煤矿安全培训教材

PAGEPAGE47煤矿安全培训教材煤矿地质、采掘、巷修及矿井水害的管理与防治（内部使用）目录煤矿地质、采掘、巷修及矿井水害的管理与防治3第一章煤矿地质基础知识3第一节煤层埋藏特征--3第二节地质构造5第二章矿井开拓方式7第一节立井开拓方式8第二节斜井开拓方式8第三节平硐开拓方式10第四节综合开拓方式10第三章巷道掘进与支护11第一节巷道掘进方法11第二节巷道支护13第四章采煤方法及现场管理17第一节正规采煤方法及管理要点18第二节非正规采煤方法及管理要点22第三节采场矿山压力及其显现24第五章顶板事故与防治29第一节采煤工作面常见事故与防治29第二节掘进工作面常见事故及防治33第三节巷道维修常见事故及防治34第四节采取措施、防治煤矿顶板事故36第六章矿山水害的防治37第一节矿井水文地质类型的划分及对水仓的要求37第二节矿井水的来源38第三节煤矿常见的水害38第四节发生矿井水灾的原因40第五节井下透水前的征兆41第六节防治措施与方法42第七节哪些条件必须探水43第八节避灾与处理44第九节透水淹井事故案例46煤矿地质、采掘、巷修及矿井水害的管理与防治第一章煤矿地质基础知识第一节煤层埋藏特征煤是一种沉积而成的可煤有机岩，是由植物遗体的变化而形成的,煤层层数、厚度、形态及煤层的顶底板岩石的性质，是影响煤矿生产技术和生产安全的重要因素。一、煤层顶底板结构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。煤层的底板也可以分为直接底和老底。1、伪顶。伪顶是直接位于煤层之上，极易垮落的薄岩层，厚度一般小于0.5m，常由炭质页岩组成。在采煤过程中，伪顶多随落煤而垮落。2、直接顶。直接顶是直接位于伪顶之上或直接位于煤层上（煤层没有伪顶时）的一层或几层岩层，通常由泥岩、页岩、粉砂岩等比较容易垮落的岩层组成。在回采过程中，直接顶通常随回柱或移架而垮落。3、老顶。老顶是指位于直接顶之上或直接位于煤层之上（煤层没有伪顶和直接顶时）的厚而坚硬的岩层，通常由砂岩、砂砾岩、石灰岩等岩层组成。老顶一般不随直接顶垮落，能在采空区维持很大的悬露面积。4、直接底。是指直接位于煤层之下的强度较低的岩层，通常由泥岩、页岩、粘土岩等岩层组成。当直接底为松软岩石时，易发生底鼓和支柱陷入底板的情况。在急倾斜煤层中，直接底还可能出现沿倾斜滑动的现象，常造成巷道支护困难。5、老底。位于直接底之下，常为粉砂岩或砂岩。二、煤层形状与结构1、煤层的形状。煤层的形状可分为层状、似层状或非层状三类。层状煤层成层状分布，厚度变化不大。似层状煤层形状像藕节、串珠、瓜藤等，层位上有一定的连续性，但厚度变化较大。非层状煤层形状像鸡窝、扁豆等，层位上连续性不明显，常有大范围尖灭。似层状煤层和非层状煤层。2、煤层的结构。煤层的结构可分为简单结构煤层和复杂结构煤层。简单结构煤层中没有呈层状分布的比较稳定的研石夹层；复杂结构煤层中则含有数目不等呈层状分布的且较稳定的研石夹层。三、煤层的产状要素煤层的产状就是地下煤层的空间分布规律，煤层的产状要素，包括煤层的走向、倾向、倾角。1、煤层的走向。煤层层面与水平面的交线称为走向线，走向线的方向就是走向。2、煤层倾向。在煤层层面上，与走向线垂直且向下延深的直线叫倾向线，倾向线的水平投影所指的方向称为煤层的倾向3、煤层倾角。煤层倾角是煤层层面与水平面所夹的锐角，分为真倾角和伪倾角。真倾角是煤层层面与水平面所夹的最大锐角，也简称煤层倾角。除真倾角之外都是伪倾角。根据开采技术特点，煤层按倾角不同可分为：（1）、近水平煤层<5°（2）、缓倾斜煤层5°25°（3）、倾斜煤层25°45°（4）、急倾斜煤层>45°我省各煤田以缓倾斜煤层和倾斜煤层居多。一个煤田中也有二种或二种以上不同煤层倾角组成。如有的浅部是倾斜煤层至深部则可为缓倾斜煤层。煤层倾角越大开采越困难。四、煤层厚度1、煤层厚度是指煤层顶底板之间的垂直距离。煤层有薄有厚，差别很大，薄的仅几厘米，厚的可达几十米，有的一二百米。煤层按厚度可分为4类：（1）薄煤层<1.3m（2）中厚煤层1.（3）厚煤层3.58m（4）特厚煤层>8m2、按厚度的稳定性分（1）稳定煤层。煤层厚度稳定。如我省的凉水煤矿、靖宇煤矿等。（2）较稳定煤层。其厚度有一定的变化，但在井田范围内大部分可采，如辽源煤田、舒兰煤田、蛟河煤田、梅河煤矿、双阳煤矿、长白煤矿等。（3）不稳定煤层。其厚度变化很大，常有分叉、尖灭、增厚、变薄等现象，在井田范围内经常出现不可采区。如白山市东风煤矿、珲春煤田、通化矿区的松湾煤田等。（4）极不稳定煤层。煤层常呈透镜体（或鸡窝状）断续分布，在井田范围内仅局部可采。如白山市的浑江煤田、砟子煤田、通化五道江煤田、白城西部煤田等。第二节地质构造沉积岩层和煤层形成时，一般都是水平或近视水平的。同时，在一定范围内分布也是连续的。但由于地壳运动的影响而产生褶皱和断裂，改变了岩层和煤层的原始状态和形状，形成了单斜构造、褶皱构造和断裂构造等基本构造形态。一、褶皱构造褶皱构造，是煤（岩）层受地壳运动产生的地应力作用，补挤得弯弯曲曲，但仍然保持连续完整的构造形态，褶皱构造的一个弯曲称为褶曲。褶曲有两种基本形态，中部向下弯曲的称为向斜，向上弯曲称为背斜。二、单斜构造在一定范围内，岩层大致向同一方向倾斜，称为单斜构造。三、断裂构造在地壳运动过程中，当地应力超过煤岩层的强度时，煤岩层将发生断裂，形成断裂构造。断裂构造分为两种，断裂面两侧的煤岩体没明显的相对位移的叫节理，有明显相对位移的叫断层。1、断层要素断层要素，包括断层面、上盘和下盘、断层的走向与倾向、断距等。断开的煤岩体发生相对位移的断裂面为断层面，断层面有的是平面，但多数是曲面的。断层面一般是倾斜的，也有直立的。所以，我们可以用与描述煤层产状类似的方法，即用断层面走向、倾向和倾角描述断层面的空间位置。断层面两侧的煤岩体称为断盘。位于断层面上方的煤岩体称为上盘，位于断层面下方的煤岩体称为下盘。若断层面是直立的，则无上下盘之分，这时可根据断盘所在的方位区分断盘，如东盘、西盘；另外也可以根据两盘的相对位移情况区分断盘，如上升盘、下降盘。断层两盘沿断层面相对应位移的距离称为断距。断距有许多种，常用的有走向断距、水平断距和铅直断距（也称落差）。水平断距和铅直断距。2、断层分类根据断层两盘相对位移的方向不同，断层可分为正断层、逆断层、平推断层等。（1）正断层。上盘相对下降，下盘相对上升的断层称为正断层。（2）逆断层。上盘相对上升，下盘相对下降的断层称为逆断层。（3）平推断层。断层两盘沿断层面走向发生水平移动的断层称为平推断层。根据断层走向与煤（岩）层走向的关系分为：走向断层：断层走向与煤（岩）层走向平行；倾向断层：断层走向与煤（岩）层走向相垂直；斜交断层：断导走向与煤（岩）层走向相交。3、寻找断失煤层的方法（1）根据断层擦痕寻找断失煤层。擦痕常表现为一系列彼此平行，分布均匀且细而密的线条或沟槽。擦痕的一端粗而深，另一端细而浅，呈钉头状。由粗而深向细而浅的方向即为另一盘的运动方向。

