煤矿生产技术基础知识

煤矿生产技术基础知识煤矿生产技术•煤矿地质基本知识•矿井开拓•采区巷道布置、生产系统•采煤方法煤矿的生产系统和安全避险系统：•生产系统：采煤系统，掘进系统，供电系统，提升系统，运输系统，通风系统，排水系统。•安全避险系统：监测监控、人员定位、紧急避险、压风自救、供水施救和通信联络井下安全避险六大系统。第一节煤矿地质基本知识煤矿地质概述地质作用、地壳的物质组成及地史的概念一、地质作用1.内力地质作用2.外力地质作用地壳运动岩浆活动变质作用地震作用风化和剥蚀作用搬运和沉积作用固结成岩作用•地壳的物质组成:•地壳是由岩石组成的，岩石则是由一些细小的矿物颗粒组成。矿物：是由一种或多种元素在各种地质作用下形成的，具有比较固定的化学成分和物理性质的自然产物。1.单质形态存在的有，自然（Au）、自然银（Ag）、石墨（C）；2.由两种元素组成的化合物有石英（SiO2）、黄铁矿（Fes2)等;3.由多种元素组成的矿物有方解石（CaCO3）、高岭石（AI2O3.2SiO2.H2O）等。什么是矿物？什么是岩石？二者的关系是什么？•岩浆岩—是地球内部的高温熔融状态的岩浆，沿地壳薄弱地带侵入地壳或喷出地表逐步冷却、凝固而成的岩石。如花岗岩、辉绿岩、玄武岩等。沉积岩—是在地壳表层环境中沉积的岩石，是原岩经过风化、剥蚀、搬运沉积和固结成岩作用而形成的新的岩石。如石灰岩、砂岩、砾岩等。•变质岩—原有的岩浆岩、沉积岩和变质岩在地壳中受到高温、高压及化学活泼气体或液体的影响，岩石的物理性质和化学性质发生了变化，变成一种新的岩石，称为变质岩。如大理岩、石英岩、片麻岩、板岩、片岩等。岩石分类岩石：岩石是矿物的几何体。组成地壳的岩石很多，按照生成原因可分为以下三大类别煤的形成•煤由古代植物死亡堆积后演变而成的。•1、成煤的四个条件•①植物条件—大量繁盛的植物•②气候条件—温暖潮湿的气候•③地形条件—泥潭沼泽地带•④地壳运动条件—地壳的不断沉降•2、成煤的三个阶段•①泥炭阶段•②成煤阶段•③变质阶段•植物→泥炭→褐煤→烟煤→无烟煤煤的形成•古代植物泥炭化阶段成煤阶段浸泡、厌氧细菌高温、高压成煤阶段无烟煤贫煤瘦煤焦煤肥煤气煤弱粘煤不粘煤长焰煤褐煤煤的自述（科学哲理诗）（一）是这样令人心碎的慢速，三亿年了才得一翻身。多少回海陆变迁，多少次地壳下沉；我离地表越来越远，越陷越深......于是，我焦急了，我失望了，只有在地下默默无闻......煤的自述（科学哲理诗）（二）一百万年，我有着牺牲精神，五百万年，哪怕化为灰烬！几亿年过去了，我要去发电、炼钢，终于有了知音。我要去驱动前进的巨轮......自从产生了人类，我才有了骄傲的资本。我是植物的血肉，我是太阳能的储存。我有我的抱负，我要把光和热献给勇于开拓的人们；煤的自述（科学哲理诗）（三）有人把我比作黑的象征，有人把我比作光明的化身，也有人把我比作地下乌金。我黑我知道，我丑我承认；我不愿把我贬的太低，也不愿把我吹的太神；还是把我叫作“燃石”吧，这不仅因为我是一种特殊的岩石，更因为我在围岩的重压时刻，就潜育着一颗燃烧的心！煤层的倾角和厚度•描述煤（岩）层产状的三要素：走向、倾向、倾角•1、煤层按倾斜程度分为四类•①近水平煤层：8°•②缓倾斜煤层：8°—25°•③倾斜煤层：25°—45°•④急倾斜煤层：45°•2、煤层按厚度分为三类•①薄煤层：1.3m•②中厚煤层：1.3m—3.5m•③厚煤层：3.5m•习惯上把厚度大于6m的煤层称为巨厚煤层。•煤层的结构•1、简单结构煤层•不含夹矸或夹矸很少的煤层•2、复杂结构煤层•含有夹矸较多的煤层，且夹矸层的层数、层位、厚度和岩性变化较大。二、煤层埋藏特征把煤层上部的岩层叫煤层顶板，把煤层下部的岩层叫煤层底板。顶、底板是指煤层中位于煤层上下一定距离内的岩层。赋存在煤层之上，在煤层之后形成的岩层叫顶板。赋存在煤层之下，在煤层之前形成的岩层叫底板。