煤矿生产技术讲义.pptx

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1、煤矿生产技术,潘三矿生产技术科 胡 伟,第一章 煤矿地质知识,第一节 地质作用、地壳的物质组成及地史概念 一、地球的圈层结构地球不是均质体，其物质组成的分布呈同心圈层结构。大致以地壳表层为界分为外圈和内圈。外圈包括：大气圈、水圈、生物圈。内圈包括：地壳、地幔、地核。 具体结构见下表,地球的圈层结构图,二、地质作用(一) 地质作用的概念凡是由自然动力所引起的地壳物质成分、内部结构以及外部形态发生变化和发展的过程称为地质作用。(二)地质作用的分类根据地质作用的能源不同，地质作用分为两大类： 内力地质作用、外力地质作用。,(三) 内力地质作用的概念和分类1.内力地质作用由地球内部能量引起的地壳物质成

2、分、内部构造、地表形态发生变化的地质作用，叫内力地质作用。2.按作用的性质和方式，内力地质作用分为地壳运动、地震作用、岩浆作用、变质作用。,(四) 外力地质作用的概念和分类1.外力地质作用外力地质作用是指以地球外部的太阳辐射以及日月引力能为能源，并通过大气、水、生物因素所引起的风、雨、冰雪、冰川、河流、海浪等外力产生各种地质作用。2.外力地质作用分类外力地质作用包括：风化作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用、固结成岩作用等。,三、地壳物质组成地壳由岩石组成，岩石是矿物的集合体，矿物由化学元素结合而成。(一) 矿物矿物是地壳中的一种或多种化学元素在各种地质作用下形成的天然单质或化合物。矿物是组成岩

3、石和矿石的基本单位。到目前人们所认识的矿物已达2000多种。,矿物的形态可以分为两类：单体的形态与集合体形态。,1.矿物单体的形态,2.矿物集合体的形态,(二) 岩石,岩石是构成地壳和上地幔固态部分的基本物质，它是天然产出的一种或多种矿物在各种地质作用下形成的、具有一定结构、构造的集合体。按成因分为三大类：岩浆岩（火成岩）、沉积岩、变质岩。,1.岩浆岩：岩浆冷凝后形成的岩层，如花岗岩、玄武岩等。,2.沉积岩：由先形成的三大类岩石经风化、剥蚀、搬运作用形成的岩石。,其特点是成层状态。如砾石、砂岩、页岩、石灰岩、煤等。 按照物质成分和成因可以分为碎屑岩类、粘土岩类、化学岩类和生物化学岩类四大类。

4、煤矿生产中所遇到的岩石90以上都是沉积岩。常见的沉积岩有：1、角砾岩。2、砾岩。3、砂岩。4、粉砂岩。5、泥岩及页岩。6、石灰岩。,3.变质岩：受变质作用或高温高压作用已改变了成份和性质的岩石。如大理岩、石英岩、千枚岩、片岩和片麻岩等。,由于地质作用的复杂性、多期性与漫长性，三大类岩石之间可以相互转化。,三大岩石相互关系,岩石循环转化示意,四、地史的概念,年代地层单位和地质年代单位1.概念：1)年代地层单位地层单位，代表一定时间范围内形成的地层依据：生物演化的阶段性。顶底界面具有严格的等时性。2)地质年代单位时间单位，代表地史中一定时间范围。,2.二者具有对应关系年代地层单位地质年代单位宇宙界

5、代系纪统世阶期时带时 我矿所采的煤层属于二迭系山西组、下石盒子组和上石盒子组。,3.地质年代表,第二节 煤的形成及煤系,一、煤的形成(一) 煤形成的主要影响因素煤是由古代植物遗体演化而形成的。煤层的形成受以下因素的影响：(1)古植物条件(2)古气候条件(3)古构造条件,(二) 成煤作用植物遗体堆积，到转变为煤的全部过程叫成煤作用。这个过程经历了复杂的生物化学作用和物理化学作用。成煤作用分为二个阶段：泥炭化（腐泥化）阶段煤化阶段（包括成岩作用和变质作用）。,煤是由地质历史上植物遗体演变而形成的。古代历史上：地球上生有大量的植物（高等植物和低等植物）在地质历史上成煤时期堆积在湖泊沼泽底部，随着地壳

6、缓慢下沉逐渐被水覆盖与空气隔绝，在细菌参与及生物化学作用下进入泥炭化阶段随着时间的推移，地壳继续缓慢下沉，泥炭层被水携带来的泥砂等物质覆盖，并且覆盖层加厚。在压力和温度的作用下，泥炭层逐渐失去水分而变得致密，变成褐煤。随着地壳继续下沉，覆盖层不断加厚，褐煤在地下深处受到高温和高压的作用，含炭物质进一步富集，氧和水分的含量进一步地减少，密度增加，颜色变深，硬度增加，变成烟煤，随着变质程度的进一步增高，烟煤会变成无烟煤。个别情况下，无烟煤可能进一步变质成为一种不能燃烧的矿产石墨。褐煤烟煤无烟煤 (变质程度逐步增高),1.泥炭化（腐泥化）阶段植物繁殖、死亡、堆积，在微生物作用下不断分解、化合、聚积，