（2）根据牵引现象寻找断失煤层，断层两盘相对运动过程中沿断层面产生摩擦力；因此摩擦力的拖拽作用而发生明显的弧形弯曲称为牵引。牵引的枢纽线与断层面平行，弧形弯曲的弧顶方向指示所在盘运动方向。（3）根据煤线寻找断失煤层。断层面夹缝里出现的厚度为几厘米的碎煤称煤线。根据煤线的分布可以分析断层的错动方向。（4）小断层类比法，在地层受地应力作用发生断裂形成断层过程中，断层面附近一定范围内的煤岩体都会受到相同性质的地应力作用。所以主要断层常伴有小型断层存在，根据这些连续出现的小断层类型，可以推断煤层的断失方向。（5）煤（岩）层层对比法。在多煤层矿井中，可根据各煤层的结构、厚度、煤岩类型、顶底板特征，确定断层的性质和落差。4、断层破碎带对煤矿安全生产的影响（1）断层破碎带是水和瓦斯的良好通道。（2）在富水矿井，采掘工作面接近断层破碎带应注意断层引起的透水事故发生。（3）采掘工作面接近断层破碎带要加强通风，注意观察，防止煤与瓦斯突击事故发生。（4）采掘工作面过断层破碎带时，一定要采取安全措施，防止冒顶事故发生。四、陷落柱陷落柱的形成，是因为煤系地层下部有厚度很大的可溶性岩层，这些岩层在侵浊性的地下水作用下形成较大的岩溶空洞，当空洞大至一定程度时，其上部的煤岩层受重力作用发生塌陷，因为塌陷体的部面似一柱状，上小下大，所以称为陷落柱。陷落柱对煤矿生产建设影响主要有：破坏了煤层，减少了煤炭储量，给井巷的布置和施工、采煤方法和采掘方法和采掘机械的应用增加了因难；陷落柱可能成为涌水通道将地下水导入工作面。第二章矿井开拓方式吉林省煤矿数量多、分布广、各类煤矿的赋存条件、地形地貌多种多样，开拓系统类别比较齐全。煤矿开拓系统（不含露天煤矿）构成分为四大类。煤矿开拓系统（不含露开煤矿）立井有条井煤矿开拓系统（不含露开煤矿）立井有条井综合有条井平硐综合有条井平硐有条井斜井有条井第一节立井开拓方式一、立井开拓适用条件当煤系地层上部的表土层厚度较大，有时含有流砂层或煤层埋藏深度较大时，一般采用立进开拓。如辽源局西安矿、金宝屯矿、通化局昨子矿、营城立井、挥春局城西矿等。立井开拓可分为立井单水平开拓与立井多水平开拓方式。二、立井多水平上山式开拓采用立井多水平开拓的实例。该井田内有五层煤，自上而下为M1-M5煤层间距较小，均为缓倾斜煤层，井田范围较大，储量丰富。但表土层较厚。井田沿倾斜划分为两个阶段，第一阶段和第二阶段下部边界的标高分别为-260m和-400m，两个阶段均采用上山开采。第一阶段划分为4个采区。三、立井单水平上下山开拓采用这种开拓方式的井田一般划分为两个阶段，且煤层倾角一般较小，在两个阶段之间的分界面上布置井底车场、运输大巷等，形成生产水平。在开采时通常首先开采上山阶段，上山阶段开采结束不再延深主井或主付井都不再延深，下山阶段采用布置下山采区的方法进行开采。“规程”（即“煤矿安全规程”以下同）要求：“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。”“对于通达地面的安全出口和2个水平之间的安全出口，倾角大于45°时，必须设置梯子间，立井梯子间中的梯子角度不得大于80°，相邻2个平台的垂直距离不得大于8m。”我省部分小煤矿采用立井开拓方式的，必须按上述要求进行改造，否则不准进行生产。第二节斜井开拓方式一、斜井开拓适用条件当煤层埋藏较浅，地质构造比较简单的井田，一般可采用斜井开拓。斜井开拓具有上马快，井巷工程量少等特点。因此，在我省煤矿得到了广泛的应用。斜井开拓可分为片盘斜井开拓、斜井多水平区式开拓二种。二、片盘斜井开拓片盘斜井开拓方式。井田内有一层煤，沿倾斜方向划分为四个片盘。每一片盘内可布置两个工作面同时进行回采。在井田走向中央沿煤层开凿一对斜井，其中1为主井，2为副井。主井与副井相互平行且每隔30-40m以横川贯通。主副斜井掘至第一片盘下部边界时设置临时水仓，然后开掘片盘车场，同时自井筒两侧向两翼开掘片盘运输平巷3和回风平巷5，掘到矿井两翼边界后，在井田边留20-30m煤柱（井田边界煤柱），自运输巷向上掘开切眼与回风平巷贯通。即可构成采煤工作面。每一片盘高度确定必须依据煤层倾角、顶底板岩性，采煤方法、工作面长度及运输设备不同而不同。缓倾斜煤层一般取40-50m为宜，煤层倾角越小取小值，反之取大值。小煤矿采用非正规采煤方法的，片盘高度取20-25m为宜。三、斜井多水平分区式开拓此种开拓方式一般多在国有大煤矿中采用。主斜井可采用箕斗提升或强力皮带提煤，生产能力大。适用于埋藏深度不大而储量较为丰富的缓倾斜煤层。该井田划分为三个阶段，每个阶段划分为四个采区。四、斜井井筒的其他布置形式在某些具体条件下，井筒布置会受到限制，其中常见的限制因素是煤层倾角，为了充分发挥斜井开拓优势，扩大其应用范围，斜井井筒还有以下几种布置形式：1、底板穿层斜井在煤层倾角较大时，为了适用提升要求，斜井井筒可采用如图2-2-5所示布置方式。2、顶板穿层斜井在近水平煤层中，斜井井筒只能由煤层顶板穿层进入煤层。第三节平硐开拓方式一、平硐开拓适用条件平硐开拓是一种最简单的开拓方式，只要地形地质条件允许，应首先考虑采用这种开拓方式。它与立井、斜井开拓方式相比，其生产系统简单，通过能力大，排水设备少，井口设施少，装备简单，施工容易，工期短，出煤快，初期基础建设投资少。但平硐开拓受地形及煤层赋存条件的限制较大。只有在山岭起伏地区，地面便于布置工业广场，平硐以上有较丰富的煤炭储量时才能适用。平硐的布置有走向平硐、垂直走向平硐，斜交平硐和阶梯平硐等形式。二、平硐开拓1、走向平硐开拓平硐沿煤层走向底板岩层或直接在煤层中开拓，开拓工程量少，建设期短、出煤快、投资少、经济效益好。但这种走向平硐是单翼开采，不利于运输及通风。矿井生产能力较低。2、垂直平硐开拓：垂直煤层走向开拓的平硐进入煤层后，可以在两翼采区，矿井生产能力较大。根据地形，平硐可以从煤层顶板或底板进入。3、斜交平硐：斜交于煤层走向开拓平硐。4、阶梯平硐：如井田倾斜长度过大或煤层倾角过大，在地形条件允许时，可以采用阶梯平硐开拓。将井田划分成若干个阶段，每个阶段用一个平硐开拓。第四节综合开拓方式在某些条件下，如为了充分种用地形，或考虑煤层埋藏深浅等特点，避免大量投资，或单纯用一种开拓方式在技术上和经济上不够合理时，可采用综合开拓方式。如：平硐斜井，平硐立井；斜井立井等。其中，以斜井作为主井，安装带式输送机提煤，主井作副井，以利于辅助提升的综合开拓方式，是一些大型矿井的发展方向，这是由于：1、目前井工开采深度不断加大，立井作副井可以适用这一变化；2、立井井筒断面大，线路短，能满足上下人员、通风、提研、下料等要求；3、作为主井的斜井，采用强力皮带提升机，能够实现连续运输，减少了运输环节，提高了生产能力；4、副斜井的辅助提升当井筒过长时，有的需二段提升比较困难，通风，排水线路长阻力大，行人不方便。思考题1、煤矿开拓系统分为哪几大类？2、矿井的安全出口在“煤矿安全规程”中是怎样规定的？3、试比较斜井和立井开拓的适用条件？第三章巷道掘进与支护第一节巷道掘进方法一、巷道断面1、巷道断面形状的选择巷道断面的形状，主要是根据巷道的服务年限结合所穿过岩、煤层的性质和选择的支护材料来决定。常用的巷道断面形状有拱形式、梯形、矩形和圆形。拱形巷道，能抵抗较大的压力，适用于服务年限较长的开拓巷道。矩形断面的巷道不能承受侧压，一般不常见。梯形断在的巷道可以承受一定的顶压和侧压，掘进和支护比较容易，使用较为普遍。圆形巷道一般用在立井井筒中。2、巷道断面尺寸的决定巷道断面尺寸主要依据用途来决定，并用所需通过风量来校正。（1）巷道净宽的确定。“规程”规定：运输巷两侧与运输设备最突出部分之间的距离，应符合下列要求：新建矿井、生产矿井新掘运输巷的一侧，从巷道道碴面起1.6m的高度内，必须留有0.8m（综合机械化采煤矿井为1m）以上的人行道，管道吊挂高度不得低于1.8m；巷道另一侧的宽度不得小于0.3m（综合机械化采煤矿井为0.5m）的要求。其中斜井采用矿车提升的矿井若兼作提人用，则必须考虑人车的宽度。（2）巷道净高的确定，根据“规程”规定：主要运输和主要风巷的净高，自轨面起不得低于2m。使用架线电机车时，根据地点不同，其净高要求在1.92.2m。薄煤层的采区上下山和生产矿井现有巷道不得低于1.8m。其他巷道的净断面或净高，由企业统一规定。巷道净断面的设计，必须按支护最大允许变形后的断面计算。二、岩石巷道的掘进目前，岩石巷道的掘进，还是以钻爆法为主。如何提高光面爆破技术，加强工作面临时支护质量问题，是提高岩石巷道掘进进度和质量的重要保证。1、光面爆破。即爆破后巷道成型规则，围岩裂隙少，围岩的整体性和稳定性能得到保持，实现光面爆破应采取合理选择光面爆破参数，适当加密周边眼眼距，合理选择装药结构和起爆顺序等一系列必要的措施。