煤矿生产技术

1、煤矿生产技术 焦煤集团中马村矿n第一节 煤矿地质基本知识n 一、煤层的埋藏特征n 地壳由岩石构成，岩石按生成原因分岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。 n 煤是由古代植物残体大量堆积，在一定条件下经泥炭、成煤和变质作用形成的层状固体可燃矿产。是由沉积岩形成的一种可燃有机岩，是一种重要的能源。n 沉积岩的最大特征是以层状状态存在的。n 1.煤层的顶、底板n 顶板：n 伪顶：炭质泥岩，厚度几厘米至十几厘米，随采随落。n 直接顶：一般为泥岩、页岩和粉砂岩，厚度几米至十几米，有一定稳定性，移架和回柱后能自行垮落，是顶板管理的重要部位。n 基本顶（老顶）：由砂岩、石灰岩、砂砾岩等岩层组成，厚而坚硬，一般不易垮

2、落。n 底板：n 伪底：直接位于煤层之下的薄而软弱的岩层，多为炭质页岩或泥岩。n 直接底：由泥岩、页岩、粘土岩等组成，支架易插入。n 老底：位于直接底之下的比较坚硬的岩层，一般为粉砂岩、砂岩、和石灰岩等。n 2.煤层的厚度n 煤层顶、底板之间的垂直距离叫煤层的厚度。n 一般按煤层厚度将煤层分为四类：n .薄煤层 1.3mn .中厚煤层 1.3-3.5mn .厚煤层 3.5-6mn .特厚煤层 6mn 煤层厚度变化对采煤工作面安全生产的影响有以下几个方面：n （1）当煤层变薄时，支护的尺寸规格、支护方法都要变化来适应采高，给支护工作带来困难和不安全因素，影响正常生产。n （2）当煤层变厚超过了正

3、常采高时，必须留顶煤或留底煤。若留顶煤，煤质松软或破碎时，给支护造成困难，影响支架的稳定性顶煤的垮落；若留底煤，容易造成支架“插底”，也影响支架的稳定性。如果煤层瓦斯含量高，留煤丢在采空区，容易使采空区瓦斯积聚超限，对瓦斯管理不利。n （3）煤层厚度变化，会使工作面压力分布发生变化，造成顶板管理困难，影响安全生产。n （4）如果煤层厚度变化很大，还会使原开掘的巷道报废，造成更大的经济损失。n 3.煤层的产状要素：（产状三要素）n （1）走向：n 煤层层面上与水平面相交的线为走向线，走向线两端所指的方向就是走向。走向线是一条水平线。n （2）倾向：n 在倾斜平面上与走向线垂直向下延伸的直线叫倾斜

4、线，倾斜线的水平投影所指的方向称为倾向（不垂直叫伪倾）。n （3）倾角：n 倾斜层面与水平面之间所夹的最大锐角称为倾角。它反映煤层的倾斜程度。n 按煤层倾角大小不同可将煤层分为4种形态：n a.近水平煤层 80 b.缓倾斜煤层 8-250n c.倾斜煤层 25-450 b.急倾斜煤层 45-900n 二、煤矿常见的地质构造n 原始沉积的煤系地层，一般都是水平或近似水平的，并在一定范围内连续稳定分布。由于后期地壳运动的影响，使岩层的形态发生了变化，甚至产生裂缝和错动，使岩层失去完整性，这些由地壳运动造成的岩层的空间形态，称为地质构造。n 一般分为：单斜构造、褶皱构造和断裂构造。n （一）单斜构造

5、：n 在一定范围内，煤层或岩层大致向一个方向倾斜，这样的构造形态称为单斜构造。n 单斜构造往往是其他构造形态的一部分，或是褶曲的一翼，或是断层的一盘。n （二）褶皱构造：n 岩层（煤层）受地壳运动水平力的作用发生变形，呈现波状弯曲，但仍保持了岩层的连续性和完整性的构造形态，叫褶皱构造。其中任何一个弯曲叫褶曲。褶曲是组成褶皱的基本单位。n 褶曲一般有两种形态：背斜和向斜。n （1）背斜：中间向上凸起的弯曲。岩层自中心向两侧倾斜。n 其核心部位是老岩层，两翼岩层倾向相背。n (2)向斜：中间向下凹陷的弯曲。岩层自两侧向中心倾斜。n 核心部位是新岩层，两侧是老岩层，两翼岩层倾斜相向。n 褶曲构造对开

