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煤矿开采——采掘基本知识概述煤炭是大自然赋予人类的宝贵资源，我们要想把这埋在地下深处的宝贵资源挖掘出来为我所用，那么就需要我们采取一系列的方法进行挖掘。就目前来讲，我们所采用的方法主要有两种，一是井工开采（井巷施工形成系统后采煤），二是露天开采（剥离表土层后采煤）。门客庆煤矿采用的是井工开采，现在主要介绍井工开采基础知识。一煤矿基本知识1、煤的生成大约在几亿年以前，赋含水体的地球上生长着许许多多的成煤植物，这些植物枝繁叶茂，死去的植物遗体堆集在湖泊沼泽底部，随着时间的推移和地壳的运动逐渐被水覆盖。在细菌参与的生物化学作用下，植物遗体开始腐烂分解，有的变成了液体被失散，有的变成了气体被挥发，而保留下来的残余部分就变成了泥炭层。又随着时间的推移，泥炭层被风、水带来的泥沙所覆盖，并且泥沙愈积愈厚，加上地壳的不断沉降，这些泥炭层逐渐被埋到地下深处。被埋在地下深处的泥炭在高温高压的作用下开始了缓慢的变质，这些含碳物质开始脱水密实，比重增大、颜色变深、硬度增加，逐渐就变成了现在我们所见到的煤炭，这一过程大概要经历几万年甚至几亿年。2、煤系地层在成煤的过程中，与煤层同时形成的还有许多岩层,这些岩层赋存在煤层的上部和下部，我们把这既含有煤层又含有岩层的地层称之为煤系地层。在煤系地层中有的只含有一层煤，有的则含有多层煤，在我国多数地区的煤系地层中大多含有许多层煤层。门客庆井田共含2、3、4、5、6五个煤组，含煤9~24层，一般含煤16层，层位稳定、可对比的可采煤层有9层，即2-1、2-2中、3-1、4-1、4-2中、5-1、5-2、6-2上、6-2中煤层。3、煤层的赋存状态煤层赋存在煤系地层之中，由于受成煤条件和地壳运动的影响，煤层往往也会发生变化，煤层的埋藏特征也呈现出不同的形态。如，有的煤层层位稳定、连续、煤层厚度变化也小，我们把这种煤层称之为层状煤层；有的煤层层位相对稳定、也有一定的连续性、但煤层的厚度变化较大，我们把这种煤层称之为似层状煤层；还有的煤层不仅形状变化大、连续性差、而且厚度也变化无常，这样的煤层我们把它称之为非层状煤层。4、煤层的顶板：位于煤层上部的岩层称为煤层顶板。煤层上面的岩层在生成过程中，由于它生成的时间、生成物的岩性等不同，它所呈现的特征也不同。我们通常根据这些特征将煤层顶板分为三类，即伪顶、直接顶和老顶。伪顶是指直接位于煤层之上、厚度较小，一般为几厘米到数十厘米，强度低，随着煤炭的采落而冒落的岩层.伪顶通常由泥质页岩构成。直接顶是位于伪顶之上或直接位于煤层之上、厚度为数米、具有相对的稳定性、暴露后能停留一定时间才会自行垮落的岩层称为直接顶.直接顶通常由砂质页岩构成。老顶是指位于直接顶之上或直接位于煤层之上，厚度较大，强度大难以垮落的岩层。老顶通常由砂岩或石灰岩构成。5、煤层底板煤层底板通常有两层位于煤层之下，厚度为数十厘米，多为植物化石的泥岩，遇水会膨胀的岩层为直接底。位于直接底或煤层之下，厚度较大，较为坚实的岩层为基本底。六、6、煤层的厚度在成煤过程中，由于植物遗体堆积的厚度不尽相同，所以成煤后，煤层的厚度也不同。通常我们根据煤层厚度的大小把煤层划分为三种，即：薄煤层（煤层厚度小于1.3m）、中厚煤层（煤层厚度在1.3-3.5m）、厚煤层（煤层厚度在3.5m以上）。7、煤层倾角由于受地壳运动的影响，煤层倾角会发生一些变化，我们按照煤层倾角的大小，把煤层划分为缓倾斜煤层、倾斜煤层和急倾斜煤层。具体划分标准是：煤层倾角小于25°的煤层称为缓倾斜煤层；煤层倾角在25-45°之间的称为倾斜煤层；煤层倾角大于45°的煤层称为急倾斜煤层。2．褶皱构造：岩层在水平方向挤压力的长期作用下，发生塑性变形，形成波状弯曲，但仍保持其连续性。褶皱构造中岩层的一个弯曲称为褶曲。岩层层面凸起的褶曲称为背斜，凹下的称为向斜。如图8、地质构造我们在煤炭生产过程中，常常会遇到一些岩（煤）层的变化，我们把这种变化称为地质构造。