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煤矿基本知识培训采煤工作面顶板管理1第一章煤矿开采安全第二章煤矿采煤技术第三章煤矿顶板事故预防第四章事故案例分析讲课提纲2第一章煤矿开采安全3第一节煤矿安全生产的基本条件煤矿生产是一种特殊条件下的作业生产，由于工作场所的特殊性、客观因素的不确定性，再加上诸多主观因素的影响，致使生产事故不断发生。国家安监局对煤矿安全生产的基本条件作出了明文规定，煤矿主要稍应具备以下安全生产基本条件：1、齐全的证件与资料、合格的机构人员煤矿应依法取得采矿许可证、煤炭生产许可证和营业执照；具有及时填绘反映实际情况的井上下对照图、采掘工程平面图、通风系统图和避灾路线图等图纸资料，采、掘工作面有作业规程。煤矿矿长须经培训考核，依法取得矿长资格证和矿长安全资格证；煤矿应当对从业人员进行安全生产教育和培训，合格的方可上岗；特种作业人员须经专门培训合格，取得特种作业操作资格证书后方可持证上岗。建立健全安全生产责任制，安全生产管理人员经考核合格后方可任职。4煤矿安全生产的基本条件2、可靠合理的安全出口矿井应至少有2个独立的能够行人直达地面的安全出口，两出口之间的距离不得小于30米。井下每个水平、每个采区至少有2个便于行人的安全出口，并与直达地面的安全出口相连接。采煤工作面至少保持2个畅通的安全出口，一个通到回风巷，一个通到进风巷。因煤层赋存条件限制确实不能实现2个安全出口的，必须制定经县级以上主管部门批准的专用安全技术措施。5煤矿安全生产的基本条件3、齐全可靠的通风设施，符合《规程》要求的风量风速最低风速：全岩巷：0.15m/s；半煤巷及煤巷：0.25m/s；最高风速：不得超过4m/s。4、齐全的防瓦斯设备和完善的措施与制度采用“三专”，实现“两闭锁”三专——专用变压器、专用开关、专用电缆两闭锁——风电闭锁、瓦斯电闭锁6第二节煤矿地质构造对安全生产的影响一、煤层埋藏特征1.煤层的顶底板根据顶底板岩层与煤层相对的位置、垮落性能和强度等特征的不同，从上至下，顶板可划分为老顶、直接顶、伪顶，底版可分为伪底、直接底、和老底。但是，并非每个煤层都具有完整的六个组成部分，可能缺失某一个或几个组成部分岩层。⑴伪顶：紧贴煤层之上，厚度一般为0.3~0.5m的较薄及易垮落的软弱岩层，随采随落，多由页岩、碳质页岩组成。⑵直接顶：直接位于伪顶或煤层（如无伪顶）之上的岩层，厚度一般为1~2m多由泥岩、页岩、粉砂岩等较易垮落的岩石组成，常随支架的回撤而垮落。7煤矿地质构造对安全生产的影响⑶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。常在采空区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。⑷伪底：直接位于煤层之下的薄弱岩层，厚度一般为0.2~0.3m，多为碳质页岩或泥岩。⑸直接底：直接位于伪底或煤层（如没有伪底）之下的硬度较小的岩层，厚度一般为几十厘米至1m左右，通常为页岩、泥岩或粘土岩。由于粘土岩遇水易膨胀，当直接底为粘土岩时，可造成巷道底鼓与支架插底的现象，轻者给巷道运输与工作面支护带来困难，重者可使巷道遭受严重破坏，给煤矿的生产与安全带来严重影响。⑹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。8煤矿地质构造对安全生产的影响2.煤层的形态与结构⑴煤层的形态煤层和其他沉积岩一样，在形成的初期，通常是层状埋藏的，具有明显的连续性，厚度也较为均匀，但由于受沉积条件和地壳运动的影响，也存在似层状和非层状的煤层。因此，煤层按其形态可分为层状煤层、似层状煤层和非层状煤层三种。①层状煤层：煤层厚度稳定，无明显变化，分布面积较大。②似层状煤层：煤层厚度变化大，厚薄悬殊，但仍较连续。如藕节状煤层、串珠状煤层和瓜藤状煤层。③非层状煤层：煤层厚度变化极大，由一个个孤立的煤包体断续分布组成，层位连续不明显，常有大范围的尖灭。如鸡窝状煤层、豆状煤层等。