顶板分类顶板伪顶直接顶老顶煤层的顶板按其与煤层的相对位置不同以及垮落的难易程度不同可分为伪顶、直接顶和老顶，伪顶、直接顶和老顶，•伪顶:直接覆盖于煤层之上（下）的极易随煤炭的采出而同时垮落，厚度在0.5米以下，岩层多为炭质页岩；•直接顶:位于伪顶或煤层之上，具有一定的稳定性，常伴随采煤工作面移架或回柱工序的完成而垮落的岩层；•老顶：位于直接顶或煤层之上的厚而坚硬的岩层。底板•直接底：位于煤层之下与煤层直接接触的硬度较低、厚度只有几十厘米的岩层，通常为泥岩、页岩或粘土岩。•老底：位于直接底之下的比较坚硬的岩层，常为砂岩和石灰岩。煤层的产状要素•走向：煤层层面与水平线相交的线叫走向线，走向线延伸的方向叫煤层的走向。•倾向：煤层层面上与走向垂直的线叫倾斜线，倾斜线由高水平指向低水平的投影方向。•倾角：煤层层面与水平面的夹角•按煤层倾角大小将煤层分为四类•近水平煤层＜8°•缓倾斜煤层8°～25°•倾斜煤层25～45°•急倾斜煤层＞45°三、煤层地质构造•单斜构造•背斜•褶皱构造向斜•原生裂隙•地质构造裂隙次生裂隙•断裂构造正断层•断层逆断层•岩溶陷落柱平移断层•其他构造冲刷带•岩浆侵入体单斜构造•煤层大致向同一个方向倾斜，这样的构造叫单斜构造。走向倾向倾角褶皱构造•背斜向斜•断层：是指断裂面两侧岩层产生明显位移的构造变动。正断层走向断层•按移动方向逆断层按走向倾向断层•平移断层斜交断层断层的定义岩体受力作用断裂后，两侧岩块沿断裂面发生显著位移的断裂构造。正断层逆断层平移断层断层面断层线上盘断盘（下盘）断盘（上盘）断层线根据断层走向与岩层走向关系的断层分类•走向断层：断层走向与岩层走向完全一致或近于一致。•倾向断层：断层倾向与岩层倾向一致或近于一致。•斜交断层：断层走向与岩石走向斜交。其他构造•岩溶陷落柱冲刷带冲刷冲刷包裹体岩浆侵入体•顶板煤层岩浆岩底板第二节矿井开拓•1．井田的概念在地质历史发展过程中，由含煤地质沉积形成的大面积含煤地带称为煤田.煤田的面积和煤炭储量通常都是很大，在开发煤田之前，通常将其划分为若干较小的部分，每一部分由一个矿井去进行开采，将煤田划给一个矿井开采的那一部分就称为井田。井田划分有垂直划分、水平划分、按煤组划分、按自然条件划分。划分井田的原则：•主要根据自然条件划分井田境界：如断层，向、背斜轴、煤层倾角的变化以及河流、铁路、较大的建筑物等；井田范围与矿井生产能力要相适应，储量与矿井服务年限要相适应。•井田划分有垂直划分、水平划分、按煤组划分。井田划分示意井田划分为阶段•1)井田划分为阶段。（即水平划分）•2)阶段划分为采区。（采区划分）•3)采区划分为阶段。（工作面划分）井田再划分根据上、下山在采区中的位置，又分为双面采区与单面采区双面采区二、井田开拓•井田开拓方式是指为井田开采服务的主要巷道(包括井筒或平硐、运输大巷和回风大巷等)在井田内的布置方式。•立井开拓•斜井开拓底板穿层斜井顶板穿层斜井折返式斜井。•平硐开拓垂直走向平硐开拓走向平硐开拓阶梯平硐开拓。斜井——立井开拓•综合开拓平硐——立井开拓•平硐——立井开拓立井开拓方式平峒开拓•这种开拓方式一般用于山区，有适合布署平峒的地点，才可部置这种方式，指由平巷直接进入煤层。一）垂直平硐二）走向平硐开拓三）阶梯平硐开拓。斜井开拓在煤层倾角较大时，为了适应斜井提升的要求，斜井井筒可采用底板穿层斜井底板穿层斜井在近水平煤层中，斜井井筒由煤层顶板穿层进入煤层顶板穿层斜井受到地形限制，影响地面工业广场的布置折返式斜井综合开拓•平峒—立井开拓矿井开拓方式优缺点比较采区巷道布置和生产系统•概述在阶段范围内沿着煤层的走向方向将阶段划分为若干块段，每一块段为一个采区，采区内具有完整的出煤，运料、排矸、通风、排水、动力供应系统，并配备相应机械电气设备，从而使工作面到大巷形成一个完整的连续的生产系统。•根据采区主要巷道特点、服务范围、开采数目不同，通常将采区分为：上山采区、下山采区；单翼采区、双翼采区；单一煤层采区、联合布置采区等。•在采区范围内，沿着煤层的倾斜方向将一个采区划分为若干走向条带，每一个条带为一个区段（工作面）进行回采。