7、高等植物形成泥炭，低等植物形成腐泥。1)腐泥化作用 (1)概念低等植物和浮游生物在湖泊、泻湖、海湾等还原环境中转变成腐泥的生物化学作用叫腐泥化作用。(2)腐泥含大量水分的黑灰、黑褐色冻胶淤泥状物质。,2)泥炭化作用 (1)概念高等植物遗体在泥炭沼泽中经复杂的生物化学、物理化学作用转变为泥炭的过程叫泥炭化作用。分为二个阶段：第一阶段：在沼泽浅部植物遗体受氧化、分解。第二阶段：随积水深度增加，氧化环境被还原环境代替，产生腐植酸和沥青质，形成泥炭。(2)泥炭黄褐、黑褐色，无光泽、质地疏松状物质，风干可作燃料，也可作化工原料和肥料。,2.煤化阶段泥炭或腐泥形成后，由于地壳下降而被其它沉积物覆盖，则进入

8、了煤化作用阶段。此时生化作用停止，代之以物理化学作用。这个过程包括了二个连续过程：1)成岩作用泥炭(腐泥)在温度、压力作用下，经压实、脱水、固结转变成褐煤(腐泥煤)。2)变质作用褐煤继续在温度、压力、时间影响下转变为烟煤、无烟煤、天然焦或石墨。,3.成煤过程,古植物成煤过程,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,二、煤系的概念,(一) 煤系的概念 指在一定地质时间内，形成的具有成因联系且连续沉积的一套含煤岩系。(二) 煤系地层在煤的形成过程中，煤层上下同时形成许多岩层，这些

9、夹有煤层的岩层是在同一个成煤时期形成的，称为煤系地层。,第三节 煤的性质及工业分类,一、煤的性质1、煤的物理性质：光泽、颜色、条痕、硬度、脆度、比重和容重、导电性。 2、煤的化学组成：有机质和无机质，主要元素有：碳、氢、氧、氮、硫、磷。,煤的主要物理性质变化,二、煤的工业分类1常用的煤质指标评价煤质的主要指标包括：水分W、灰分（ash）、挥发分（volatility）、胶质层厚度Y、发热量Q、硫S和磷P的含量以及含矸率等。2煤的工业分类我国现行的工业分类，是以炼焦煤为主的分类方案，分类指标主要用挥发分和胶质层的最大厚度y(mm)为指标划分煤的种类，从无烟煤到褐煤分为十大煤种，即无烟煤、烟煤（贫

10、煤、瘦煤、焦煤、肥煤、气煤、弱粘煤、不粘煤、长焰煤）、褐煤。,第四节 煤层的埋藏特征,一、煤层赋存状态1. 按煤层厚度分类 煤层 地下开采 极薄煤层 0.3-0.5m 薄煤层 0.5-1.3m 中厚煤层 1.3-3.5m 厚煤层 3.5-8.0m 巨厚煤层 8.0m,2. 按煤层稳定性分类煤层稳定性指煤层形态、厚度、结构和可采性的变化程度。按照矿区(或井田)的煤层变化程度(即稳定程度)划分为四类。 稳定煤层； 较稳定煤层 不稳定煤层； 极不稳定煤层,3. 按煤层的结构根据煤层中有无较稳定的夹石层，煤层可分为： 1) 简单结构2) 复杂结构,4. 按煤层倾角分类 煤层 地下开采 近水平煤层 45

11、,二、煤层顶底板岩层,煤层顶底板岩层是指煤系中位于煤层上下一定距离内的岩层。,三、煤层的构造形态地质构造：发生构造变动的岩层所呈现的各种空间形态称为地质构造。地质构造分为：单斜构造、褶皱构造、断裂构造和其他构造。,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,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,上盘,下盘,上

12、盘,下盘,正断层,逆断层,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,褶皱构造、断裂构造实例,(一)煤岩层产状 1. 煤岩层产状概念岩层产状是指岩层的空间位置。用于描述岩层的空间展布特征。 2、产状要素一般煤岩层的产状用走向、倾向、倾角表示。走向、倾向、倾角称为煤岩层产状的三要素。,3. 煤层产状走向线煤层层面与水平面相交的直线叫走向线。走向走向线延伸的方向。倾向煤层层面上，与走向线垂直，向下的倾斜线在 水平面上的投影所指的方向。倾角煤层层面与水平面之间的两面角。 =0 90。,(二)褶皱构造 1.褶皱构造的概念1)褶皱岩层在地壳运动的长期作用下，原

13、始产状改变，形成各种弯曲，但仍保持连续性，称为褶皱构造，简称为褶皱。2)褶曲褶皱构造的一个弯曲叫褶曲，是褶皱的基本单位。,2.褶曲的基本类型褶曲包括向斜和背斜两种基本类型：1)背斜在形态上为一个弧顶向上的弯曲，中心部分为老地层，两侧地层依次变新。2)向斜在形态上为一个弧顶向下的弯曲，中心部分为新地层，两侧地层依次变老。,3.褶曲要素,1)核部和翼部：褶曲的中心部位称核部；核部两侧称翼部。2)转折端：两翼岩层汇合转折的部位。3)枢纽点和枢纽线：同一褶曲横剖面上同一岩层面的最大弯曲点叫枢纽点；同一褶曲横剖面上同一岩层面的最大弯曲点的连线叫枢纽线，即枢纽。4)轴面和轴迹：同一褶曲各岩层面上枢纽线构成

