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煤矿安全培训中心讲解：liyi煤与煤层矿井生产系统井下电气与用电安全矿井开拓采煤方法一、煤与煤层煤矿地质•煤炭是千百万年来植物的枝叶和根茎，在地面上堆积而成的一层极厚的黑色的腐植质，由于地壳的变动不断地埋入地下，长期与空气隔绝，并在高温高压下，经过一系列复杂的物理化学变化等因素，形成的黑色可燃沉积岩，这就是煤炭的形成过程。•只要仔细观察一下煤块，就可以看到有植物的叶和根茎的痕迹。•如果把煤切成薄片放到显微镜下观察，就能发现非常清楚的植物组织和构造，而且有时在煤层里还保存着像树干一类的东西，有的煤层里还包裹着完整的昆虫化石。煤的形成•成煤过程分为泥炭化阶段和煤化阶段。前者主要是生物化学过程，后者是物理化学过程。煤的形成•在泥炭化阶段，植物残骸既分解又化合，最后形成泥炭或腐泥。•煤化阶段包含两个连续的过程：煤的形成第一个过程泥炭层成为褐煤第二个过程褐煤转变为烟煤和无烟煤的过程泥炭或腐泥褐煤泥化阶段烟煤无烟煤成岩作用变质作用煤的形成压力煤化阶段地热煤的形成过程：植物→泥炭（腐泥）→褐煤→烟煤→无烟煤煤层埋藏特征•(一)煤层埋藏深度•煤层埋藏的深度深浅不一，最大埋藏深度可达2km。•(二)煤层层数•各煤田中的煤层层数不尽相同，少的只有一层或几层，多的可达十几层到几十层。(三)煤层的形态与结构1.煤层的形态煤层形态，是指煤层赋存的空间几何形态。根据煤层在一定范围内连续成层的程度和可采情况，可将煤层分为层状、似层状和不规则状三种类型。2.煤层的结构•煤层中含岩石夹层的情况称为煤层结构。根据煤层中有无矸石层存在，将煤层结构分为简单结构和复杂结构两种。煤层埋藏特征•(四)煤层厚度•煤层顶底板之间的垂直距离，称为煤层的厚度。•根据煤层厚度对开采技术的影响，将煤层分为三类：薄煤层(＜1.3m)中厚煤层(1.3-3.5m)厚煤层(＞3.5m)•在煤矿生产中，习惯上将厚度大于6m的煤层称为特厚煤层。煤层埋藏特征•(五)煤(岩)层产状煤(岩)层在空间的产出状态，称为煤(岩)层产状。倾斜煤层的产状，可以用煤层面的走向、倾向、倾角三个要素的数值表示，称为煤层的产状要素。（1）煤层与水平面的交线称为走向（线）；（2）煤层层面上与走向垂直的线叫倾斜线，倾斜线在水平面上的投影线所指的煤层面倾斜方向称为倾向；（3）倾斜线与倾向线之间的夹角称为倾角。煤层埋藏特征煤层埋藏特征•根据煤层倾角对开采技术的影响，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°)•（六）煤层顶、底板煤层顶、底板是指煤系中位于煤层上、下一定距离的岩层。•顶板分伪顶、直接顶和基本顶。伪顶，厚度0.5m以下，随采随落，极不稳定。直接顶，具有一定的稳定性,移架或回柱后能自行垮落（回柱放顶的对象）的岩层。基本顶，厚度和强度大，难于垮落的岩层。•底板有直接底和基本。直接底——位于煤层之下。基本底——也称老地，位于直接底之。煤层埋藏特征煤矿地质构造•煤矿地质构造概况起来可分为三类：单斜构造褶皱构造断裂构造•单斜构造煤层在一定范围内其倾斜方向和倾角大体是一致的，则称为单斜构造。煤矿地质构造•褶皱构造是煤（岩）层因在构造运动的作用下而变形，形成的一系列连续弯曲。但煤（岩）层的连续完整性未遭到破坏。基本类型背斜：向上弯曲向斜：向下弯曲•褶皱构造对煤矿安全生产的影响a、大型向斜轴部附近的顶板压力会增大，对瓦斯突出矿井来说，向斜轴部附近是瓦斯突出危险区，所以必须加强支护，否则容易发生局部冒顶，大面积冒顶以及煤与瓦斯突出。b、封闭和倾覆的背斜，当瓦斯带内煤层的顶板为致密岩层且未遭受破坏时，瓦斯在背斜轴部保存下来，形成所谓“气顶”,是瓦斯事故的多发区域。煤矿地质构造•断裂构造是指煤（岩）层因受地壳内的动力，沿着一定方向产生机械破裂，失去其连续性和整体性的一种现象。根据断裂面两侧煤（岩）块有无明显位移，可将断裂构造分为节理和断层。煤矿地质构造•节理——断裂两侧的断层无明显位移的断裂构造。