光面爆破的标准是：眼痕率，硬岩不小于80%，中硬岩不小于60%；软岩巷道，周边成型符合设计轮廓，前后两炮的台阶基本相接，误差不大龄150mm，岩面不应有炮震裂缝。2、临时支架在岩巷掘进时，一般采用金属临时支架。金属临时支架优点是：支架结构形式易于适用各种巷道断面形状，强度大，能保证工程质量和作业安全，节约坑木，降低工程成本；架设拆除方便，可以重得使用。根据巷道两帮围岩的稳定情况，可以采用无腿金属临时支架或有腿金属临时支架。临时支架必须架设牢固，而且与永久支架距离应根据围岩性质等自然条件在作业规程中明确规定。案例：1984年8月28日山西西山矿务局某矿因无腿金属支架架设质量不合格，与砌碹距离过大而发生一起死亡5人，受伤5人特大事故。在斜井表上掘进用临时木支护时，掘进至硬岩后（至少5m），应及时从下往上进行砌谴。在下山掘进采用矿车运输时，为了避免发生断绳或脱钩事故，应在巷道上部和巷道内设置防止跑车即“坡档”装置。三、煤巷掘进我国目前煤矿掘进除钻法外，还有采用效率较高的煤巷掘进机和掘进装载机。我省大部分煤矿还是以钻眼爆破法为主。在煤层掘进中一般多含有瓦斯，爆破后又有大量煤尘飞扬，除应加强局部通风外，还应慎重选择爆破器材和爆破方法，以免引起瓦斯煤尘爆炸。在煤巷中掘进巷道，一般采用双巷掘井，每隔一定距离开风眼贯通。但是双巷掘进的工作量大，掘进准备时间长。目前，有许多煤矿，采取了长距离通风等有效的技术和安全措施，实行单巷掘进；取得了良好的技术经济效果。有瓦斯，煤尘爆炸危险的矿井，使用毫秒电雷管必须选用130毫秒以内的雷管。必须使用煤矿专用的防爆发爆器放炮，禁止用动力电源放炮。第二节巷道支护支护的作用，在于改善围岩稳定状况和控制围岩运动的发展速度，以维持安全的工作空间。巷道支护方式有木支架、钢筋混凝土支架、料石砌谴和混凝土发谴、金属支架以及锚杆喷浆和喷射混凝土等。支架，砌碹等支护方式，是着重改善围岩运行状况；锚杆支架侧重于提高围岩本身强度；锚杆喷浆等支护方法，是将提高围岩本身强度和改善围岩运动状况这二者结合起来。支护方式的选择，决定于围岩稳定状况。对受工作面采动影响小的巷道，可采用沉缩小的刚性支护（永久巷道可砌碹，一般巷道用金属支架。当前应推广锚杆喷浆等支护方式）。对受工作面采动影响大的不稳定巷道，应选用可塑性支架CU型钢支架等）。在实际工作中，支架形式及其结构、材料，应当根据巷道的用途和服务年限，巷道断面形状和规格，围岩性质，以及技术条件和经济合理性，通过分析和比较来选择。一、木支架这种支架以梯形结构为主，杭木的直径一般16-22cm，1、木支架的结构和连接形式木支架的结构形式是梯形棚子。按顶梁与立柱的连接形式，常见的有亲口棚子。亲口棚子顶梁与主柱的连接，为相互咬合的亲口接合形式。它可以在各种地压条件下使用。2、棚子的架设质量木棚的架设质量要求较严，必须做到：（1）梁和腿的结合必须紧密，不应出现“吊唇”或“后穷”，使整个支架均衡承受压力。（2）为了抵抗巷道的侧压，棚腿必须保持适当的岔脚。岔脚的大小，决定于巷道岩层性质和两帮的压力。侧压较大时，岔脚应当大些，侧压较小时，岔脚可以小些。一般，岔脚应相当于棚腿长度的1/5到1/4。（3）在水平巷道中，棚子必须扶正，防止出现歪扭或前倾、后仰。对于倾斜巷道（上、下山）顶板不仅对支架施加垂直方向的压力，而且还有使支架沿倾斜向下滑动的推力。为使巷道稳固，支架应有一定角度的迎山。迎山角度的大小，与巷道坡度有关。一般巷道坡度每增加6°8°，支架沿倾斜方向应上迎1°（4）支架间应设牢固的撑木，支架和顶、帮之间的空隙，必须背紧。顶上空隙，要用木垛接顶，顶帮松软时，背板要布满背实。二、金属支架金属支架主要有梯形、拱形两种1、金属梯形支架，属于刚性支架。其主要力学特征为不可缩、承载能力较小。适用于：围岩较稳定，变形量较小，在200m左右，多用于巷道净断面小于10m2的炮采工作面及综采工作面的2、拱形可缩性金属支架主要有半圆拱可缩性支架，三心拱直腿可缩性支架、三心拱曲腿可缩性支架，其力学特性和适用条件。序号支架架型主要力学特征适用条件1半圆拱可缩性支架承载能力较大，特别是在均匀受压时回采巷道和与集中胶带机道连通的石门，围岩压力较大，较均匀或有一定侧压，顶底板相对移近率在10%-35%之间2三心拱直腿可缩性支架承载能力较大特别是在顶压较大时回采巷道和与集中胶带机道连通的石门，围岩压力较大，特别是顶压较大，顶底板相对移近率在10%-35%之间3三心拱曲腿可缩性支架承载能力较大，抗侧压能力较大回采巷道和与集中胶带机道连通的石门，围岩压力较大，压力较均匀，顶压和侧压均较大，顶底板相对移近率在10%-35%之间。三、锚杆支护锚杆支护是快速、安全、经济的巷道支护方式，是当今世界巷道支护技术的主要发展方向。1、锚杆支护原理（1）锚杆作用：把薄层岩石组合起来，形成一个组合梁，对岩层起锚固作用。（2）悬吊作用：可把松软围岩牢固地悬吊在坚固的岩层上，对岩层起悬吊作用，以此来固定顶棚岩石。（3）承载环作用：利用锚杆可使围岩形成一个坚强的承载环，以此支承上部围岩，从而形成对锚杆岩层的承载作用。在实际应用中往往是两种或三种作用的组合形成。2、锚杆的种类及其适用条件锚杆支护类型很多，按锚杆材料分有木锚杆、压缩木锚杆、金属楔缝式锚杆、金属倒楔式锚杆、钢筋、旧钢丝绳砂浆锚杆、树脂锚杆、快硬水泥锚杆。按锚杆作用方式分类，有端头锚固型锚杆、全长胶结型锚杆、摩擦型锚杆、长锚索法锚杆等。木锚杆的结构简单、制造容易、成本低，但锚固力小（一吨左右），使用期限短。一般用于围岩压力不大，服务年限不长（一年左右）的巷道，如果经过防腐处理，木锚杆可以服务2-3年。压缩木锚杆，是由木材经过压缩加工后制成的一种锚杆。这种锚杆安装后，逐渐吸收空气中的水分，整体膨胀，挤压孔壁，形成整体锚固。因此，它的锚固力比普通的木锚杆大。其缺点是加工复杂成本高，运输保管困难。一般用在服务年限2-3年的准备巷道。金属楔缝式锚杆的优点是结构简单，工作可靠。缺点是使用后一般不能回收，岩层较软时不使用。金属倒楔式锚杆的锚固力，一般可达四吨以上，它适用于服务年限三年以上的巷道，如果巷道服务年限很长，眼孔中最好注入水泥砂浆。钢筋砂浆、旧钢丝绳砂浆锚杆结构简单、制造容易、成本低、锚固力大。它的缺点是不能立即实现初锚力，如果将钢筋砂浆锚杆或旧钢丝绳砂浆锚杆配合喷浆使用，可用在服务年限较长的主要巷道和硐室。此外，它还可用来防止巷道底鼓。快硬水泥端头锚杆，杆体为钢筋。具有初凝时间短4050秒，终凝时间5分钟，锚固力大约8-10吨，价格较便宜，不老化一种锚杆。可用在服务年限较长的开拓、准备巷道。树脂锚杆，它也是端头锚杆。比快硬水泥锚杆更容易操作，锚固力强且初凝与终凝时间短，一般10-20秒即可终凝，可用作各类巷道的临时支护和永久支护。价格较贵，时间过长容易老化而降低锚固力。可用在服务年限较长的各类巷道。近几年研制一种可回收的双楔胀壳式锚杆。锚杆杆体为普通圆钢。将高强度塑料加工成的两组楔锥体。在钻孔内部的楔锥体中镶钳上一个螺母，用以固定锚杆杆体，锚杆的锚固方式是靠两个楔锥楔紧后外壳与钻孔壁之间摩擦力来实现的。锚杆杆体与锚固端是靠螺纹连接的，所以拆卸十分方便，便于杆体回收。3、锚杆支护的优缺点。锚杆支护与其它支护方式相比，其优点是：坚固、耐用、安全、可靠；巷道维护量少、施工工程简单、劳动强度低；可紧跟掘进工作面，便于组织掘进，支护平行作业和一次成巷；有利于实现快速掘进和支护机械化；可缩小巷道掘进断面约10-20%，节省大量建筑材料，掘进费用低。它的缺点是打顶眼困难。五、喷浆（或喷射混凝土）支护。单纯的锚杆支护，不能防止围岩风化和脱落，因此应和喷浆（混凝土）联合使用，即锚喷支护。喷浆就是利用压风，通过喷射机把水泥砂浆（或混凝土）喷射到巷道的表面上，形成一个坚实的保护层。它既可防止围岩风化，又能增加围岩支撑能力。喷浆材料主要是水泥、砂子、石子和水，配以速凝剂。其配比喷顶部用1：2：2，喷两帮用1：2.5：2，初喷配比为1：2.5：1或1：2.5：15。