6、采的影响：n 1.向斜轴部顶板压力有增大现象，岩石破碎易发生垮落，必须加强支护，否则容易冒顶；由于埋藏深度大（相对而言），因此向斜轴部也是瓦斯较集中的地区，在强大的瓦斯压力和顶板压力作用下，往往容易发生瓦斯突出。n 2.小型褶曲易使煤层厚度产生变化，影响采煤方法（变厚需变更采高或进行分层开采；变薄或特薄时需重掘开切眼）。n （三）断裂构造：n 岩层受力后遭到破坏，形成断裂，失去了连续性和完整性的构造形态叫断裂构造。n 根据岩层断裂后位移情况，断裂构造又分为裂隙和断层。n 1.裂隙：断裂面两侧岩层没有发生明显位移的构造。n裂隙破碎带是水和瓦斯的良好通道，在破碎带发育的地区，易引起井下水灾；瓦斯涌

7、出量会突然增加，造成瓦斯事故。n 采煤工作面推进时一般应与主要裂隙的走向成200-400的夹角，以减少片帮事故。n 2.断层：断裂面两侧的岩层产生明显位移的构造变动。n （1）断层要素：n .断层面：岩层发生断裂位移时，相对滑动的断裂面。n断层面的产状要素有：走向、倾向、倾角。n .断层线：断层面与地面的交线，是断层面在地面的出露线。n .断盘：被断层面分开的两侧岩体。n断层面之上的断盘称为上盘，之下的称为下盘。n .交面线：断层与煤层层面的交线。n .落差与平错:两盘同一岩层相对位移的距离称为断距；垂直断距称为落差；水平断距为平错。n （2）断层的分类：n .按两盘移动方向分：n 正断层：上

8、盘相对下降，下盘相对上升。n 逆断层：上盘相对上升，下盘相对下降。n 平移断层：两盘沿断层面作水平方向相对移动。n .按断层走向与岩层走向的相对关系分：n 走向断层：与岩层走向平行或基本平行。n 倾向断层：与岩层走向垂直或基本垂直：n 斜交断层：与岩层走向斜交n （3）对煤矿安全生产的影响：n .断层破碎带是良好水的通道，在水文地质条件复杂的矿井，有可能引起突水事故。n .在断层破碎带附近，容易聚集大量瓦斯，可能会造成瓦斯突出事故。n .断层破碎带附近容易引起垮落冒顶事故。n .断层两侧必须留有一定宽度的保安煤柱，造成资源损失。n .当煤层遇到断层后，为找到断失煤层会影响掘进工作进行。n （四

9、）陷落柱： n 陷落柱是分布在石灰岩地层中，有流动的地下水对石灰岩地层进行溶蚀作用形成的（煤层下部分布有岩溶时）。n 在陷落柱发育的矿区（南方多），煤层遭到破坏，储量减少，巷道和顶板管理困难，并有引发水灾的可能。n 三、矿图知识n （一）地形等高线图及特征n 地面上高程相等的点的连线，或水平面与地表面相交得到的交线称为等高线，该等高线在水平面上的投影叫地形等高线。n 基本特征：n 1.在同一等高线上的各点，其高程相等；n 2.等高线必定是一条闭合的曲线，不会中断；n 3.一条等高线不能分叉为两条，不同高程的等高线，不能相交或合并成一条；n 4.等高线越密则表示坡度越陡，等高线越稀则表示坡度越缓

10、，等高线间的平距相等则表示坡度相等；n 5.经过河流的等高线不能直跨而过，应在接近河岸时折向上游，至河底时再折向下游，逐渐离开河岸；n 6.等高线通过山脊时与山脊脊线成正交，并凸向低处；等高线过山谷线时，和山谷线成正交，凸向高处。n 典型地貌的等高线8565452580901002468 2468山地（山岗）盆地（凹坑）山脊山谷n （二）煤层底板等高线图n 煤层底板与具有一定高程的水平面相交，所得到的交线，就是煤层底板等高线。其投影在水平面上所得到的图形，就是煤层底板等高线图。它是反映煤层空间形态和构造变动的重要地质图件，是煤矿设计、生产、储量计算的基础。n 根据煤层底板等高线可确定煤层的产状