节理又称裂隙。•节理的破裂面称为节理面•节理面形态有平直的、弯曲的，产状有直立的、倾斜的或水平的。煤矿地质构造煤矿地质构造•断层——断裂两侧的煤（岩）层有明显位移的断裂构造。•断层由断层面和断盘组成。断层面、断盘和断距是断层的基本要素。•断层面是发生相对位移的破裂面，简称断面。•断盘指断层面两侧的煤（岩）块。位于断层面之上的一盘称为上盘，断层面之下的一盘称为下盘。•断距是指断层的两盘相对位移的距离。分为垂直断距和水平断距。垂直断距是两盘相对位移的垂直距离即落差。水平断距是两盘相对位移的水平距。•断层上下盘的移动情况可为正断层、逆断层和平移断层三种。煤矿地质构造上盘下盘下盘正断层负断层上盘正断层、负断层和平移断层示意图平移断层•断裂构造对煤矿安全生产的影响•（1）煤层顶板岩层节理发育时，工作面支护一般不能用顶柱，应采用棚子支护，且支架要加密些；棚子顶梁不要平行于主要节理方向布置，以防止顶板沿节理冒落。•（2）断层规模大小不同对生产的影响程度也不同大型断层（落差＞50m）中型断层（落差20-50m小型断层（落差＜20m）•（3）断层破碎带是地下水的通道，可能引发突水。•（4）高瓦斯矿井的断层破碎带附近，易积聚大量瓦斯，可能造成瓦斯突出。•（5）在断层带及其附近，岩石强度低，易引起垮塌冒顶事故。•（6）掘进中遇煤层断失，需根据断层性质和距离，确定断失煤层的位置。煤矿地质构造划分井田和选择井田开拓方式的主要依据利用倾向断层作为采区边界利用走向断层划分水平边界在采区可利用其划分工作面。当掘进遇到时，应迅速寻找断失的煤层二、矿井开拓矿井开拓《煤矿安全规程》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。•矿井开采前一般将一个煤田划归若干个煤矿进行开采。•划归一个煤矿开采的范围称为井田，在一个井田内进行的开采的煤矿一般称为矿井。井田与矿区•常将邻近几个井田划归为一个机构管理，合起来称为矿区。•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，称为矿井开拓或井田开拓。•1．按空间特征分类垂直巷道立井暗立井溜井水平巷道平硐平巷石门煤门倾斜巷道斜井暗斜井上山下山巷道分类其中心线与水平面垂直其中心线与水平面大致平行•立井：有出口直接通到地面的垂直巷道，又称为竖井。立井按用途分有担任提升煤炭的主立井；担负人员、材料设备等辅助提升的副立井；用来担任矿井通风任务的风井。•暗立井：没有出口直接通到地面的垂直巷道。一般用来连接上下两水平，担任由下水平向上水平的提升任务。•溜井：连接两个或几个阶段作为溜放矿岩的垂直或倾斜的井筒。巷道分类•平硐：有出口直接通到地面的水平巷道。•平巷：没有出口直接通到地面，沿煤层走向开掘的水平巷道。按用途分有运输平巷、行人平巷或回风平巷。•石门：没有出口直接通到地面，与岩层走向垂直或斜交的水平岩层巷道。按用途分有运输石门、进风石门、回风石门。按服务范围分，有阶段石门、采区石门等。•煤门：与煤层走向垂直或斜交的煤层平巷。巷道分类•斜井：有出口直接通到地面的倾斜巷道。•暗斜井：没有出口直接通到地面，用来联系上、下两水平并担负提升任务的斜巷。•上山：没有出口直接通到地面，位于开采水平之上，连接阶段运输平巷和回风平巷的倾斜巷道。按用途分有运煤的运输上山和运材料设备的轨道上山。•下山：与上山相对应，位于开采水平以下，作用同于上山。巷道分类2．按用途来分类准备巷道开拓巷道采煤巷道井筒井底车场阶段(或水平)运输大巷回风大巷等采区上(下)山采区上(下)车场采区石门等开切眼工作面运输巷工作面回风巷等为全矿井、一个水平或若干采区服务的巷道为一个采区或数个采区段服务的巷道形成为采煤工作面及为其服务的巷道巷道分类3、按煤矿掘进巷道断面岩石含量来分类（1）全煤巷（岩石＜２０%）。（2）半煤巷（岩石20-80%）。（3）全岩巷（岩石＞80%）巷道分类•矿井开拓巷道是从地面开掘通入煤层的一系列巷道，它在井田的总体布置方式称为矿井开拓方式。•通常按井筒形式的不同，将矿井开拓方式分为四种类型。