9煤矿地质构造对安全生产的影响⑵煤层的结构煤层的结构是指煤层中夹石层的数量和分布特征。根据煤层是否有较稳定的夹矸，可将煤层分为两类。①简单结构煤层煤层中没有或很少呈层状分布的较稳定夹石层的煤层叫简单结构煤层。通常厚度较小的煤层往往是简单结构煤层。②复杂结构煤层煤层中含有数目不等呈层状分布的且较为稳定夹石层的煤层叫复杂结构煤层。夹矸的层数、层位、厚度和岩性一般变化较大。10煤矿地质构造对安全生产的影响3.煤层厚度根据煤层的产状、煤质、开采方法以及当地对煤需求情况，综合当代煤炭开采技术和经济条件，确定出可采的最小的煤层厚度叫最低可采厚度。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。在复杂结构煤层中，煤层厚度可分为总厚度和有益厚度。总厚度是指包括夹石在内煤层的全厚；有益厚度是指除去夹石的纯厚度。根据开采技术的特点及对开采技术的影响，煤层厚度可分为三类：厚度在1.3米以下的为薄煤层，1.3~3.5m厚的为中厚煤层，厚度在3.5m以上的为厚煤层。在煤矿生产中，习惯上把厚度8.0m以上的称为巨厚煤层。11煤矿地质构造对安全生产的影响4.煤层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。煤层的空间位置及特点通常用产状要素来描述。产状要素包括走向、倾向和倾角。走向：倾斜岩层层面与假象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，倾斜线在水平面上的投影所指的方向叫倾向。倾角：煤层层面与假象水平面所夹的最大的锐角叫倾角。12煤矿地质构造对安全生产的影响13煤矿地质构造对安全生产的影响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。煤层倾角对开采技术和运输设备的选择有较大的影响。煤层按其倾角大小可分为三类，缓倾斜煤层（倾角在25º以下）倾斜煤层（倾角在25º~45º）急倾斜煤层（倾角在45º以上）在缓倾斜煤层中，一般将倾角在8º以下的煤层叫近水平煤层，在急倾斜煤层中习惯上把倾角大于60º的煤层叫立槽煤。14煤矿地质构造对安全生产的影响二、地质构造岩层是由两个平行或近于平行的界面所限制的同一岩性的层状岩体。由沉积作用形成的岩层叫沉积岩层。沉积岩层在一开始形成时一般都是水平或近于水平的，在一定范围内是连续完整的。但是，由于地壳运动的影响，往往使它的空间位子和形态发生了变化，由水平变成倾斜、出现褶皱，甚至发生断裂和倒转。这种由地壳运动所造成的煤岩层空间位置和形态的变化结果就叫地质构造。地质构造一般包括单斜构造、褶皱构造和断裂构造。地质构造是影响煤矿安全和生产的各种地质因素中最为重要的因素。15煤矿地质构造对安全生产的影响1.单斜构造在一定范围内，一套岩层大致向同一个方向倾斜并且倾角变化不大的煤岩层的空间位置和形态叫单斜构造。在较大的区域范围内，单斜构造往往是其它构造的一部分，如褶曲的一翼或断层的一盘。描述单斜构造空间位置和形态最常用的方法是煤岩层的产状要素。2.褶皱构造岩层受地壳运动的作用，被挤压的弯弯曲曲，但仍保持着连续完整性，岩层的这种构造形态叫褶皱构造。褶皱构造是岩层柔性变形的结果。褶皱构造的基本单位是褶曲，褶曲是褶皱构造的一个弯曲，褶曲有两种基本类型，即背斜和向斜，背斜和向斜往往是相间存在的。16煤矿地质构造对安全生产的影响背斜：层面向上弯曲，中心岩性较老，两翼渐新，两翼岩层倾向相背。向斜：层面向下弯曲，中心岩性较新，两翼渐老，两翼岩层倾向相向。背斜和向斜凹凸部分的顶部就是褶曲的轴部，两侧的为褶曲的翼部。褶曲的轴部一般应力比较集中，裂隙比较发育，是对煤矿安全生产影响较大的部位。17煤矿地质构造对安全生产的影响褶曲对煤矿安全生产的影响：⑴增大开采难度大型的向斜由于其核部煤层埋藏较深，使开采技术复杂化。深部煤层暂时难以回采的,如果两翼煤炭储量可达到一定井型时,可以把向斜枢纽作为井田边界。有些大型宽缓背斜，以枢纽线作为井田边界，两翼煤层作为单斜构造可以分别考虑。⑵给顶板管理带来困难由于褶曲轴部裂隙发育较为破碎，顶板管理不好，很容易发生冒顶事故。