为了完成整个采区的运输、通风等任务，必须布置采区上山、下山，按采区上山、下山与运输大巷相对的位置不同，分为上山采区、下山采区。矿井采区布置示意图采区巷道应满足的要求;采区巷道布置是否适当，直接关系着工作面，采区和矿井的生产效果。正确的合理的采区巷道应满足下列几方面的要求：•1、有利于矿井合理集中生产，使采区具有较大的生产能力和增产能力。•2、力求在技术上和经济上合理，尽量简化巷道系统，减少巷道掘进和维护工作量，减少设备占用台数和生产费用。•3、保证采区具备完备的生产系统，有利于发挥设备的效能，并为采用新技术，发展综合机械化和自动化创造条件。•4、煤柱损失少，有利于提高回采率。•5、安全生产条件好，符合《煤矿安全规程》的有关要求。采区生产系统•采区巷道布置和采区生产系统是密切相关和相互影响的，采区巷道布置首先应保证采区具有完善的生产系统。•采区生产系统包括：煤炭运输系统、材料、设备、矸石和人员的辅助运输系统，通风系统，排水系统，动力供应系统等，根据不同的煤层条件，以走向长壁全部跨落采煤方法的巷道布置为例进行分述。采区生产系统单一煤层一次采全高的采区巷道布置1-采区运输石门；2-采区回风石门；3-采区下部车场；4-轨道上山；5-运煤上山；6-采区上部车场；7、7′采区中部车场；8、8′、10-区段回风巷；9、9′-区段运输巷；11-联络巷；12-采区煤仓；13-采区变电所；14-绞车房；15-局部通风机采区巷道的掘进顺序•自运输大巷掘进采区运输石门1和采区下部车场3，由下部车场向上，沿煤层分别掘进轨道上山4和运煤上山5，至采区上部边界后，与采区石门2相连通，形成通风系统。然后掘进采区上部车场6和采区中部车场7、区段运输平巷9和区段回风平巷10、开切眼，形成回采工作面。在掘进上述各巷道的过程中，还要开掘采区煤仓12，变电所13、绞车房14。本示例中相邻区段间的区段运输平巷与区段回风平巷是同时掘进的，且下区段的区段回风平巷要超前于上区段的区段运输平巷一定距离。采区巷道布置•在完成以上巷道和硐室的掘进工作，其工程质量经验收合格后，便可安装机电设备进行回采工作。在第一区段的回采过程中，要及时开凿第二区段的中部车场7′、区段运输平巷9′(第三区段的区段回风平巷与第二区段的区段运输平巷同时掘进)以及开切眼等，准备好第二区段工作面的回采工作面，以保证回采工作面的正常接替。同理，在进行第二区段回采时，要掘进第三区段的巷道。采区主要生产系统•(1)运煤系统。采煤工作面采出的煤炭→区段运输平巷9→运煤上山5→采区煤仓，在采区下部车场装车外运。运煤系统•(2)运料、排矸系统。运料排矸采用600mm轨距的矿车或平板车。物料自采区下部车场，经轨道上山4、采区上部车场6、区段回风平巷10运至采煤工作面;经轨道上山4→上部车场7→区段回风平巷8→掘进工作面。掘进施工中出的煤炭矸石，则以相反的方向运至采区下部车场运料系统掘进排矸系统•(3)通风系统。•掘进通风系统运输大巷中的新鲜风流→石门→由采区下部车场→轨道上山→采区车场→掘进工作面→区段回风平巷→乏风回风上山→矿井总回风大巷。掘进通风系统采煤工作面通风运输大巷中的新鲜风流→石门→由采区下部车场→轨道上山→采区车场→区段平巷→联络巷→工作面运输平巷→进入工作面；回采工作面的乏风经由回风平巷→采区回风石门→矿井总回风大巷。左翼回采工作面的乏风→采区上部车场6→采区回风石门→矿井总回风大巷采煤工作面通风系统•4）供电系统。高压电缆由井底车场中央变电所，经大巷、采区石门、下部车场、运输上山、采区变电所，经降压后，由低压电缆分别向采煤和掘进工作面，上山运输机、绞车房等用电点供电。•（5）压风和用水系统。掘进岩巷所用的压风，采掘工作面、平巷以及上山运输机转载点所需的防尘用水，分别以专用管道送至采区需要的地点。采区巷道布置的分析•一、运输平巷、回风平巷的布置•采工作面周围应力分布情况•采空区周围应力重新分布的概貌1–工作面前方超前支承压力；2、