斜井开拓立井开拓平硐开拓综合开拓矿井开拓方式（1）平硐开拓：利用水平巷道由地面进入井下的一种开拓方式。适用范围：山岭、丘陵。优点：简单、运输环节少，建井速度快、投资低。矿井开拓方式（2）斜井开拓：利用斜井巷道由地面进入井下的开拓方式。适用范围：煤层露头上冲积层不太厚、煤层埋藏不深。优点：掘井技术较简单，初期投资较少，建井期较短。缺点：维修费用较高、能力较低、事故较多；当表土层为富含水层时，施工技术较为复杂。（3）立井开拓(竖井)：利用垂直巷道由地面进入井下的方式。适用范围：煤层埋藏较深、表土层厚。优点：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。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。（4）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。综合开拓主要有立井一斜井、平硐一立井和平硐一斜井三种形式。矿井开拓方式•巷道掘进方法是指掘进方法和工艺的总称，主要包括破岩、装岩、运岩和支护等工序。1．破岩(1)钻爆破岩法：利用电钻(或风钻)打眼、装药进行爆破。(2)综合机械化破岩法：利用掘进机对煤岩体进行割和破碎。2、装岩(1)人工装岩。(2)机械装岩。巷道掘进方法巷道掘进方法（3）运岩大、中型矿井煤炭、矸石及材料设备的运输已基本实现机械化，运输机械的类型主要有刮板输送机、带式输送机和电机车等。小煤矿仍以人力运输为主。（4）支护支护的主要目的在于控制围岩的移动，保持巷道安全使用空间，防止顶板事故的发生，确保煤矿生产的顺利进行。巷道支护知识为保持巷道的稳定性，防止围岩垮落或变形过大，巷道掘进后一般都要进行支护。1、临时支护与永久支护（1）临时支护：为防止顶板冒落而临时架设的支护，起到保护施工人员安全作用。凡是没有架设临时支护条件下的作业，叫空顶作业。（2）了保持巷道的稳定性，防止垮落或变形过大，对巷道进行的最后的支护叫做永久支护。2、巷道支护的材料巷道支护材料主要有水泥、砂浆、混凝土、木材、金属材料、石料等。严重违章绝对禁止3、巷道支护方式——锚喷支护和普通支架支护（1）锚喷支护——锚杆与喷射混凝土联合支护的简称。巷道支护知识（2）普通支架支护主要有木支架、金属支架、钢筋混凝土支架和石材整体支护。砌碹支护是指用砖、各种石料、混凝土及钢筋混凝土等砌筑或现场浇制而成的巷道支架。4、巷道敲帮问顶方法（1）一人作业，一人监护和警戒，作业人员应站在有支护的安全地点，监护人应站在作业人员的侧后面，发现危险及时提示。（2）敲帮问顶应由外向里，由上山向下山方向，先顶部后两帮依次进行。（3）敲打由轻而重，听敲击声音，判断岩体有无松动或离层。（4）如有空声，表示顶板已离层，应立即处理。（5）如声音清脆，还需用指紧贴顶板，再敲打几次。手指感到有震动，说明顶板有冒落危险，应立即补设支架或人为使之先冒落。声音清脆且无震动感，则说明顶板没有离层。巷道支护知识三、采煤方法基本概念：采场——用来直接大量采落煤炭的场所。采煤工作面——即在采场内进行回采的煤壁。实际工作中与采场是同义语。采高——采煤工作面煤层被采出的厚度。采煤工作面长度——采煤工作面的煤壁长度。采煤方法概述•在回采工作面内，为采出煤炭所进行的落煤、装煤、运煤、工作面支护和采空区处理等工序叫回采。（1）落煤：把煤从煤壁上破落下来。主要有打眼放炮落煤、机械割煤和水力落煤等方式。（2）装煤：把落下的煤装入输送机。主要有人工装煤、机械装煤和爆破装煤等方式。（3）运煤：把采下来的煤运出工作面，倾角小于25°时工作面铺设输送机，大于25°时可改用溜槽。（4）工作面支护：支护控顶区内的顶板，防止冒顶，减少顶板下沉量，以保证工作面安全回采。（5）采空区处理：为减少工作面压力而对采空区顶板进行的处理。采煤方法概述•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。•采煤系统，是指采区巷道的布置方式、掘进和采