11、要素：等高线延伸方向就是煤层的走向，倾向与走向垂直，并指向标高值低的方向。 表示煤层的产状要素。n 地质构造在底板等高线图上的表现形式有：n 褶曲构造：等高线凸向高处为向斜；等高线凸向低处为背斜。n 断层：正断层等高线中断缺失；逆断层等高线在交面线之间为重叠区。n （三）几种主要矿图及作用n 1.井上、井下对照图n 了解地面与井下巷道和工作面之间的对应关系。用于规划地面建设和地下开采设计，确定由于井下开采所引起的地表塌陷范围以及解决矿井防、排水等问题。n 2.采掘工程平面图n 内容：井下采掘工程情况；煤层情况；构造情况。n 作用：了解和分析采掘工程情况；了解地质构造情况；进行采掘工程量计算；了

12、解井下各种巷道和硐室的方向、位置、标高、空间关系等；利用其绘制其他矿图。n 3.通风系统图n 4.井下避灾路线图n 5.供电系统图和井下电气设备布置图n 6.主要巷道平面布置图n第二节 矿井开拓方法n 一、井巷名称及分类n 煤矿生产需要开掘从地面到工作面的一系列巷道，统称井巷。n 根据巷道的用途、服务范围不同把巷道分为开拓巷道、准备巷道、和回采巷道三种：n （一）开拓巷道n 为井田开拓或为全矿井、一个水平或若干采区服务而开掘的基本巷道称为开拓巷道。包括：井筒、井底车场、主要石门、运输大巷和回风大巷（或总回风道）、主要风井。n （二）准备巷道n 为准备采区而掘进的主要巷道称为准备巷道。n 采区上

13、、下山：位于开采水平以上，为一个采区服务的倾斜巷道称为采区上山；位于开采水平以下，为一个采区服务的倾斜巷道称为采区下山。安装运输机的叫运输上山；铺设轨道的叫轨道上山。n 主要上、下山：服务于一个开采水平的倾斜巷道。n 采区车场：采区上山或采区下山与区段平巷或大巷连接的一组巷道和硐室称为采区车场。n （三）回采巷道：仅为采煤工作面生产服务的巷道。如：上下顺槽、开切眼等。n 区段运输平巷（下顺槽）：主要用于运煤的区段平巷。n 区段回风平巷（上顺槽）：主要用于回风的区段平巷。n 开切眼：沿采煤工作面始采线掘进，以供安装采煤设备的巷道。n 二、矿井开拓方式n 矿井开拓巷道在井田内的布置方式称为矿井开拓

14、方式。主要有：斜井开拓、立井开拓、平硐开拓、综合开拓。n （一）斜井开拓：是利用倾斜巷道从地面进入地下，并通过一系列巷道进入煤层的一种开拓方式。n 斜井倾角主要根据其装备的提升设备确定，一般情况下：串车提升时，250;箕斗提升时，200350；带式输送机提升时，170，无极绳提升时，100。n 现阶段常用的斜井开拓方式有两种：片盘斜井开拓、斜井单水平分区式开拓。片盘斜井开拓n （1）片盘斜井开拓n 片盘斜井开拓是斜井开拓的一种最简单的形式。它是将整个井田沿倾斜方向按一定标高划分成若干个阶段，每个阶段倾斜宽度布置一个采煤工作面。n 1.优点：初期工程量小，技术装备简单，建井工期短，出煤快，投资少

15、，井筒沿煤层掘进，容易施工。n 2.缺点：每个阶段最多只能布置两个工作面矿井生产能力，阶段服务年限短，井巷维护条件差。n 3.适用条件：适用于煤层埋藏稳定，地质构造简单，井田走向长度较短，煤层埋藏不深，井型不大的矿井。n （2）斜井单水平分区式开拓n 斜井从井田走向中央开掘，进入煤体后，由一个开采水平开采整个井田。在井田倾斜长度不大的缓倾斜煤层开采中应用较多。n （二）立井开拓n 立井开拓是指主、副井均为立井的开拓方式。除井筒形式外，其他开拓巷道布置与斜井相同。常用的是多水平或单水平分区式开拓方式。n 1.优点：井筒短、提升速度快、提升能力大；井筒通风阻力小并且容易维护。n 2.缺点：井筒开掘