喷浆厚度应视巷道围岩f值随巷道跨度而定。一般为50150mm左右，当岩层破碎或巷道跨度较大时，通常配以钢丝网，钢带等方式来解决。光爆锚喷层护已在全省国有煤矿中广泛使用。但我省小煤矿却很少使用，因此，要在全省煤矿中大力推行光爆锚喷技术，以改善我省煤矿井下作业条件。六、料石及混凝土砌碹我国煤矿通常采用半圆拱和三心拱砌碹。这种支护方式，拱顶压力通过直墙传给底板岩石。拱的厚度一般在300mm左右。基础深度，没有水沟的一侧为250mm，有水沟的一侧根据水沟的深度再加250mm为宜。基础的宽度（厚）度，一般比墙厚多100mm左右。砌筑料石时，要求垂直的砌缝错开，横缝保持水平。灰缝要均匀、饱满、一般在10mm左右，砌墙时，应保证墙的垂直度和水平度。此种砌碹方式通常在斜井，平硐表土层中采用，而井下围岩中通常都被锚喷支护所代替。第四章采煤方法及现场管理采煤方法的种类较多。按照工作面长度可分为长壁式采煤法和短壁式采煤法两类。按照采煤工艺方式和机械化程度不同，可分为炮采面、机采面、水采面和综采面等。按方法分可分为正规采煤方法和非正规采煤方法两种。第一节正规采煤方法及管理要点按照我省各煤矿现行和曾用过的各类正规采煤方法缓倾斜、倾斜煤层有单一长壁采煤法、倾斜分层采煤法、水砂充填采煤法、掩护支架采煤法、水力采煤法和综采放顶煤采煤法：急倾斜煤层的水平分层、斜切分层采煤法等。本文重点介绍几种常用的正规采煤方法及管理要点。一、走向长壁采煤工作面采煤工艺1、炮采工艺走向长壁采煤工作面采用炮采艺采煤时，其生产过程是：爆破。主要由打眼、装药、封泥、联线和起爆等工序组成。当工作面较长时可采用分段爆破方式完成。（2）装煤。通常由爆破装煤和人工装煤共同完成。有的在刮板运输机槽上架设档板，以增加爆破装煤效果。（3）运煤。当工作面倾角在20°以下时，一般应用可弯曲刮板运输机运煤，倾角在20°25°时，可采用塘瓷溜槽运煤，倾角大于25°可采用铁溜槽运煤。（4）支护。目前，炮采工作面使用的支护装备主要有抗炮崩的单体液压支柱与铰接顶梁组成的悬壁梁支架和木支架两种。木支架支撑强度小，有的不能适用顶板下沉需要而容易发生冒顶事故。因此有条件工作面应使用单体液压支柱支护。（5）采空区处理。目前主要采用全部垮落法。当工作面支架的控顶距离达到作业规程规定的最大控顶距时，将靠近采空区的一排或两排支架撤掉，让顶板垮落，称之为回柱放顶。切顶线一排支架需要特殊处理，特殊支架应根据顶板性质、厚度在作业规程中要明确规定，现场作业时要严格遵守执行，遇有地质构造需随时加强支架，防止冒顶事故发生。炮采工艺的优点是适用性较强，各种条件的工作面均可采用；所需设备少，投资小。其缺点有：回柱与和顶作业不够安全，产量及效率低，工人劳动强度大等。技术管理要点：“规程”规定：“采煤工作面所有安全出口与巷道连接处20m范围内必须加强支护：综采工作面此范围的巷道高度不得低于1.8m，其他采煤工作面不得低于1.6m。”“采煤工作面的伞檐不得超过作业规程的规定，不得任意丢失顶煤和底煤。工作面的浮煤应清理干净。”“用垮落法控制顶板时，回柱放顶的方法和安全措施，放顶与爆破，机械落煤等工序平行作业的安全距离，放顶区内支架、木柱、木垛回收方法必须在作业规程中明确规定。”“采煤工作面用密集支柱切顶时，两段密集支柱之间必须留有宽0.5m以上的出口。采用无密集支柱切顶时，必须有防止工作面冒顶和矸石窜入工作面的措施。”2、普通机械化采煤工艺（1）普采工作面主要技术装备有：滚筒式采煤机或刨煤机、可弯曲刮板输送机与其配套的推移千斤顶、单体液压支柱与绞接顶梁、乳化液泵站等。当采用单滚筒采煤机采煤时，需要人工预开缺口。当采用大功率双滚筒采煤机、重型可弯曲刮板输送机时，使开缺口与清扫机道浮煤这两道工序也实现了机械化，从而进一步减轻了工人的劳动强度，提高了生产效率，也改善了安全条件，此种装备称为高档普采。二、综合机械化采煤工艺综合机械化采煤具有高产、高效、安全、生产集中等特点，但设备投资较大，对地质条件要求较高。1、综采工作面的主要设备及其在工作面的布置。综采工作面设备布置，其中主要设备有：（1）浅截式滚筒采煤机或刨煤机。摇臂式双滚筒可调高采煤机是综采工作面应用最多的采煤机，它以刮板输送机作为轨道，沿工作面往复进行割煤和装煤。（2）可弯曲刮板输送机。主要用于运煤，另外它还是采煤机运行的轨道和移置液压支架的支点。（3）液压自移支架和端头支架。液压自移支架以高压乳化液作为动力，通过操纵阀的控制，能实现升、降和前移等动作，负责完成支护顶板和处理采空区两道主要工序。端头支架是专门用来加强工作面上下端头顶板支护的液压支架。（4）桥式转载机。用于在工作面刮板输送机和运输巷带式输送机之间完成煤炭的转载任务。（5）可伸缩带式输送机。是运输巷的主要运煤设备，它可以通过贮藏装置比较方便地调整长度，以适应工作面回采过程中运输距离的变化。（6）乳化液泵站，为液压支架等液压设备提供动能。（7）移动变电站。为综采工作面实现高压供电，一般为1000V。保证综采设备正常运转。三、综采放顶煤采煤工艺1、综采放顶煤技术主要有以下几种类型：（1）一次采全厚放顶煤技术，它是在煤层下部沿着底板布置采煤工作面，在采煤过程中有步骤地放落顶煤。（2）急倾斜特厚煤层分段放顶煤技术。按一定的标高自上而下分段，在每个分段里布置采煤工作面进行放顶煤开采。我省梅河煤矿采用此法进行采煤工作，获得了高产、高效、高效益的成果。2、综采放顶煤采煤工艺又可分为：（1）高位开天窗放顶煤工艺，即采用一部刮板输送机同时完成工作面割煤和放顶煤二种工序。一般为割2刀放1次顶煤为一个循环。（2）低位收尾梁放顶煤工艺。工作面铺设2部刮板运输机。前部运输机只负担割煤进刀运煤任务，后部运输机负担放顶煤运煤任务。1刀1放为1个循环。（3）“规程”规定采用综合机械化采煤法放顶煤开采时，必须遵守下列规定：1）必须根据煤层地质特征编制放顶煤开采设计。2）工作面必须符合以下条件：a地煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出危险性；b顶煤和煤层顶板能随放煤即行垮落或在采取预醒爆破等措施后能及时垮落，且顶板垮落充填采空区的高度大于采放煤高度。3）必须针对煤层的开采技术条件和放顶煤开采工艺的特点，对防火、防尘、防瓦斯、放煤步距、放煤顺序、采放平行关系、顶板控制、支架造型、端头支护、切眼扩面、支架安装、初次放顶（煤）、工作面收尾及支架回撤等制定安全技术措施。4）大块煤（研）卡住放煤自时，严禁爆破处理；有瓦斯或煤尘爆炸危险时，严禁挑顶煤爆破作业。三、急倾斜煤层采煤方法1、倒台阶采煤法（略）。2、伪倾斜柔性掩护支架采煤法（略）。3、水平分层和斜切分层工作面一般采取垂直煤层走向布置，沿煤层走向推进。正斜切分层工作面长度较大，水平分层工作面长度次之，而倒斜切工作面长度短。因此，水平分层与斜切分层采煤的工作面长度都比较小，所以工作面生产能力较低。水平分层和斜切分层采煤法分层开采采用两种假顶隔离采空区已垮落的研石：一种是人工假顶如采用杏条帘子作假顶材料：还有用金属网作假顶材料。另一种是煤皮假顶，用一定厚度煤皮做工作面护顶煤，放顶时可回收一部份煤炭。但影响煤质。且安全性较差。五、水力采煤工作面采煤工艺我国常用的水力采煤方法有两种：倾斜条带漏斗式和走向小阶段式。二者除巷道布置及回采工艺各有一些特点外，其基本原理及方法相似。下面仅简单介绍倾斜漏斗式采煤法。漏斗式水力采煤方法是在我国缓倾斜煤层中最常用的一种水力采煤方法。在采区中部沿煤层倾斜开掘一对上山1及2，每隔一定距离以联络眼3联通。然后自采区上山向两侧以5-7%的坡度开掘区段溜煤巷4和辅巷5，直掘至采区边界后，沿煤层倾斜方向向上掘进开切眼7，与段回风巷9相连通，并把煤体切割为20m左右宽的倾斜煤带。回采时水枪安设于回采眼7中，自上而下回采两侧的煤体（称为回收煤柱）。冲采下来的煤水混合沿着开切上山及运输巷铺设的溜槽，自流到采区或中央煤水仓中，新鲜风流由采区上山、区段运输巷、经开切眼上行到工作面。