14、的面叫轴面。轴面与水平面的交线称轴迹。5)顶角和翼角：两翼同一岩层之间的夹角叫顶角。两翼岩层与水平面夹角叫翼角。,(三) 断裂构造1.断裂构造的概念当长期作用在岩层上的构造应力达到或超过岩石的强度极限时将发生变形造成破裂和错动，使岩层的连续完整性受到破坏，它们的产物总称为断裂构造。断裂构造分为节理和断层两类。2.节理1)节理的概念断裂两侧的岩层或岩体沿破裂面断开，但没有发生明显的相对位移的断裂构造称节理，又称为裂隙。其破裂面称为节理面。,2)节理的分类(1)节理的力学性质分类节理按力学性质可分为张节理和剪节理。张节理：是在张应力作用下形成的节理。剪节理：是在剪应力作用下形成的节理。,(2)节理

15、的产状分类根据节理产状与岩层产状的关系，分为四种：走向节理：节理走向大致与岩层走向平行。倾向节理：节理走向大致与岩层走向垂直，与岩层倾向大致平行。斜向节理：节理走向与岩层走向斜交。顺层节理：节理面与岩层面大致平行。,1走向节理；2倾向节理3、4斜向节理；,(2)节理的成因分类根据成因分两大类：原生和次生节理。原生节理：在沉积作用、岩浆作用及成岩过程中形成的。例如玄武岩柱状节理、煤的内生裂隙等。次生节理：岩层形成后生成的裂隙。,2.断层1)断层的概念断裂两侧的岩层或岩体沿破裂面断开，并且发生明显的相对位移的断裂构造称断层。,2)断层要素为方便讲解，我们先看下面示意图,(1)断层面：指断层的破裂滑

16、动面。(2)断层线：断层面与地面的交线。(3)断盘：断层面两侧的岩体。位于断层面上方的称为上盘；位于断层面下方的称为下盘。(4)断层交面线：断层面与岩层底面的交线。(5)断层的断距 (断层面上同一点的位移) 、落差,3)断层分类(1)根据断层两盘相对位移方向分类：分为：正断层、逆断层、平移断层等。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：没有垂直方向位移的断层。,(2)根据断层走向和所切割岩层走向关系的分类走向断层：断层走向与岩层走向基本一致。倾向断层：断层走向与岩层走向基本直交。斜交断层：断层走向与岩层走向明显斜交。顺层断层：断层面与岩层面基本平行。,

17、F1-走向断层F2倾向断层F3斜交断层,(3)根据断层走向与褶皱轴向关系的分类纵断层：断层走向与褶皱轴向基本一致。横断层：断层走向与褶皱轴向基本垂直。斜断层：断层走向与褶皱轴向斜交。,F1纵断层F2横断层F3斜断层,(4)断层的组合类型,由前示意图可以看出，断层的组合类型分三种：地垒和地堑：两条以上正断层，倾向相背、中间断盘相对上升称地垒。反之，断层倾向相对、中间盘下降称地堑。阶梯状断层：由二条以上正断层产状大体一致而成。叠瓦状断层：由数条产状大致相同逆断层组合而成。,五、影响开采工作的其他因素,1. 煤的自燃倾向性煤的自燃性决定于煤的疏松程度及氧化过程的剧烈程度。煤愈松软，煤层愈厚或氧化愈快

18、，其自燃危险就愈大。2. 煤和岩层的含瓦斯性瓦斯的涌出和积聚不但给矿井生产带来许多困难，还可能造成严重的灾害。因此，在开采含瓦斯较大的煤层时，必须在技术上采取特殊措施。,3. 矿井的充水程度矿井开采时，由于巷道开掘和采空区塌陷，必然波及煤层上下的含水层以及地表下的水源，而造成矿井充水。严重时还可能威胁矿井安全。,第五节 煤田地质勘探及矿井储量,一、煤田地质勘探的任务了解矿井资源/储量、井田地质条件、煤层赋存条件、水文地质条件、开采技术条件、煤种煤质等矿井的资源条件。 二、煤田地质勘探工作的阶段划分煤田地质勘探工作划分为煤田普查、矿区详查和井田精查三个阶段依次进行。,三、煤田地质勘探方法为了完成

19、煤田地质各阶段的勘探工作，需要各种技术手段和一定的施工方法，常用的勘探方法：1) 地质测量法；2) 采掘工程法；3) 钻探工程法；4) 地球物理勘探法；,四、矿井储量1. 矿井地质资源量 详查地质报告提供的已查明的煤炭资源量。2. 矿井工业储量 地质资源量中控制的资源量，经分类得出的经济基础储量、边际经济储量连同地质储量中推断资源量的大部，归类为矿井工业储量。,3. 矿井设计储量 矿井工业储量减去设计计算的断层煤柱、防水煤柱、井田边界煤柱、地面建筑物煤柱等永久煤柱损失量，称为矿井设计储量。4. 矿井设计可采储量 矿井设计储量减去工业场地和主要井巷煤柱的煤量后乘以采区采出率。,以下只对与我矿有关