对于大型向斜轴部，顶板压力常有增大的现象，必须加强支护，否则容易发生跨塌、切掌子面事故。⑶容易引起瓦斯事故由于褶曲轴部较为破碎，是瓦斯涌出的良好通道，也是瓦斯赋存的重要场所，要防止瓦斯的突出。有瓦斯突出的矿井，向斜轴部是瓦斯突出的危险区，由于向斜轴部顶板压力大，再加上强大的瓦斯压力，向斜轴部极容易发生瓦斯突出事故。⑷易发生水灾事故褶曲轴部的裂隙是水贮存的良好场所和涌出的良好通道，当采掘工作面接近该区域时，管理不好很容易发生水灾事故。18煤矿地质构造对安全生产的影响3.断裂构造当岩层受力超过其本身强度时，即产生断裂，破坏了煤岩层的连续完整性，煤岩层的这种构造形态叫断裂构造。断裂构造往往是水和瓦斯涌出的通道，也是影响煤矿生产与安全的重要地质因素。断裂构造包括节理和断层。⑴节理节理又称为裂隙，岩层断裂后，断裂面两侧的岩块没发生明显位移的称为节理。根据成因，节理可分为原生节理、风化节理和构造节理。构造节理是指岩层受力后产生的破裂面。19煤矿地质构造对安全生产的影响节理对煤矿安全与生产影响主要表现在以下几个方面：①影响爆破效果和劳动生产率。由于节理的存在，在爆破时，会使大量的爆生气体漏掉，影响爆破效果。在打眼时，如果用一字花钻头，很容易出现卡钎子的现象，影响劳动生产率。为减小节理对煤矿生产的影响，可改用十字花钻头，并使打眼的方向与主要的节理面尽可能地形成最大夹角。②使顶板破碎，容易引发冒顶事故。由于节理对顶板岩层的切割破坏，使顶板岩层的整体性变差，强度降低，易于发生冒落，不利于顶板管理。因此，当顶板节理发育时，应考虑适当缩小控顶面积和防顶步距。③使工作面淋水增大，恶化生产条件。由于节理的发育，使工作面的淋水明显增大，恶化生产条件。同时，由于淋水可减小岩层断裂面间的摩擦力，容易引起片帮和冒顶。此外，节理还是地下水的良好通道，有时可引起水灾。④影响工作面的布置。当节理面与工作面平行时，工作面很容易发生片帮事故。若顶板岩层主要节理面与工作面平行或节理发育时，容易发生冒顶事故，给顶板管理造成困难。因此应严禁空顶作业。⑤容易引发瓦斯事故。节理发育地段是瓦斯涌出的良好通道和积聚的良好场所。20煤矿地质构造对安全生产的影响(2)断层岩层断裂后，断裂面两侧的岩块发生了明显位移称为断层。21煤矿地质构造对安全生产的影响①断层要素：即断层的组成部分主要包括：断层面。指岩层相对位移的断裂面。一般都把其视为一个平面，其空间位置和形态可用岩层的产状要素来描述。断层线。指断层面与地面或某一假想水平面的交线。表示断层在地面或某一水平面上的延伸方向。断盘或断块。被断裂面分开的岩体叫断盘。当断层面倾斜时，位于断层面上边的一盘叫上盘，位于断层面下边的一盘叫下盘。相对上升的一盘叫上升盘，相对下降的一盘叫下降盘。断距。指断层两盘对应层之间相对位移的距离。包括地层断距、铅直断距（落差）和水平断距，这三种断距的连线构成一直角三角形。22煤矿地质构造对安全生产的影响断层的分类。不同的分类标准可得出不同的分类结果，根据断层两盘相对位移的方向，断层可分为：正断层：上盘相对下降，下盘相对上升。逆断层：下盘相对上升，上盘相对下降。平推断层：两盘沿水平方向发生明显的位移。23煤矿地质构造对安全生产的影响断层对煤矿安全生产的影响：①断层破坏严重的地段，影响采区的划分，影响工作面和巷道的布置。②断层破坏严重的地段，使工作面布置不规则，巷道掘进率明显增高，还常常会造成无效进尺，不仅造成经济损失，还会留下安全隐患。③采煤工作面若出现断层，会给支护工作和顶板管理带来困难，管理不善还会造成冒顶事故。④断层是地下水的贮存场所和导水的良好通道，管理不善容易引起断层透水事故。⑤在高瓦斯含量煤层中，断层破碎带可能聚集瓦斯，当工作面通过时，容易发生瓦斯事故。24第二章煤矿采煤技术第一节矿山压力基本知识一、矿山压力与矿山压力显现1．矿山压力矿山压力系指地下煤层开采后，破坏了原岩体应力的平衡状态，引起了岩体内应力的重新分布。在重新分布过程中，促使围岩产生运动，从而导致围岩发生变形、断裂、位移、直至垮落，我们把煤层上覆岩层在运动过程中，对支架、围者所产生的作用力，称