工作面的乏风，经联络眼穿过采空区经区段回风巷，由上山排出。水力采煤的工艺方法与旱采不同，落煤、装煤、运煤及控制顶板等工序，完全由水枪统一进行。由于受到效射程的限制，水枪在冲采一定范围内后，就要拆移（沿开采眼向下移置一定的距离），这种每拆移一次水枪，在开采眼一侧所能冲采的范围称为煤垛。煤垛长度为5-8m。为使煤水在煤垛内畅通流动，避免煤块淤积损失，回采面应与开采眼保持一定的角度（一般是65°75°），使回采面形成漏斗形。为避免回采工作的相互影响。两相邻回采面应保持一定错距（一般为1525m）。水采矿井在工艺上有很多优点：采煤工艺简单，能适用地质条件较为复杂的矿井，生产能力较大，效率高、成本低、劳动强度小，生产安全，增产潜力大。它的缺点是：工作面通风是采用局扇加老塘窜风通风方式有瓦斯突出矿井不准采用水力采煤方法，电能消耗较大；井下环境比较潮湿，工人易得职业病等。“规程”规定：采用水力采煤时，应遵守下列规定：1、相邻2个小阶段巷道之间和漏斗式采煤的相邻2个上山眼之间，必须开凿联络巷，用以通风，运料和行人。联络巷间距和支护形式必须在作业规程中规定。2、回采时，2个相邻小阶段巷道或漏斗工作面之间的错距，不得小于5m。3、采煤工作面附近必须有设置通信设备，在水枪附近必须装有直通高压泵房或调度站的声光兼备的信号装置。4、在顶板破碎或压力较大的煤层中，漏斗工采煤时，上山眼两侧的回采煤垛应上下错开；左右交替采煤。5、煤层倾角超过15°的漏斗式采煤工作面，必须在采空区架设档矸点柱等。第二节非正规采煤方法及管理要点我省多数煤矿，特别是量多面广的小煤矿，由于煤层埋藏条件较差，地质构造复杂，煤层厚度变化很大，多数呈鸡窝状状态赋存。因此，有些煤矿采用非正规采煤方法，即巷柱式采煤方法。巷柱式采煤方法一般可分为水平巷柱和倾斜巷柱采煤法二类：一、水平巷柱采煤法1、适用条件：煤层倾角大于25°的倾斜、急倾斜煤层；煤层厚度为厚、特厚煤层。巷道布置：巷层布置方式。每一对区段上山间距以80100m为宜，区段上山必须采用双上山，其中一条作下货溜煤用，另一条作回风和行人用；回风巷作预留巷，不允许开采，而且此预留巷应布置在煤层内靠近顶板一侧；每个分层高度以55.5m为宜，每条分层顺槽应沿底板掘送，送至分区境界后向顶板方向掘送煤门，若煤层水平厚度大于20m，则应布置顶底板顺槽；回采顺序每个小煤门顶向底板方向后退，每个采垛尺寸34m为宜；工作面通风采用局扇十老塘串风方式，易自然发火煤层一般不宜用老塘串风方式，而是采用强制通风方式，加大局部通风风量，以排放瓦斯。技术管理上必须有上行风道，禁止一条道独头回采。每一分层采高要测准，顺槽必须有按腰线施工，掘送方向应由外往里，不要反向掘进。各条上山和顺槽支架要完整，帮顶必须刹严。拉门子必须架设台棚，不准拉对口门子。多煤层开采，必须先采上层，后采下层，杜绝采肥丢瘦。“规程”规定：工作面有2个或2个以上自由面时，在煤层中最小抵抗线不得小于0.5m，在岩层中最小抵抗线不得小于0.3m浅眼装药爆破大岩块时，最小抵抗线和封泥长度都不得小于0.3m严禁裸露爆破（即放糊炮）。因此，在回采工作面回挑顶煤（包括放炮处理伞檐）必须遵守上述规定。二、倾斜巷柱采煤法1、适用条件：煤层倾角小于25°的薄及中厚煤层；大于25°的薄及中厚煤层可用伪倾斜巷柱采煤法。2、巷道布置：巷道布置方式。每一区段必须上有回风道、下有运输道。每组必须有三条上山，其中一条回采，中间一条用作通风，另一条向上掘进。回采基本原则为见二回一，不能采过头回采及前进上山内必须安设自滑溜槽，并用档板隔开。坡度过小时可采用塘瓷自滑溜槽或铺设小型刮板输送机。上山一般应沿煤层底板掘送。每一回采上山间距以5m为宜，最大不超过6m。每一采垛以23m为宜。回采时必须架好抬棚，双面回采时左右应有错距，而且左右架好抬棚。工作面采用局扇+老塘串风的通风方式，二条回采上山之间每隔一定间距应用联络巷贯通，以利通风和行人。三、非正规采煤方法的缺点回采率低，一般在5070%之间，丢煤多易造成自然发火，工作面通风不能采用全负压通风，通风系统可靠性差；掘进率高、准备工作量大；回采工作面只能采用木支护，强度低安全性差，生产能力低，不能采用机械化开采。它是一种较落后的采煤方法，可在地质复杂块段和边角块段中应用。第三节采场矿山压力及其显现一、矿山压力及其显现煤矿在未进行采掘活动之前，岩体或煤层内应处于平衡状态。当煤矿进行采掘作业后，特别是回采后使岩体的平衡状态受到破坏，引起了应力重新平衡。在应力重新分布的过程中，围岩发生变形和位移，同时围岩内的应力也发生了增大，减小甚至改变了原有的性质。这种引起围岩位移的力和围岩体中变化后的应力就叫做矿山压力。在矿山压力作用下发生的围岩运动以及由此产生的支护受力或变形等现象，叫矿山压力显现。例如：顶板下沉、垮落、底板隆起、片帮冒顶、支架变形和损坏、岩层和地表移动、煤岩突出等都是矿山压力显现。二、影响矿山压力显现的因素矿压显现规律的影响因素，可分为地质因素和开采因素2大类。1、地质因素 地质因素是自然形成的不可改变的客观因素主要有岩石力学性质、开采深度、煤层倾角、断层、裂隙节理工和地下水等。（1）岩石力学性质。矿压显现起主要作用的是岩石的力学性质。若顶板坚硬、强度高、则来压显现剧烈，反之，则来压不明显。（2）开采深度。采深增加，矿压显现趋于明显。（3）煤层倾角。倾角越小矿压显现越剧烈，随着倾角的增加，顶板下沉量变小。（4）断层、裂隙及节理。节理和裂隙的存在使岩石强度降低，顶板容易规范垮落，则矿压显现缓和。（5）地下水，遇不膨胀的岩石往往对巷道造成程度不同的破坏。2、开采技术因素开采技术因素是人为可改变的，只要掌握矿压显现规律即可控制和改变这些影响因素，主要有巷道位置、支护方法、开采程序、工作面推进速度及顶板控制方法等。（1）巷道位置。若巷道开掘在支承压力影响，则巷道受压大；若巷道开掘在原始应力区，受压小，则易于维护。（2）开采程序。相向推进回采工作面至停止线时，矿压显现剧烈，孤岛式工作面的矿压显现剧烈。在煤层群开采时，上部煤回采可减轻下部煤层开采的矿压显现程度，若上部煤层留有煤柱，则在该煤柱下进行煤层开采时，矿压明显增加，开采困难。（3）支护方法。液压支架工作阻力大，稳定性好，则矿压显现趋于缓和，比单体支架、木支架的支护控顶好得多。（4）顶板控制方法。不同有顶板控制方法、矿压显现不同。（5）工作面推进速度，在一定条件下，工作面推进速度快的，矿压显现则小。三、采场矿山压力及其显现1、支承压力当煤层内掘出巷道后，原始应力状态遭到破坏，引起应力重新分布，此时，巷道上方岩体重量由两侧煤体承担，在煤体内形成应力升高的应力称为支承压力，如图2-4-9所示。由于支承压力的作用，造成了巷道变形和破坏，顶板预先下沉，煤的压出及煤与沼气突出等矿山压力显现。顶板预先下沉：由于支承压力随工作面前进而向前移动，支承压力峰值作用区始终超前工作面一定距离。在此超前压力作用下，顶板未悬露前就开始下沉而产生裂隙，给控顶增加了困难。2、围岩破坏规律根据岩石性质及其与煤层的相对位置，把煤层的围岩划分为伪顶，直接顶、老顶、直接底、老底等。（详见第一章第一节）为了指导回采工作面顶板管理，选择支架和处理采空区工作，按国内现在的试行方案将直接顶分四类，老顶分为四级。当采用全部垮落法采煤时（非正规采煤法可参考之法），工作面在煤层面造成了采空区，使上覆岩层随回采工作面推进发生变形、破坏，最后垮落。若直接顶垮落的岩石不能充满采空区时，使老顶开始悬露。初期，老顶依靠本身的强度由煤壁支撑，能悬露一定面积不垮落，此时，回采工作面处于免压状态。随工作面不断推进，老顶悬露跨度增加，煤壁支承压力增大，同时老顶开始变形，至极限跨度时，老顶发生断裂、垮落、使回采工作面顶板的下沉量和下沉速度急剧增加，造成对回采工作面的威胁，这种现象叫“老顶初次来压。”