20、的相关内容进行讲解第二章 井田开拓,井田开拓的定义：在一个井田范围内，矿井主要巷道工程的总体布置和有关参数叫井田开拓。,基本概念,矿床开采地下开采 、 露天开采。 生产系统由开采、运输、通风、排水、提升、 供电、照明和安全、技术、生产、制度措施构成。 井 田划归一个煤矿开采的范围称井田。 矿 井在一个井田上进行开采的煤矿称矿井。,第一节 煤田的划分,一、煤田划分的步骤 煤田划分为若干个井田即矿井，若干个矿井合并归一个行政机构管理为矿区。二、划分的原则 1、合理的技术开采条件每个井田有合理的边界和尺寸，有足够的储量。 2、充分利用自然条件井下构造，地面建筑设施。 3、统筹兼顾全面规划：要考虑井田

21、深部与浅部、大井与小井、新井与老井的关系。浅部建小井。 4、人为划分井田：,三、井田划分方法 1、垂直划分:煤层倾角较小或近水平煤层划分。 2、水平划分:煤层倾角较大或急倾斜煤层划分。,第二节 矿井储量、生产能力和服务年限,一、矿井储量1、矿井储量（1）远景储量（2）工业储量：矿井建设，设计的重要依据（3）可采储量：工业储量减去固定煤柱损失的部分,2、回采率：采出煤量与可采煤量的比值。采区损失：采区煤柱损失和开采损失。回采率规定： 厚煤层不低于75% 中厚煤层不低于80% 薄煤层不低于85%,二、矿井生产能力 1、矿井生产能力 一年内生产煤炭的总量，也叫矿井年产量或井型。 2、井型的种类 大型

22、120、150、180、240、300、400万吨/年及以上。 中型45、60、90 万吨/年。 小型9、15、21、30万吨/年。 3、各井型特点 大型建井时间长，投资大成本低。小型见煤快，产量低，效率低，不稳定。,三、矿井服务年限 矿井从投产到报废的年限称矿井服务年限。 服务年限、生产能力、矿井储量之间关系 T=Zk/AK T矿井设计服务年限， a ；A矿井设计生产能力， t/aZk矿井可采储量， t ；k矿井储量备用系数；,第三节 井田再划分,一、井田划分为水平,1,2,3,-550,-350,-150,+50,h1,h2,h3,以倾斜方向划分，合理阶段垂高为: 缓倾斜、倾斜150m-2

23、50m，急倾斜100m-150m。 水平高度是矿井开拓的重要参数。,二、井田划分为盘区,针对近水平煤层来划分,盘区边界,盘区运输巷,主运输大巷,盘区,上盘,下盘,一般主运输大巷沿走向布置，沿倾向分上盘和下盘，下盘的斜长比上盘短。每个盘区构成独立系统。,三、井田分区域划分,副井,主井,分区界线,阶段界线,特大型矿井采用区域划分，各分区可同时建井，缩短建井工期，也可分期建井，分期投产，减少初期投入。采用集中提升，分区域辅助提升和通风模式。降低成本，提高效率。通风困难的大型矿井应采用此法。,四、水平内再划分,1、分区式布置,一阶段,二阶段,三阶段,一水平,三水平,二水平,采区采区,采煤工作面,采 区

24、将阶段沿走向划分为若干块段叫采区。采煤工作面在采场内进行采煤的煤壁叫采煤工作面。 采区沿倾斜方向划分为采煤工作面。阶段内划分适应性较强，各采区有独立的生产系统，在阶段内可布置多个采区同时开采，采区内又可同时布置几个工作面同时开采，对地质变化适应性强。,2、分带式布置,（1）分带式布置 ： 将整个阶段沿走向划分为若干个倾斜长条带，每个条带布置一个采煤工作面，倾斜长度等于阶段长度，工作面沿倾斜方向推进。这种方法为倾斜长壁采煤法。（2）适用条件：煤层平缓（倾角小于1216度）的薄及中厚煤层，地质构造简单的井田。（3）优缺点：不需要采区上(下)山及其生产环节，系统简单，井巷工程少，下山掘进较为困难。,

25、a.b-阶段序号,1、2分带序号,3、分段式布置 这种方式将整个阶段看成一个采区，沿倾斜方向划分若干个区段，每个区段为一个工作面。适应井田范围小，地质构造简单的矿井。 4、整阶段布置 井田较小时，可分成一个采区，沿倾斜方向分成若干个块段，每个块段是一个工作面。 这种布置生产系统简单，工程量小。,第四节、 井田内开采顺序,一、煤层沿倾斜的开采顺序 1、多 层 煤： 先采上层后采下层。 2、同一煤层： 由上向下开采称为下行式开采，反之称为上行式开采。原则上采用下行式开采。二、煤层沿走向的开采顺序 煤层沿走向开采有前进式和后退式。 原则上开拓工程为前进式，区内回采为后退式。,第五节、 巷道分类,垂直

