产生大量有毒有害气体。,（二）煤尘爆炸的条件 1.煤尘本身具有爆炸性； 2.矿井空气中的悬浮煤尘达到一定的浓度（452000克/立方米）； 3.高温热源（6101050之间）； 4.空气中氧气浓度大于18。 四项条件必须同时具备，煤尘才可以爆炸。,（三）煤尘爆炸的影响因素 煤尘的成分 煤尘的粒度 瓦斯的浓度 氧气的浓度 引爆热源及爆炸环境,煤尘爆炸的防治措施 （一）防尘措施 井下要有完善的防尘管路系统，保证完好

20、，严禁破坏；采取减少粉尘产生的措施；采取降尘措施，即降低浮尘浓度；采取排尘措施；采取除尘措施，即及时消除落尘。 （二）防爆措施 （三）隔爆措施,矿井防灭火,矿井火灾概述 矿井防火 矿井灭火 矿井火灾发生时的应急原则,矿井火灾概述 （一）矿井火灾分类 矿井火灾，是指发生在矿井巷道内、硐室内和采区内，也包括发生在地面井口附近，火焰和烟气能随风流蔓延到矿井中，威胁煤矿生产及人身安全的火灾。 外因火灾、内因火灾,（二）煤炭自燃 1.煤炭自燃的基本条件： 煤本身具有自燃倾向性；煤呈碎裂状态存在；连续适当地供给空气（氧气）；散热条件差，热量易于积聚并达到一定温度。 2.煤炭自燃的发展阶段 低温氧化阶段（潜

21、伏期）、自热阶段（自热期）和自燃阶段（燃烧期）,3.影响煤炭自燃的因素 倾向性因素 地质因素 开采技术因素 4.煤炭自燃预兆,（三）矿井火灾的危害 产生大量有害气体； 引起瓦斯、煤尘爆炸； 破坏矿井通风系统； 烧毁、冻结设备、设施及煤炭资源 处理火灾需花费大量的人力和物力。 （四）常发生煤矿火灾的地点,矿井防火 （一）矿井防火的一般措施 严格控制可能引起火灾的高温热源；严格管理易燃物品（油料、棉纱等）；易燃部位必须用不燃性材料构筑；设置防火铁门；设置井上、下消防材料器材库和消防设施等 （二）预防煤炭自燃的措施 选择正确的开拓开采方法；防止漏风；利用阻化剂防止煤炭自燃。,矿井灭火 （一）灭火方法

22、 直接灭火法 隔绝灭火法 综合灭火法 灭火时，灭火人员应站在火源的上风侧。 （二）用水灭火时的注意事项,矿井火灾发生时的应急原则 （一）矿井外因火灾发生时的应急原则 （二）矿井内因火灾发生时的应急原则,矿井水害防治,矿井涌水的发生条件及其危害 矿井涌水水源的类型 矿井突水预兆及发生原因 矿井突水的应急处理原则、安全注意事项及避灾自救措施 矿井水害的防治,矿井涌水的发生条件及其危害 在矿井生产和建设过程中，地面水与地下水都可能通过各种途径涌入矿井中，称为矿井涌水。 当矿井的涌水量超过了矿井的正常排水能力时，造成矿井水泛滥成灾的现象，称为水害。 大量地下水突然集中涌入井巷的现象称为矿井突水。 （一）矿井涌水的发生条件 存在水源和涌水通道。,（二）矿井涌水的危害 恶化生产环境； 增加排水费用； 损失煤炭资源； 缩短生产设备的使用寿命； 引起瓦斯爆炸或硫化氢中毒； 淹没巷道或矿井造成重大伤亡。,矿井涌水水源的类型 1.地面水源 大气降水和地表水