同时按照它变化情况的不同，通常把它分为以下几种：（1）单斜构造：在井田范围内，如果岩（煤）层大致朝一个方向倾斜，而中间没有发生中断仍然保持其连续性，我们把这样的构造就叫做单斜构造,如下图：描述单斜构造的主要产状要素有：a岩层走向：煤（岩）层面与水平面的交线延伸的方向为走向。b岩层倾向：煤（岩）层面与走向线垂直向下的方向为倾向。c岩层倾角：煤（岩）层倾斜线和水平面间的夹角为煤层的倾角。（2）褶皱构造：岩层在水平方向挤压力的长期作用下，发生塑性变形，形成波状弯曲，但仍保持其连续性。褶皱构造中岩层的一个弯曲称为褶曲。岩层层面凸起的褶曲称为背斜，凹下的称为向斜。如下图：3．断裂构造：岩层受力后产生变形，当作用力超过岩层的强度极限时，岩层的完整性将会遭到破坏，使岩层裂开。岩层断裂后若断裂面两恻的岩块没有发生位移我们则称为裂隙，若发生了明显的位移则称为断层。如图3-1-4断裂面两恻的岩体称为断盘。若断裂面是倾斜的，则断裂面上方的断盘称为上盘，另一盘为下盘。根据断裂面两侧岩体相对移动的方向，我们把断层分为正断层、逆断层和平推断层。其特征分别是：正断层：上盘相对下降，下盘相对上升。逆断层：上盘相对上升，下盘相对下降。平推断层：断层两盘沿水平方向相对移动。二矿井开拓知识井田开拓就是为了把埋在地下的煤炭开采出来直至运到地面从地表到地下所挖掘的一系列巷道的工程。根据井田范围的大小、煤层埋藏的深度、煤层的层数、倾角的大小、煤层厚度等条件的不同，矿井开拓方式可分为立井开拓、斜井开拓、平硐开拓和混合开拓。1、立井开拓立井开拓就是开掘一对垂直巷道由地面进入井下，在通过一系列巷道进入煤层的开拓方式，如下图所示。1一主井，2一副井，3一井底车场，4一运输石门，5一运输大巷，6一回风井，7一总回风道，8一采区下部装车站，9一采区下部材料车场，10一采区煤仓，11一人行进风斜巷，12一运输机上山，13一轨道上山，14一上山绞车房，15一采区中部车场，16一采区，上部车场，17一运输平巷，18一联络巷，19一回风平巷，20一采煤工作面，21一采空区开拓时首先在井田的中央开凿主井和副井，到每一水平都开掘井底车场和主运输大巷至各采区下部边界中部时，开掘采区下部车场、采区上下山。同时井田浅部中央风井到回风巷与采区上下山连通。开掘采区上部和中部车场、区段平巷、切眼，布置采煤工作面进行回采。2、斜井开拓斜井开拓是利用倾斜巷道由地面进入井下，再开掘系列巷道进人煤层的开拓方式。斜井开拓在我国应用很广，按斜井与井田的划分方式配合不同，可分为片盘斜井和集中斜井两种。如图：1一主井；2一副井；3一井底车场；4一阶段运输大巷，5一采区石门；6一回风井．7一阶段回风大巷，8一采区回风石门；9一输送机上山，10一轨道上山，11一采区煤仓；12一区段运输平巷，13一区段回风平巷弃14一开切眼．15一风硐，16一主要通风机3、平硐开拓平硐开拓是利用水平巷道进入煤层的开拓方式。平硐开拓是一种最简单的开拓方式。在山岭丘陵地带，如果煤层高于地面外部水平标高，且有足够的储量时，大都首选平硐开拓。4、混合开拓采用不同的井筒形式开拓整个井田，叫混合开拓。混合开拓方式，根据主副井筒不同形式有斜井--立井开拓、平硐--立井开拓、平硐--斜井开拓等多种。三巷道掘进方法（一）巷道的种类1、竖井，井筒与地表垂直。主要有主井、副井，它们是主要用来担负矿井提升煤炭、人员升降、运送设备、材料和排矸等主要任务的出口。另外还有小井、暗井、溜井等，它们主要用于辅助通风、运煤、运料或运送人员等。2、水平巷道：在地下煤层或岩层中，开掘的水平巷道和近水平巷道称为水平巷道，如矿井主要运输大巷、回风大巷、区段运输和回风平巷。3、倾斜巷道：在煤层或岩层中沿倾斜方向开掘的巷道，称为倾斜巷道，如斜井、采区上、下（山）和溜煤斜眼等。4、硐室：在井下开掘的长度较短，断面较大的巷道，称为硐室，用于安放设备和存放材料。如变电所、火药库、水泵房等。（二）巷道掘进方法目前，在我国煤矿中，巷道掘进方法主要有两种，一是爆破掘进，二是掘进机掘进。