26、巷道,立井有出口直接通到地面的垂直巷道， 又称竖井。,主立井副立井风 井,暗立井没有出口通到地面的垂直巷道。,溜井溜放煤的垂直巷道。,水平巷道,平硐-有出口直接通地面的水平巷道。,平巷-不通地面，沿走向开掘的水平巷道。,石门-在岩石中开掘的水平巷道。,煤门-与煤层走向垂直或斜交的煤层平巷。,运输石门进风石门回风石门阶段石门采区石门,运输平巷行人平巷进风回风平巷阶段平巷,倾斜巷道,斜井-有出口直接通到 地面的倾斜巷道,按用途-主斜井、副斜井、回风井按岩层-沿层斜井、煤层斜井按空间-顺层斜井、穿层斜井、 反斜井、伪斜井,暗斜井-不通地面的斜巷,上下山-联络进风和回风巷的斜巷,行人斜巷联络斜巷溜煤斜

27、巷,二、按用途划分,开拓巷道 为整个矿井服务的巷道准备巷道 为整个采区服务的巷道采煤巷道 为工作面采煤服务的巷道,井筒井底车场运输大巷回风大巷,上下山车场采区石门,区段平巷开切眼,第三章 矿井开拓方式,主要指开拓巷道在井田内的布置形式。通常以井筒的形式为主要依据将矿井开拓方式分为： 斜井开拓、 立井开拓、 平硐开拓、 综合开拓。 建井原则 有条件建平硐先建平硐； 无条件建平硐则建斜井； 无条件建斜井则建立井。,第一节 斜井开拓（略）,第二节 立井开拓,一、立井开拓除井筒形式外，其它开拓巷道布置与斜井相同。,立井多水平分区式开拓示意图,1,3,2,4,6,7,8,9,5,a,b,1-主井、2-副

28、井、3-井底车场、4-运输大巷、5-回风井、6-二水平运输大巷,7-二水平主要石门、8-回风石门、9-回风大巷、a、b-煤层,+100,-100,+300,二、立井开拓的特点 1、特点 可以适应各种水平的划分方式和阶段内的布置形式。 2、优点 井筒短、提升速度快、提升能力大、较易维护。 3、缺点 井筒施工技术要求高，掘进速度慢，基建投资大。,第三节 平硐开拓（略）第四节 综合开拓（略）,第五节、 井田开拓中的几个主要问题,一、井筒位置及数目的确定（一）、数目 矿井至少要有主、副两口井，主井担负煤的提升，副井担负辅助提升任务。,（二）井筒位置确定 井筒位置：一是井口和井底沿井口走向和倾向的位置；

29、 二是井筒本身所通过的岩层层位。一）地面因素1、充分利用地形，使地面生产系统和工业广场的布置合理。2、地面工业广场地应尽少占或不占良田。3、井口的标高应高于当地历年来最高洪水位。4、井口所在地的地质条件要好，避免滑坡、崩坍、地表沉陷的影响。5、距林区较近时，要有足够的防火距离，免受森林火灾的影响。6、要考虑各种人为因素。二）地下因素 1、井筒穿过的岩层应有好的地质条件，避免穿过流沙层、强含水层和地质破坏剧烈带，否则不利于掘进和维护。2、井筒落底位置应能保证各水平井底车场和硐室处于坚硬完整的岩层中。3、井筒应避开采空区及其垮落岩层的影响。4、井筒应尽可能布置在薄煤层或不受采动影响的井田边界之外，

30、减少工 业场地煤柱损失。5、井筒位置应保证井筒延深时能顺利进行。,三）技术经济因素 1、井筒落底位置应尽可能使井下运输、提升等生产环节简单。 2、井筒落底位置应尽可能使开拓工程量小，建井快，出煤早。 3、井筒落底尽可能降低井下吨煤运输成本。四）井筒落底位置确定的原则 1、井筒落底位置在井田储量沿走向分布的中央。 2、沿倾向井筒落底位置应分布在中下方。 3、急倾斜特厚煤层井筒落底位置应布置在底板岩石上。,二、开采水平的确定,1、采区上、下山开采 一个水平只开采上山阶段，水平和阶段一样，用于倾斜、急倾斜煤层。一个水平开采上下山阶段，一个水平为两个阶段服务，可以减少开拓工程量，降低井巷工程费用，用于

31、近水平或缓倾斜煤层。2、开采水平的确定 开采水平的数目取决于阶段数目和是否采用下山开采，阶段的高度取决于采煤方法。,三、阶段大巷布置,1、阶段大巷包括阶段运输大巷和阶段回风大巷。 2、阶段大巷横贯井田走向，服务年限长，工程量大。 3、阶段运输大巷的运输有轨道运输和带式输送机运输。,一）、运输大巷布置 1、分层运输大巷布置（示意图）,A,A,1,2,b,a,7,3,4,8,a,4,b,5,6,5,A-A,1-主井、2-副井、3-主要石门、4-分层运输大巷5-分层回风巷6-回风石门7-回风井、8-含水岩层a、b-煤层,2、集中运输大巷布置（示意图）,A,A,4,5,6,2,1,4,2,1,3,A-