表2-4-1直接顶和老顶类级别划分表直接顶类别指标ⅠⅡⅢⅣ附注不稳定顶板中等稳定顶板稳定顶板坚硬顶板主要指标(D)参考指标(L)≤30≤831-709-1871-12019-25＞120＞25D-直接顶强度指标D=a·C·C2式中a—岩石单向抗压强C1节理裂隙影响系数C2—分层厚度影响系数老顶分级ⅠⅡⅢⅣ老顶来压显示不明显明显强烈极强烈指标(N)N＞2-50.3＜N≤3-5L=25--300.3＜N≤3-5L＞50或N≤0.3L=25--50N≤0.3L＞50在老顶初次垮落后，采场支架所受载荷减轻。但是，随着工作面继续推进，老顶悬露面积再次逐渐增大，当悬露跨度达到一定宽度时，老顶再次发生断裂、垮落，使工作面顶板的下沉量和下沉速度增加，压力增大，此现象称为“二次来压。”因为老顶二次来压是周期出现的，所以亦称“周期亚压”。由于地质条件及老顶岩石性质不同，老顶周期来压规律及对回采工作面影响程度都有差异。因此，要保证采煤生产正常进行，必须对老顶周期来压规律进行认真观测，以便采取积极措施，减轻对回采工作的影响，防止冒顶事故发生。由于顶板垮落，上覆岩层遭到破坏，其破坏规律大致如图2-4-12所示。在采空区上方形成了三个破坏带。即：冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。1）冒落带岩块呈不规则垮落，岩体碎胀系数（破碎后的岩石体积与岩石原来在完整时的体积之比）比较大，一般可达1.31.5。冒落带的岩块填满采空区，它的高度一般由采高和顶板岩石性质、厚度决定。2）裂隙带由于冒落带岩块被上覆岩层逐渐压实，其上部岩层下沉后断裂，一但断裂岩块排列比较整齐，岩体的碎胀系数很小，称为裂隙带。裂隙带厚度比冒落厚度大。3）弯曲下沉带裂隙带之上的岩层只发生弯曲、下沉或同时产生微小的裂隙。其下沉量小、下沉速度缓慢，常波及至地表。思考题1、试叙述综采工作面的装备。2、水平巷柱和倾斜巷柱采煤法技术管理主要要点有哪些？3、煤层平巷和上山为什么不准拉对口门子？4、什么叫矿山压力“什么叫矿山压力显现？5、影响矿山威力显现的因素有哪些？采面采过后，上覆岩形成哪三个带？第五章顶板事故与防治顶板事故是煤矿生产建设多发生事故，据近几年统主它占各类事故的45%左右，积极采取措施，加强现场管理，防治顶板事故，对降低煤矿事故具有十分重大的意义。通过对近几年发生的重大冒顶事故的分析，发生在采煤工作面的占74.6%，发生在掘进工作面的占22.2%，巷修时发重大冒顶事故点3.2%。回采工作面顶板事故按主要直接原因分：空顶或放老塘煤占10.6%：一支护密度、强度不够占12.9%；过断层无针对性措施占10.6%；初次放顶措施不力占27.7%；支架质量低劣，支撑力不足占27.6%；其它占10.6。在掘进工作面发生的顶板事故中，按主要直接原因分；空顶作业占16.7%；支护密度和强度不够的占27.8%；工程质量低劣占22.2%；过断层没采取措施占27.8%；其它占5%。第一节采煤工作面常事故与防治一、采煤工作面冒顶事故分类采煤工作面顶板事故按顶板冒落范围大小分为局部冒顶事故和大面积冒顶事故2大类。我省煤矿以局部冒顶事故居多，如非正规采煤法的支架强度不够，支架构件不全，帮顶不严，空帮空顶形成吊铺，伞檐甚至有的工人进空顶作业等。在正规采煤工作面局部冒顶可分为“靠近煤壁附近的局部冒顶、工作面上下出口的局部冒顶、放顶线附近的和地质破坏带附近的局部冒顶”。大面积冒顶是指范围较大，伤亡人数多的冒顶，它包括老顶来压时的压垮型冒顶、厚层难冒顶板大面积冒顶、直接顶导致的压垮型冒顶、大面积漏垮型冒顶、复合顶板推垮型冒顶、金属网下推垮型冒顶、大块游离顶板旋转推垮型冒顶、采空区冒研冲入工作面的推垮型冒顶等。以上冒顶一般多发生正规采煤法的工作面中，非正规采煤法此类冒顶不多见。二、采工作面局部冒顶事故的防治1、局部冒顶危险的检查方法（1）木楔法。在裂缝中打入小木楔，一定时间后若木楔松动或夹不住掉下，说明裂缝在扩大，有冒顶的危险。（2）敲帮问顶法。用钢钎或手镐敲击顶板，声音清脆响亮的，表明顶板完好；发生“空空”或“嗡嗡”声的，表明顶板岩层已离层，应把脱离的岩块挑下来；（3）震动法。右手持凿子或搞头，左手指扶顶板，如感到顶板震动，即使听不到破裂声，也说明此岩石已与整体顶板分离。2、局部冒顶的防治（1）正规采煤法的煤帮附近的防治措施；1）采用能及时支护悬露顶板的支架，如正悬臂交错金属顶梁支架，横板连锁棚子及贴帮点柱等；2）尽量使工作面与煤层的主要节理、裂隙方向垂直或斜交，避免片帮；3）炮采时，炮眼角度及装药量应合理，防止崩倒支架；4）严禁工人在无支护空顶区作业。（2）防治上下口局部冒顶的措施；1）支架必须有足够的强度；2）采用十字绞接顶梁和“4对8梁”支护；3）采煤工作面所有安全出口与巷道连接处20m范围内，必须加强支护。（3）防治放顶线附近的局部冒顶的主要措施是：1）如果是金属支柱工作面可用木柱代替，最后用绞车回木柱；2）为了防止金属网上大块游离岩块在回柱时滚下来，推倒支架而发生局部冒顶。当岩块较小时，可用木柱替换金属支柱，当大块岩石沿走向超过一次放顶步距时，在局部范围内要延长控顶距，待大岩块全部处在放顶线以外的采空区时再用绞车回木柱。3）地质破坏带附近的局部冒顶。应在断层两侧加设木垛加强支护，并迎着岩块可能滑下的方向支设哉柱，加强褶曲轴部等破碎带的支护。4）采用刀柱法工作面，采留比一定要严格作业规程执行，否则容易发生冒顶事故。案例：2001年10月23日我省某矿刀柱式采煤工作面，按作业规定采8留20该面队长违章指挥，将留2煤柱采出一部分，致使直接顶突然昌落，压垮工作面顶柱而将8名工人埋压致死。3．非正规采煤工作面局部昌顶的防治（1）采面顺槽、上山必须有牢固的支架，支架构件必须齐全，支好撑木，上山棚子必须加设腰撑木；帮顶必须背严背实。案例：2003年11月27日我省某矿，因回采工作面支护强度和密度不够，工人正处理支架时，其直接顶一块长7m、宽3m、厚1.2m的大块岩石突然冒落，推垮支架将3名工人埋住，当场死亡。（1）一旦发生空顶必须用木垛接顶，发现有断梁必须及时更换。（2）拉门子必须垮好台棚，台棚必须紧靠一侧棚腿，台棚受力未稳定时，不准摘被抬的棚腿；每架台棚必须抬两架棚子；不准拉对口棚子。（3）倾斜巷柱工作面必须垮好人字型台棚，左右开碴必须错开，上山必须档好档闸，必要时打好二道档闸。（4）不准进空顶作业，工作面应备配长把工具，小煤矿应推广V型刮板运输机运煤。三、采煤工作面大面积冒顶的原因及防治措施大面积冒顶接垮落类型分为压垮型、推垮型、漏垮型3类。1、压垮型冒顶事故是由于坚硬直接顶或老顶运动时，垂直于顶板方向的作用力，压断压弯工作阻力不够，可缩量不足的支架，或使支柱压入底板，造成大面积切顶事故。2、推垮型冒顶事故是由直接顶和老顶大面积运动造成的。多数情况下，冒顶前直接顶已沿煤壁附近断裂，冒顶后支柱多数沿煤层倾向倾倒而无折损。在采煤工作面中容易发生大冒顶的地点是：（1）开切眼附近。（2）地质破坏带（断层、褶曲）附近。（3）老巷附近。（4）倾角大的地段。（5）顶板岩层含水地段。（6）局部冒顶区附近。3、漏垮型冒顶是由于煤层倾角较大，直接顶又异常破碎，采煤工作面如果某个地点支架失效发生局部漏顶，破碎顶板有可能沿工作面往上全部漏空，造成支架失稳面发生漏垮型事故。4、采煤工作面大面积冒顶预兆凡顶板大面积来压和冒落以前，都会出现一定的预兆，主要预兆有以下几个方面：（1）有响声，岩层下沉断裂，顶板压力急剧加大时，木支架会发出劈裂声，紧接着出现断裂折柱现象。有时也能听到采空区顶板发生断裂的闷雷声。（2）掉渣、片帮。因煤壁受压力增加，变得松软、掉渣、片帮煤比平时增加。（3）顶板裂缝张开，增多。（4）顶板出现离层。（5）瓦斯涌出量增加。（6）有淋水、顶板淋水明显增加。5、采煤工作面大面积冒顶预防措施（1）提高单体支柱的初撑力和刚度。变木柱和金属摩控支柱为单体液压支柱。（2）提高支架的稳定性。煤层倾角大时应采用斜撑、抬棚，木垛等特种支架来增加支架的稳定性。