但就目前而言，由于我国煤矿中特别是一些中小型煤矿机械化程度还相对较低，施工方法相对落后，许多煤矿现在仍以爆破掘进为主。1、爆破掘进施工方法爆破掘进施工方法主要包括：打眼、装药爆破、工作面支护及装岩、运输等工序，这些工序组成了一个工作循环，每完成这样一个工作循环，巷道就向前推进一定的距离。2、掘进机掘进掘进机掘进就是利用机械破岩（煤）、装岩（煤）及运输的的一种施工方法。掘进机有煤巷掘进机和岩巷掘进机两类。目前，煤巷掘进机在我国各大矿区广泛应用。如下图：（三）巷道支护巷道开掘后，为了保持巷道的稳定性，防止巷道变形和围岩垮落，就必须采取一种保护措施。我们把这种为维护围岩稳定，保障工作安全而采用的保护措施称为工作面支护。支护按所用材料和支护形式的不同主要有：石材支架、木支架、金属支架、锚杆支护、锚喷支护和锚网支护等。下面是几种常见的支护形式。1、砌暄支护砌暄支护的材料有料石、砖及混凝土等，具有防水、防火、耐腐蚀、壁面光滑、通风阻力小等优点，砌暄支护一般用于服务年限长的开拓巷道及主要铜室。2、木支护：木支护是由一根横梁和两根柱腿组成的梯形棚子。3、金属支架：金属支架是煤矿准备巷道和回采巷道常见的支护形式。其中，U型钢可缩性拱形棚使用最广泛。4、锚杆支护：锚杆支护是我国煤矿目前大力推广使用的一种支护形式。其优点是支护成本低廉、效果良好，速度快，加之和锚杆配套的支护方式的应用更加表现出极大的优越性。目前在我国煤矿井下使用的锚杆有木锚杆、竹锚杆、钢丝绳锚杆、金属管缝式锚杆、钢筋锚杆、玻璃钢锚杆、锚索等。锚杆支护的配套形式有：锚喷支护、锚网支护、锚网喷支护、锚梁支护、锚索支护、锚杆钢带支护、锚索支护等。5、锚喷支护锚喷支护是借高压喷射水泥混凝土和打入岩层中的金属锚杆的联合作用加固岩层的。喷混凝土用喷浆设备向开挖面喷一定厚度的混凝土层，借以支护围岩。锚喷支护是使锚杆、混凝土喷层和围岩形成共同作用的体系，防止岩体松动、分离。把一定厚度的围岩转变成自承拱，有效地稳定围岩。当岩体比较破碎时，还可以利用丝网拉挡锚杆之间的小岩块，增强混凝土喷层，辅助锚喷支护。四采煤方法采煤工作面是煤矿生产的主要场所，煤炭就是从这里被开采出来的。与地面作业场所相比较，采煤工作面空间狭小、人员和设备集中、环境复杂、作业条件比较艰苦，在煤矿事故中，百分之八十左右都发生在采煤工作面。因此，了解和掌握采煤方法熟悉采煤工作面安全常识对防止煤矿事故，搞好安全生产具有重要意义。（一）采煤方法采煤方法主要包括两项内容即采煤系统和采煤工艺。采煤系统是指采煤工作面巷道的布置方式，而采煤工艺则是指在采煤工作面内所进行的落煤、装煤、运煤、支护和采空区处理等工作。不同的采煤系统和采煤工艺相配合，就形成不同的采煤方法。总体来讲可分为壁式采煤法和房柱式采煤法两大类。壁式采煤法不论是生产能力还是安全性都好于房柱式采煤法，目前来讲是一种正规采煤法。下面我们就简单介绍这种采煤方法。壁式采煤法按照回采工作面推进方向的不同，又可分为走向长壁和倾斜长壁两种。1、走向长壁采煤法走向长壁采煤法就是把采区沿煤层的倾斜方向划分成若干个区段，在区段的上下边界处分别开掘区段回风平巷和区段运输平巷。在采区的边界处沿煤层倾斜方向开掘切眼，形成采煤工作面。采煤工作面呈倾斜布置，沿走向推进。2、倾斜长壁采煤法倾斜长壁采煤法就是将水平划分为条带，在每一条带的两侧分别开掘运输斜巷和回风斜巷。在井田边界或阶段边界沿走向开掘切眼，形成采煤工作面。采煤工作面呈水平布置沿倾向推进。（二）、采煤工艺采煤工作面的回采工艺主要包括工作面破煤、装煤、运煤、支护以及采空区处理等五项内容。由于工作面落煤方式不同，其回采工艺也有所区别，主要有以下几种：1、炮采工作面回采工艺及注意事项炮采工作面是指以钻眼爆破法落煤、人工装煤、使用金属摩擦支柱或单体液压支柱配合金属铰接顶梁进行支护的工作面。（1）工作面破煤：首先用煤电钻在煤壁上打眼，以便放置炸药和雷管。打眼对爆破工作影响很大，它不仅会影响到爆破效果，同时它对安全生产也至关重要