32、A,1-主井、2-副井3-井底车场4-主要石门5-集中运输巷6-采区石门7-集中回风巷8-回风井,3、分组集中运输大巷的布置（示意图）,1,2,b,a,7,6,5,8,1-主井、2-副井、3-主要石门、4-井底车场5-a组煤集中运输大巷6-b组煤集中运输大巷7-回风井、8-回风大巷a-煤层组b-煤层组,3,4,二）集中运输大巷的特点 1、减少大巷的掘进量和维护量，实现合理集中生产。 2、当采用岩石集中大巷时，大巷的弯道可以减少，提高机车的运输能力和机械运输水平，不留大巷煤桂，提高回采率。 3、分组集中布置兼顾了分层布置和集中布置的特点。,三）运输大巷的位置 1、当服务年限长时，集中大巷和分组集

33、中大巷一般布置在不受采动影响的煤层或煤层组底板的岩石上。 2、当服务年限短，煤质坚硬，围岩稳定且自燃倾向不严重时则布置在煤层底板上。,四）阶段回风巷布置 1、本水平的运输大巷是下水平的回风大巷。 2、一般第一阶段的回风巷布置在稳定煤层的底板岩石上。 3、当井田含水丰富时，井田上部边界必须留设防水煤柱，第一阶段回风巷应布置防水煤柱中。 4、近水平煤层，高瓦斯矿井，为避免下行风，回风巷可布置在煤层顶板或顶板岩石中，并与运输大巷重叠布置，减少护巷煤柱损失。,第六节、 井底车场,井底车场井筒与井下主要巷道连接处的一组巷道和硐室的总称。 任务负责矿井煤矸、物料、设备、人员的运转，又为矿井通风、排水、供电

34、服务，是连接井下运输和井筒提升的枢纽。 井底车场的形式环行式和折返式两种。,一、环行式井底车场（示意图）,1,4,4,2,3,4,3,3,2,2,1,1,7,6,2,6,7,5,a-卧式车场,b-立式车场,c-斜式车场,1-主井、2-副井3-主井重车线4-主井空车线5-调车线6-回车绕道7-主要运输大巷,二、折返式井底车场（示意图）,2,1,4,5,7,1,3,6,2,7,5,4,3,6,立井梭式车场,立井尽头式车场,1-主井重车线2-主井空车线3-副井重车线4-副井空车线5-材料车线6-调车线7-通过线,第七节、 矿井开拓延深,-100,-250,-100,-250,-100,-250,1,

35、3,2,4,主副井直接延深,暗立井延深,新开副井、主井延深,暗斜井延深,1-主井2-副井3-延深主井4-新开副井,第四章 准备方式,准备方式 准备巷道的布置方式称准备方式。 准备巷道的种类 采（盘）区上（下）山 区段石门或斜巷 区段集中平巷,第一节 上（下）山采区式准备方式 下山采区在运输水平下部布置，煤向上运。 单翼采区采区上山在一翼布置。 双翼采区上山布置在采区中央向两翼回采。 单层布置采区一套上山为一个煤层服务的采区。 联合布置采区一套上山为几个煤层服务的采区。,一、单层布置上山采区准备方式,运输平巷,运输石门,回风平巷,回风石门,斜巷切眼,a,二、煤层组联合布置,运输平巷,运输石门,回

36、风平巷,回风石门,斜巷切眼,a,运输回风石门,运输回风平巷,三、近水平或缓倾斜煤层布置,回风平巷,运输 上山,联络巷,煤门,运输 平巷,第二节、准备方式中有关问题的分析,一、采煤巷道： （一）单煤层区段平巷布置： 每一个采煤工作面必须具有两条平巷， 工 作面下段布置运输平巷，上段布置轨道平巷（回风平巷）。 （二）分层平巷的布置： 1、倾斜式布置： 2、水平式布置： 3、垂直式布置；,二、上山,（一）上山条数的确定： 一般情况下，采区布置4-6条上山。（二）上山布置方式： 1、一条煤层上山与多条岩石上山； 2、均为岩石上山,三、采区生产能力 1、采区生产能力采区内采煤工作面和掘进工作面产量之和，

37、一般以采区日产量（ 吨/日）或 年 产 量（万吨/年）表示。 2、采区生产能力对采区巷道布置有极大影响，而且是管理水平、采煤方法、生产技术等系统经济因素的集中反映。 3、实现采区集中布置，采用机械化生产是提高采区生产能力的途径。 4、采区生产能力是综合性能力，是由各个生产环节有机的组合而达到的。,四、采区走向长度大型矿井根据大型断层、边界、煤柱和装备、管理、技术等条件综合确定 五、工作面长度 根据煤层赋存、顶底板岩性、装备、管理和开采水平来决定。,第五章 采煤方法,指巷道布置、采煤工艺,壁式采煤 走向采煤方法 倾向 巷柱式 柱式采煤 房柱式 炮采 垮落法回采工艺 普采 顶板管理 煤柱支撑法 缓

38、慢下沉法 综采 充填法,第一节 巷道布置,一、走向长壁式采煤巷道布置,回风石门,采区石门,采区煤仓,运输机上山,轨道上山,工作面运输巷,工作面轨道巷,回采工作面,二、倾斜长壁采煤法巷道布置,运输斜巷,回风运料斜巷,阶段回风巷,阶段运输巷,煤仓,运输斜巷,煤仓,进风行人斜巷,倒台阶采煤法,工作面回风巷,工作面进风巷,溜煤眼,超前巷,工作面,隔离煤柱,第二节 回采工艺,1对于炮采工作面：“破、装、运、支、控（顶板管理）”五道工序2对于机采、高档普采工作面：“割、运、支、控”四道工序。3对于综采工作面：“割、移、推”三道工序。,第六章 矿山压力及其控制,第一节：煤层围岩分类一、直接顶分类指标及方案1