在金属摩擦支柱和金属铰接顶梁采面中，用拉钩式连接器连接起来，形成稳定的整体支架。（3）严格控制采高。（4）采煤工作面初采不要反向开采。（5）掘进回风、运输巷时不得破坏复合顶板。（6）采用高压注水和加制放顶来改变岩体的物理力学性质，以减小顶板悬露及冒落面积。（7）加强矿井地质工作，加强矿压的预测预报。6、预防综采工作面冒顶的安全措施（1）工作面支架要保证有足够的初撑力，支架不漏液、不窜液、不自动卸载。（2）若工作面顶板破碎或支架梁端超过规定值时，可采取超前移架的方法；及时控制顶板，或采取其他必要的措施防止片帮和局部漏顶。（3）要随时对顶板动态进行监测并做好记录。（4）要进行敲帮问顶，严防片帮、掉矸伤人，严禁人员到无支护的空顶区及不安全的地点作业或休息。（5）发现上、下安全出口两帮煤层或顶板有片帮或离层现象时，必须打好戗柱，并背好顶帮。第二节掘进工作面常见事故及防治一、掘进工作面冒顶事故的防治1、根据岩性，控制空顶距，当遇到破碎顶板及时支护；2、严格执行敲帮问顶制度，危石必须挑下，严禁空顶作业；3、在破碎带掘进时，要缩小棚距，用撑木将棚子连成一体，防止推垮；4、炮眼布置及装药量必须与岩石性质、支架和掘进迎头距离相适应，防止放炮崩倒棚子。5、锚杆支护注意眼深和锚杆密度，必要时锚喷网联合支护。二、支架支护巷道冒顶事故的原因与防治1、冒顶事故原因支架支护巷道的冒顶也可分为压型、漏垮型和推垮型三类。（1）压垮型冒顶因巷道顶板或围岩施加给支架的压力过大，压垮了支架而发生冒顶。（2）漏垮型冒顶因无支护巷道或支护失效巷道顶部存在游离岩块，在重力作用下岩块冒落。（3）推垮型冒顶因巷道顶帮破碎岩石，在其运动过程中存在平行巷道轴线的分力，若支架稳定性不够，可能被推倒而发生冒顶。案例：2002年5月26日我省某煤矿急倾斜煤层掘进顺槽工作面，因顶板冒落推倒支架。在处理冒顶过程中领导违章指挥，只给棚子，而对空顶如何处理未作妥善安排。工人却违章又出煤致使空顶扩大达57m21、预防措施（1）在可能情况下巷道应布置在稳定的岩层中，并尽量避免采动的影响；（2）巷道支架应有足够的强度；（3）巷道支架所能承受的变形量，应与巷道使用期围岩可能的变形量相适应；（4）要严格按工序质量要求进行，并特别注意顶与帮的背严背实，杜绝空帮空顶现象；（5）凡因支护失效而空顶的地点，重新支护时应先护顶，再施工；（6）巷道替换支架时，必须先支新支架，再拆老支架；三、锚杆支护巷道冒顶锚杆支护巷道冒顶事故除地质因素外，主要是锚固力不足引起的，锚杆间排距过大、锚杆深度不够、锚杆支护材料选择不当、锚杆支护系统的匹配不合理、施工质量差都会产生这一恶果。四、巷道交叉处冒顶的防治1、开岔口应选择岩性较好的位置2、严格操作规程，先支抬棚，后拆除原棚。3、注意选用抬棚材料的质量和规格，抬棚应紧靠棚腿，必要时架双抬棚，保证台棚有足够的强度。4、当开口处围岩夹角被压坏，应及时采取加强和稳定措施。5、严禁拉对口门子。第三节巷道维修常见事故与预防巷道在围岩压力作用下，可能出现巷道变形、断面缩小、支架折损或顶帮漏煤（岩）块等现象，甚至发生冒顶。当出现这些情况都必须及时处理。如果处理方法不当，就可能延缓处理时间。使小变形变成大变形，小冒顶变成大冒顶，维修和处理的难度加大，而且更严重的是发生人身伤亡事故。一、巷道维修的一般原则1、先外后里先检查维修点前后5m范围内支架的完整稳定情况。必要时可采取临时国固措施以增加后路。禁止在巷道只有一个安全出口的情况下两头处理。2、先支后拆更换巷道支护时，应加固临近支护，拆除原有支护后，必须及时除掉顶帮危研和架设永久支架。3、先上后下倾斜巷道维修支架应该由上至下进行，特别是倾角在15以上时，必须有防止研石、物料滚落和支架歪倒的安全措施。4、先近后远当一条巷道有几处需要维修支架的地段，应该先处理距安全出口较近的地段，逐渐处理完。5、先顶后帮为保证操作人员的人身安全，在处理程序上必须注意先维护顶板，再维护好两帮。二、巷道维修（冒顶）的处理有许多方法。巷道维修（冒顶）的处理有许多方法。1、按照处理冒顶的方法划分按照处理冒顶的方法，可分为：（1）直接支架法要随时注意顶帮围岩情况，防止挖柱窝时片帮伤人（2）撞楔法：其操作过程为：a首先架设棚子；b在棚子梁子上方，向巷道顶板围岩打入一排相互紧靠的撞楔以阻档巷道顶板的垮落；c再打一排撞楔，在打撞楔的同时，可以把岩石取出；d架设下架棚子；e在撞楔末端下面衬上方木，方木中心要留出切口，以便插入下一排撞楔；f在已经架好的两架棚子中间安设平横撑。如此重复工作，使工作面不断向前推进。（3）锚喷法具备锚喷支护设备的岩巷。先处理冒顶区域内顶板及两帮浮石，人员站在安全侧向冒顶区域顶部喷射一层厚30-50mm的混凝土封固顶板，然后再封两帮。当初喷凝固后再打锚杆，若松动圈过大可用锚索锚固，并及时挂网和重喷一次。（4）木垛法这是一般煤矿处理巷道冒顶的常用方法，其冒落范围较大且高度较高，冒落空洞以上顶板基本稳定，可以采用木垛法。先在冒落空洞的下部的冒落煤研为底加打木垛接顶，然后在木垛保护下清理煤研，重新支架。第四节采取措施，防治煤矿顶板事故顶板管理工作仅是搞好安全生产的突破口，同时也标志着矿井生产技术管理的水平和装备的水平。通过对顶板事故原因的分析，在顶板管理上应采取以下措施。1、进一步加强领导，落实责任制。2、加强现场管理，严把质量关。顶板事故中有76%是由于现场管理不当和工程质量不好造成的。坚持区队干部跟班指挥，不准空班，不离现场，把住关键工序。3、加强技术管理，降低多发事故地点的事故率。要加强作业规程的管理，提高规程的编制和审批水平，使作业规程有针对性和指导性。真正成为指导生产的法规。对采煤工作面初次放顶、周期来压、过断层、过旧巷、工作面收尾、以及掘进三岔口和贯通都要事先拟定专门的安全技术措施。为了搞好掘进工作面迎头安全，减少空顶作业，坚持使用超前护顶刹杆。采掘工作面要加强地质工作，组织力量搞好地质预测预报工作，以便提高采取措施。4、加快支护改革速度，正规回采工作面要逐步用单体液压支柱代替目前使用的木支柱和金属摩擦支柱。掘进工作面要逐步加大锚杆支护、锚喷网支护的使用范围，并且要在小煤矿有计划地、有步骤地推广开来。加强顶板管理，减少顶板事故，对煤炭生产和安全都是至关重要的。各级领导要采取措施，防止顶板事故发生，搞好安全生产，保证煤炭工业健康发展。思考题1、采煤工作面大面积冒顶分哪三类？2、巷道维修的一般原则是什么？第六章矿井水害的防治我国矿井水文地质条件是世界上最复杂的国家之一，矿井水害的形式也是多种多样，水害的存在范围也是非常广泛，从地面到井下都存在着水害的防治问题。特别老矿区，分布着许多老窑，其中大部分有积水，一旦采掘工程揭露，不管积水体积多大，则因其涌出来势凶锰并夹杂有害气体，最易伤人，因此要千万小心。全国56年至86年30年间发生淹井事故222起，突水事故1600起，使1318人丧生。吉林省也出现多起事故。2003年湾沟平甸煤矿死亡8人，辽源矿务局梅河矿一井1977年12月9日，突水淹井死亡64人。由此可见矿井突水是煤矿安全生产一大问题。第一节矿井水文地质类型的划分及对水仓的要求一、矿井水文地质类型分四种、依据单位涌水量（m3/h）划分的1、水文地质简单型，涌水量年平均小于180，最大小于300。2、水文地质中等型，涌水量年平均180-600，最大小于1200。3、水文地质复杂型，涌水量年平均600-1200，最大小于1200-3000。4、水文地质极复杂型，涌水量年平均1200-3000，最大小于3000。根据以上四种类型划分的结果，为了保证不淹井，对井下水仓要符合以下要求：要有主仓和副仓，当一个仓进行清理时，另一水仓能正常使用。矿井正常涌水量在1000m3/h时，主要水仓的有效容量应能容纳8小时的正常涌水量。大于1000mQ-矿井每小时正常涌水量。主要水仓的总有效容易不得小于4小时矿井正常涌水量。采区水仓有效容量，应能容纳4小时采区的涌水量。