16、需要的设备多，掘进速度慢，井筒装备复杂，基建投资大。n 3.适用条件：适应性很强，不受煤层倾角、厚度、瓦斯、水文等地质条件的限制。立井开拓方式n （三）平硐开拓 n 是利用水平巷道由地面直接进入煤层的一种开拓方式。一般分为：走向平硐、垂直平硐、斜交平硐。n 1.优点：投资少，占用设备少，施工技术简单，出煤快，矿井开拓、运输、排水等系统简单。n 2.缺点：受地形条件的限制。n 3.适用条件：只适合于山岭起伏的地区。n （四）综合开拓n 将立井、斜井、平硐等任何两种或两种以上的开拓方式的组合称为综合开拓。平硐开拓方式综合开拓方式n 三、采区生产系统n 1.运煤系统。n 2.运料与排矸系统。n 3.

17、通风系统。采区变电所和绞车房要实行独立通风。n 4供电系统。n 井下生产布置示意图:井下生产布置示意图:n第三节 采煤方法n 采煤方法：采煤系统与采煤工艺在时间和空间上的相互配合。n 采煤工艺：在采煤工作面内按照一定的顺序完成落煤、装煤、运煤、顶板支护和采空区处理各项工序的方法及其配合。n 采煤系统：回采巷道的掘进一般是超前于回采工作进行的。它们之间在时间上的配合以及在空间上的相互关系。n 回采工作的基本工序：落煤、装煤、运煤。n 回采工作的辅助工序：工作面支护、采空区处理、移置输送机及采煤设备等。n 一、采煤方法的选择原则及影响因素n （一）选择采煤方法的原则n 1.安全n 2.经济n 3.

18、煤炭采出率高n （二）采煤方法选择的影响因素n 1.地质因素n 2.技术因素n 3.经济与管理因素n 二、壁式体系采煤法n 一般以长壁工作面采煤为其主要标志，产量约占我国煤炭产量的95%以上。n 随着煤层厚度及倾角的不同,对于薄及中厚煤层，一般按煤层全厚一次采出，即整层开采；对厚煤层，可分为若干等厚（2-3m）的分层进行开采，即分层开采，也可采用放顶煤开采。n 根据煤层不同倾角、按采煤工作面推进方向，可分为走向长壁采煤法和倾斜长壁采煤法两种类型。n 1.薄及中厚煤层单一长壁采煤方法n （a）走向长壁 （b）倾斜长壁（仰斜） （c）倾斜长壁（俯斜）n 单一长壁采煤法是我国采用最为普遍的一种采煤方

19、法。n薄及中厚煤层单一长壁采煤方法 单一长壁采煤法是我国采用最为普遍的一种采煤方法。 (a) 走向长壁 （b）倾斜长壁（仰斜） （c）倾斜长壁（俯斜） n 2.厚煤层分层开采的采煤方法n 分层采煤法可分为：倾斜分层、水平分层、斜切分层三种。n 分层的回采有下行式和上行式两种顺序。n 下行式：先采上部分层，然后依次回采下部分层的方式称为下行式；n 上行式：先采最下分层，然后依次回采上部分层的方式称为上行式。n 当用下行式回采顺序时，可采用垮落或充填法来处理采空区。n 采用上行式回采顺序时，则一般采用充填法。n 常用的分层采煤法主要有以下三种：n （1）倾斜分层下行垮落采煤法n 倾斜分层下行垮落采

20、煤法巷道布置平、剖面图：n 倾斜分层下行垮落走向长壁采煤法n 壁式体系采煤法的主要特点：n （1）突出通常具有较长的采煤工作面长度，一般在80-250m。n （2）在采煤工作面两端至少各有一条回采巷道，至少两个安全出口，也有利于通风和运输。n （3）随着采煤工作面的推进，顶板暴露面积增大，矿山压力显现较为强烈。n （4）采煤工作面可分别用爆破、滚筒式采煤机或刨煤机破、装煤，用与采煤工作面相平行铺设的刮板输送机运煤，用支架支护空间，用放顶垮落法或充填法处理采空区。n第四节 采煤工艺n 采煤工艺：在采煤工作面内按照一定的顺序完成落煤、装煤、运煤、顶板支护和采空区处理各项工序的方法及其配合。n 一、