39、、不稳定顶板2、中等稳定顶板3、稳定顶板4、坚硬顶板二、老顶分极指标及方案（略）,第二节 工作面顶板压力显现一、支承压力 1、支承压力的形成 当在煤体内开掘开切眼后，破坏了应力的 平衡状态，引起应力的重新分布，这时在开切 眼上部顶板内形成了自然平衡“压力拱”。开切 眼上部岩体重量由两侧煤壁平均分担。因此， 在开切眼两帮煤体中，产生了应力集中现象， 这种集中应力称为支承压力。,回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、3、4沿倾斜及工作面后方残余支承压力,沿倾斜矿压显现规律,工作面回采后，掌握沿煤层倾斜方向的矿压显现规律，对于正确选择采区巷道位置，确定

40、合理的护巷煤柱尺寸有重要意义。巷道内从煤体边缘向煤体深部可分为三个不同的矿压显现带，如下图所示。,采煤工作面沿倾斜不同矿压显现带1卸载带；支承压力带；原岩应力带；lmax峰值位置,2、影响支承压力大小、分布的因素 （1）采空区顶板悬露的面积 （2）开采深度： （3）采空区充填程度： （4）顶底板岩性： （5）煤质软硬：3、支承压力显现。 由于支承压力的作用，可导致顶板预先下沉、煤壁破碎片帮、产生冲击地压、煤和瓦斯突出等现象，叫支承压力显现。,二、工作面初次来压,1、初次垮落： 采空区老顶第一次大面积垮落。2、初次来压： 由于老顶初次垮落，使工作面压力增大，称为初次来压。3、初次来压的特点： 工

41、作面顶板下沉量和下沉速度急增，出现台阶式下沉；顶板破碎，甚至出现与煤壁平行的裂隙，有时发出巨大的断裂声；支架受力增加，采空区掉块，煤壁严重片帮。,三、工作面周期来压,1、周期垮落 老顶垮落随工作面推进而周期性的出现。2、周期来压 老顶来压随工作面推进而周期性的出现。3、周期垮落步距 两次周期来压之间的距离。,四、采空区上覆岩层移动情况,1、冒落带： 易冒落的直接顶不规则垮落，碎胀的岩石将填满采空区，形成冒落带，支撑老顶。2、裂隙带： 位于冒落带之上的老顶岩层，在上覆岩层的压力作用下，成段折断或产生许多裂隙，但不冒落仍整齐排列，形成裂隙带。3、弯曲下沉带： 在上覆岩层压力的作用下，裂隙带上方直到

42、地表的岩层形成弯曲下沉带。,第四节、综合机械化采煤工艺,一、综采面双滚筒采煤机工作方式 （一）综采面双滚筒采煤机的割煤方式 1、往返一次割两刀： 2、往返一次割一刀： （二）综采面采煤机的进刀方式 1、直接推入法进刀： 2、工作面端部斜切进刀： 3、综采面中部斜切进刀： 4、滚筒钻入法进刀：,二、综采面液压支架的移架方式 1、单架依次顺序式 2、分组间隔交错式 3、成组整体依次顺序式三、综采工作面工序配合方式 综采面割煤、移架、推移输送机三个主要工序按照不同顺序有两种配合方式： 1、及时支护方式： 2、滞后支护方式：,第五节、放顶煤采煤法,一、放顶煤采煤法的分类 1、预采顶分层放顶煤采煤法：

43、2、预采中分层放顶煤采煤法： 3、整层开采放顶煤采煤法： 4、分段放顶煤采煤法：二、放顶煤工艺 1、采煤机采煤： 2、放顶煤：,第七章 矿井通风系统,第一节 矿井通风系统,中央并列式 中央式 中央分列式 对角式 两翼对角式通风方式 分区对角式 区域式 混合式,通风方式,第二节 矿井通风系统,矿井通风系统的类型及其适用条件 : 中央式：进、回风井位于井田走向中央，风流在井下的流动路线是折返式。 中央并列式： 进、回风井布置在井田中央工业广场。 特点：地面建筑和供电集中，便于管理，建井期较短，便于贯通，井筒延伸通风方便，但风流路径长，风阻较大，井底车场和进回风井间压差大，漏风大。适用条件：井田走向

44、长度不大（小于4km），瓦斯及自燃不严重的矿井。,(a) 中央并列式,主井,副井,风井,中央分列式（中央边界式）：,其进回风井大致位于井田走向中央。回风井位于井田浅部边界沿走向的中央，不在工业广场内。两井相隔一定距离。 特点：进、回风井巷间的漏风通过中央采区的采空区，工业广场不受抽出式主要通风机噪音的影响。 适用条件：与中央并列式相同。,(b) 中央分列式,风井,主井,副井,两翼对角式,进风井位于井田中央，两回风井在井田边界的两翼。 特点：通风路线较短，阻力和漏风较小，各采区间风阻较均衡，便于按需分风。工业广场不受回风污染和抽出式主要风机噪音危害。 适用条件：井田走向长，产量高，需风量大，易自