水仓的空仓容量，必须经常保持在总容量的50%以上。对水泵的要求，必须有工作泵，备用泵，检修泵。工作泵的能力，应能在20h排出矿井24小时矿井正常涌水量。备用泵能力不小于工作泵70%，工作泵70%，工作泵和备用泵总能力，应在20h排出24h最大涌水量。检修泵的能力应不小于工作泵能力25%。第二节矿井水的来源矿井水主要有4个来源：一、是地表水，即大气降水。往往是开采地形低洼且埋藏较浅的煤层，在雨季表现尤为明显。地面上的河流、湖泊、水库、池塘也会渗入或流入井下，成为矿井水。二、地下水，有些岩石具有空隙，并含有地下水即含水层，流砂层和砂砾层中的水叫孔隙水，石灰岩含水层中的水叫溶洞水。地下水是可流动的，并不断接受地表水的补给，一般水压高，水量大，来势猛，是井下最直接最常见的水源。三、老窑水（即老空水）报废的大井，过去采过的小煤窑以及矿井里报废的旧巷，常常有积水。一旦打透可在短时内有很大的涌水量涌出，破坏性很大。四、断层水，有的断层破碎带内会积存水，而且断层还常常将不同的含水层连通，有的甚至与地表水相通，当遇到这样断层时，断层水就会涌出来，造成事故。第三节煤矿常见的水害一、地表水开采江、河、湖、水库、池塘等地的地表水影响范围煤层时，或因洪水暴涨水位升高，直接由井口灌入矿井或通过某种通道进入井巷。1、井口位于低洼地势的矿井，地面洪水冲破井口围堤、或由于研石，炉灰等物堆积所选择位置不合理，雨季被山洪冲动淤塞河道或沟渠，造成洪水高出栏洪堤坝，使洪水灌入井下。如焦作矿务局三门河、平时干枯，雨季山洪暴发河水上涨，位于河滩的小煤窑，被洪水灌入而淹没。2.地表水体与第四纪松散流沙和砾岩层有密切水力联系，当井筒穿砂、砾含水层时，地表水以岩石孔隙为通道进入井筒，如济源煤矿某井，因河水通过松散砂砾岩层灌入井筒而淹井。3.当地表水体与煤层顶底板强含水层接触，或地表水与导水断层相连，地表水常为井巷的直接水源。井下突水后，往往造成河流中断或倒灌现象。4.当煤层开采后，其上部的冒落带或导水裂缝带涉及河、湖、池塘等地表水体时，就会发生透水事故。二、岩石孔隙中的地下水煤层本身通常不含水，但邻近的围岩中往往具有大小不等，性质不同的空隙，其中含着地下水，但他们有通道与采掘空间连通时就会是井下涌水水源。井筒穿透松散含水层所造成的水灾在含水充沛的松散沙砾层中凿井时，应对松散层进行特殊处理。若事先未对松散层进行特殊处理，不仅有水进入井筒，而且常伴有泥沙涌出，严重时会造成井壁坍塌，沉陷，井架歪斜。由于巷道冒顶而产生的冲积层透水(1)巷道在靠近煤层露头施工，由于顶板围岩风化破碎，支护不当，易产生冒顶，当冒落高度和导水裂缝达到冲积层强含水层时，就会造成较大的透水事故。如某矿井地面开斜井向下掘进，遇到冲积层水大被迫停掘，以后反过来由下向上掘送，计划与以前向下掘的巷道贯通，因巷岩风化破碎冒顶，冒高17米，达到冲积层含水层，涌水量达5m3（2）开采被松散砾石层直接覆盖的急倾斜煤层、由于煤柱留得过小或采用不合理的采煤方法，如残柱采煤法，采后不加控制顶板，将煤柱破坏，发生冲积层松散物质抽冒，大量黄泥砾岩层并伴水涌入矿井，堵塞巷道事故。与断层构造有关的水（1）巷道直接与断层另一侧含水层相连接触、焦作某矿+65米标高遇断层与另一盘奥陶纪石灰岩接触，水头25米涌水量24.5m3（2）巷道与强含水层接触，并为局部所掩盖，地下水直接进入巷道，或因采空区冒顶，导水裂缝带触及掩盖部分的强含水体而造成突水。如丰城云庄井74年遇断层与岩溶发育的长兴灰岩接触，发生突水淹井。山东洪山煤矿1935年掘进遇断层，导通朱龙河，河水突然涌入，78h全矿淹没，536人丧生，是世界上最大的水灾事故之一。三、老窖水（老空巷水），采掘工作面。打通采空区时，采空区中的积水会在短时间内大量涌出，这是煤矿常见的水灾。如通化矿务局竖井75年案例老巷透水量200m3四、勘探时钻孔封闭不好，当钻孔本身有水或钻孔与其它水体连通，当回采或掘进遇到这样钻孔时就会发生突水事故。五、由于各税煤岩柱，抗压强度不能抵抗水压力和矿山压力的共同作用，巷道掘进后一段时间变形而引起承压水，突然涌出发生水灾。第四节发生矿井水灾的原因发生矿井水灾的根源在于水文情况不清，如果知道水源，但设计不当措施不力管理不善，人的思想麻痹也是一个原因，具体有以下原因。一、地面洪水，放水措施不周密，或有了措施不认真执行，暴雨山洪冲破防洪工程，致使地面水灌入井下。二、水文地质情况不清，井巷接近老空区、充水断层、陷落柱或强含水层，为事先探放水，盲目施工，或进行了探水，但由于措施不严密，造成突水淹井。三、井巷位子设计不合理，接近强含水层，施工后在矿山压力和水压共同压力作用下发生顶底板透水。四、乱采乱掘，破坏了防水煤柱、岩柱、或者施工质量低劣，平巷掘进腰线忽高忽低，造成顶板塌落，接通了强含水层而透水。五、积水巷道位置、测量不准、或资料遗漏，新掘巷道与该巷道打通，或是巷道掘进方向与探水钻孔方向偏离，超出了钻孔控制范围，造成突水。六、进水为构造防水闸门，或虽有防水闸门但未及时关闭，再发生突水条件下，不能起到截堵水的作用。七、井下水泵房的水仓不能按时清理，致使容量减少，或者水泵排水能力不足，突水时突水量大于排水能力，持续时间长，采取临时措施也无法补救时而淹井。第五节井下透水前的征兆当采掘工作面，接近有水体时，出水之前一般都有一些征兆，归纳起来，主要有“挂汗、挂红、水有气味，空气变冷、煤层发潮、发生雾气水叫”等几种现象。一、“挂汗”：当掘进工作面接近积水区时，因水的自身压力作用，通过煤岩裂缝透过煤岩壁结成小水珠，表明前方有地下水。二、“挂红”：水内含有水的氧化物，再通过煤层或岩层裂缝时，在裂缝的表面有暗红的水锈。三、水的气味和颜色有变化，如有臭鸡蛋味，用舌头尝渗出的水感到发涩，把水珠放到手指间摩擦有发滑的感觉，就是老空水的透水预兆，如果有甜味，就是流砂层水和断层水。灰岩溶洞透出水往往呈黄、灰色没有味。四、空气变冷：工作面接近大量积水时，气温骤然下降、煤壁发凉，人一进入有阴冷的感觉。五、煤层发潮：煤层遇有积水渗透，会变得发潮，发暗无光泽，说明附近有积水。六、发生雾气：当巷道温度高时，积水渗到煤壁后会引起蒸发形成雾气。七、“水叫”：压力大的含水层或积水区，向裂缝挤压与两壁发生摩擦而出现“嘶嘶”的叫声，说明工作面前方距积水区很近了，透水危险性很大。以上这些征兆，并不是每个工作面全部出现，有时可能出现12个征兆，甚至出现的征兆不明显，这就要仔细观察，认真辨别。如若确认有透水征兆，要立即报告，撤出人员，等待领导采取措施进行处理。第六节防治措施与方法矿井水来源，条件复杂多变，防水方法也多种多样，必须根据实际情况结合生产需要和安全，经济的合理性，考虑局部和整体，当前与长远，权衡利弊，慎重选择防治方法。防治水，首先要从地面开始，概括起来有疏、防、排、蓄四个方面：疏：如是矿井井口位置的四周比井口高时，降水和地表水流不出去，应修泄洪渠，把水疏通出去。防：在设计井口位置的选择上要不受洪水威胁、井口标高要高出历年最高洪水位。当矿井威胁时，应在山坡上挖沟堵截洪水排水沟。对地表塌陷区要填平，切实防止降水渗入井下。排：对于因采煤影响，河水出现倒流时，没有条件修渗泄洪渠的建立排水站排水。蓄：有条件可以在水流上游修提坝截流或蓄水他用。井下防水要分析具体情况，认真选择正确方案，消除水害保证安全。具体有以下几种：一、直接探入放水，当积水区，不在河流或重要建筑物下方，排放积水不致过分加重矿井排水负担，且被淹区内留有大量煤炭，或下部煤层急待开采，不放积水对安全不利，必须直接探放水。二、先堵后放，当积水为石灰岩溶洞或被其他巨大水源淹没，贮水量很大的情况下，不堵住短时间排不完或不可能排完时，必须先堵住出水点，然后再由计划的探放或不放。堵水要有针对性，井下正常涌水不准堵，如江西省吉安地区北华煤矿，因地表小煤矿多，井下最大涌水量800m3/h。而排水能力为600m3/h。为了调整排水能力，在-30大巷东西各设一防水闸门。当98年3月新承包人，为了