21、爆破采煤工艺（简称炮采）n 爆破采煤工艺又称炮采，其特点是：爆破落煤、爆破及人工装煤、机械化运煤、用单体支柱（或金属摩擦支柱）支护工作空间顶板、人工回柱放顶。n （一）爆破落煤n 由打眼、装药、填炮泥、联炮线及爆破等工序组成。n 1.炮眼布置n 炮眼布置一般有：单排眼、双排眼、三排眼。n 按炮眼位置一般分为：n 底眼：起掏槽眼的作用。n 中间眼：进一步扩大底眼掏槽。n 顶眼：将煤层沿顶板崩落而不留顶煤。n 炮眼的深度：取决于工作面的循环进度，一般为1.0-1.2M，最大可达2.0M。n 炮眼的角度：炮眼与煤壁的水平夹角一般为500-800，煤硬时取小值，煤软时取大值，最大可取900；一般上排眼

22、要有50-100的仰角，下排眼要有100-200的俯角。n 2.装药、连线与爆破n 装药：装药量一般根据顶板岩性、煤层软硬程度、炮眼深度位置等条件来确定。底眼一般150-600g，顶眼与腰眼可适当减量。n 规程规定：炮眼深度小于0.6m，不准装药放炮。n 连线：连线方式一般采用串联。n 爆破：每次爆破的炮眼数目根据顶板稳定性、输送机的运输能力及工作面的安全情况而定。爆破顺序应用较多的是先顶眼后底眼。n （二）装煤与运煤n 1.爆破装煤：利用爆破时的爆破力，将煤炭自动抛入刮板输送机内，称为爆破装煤。爆破装煤率一般可达31%-37%。n 2.人工装煤：爆破后装不到输送机上的煤，由人工装到输送机上。

23、人工装煤劳动强度大、效率低，是炮采的最大缺点。n 3.运煤：n 自重运输：倾角大于250时铺设溜槽，靠煤的自重溜煤。n 用刮板输送机运输。n 规程规定：刮板输送机严禁乘人。用刮板输送机运送物料时，必须有防止顶人和顶倒支架的安全措施。n （三）工作面支护n 1.工作面支护采用单体液压支柱和铰接顶梁、摩擦金属支柱和铰接顶梁支护。n 2.支架的布置形式主要有：正悬臂和倒悬臂两种n 3.铰接顶梁的布置方式有：齐梁式与错梁式。n 4.当工作面周期来压时，应采用特种支架对工作面加强支护。如：丛柱、密集支柱、斜撑、切顶墩柱、抬棚、木垛等。n 初次来压、周期来压n 初次来压-基本顶第一次断裂垮落，从而导致采面

24、来压的现象。n 周期来压-随着工作面的不断推进，基本顶周而复始地垮落，而引起的采面周期性来压的现象。n 最大控顶距与最小控顶距的差就是放顶步距，即一个循环进度的距离。n 一个循环的标志是:回柱放顶。正悬臂倒悬臂n （四）采空区处理n 随着工作面的不断推进，顶板悬露面积越来越大，为了工作面的安全及正常生产，必须对采空区进行及时处理。最常用的是全部垮落法。n 规程第五十六条及第五十七条规定：n 采煤工作面必须及时回柱放顶或充填，控顶距超过作业规程规定时，禁止采煤。用垮落法控制顶板，回柱后顶板不跨落、悬顶距离超过作业规程的规定时，必须停止采煤，采取人工强制放顶或其他措施进行处理。n 采煤工作面初次放

25、顶及收尾时，必须制定安全措施。n 放顶人员必须站在支架完整，无崩绳、崩柱、甩钩、断绳抽人等危险的安全地点工作。回柱放顶前，必须对放顶的安全工作进行全面检查，清理好退路。回柱放顶时，必须指定有经验的人员观察顶板。n 支护与回柱放顶两工序平行作业时，应错开一定距离，一般回柱放顶应滞后1015m的距离。n 移输送机与放顶工序为避免干扰，最好不在同班完成。如必须在同班时，应错开2h以上时间。n 二、普通机械化采煤工艺（简称普采）n （一）工作面布置：n 采煤工艺的特点：滚筒式采煤机或刨煤机采煤，可弯曲刮板输送机运输，工作面支护采用单体液压支柱和铰接顶梁配套或摩擦式金属支柱与铰接顶梁配合，人工放顶处理采