45、燃，有突出危险的矿井。,（c）两翼对角式,风井,风井,主井,副井,分区式,进风井位于井田走向中央，开采井田浅部，在各采区掘一个回风井与采区回风巷相通，不必掘总回风巷。开采井田深部，往往转变为两翼对角式。 特点：基本与两翼对角式相同，浅部开采不掘总回风巷，加快投产时间，但开采深部煤田时，通风方式需变化，对生产有一定干扰。 适用条件：同两翼对角式，且煤层赋存浅，要求投产期短的矿井。,(d) 分区式,主井,副井,风井,风井,风井,第三节 矿井主要通风机工作方式及其特点,压入式： 主要通风机设在入风井口，在通风机作用下，向井下压风，矿井井巷大气高于当地大气压力,矿井地面漏风是从矿内漏向地面。 特点：A

46、井下巷道大气处于正压状态，有助于抑制煤壁和采空区瓦斯漏出。 B压入式通风使采空区自燃生成有害气体通过塌陷区向外漏出，减小对井下生产和人员安全的影响。,C压入式风机停止运转，井下巷道大气绝对静压下降，可能导致煤壁和采空区瓦斯涌出增大。 D自燃生成气体直接经塌陷区漏出,可能导致自燃隐患难以及时发现。E.压入式通风的进风区装设的控风设施对生产有干扰,控风设置易损坏,漏风较大,通风管理较困难。,抽出式主要通风机设在回风井口,在抽出式通风机作用下,矿井井巷大气处在低于当地大气压力的负压状态,矿井地面漏风是从地面漏向矿内。特点:其优缺点与压入式相反。另外,在矿井与小煤窑相通时,会把小窑积存的有害气体抽入矿

47、井,同时,小窑发生事故也会对矿井造成威胁。,压抽混合式主要通风机分别设置于进、回风井口。主要用于压入、抽出互相转换的过渡期。 特点：因正压、负压均不大，漏风量较小。但通风管理复杂。,压抽混合式,副井,风井,风井,主井,什么是串联通风,其危害是什么？,什么是串联通风,其危害是什么？串联通风是指井下用风地点的回风再次进入其他用风地点的通风方式.危害: 被串用风点的进风质量差,影响作业环境;有毒有害气体进入下一用风点,各用风点不安全因素交织;抗灾能力弱,事故易扩大;全风压通风阻力大,调风困难。 进 回 风 串联用风点 被串用风点 风 巷 巷 独立用风点(区域),甲烷断电仪,矿井通风网络的基本连接形式

48、,(1) 串联风路特征:风量处处相等,总风压(总的井巷风阻)等于各支路之和.(2)并联风网特征:风压相等,总风量等于各支路之和.总的井巷风阻大大降低.(3)角联风网特征:与并联风网相似,但复杂得多;对角巷道中风流方向、大小不稳定.,掘进工作面通风,压入式 通风方式 抽出式 混合式,循环风其危害,(1) 循环风 是指局扇的回风,部分或全部再进入同一部局扇的进风风流中。 200 50 150,(2) 循环风的危害:循环风使掘进面的瓦斯、粉尘浓度上升,不能有效地排除工作面的有害气体;一旦有火源或失爆,易发生瓦斯事故。 风流短路 循环(3)防范措施:,通风设施,主要通风机附属设施：电压表、电流表、水柱

49、计矿井主要通风设施：1、引导风流：风桥、风硐、导风板；2、隔断风流：防爆门、风门、风墙（密闭）；3、调节风流：风窗、调节风门、风帘等。,第八章 煤矿主要灾害防治,一、顶板事故的防治顶板事故，是指在地下采煤过程中，因为顶板意外冒落造成的人员伤亡、设备损坏、生产终止等事故（一）常见顶板事故的分类 按冒顶范围可将顶板事故分为局部冒顶和大型冒顶两类。 局部冒顶常发生在靠煤壁附近、上下出口、放顶线附近、地质破坏带附近。 大型冒顶又分为推垮型、压垮型和漏垮型。,（二）采场局部冒顶事故的预兆及其防治 局部冒顶事故的预兆： 遇有小地质构造带。顶板出现离层，敲帮问顶时声音不正常。顶板裂隙内卡有活矸，并有掉渣、掉

50、矸现象。有淋水的工作面，淋水量增加。,（三）大型冒顶的预兆及其防治 1、大型冒顶的预兆 煤帮的预兆 顶板的预兆 支架的预兆 含瓦斯煤层，瓦斯涌出增大。有淋水的顶板，淋水量增大。 局部冒顶有时也是大冒顶的先兆,2、大型冒顶的分类及其防治大型冒顶可分为推垮型压垮型漏垮型（四）冒顶事故的抢险救灾 处理冒顶事故的主要任务是：抢救遇险人员及恢复通风等。,二、矿井水害的防治（一）矿井水害概述 1、矿井水的来源 地下水 地表水 老空积水 大气降水 生产用水,2、矿井水的危害（略）3、矿井透水前的预兆 煤壁挂红 煤壁挂汗 空气变冷 发生雾气 有水叫声 顶板淋水加大 顶板来压，底板鼓起，水色发浑，有臭味。采掘工