26、空区。单体液压支柱支护的为高档普采。n （二）采煤工艺n 1.破煤和装煤n 普采工作面的破煤与装煤都是由采煤机来完成的。采煤机割煤时骑在输送机上，以输送机两侧作导轨，沿工作面上下往复运行，割下的煤靠弧形档煤板装入输送机中。n 采煤机的割煤方式有：单向割煤和双向割煤两种。n 进刀方式：一般采用斜切进刀方式。n 2.运煤、工作面支护、采空区处理的方法与炮采的方法基本相同。n 采煤工作面刮板输送机必须安设能发出停止和启动信号的装置，发出信号点的间距不得超过15m。n 三、综合机械化采煤工艺（简称综采）n 1.特点：破煤、装煤、运煤、支护和采空区处理全部工序都实现了机械化，基本上杜绝了顶板事故，生产更

27、加安全，产量和效率显著提高。n 2.主要设备：n 大功率双滚筒采煤机、可弯曲输送机、整体自移式液压支架、端头支架等。n 辅助设备有：乳化液泵站、转载机、可伸缩胶带输送机、移动变电站等。n 液压支架是综采工作面的主要标志。n 液压支架有三种类型：支撑式、掩护式、支撑掩护式。n 3.割煤、进刀方式与普采基本相似。n 综采一个循环的标志是移架。n 四、综采放顶煤采煤法n 放顶煤采煤法是沿煤层的底板或煤层某一厚度范围内的底部，布置一个采煤工作面，利用矿山压力，将工作面顶部煤层在工作面推进过后破碎冒落，并将冒落的顶煤予以回收的一种采煤方法。（与“高落式”开采厚煤层实质上是相同的）。n 1.支架型式n 带

28、放煤天窗的掩护式支架。n 带放煤插板的支撑式掩护支架。n 2.分类n 预采顶分层放顶煤采煤法。n 预采中分层放顶煤采煤法。n 整层开采放顶煤采煤法。n 分段放顶煤采煤法。煤层厚度超过几十米乃至上百米时，分为若干分段开采。n 3.优点和适用条件：n 优点：可大大增加一次开采的厚度；简化巷道布置，减少巷道掘进工作量；提高采煤工效；降低吨煤生产费用。n 适用条件：煤层厚度为5-20m或更厚的煤层；煤质比较松软易冒落，冒落块度不大的煤层；顶板容易垮落的煤层。n 规程对回采和顶板控制的有关规定n 1.一个采区内同一煤层不得布置3个（含3个）以上采煤工作面和5个（含5个）以上掘进工作面同时作业。n 2.采

29、煤工作面必须至少保持两个畅通的安全出口，一个通到回风巷道，另一个通到进风巷道。采煤工作面所有安全出口与巷道连接处20m范围，必须加强支护，巷道高度：综采工作面不得低于1.8m，其他工作面不得低于1.6m。n 3.采煤工作面必须按作业规程的规定及时支护，严禁空顶作业。n 4.采煤工作面必须及时回柱放顶或充填，控顶距超过作业规程规定时，禁止采煤。用垮落法控制顶板，回柱后顶板不跨落、悬顶距离超过作业规程的规定时，必须停止采煤，采取人工强制放顶或其他措施进行处理。n 5.采用综采采煤时，应遵守以下规定：n （1）倾角大于150时，液压支架必须采取防倒、防滑措施；倾角大于250时，必须有防止煤（矸）窜出刮板输送机伤人的措施。n （2）液压支架必须接顶；顶板破碎时必须超前支护。n （3）采煤机采煤时，必须及时移架；悬顶距离超过规定或发生冒顶、片帮时，必须停止采煤。n （4）严格控制采高，严禁采高大于支架的最大支护高度。当煤层变薄时，采高不得小于支架的最小支护高度。n （5）当采高超过3m或片帮严重时，液压支架必须有护帮板，防止片帮伤人。n 6.采用放顶煤开采时，必须遵守以下