煤矿生产技术

煤矿安全生产技术

朱光明绪论1煤矿地质基础2巷道施工技术3采煤技术4巷道支护绪论能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础，保证稳定的能源供应是经济建设的重要条件。煤炭是现代世间五大能源（煤炭、石油、天然气、水电和核电）之一。我国是世界最大的煤炭生产国和消费国。煤炭在我国一次能源消耗占70%左右。煤炭不仅是重要的能源，而且也是重要的工业原料。煤炭经过提炼加工可加工500多种。我国是世界上煤炭资源储量最丰富的国家之一。我国已探明的保有煤炭储量约为10000亿t,居世界前列，我国是世界上开发、利用煤炭最早的国家之一。大力发展矿井建设施工技术，研制和使用了新型井巷倔凿设备，提高了掘进机械的程度，发展了光面爆破施工技术，井筒施工技术水平迅速提高，立井施工最大井深达1065m 最大成井速度201m/月；斜井施工采用配套技术，形成了光面锚喷、激光定向、耙斗装岩、箕斗提升、矿石仓储料、潜水泵排水等一套行之有效的施工工艺。曾创月成巷705.3m的快速施工记录。改造、丰富、完善了地下开采技术。淘汰了一些回采率低的采煤技术（残柱式、高落式）大力推广了长壁式和水力采煤技术。大柳塔煤矿、榆家梁煤矿7个矿井一井一面生产商品煤突破了1000万t/a,神东矿区千万吨综采工作面长度可达360米左右，掘进工作面连续掘进长度可达到6000米以上。在矿山机械制造方面取得了长足的发展与进步。研制大功率的采矿设备。采煤机最大功率已超过880kw。煤矿安全技术取得了很大的进步，我国煤炭工业90%是地下开采，井下作业需要预防和解决水、火、瓦斯、煤尘和顶板事故。我国颁发了一系列安全方面的文件、条列和规定。多次修改颁发了《煤矿安全规程》、《矿山安全条例》和《矿山安全监察条例》，综合应用矿井开采的各项先进技术。井下工作特点生产环节多、工序复杂、生产场所不断转移，并受到各种自然灾害的威胁，因此，在开采是不仅要在地面级井下建立一套完善的生产系统。而且要进行采煤、掘进、运输、提升、通风、排水、动力供应、通讯、照明及生产技术管理。第一章煤矿地质基础1岩石的分类2煤的形成3煤的性质4煤层的顶、底板及岩石5煤岩层的产状要素6矿图第一节岩石的分类岩石按其生成的方式不同，，一般可以分为3大类。1岩浆岩又称火成岩，是由岩浆冷凝而成。比如花岗岩、玄武岩等2沉积岩是指暴露在地表的原有的岩石经风化、剥蚀成碎屑，并经流水的搬运，在湖泊沼泽地带沉积下来，在经过挤压胶结等作用形成的岩石。（砂岩、泥岩、页岩、石灰岩等）沉积岩的主要的特征是成层。3变质岩是已经形成的各种岩石（岩浆岩、沉积岩、先期变质岩），在地下深处收到重力、地壳运动或岩浆倾入的高温作用下产生物理化学变化，改变了原来的的成分和性质而变成新的岩石，如：石灰岩变质大理石煤是沉积岩的一种第二节煤的形成

煤是有古代植物遗体演变而成。1成煤的过程植物遗体演变成煤的过程极其缓慢，有两个阶段（1）第一阶段：泥炭化阶段。（2）第二阶段：煤化阶段2成煤的条件主要依靠古气候、古地理地貌和地质作用等条件的良好的配合。有4个成煤条件（1）植物条件（2）气候条件（3）地理条件（4）地壳运动条件3煤系的分类（1）近海型煤系（2）远海型煤系有称内陆型煤系第三节煤的性质

煤有两个性质物理性质和化学性质1物理性质包括颜色、条痕、光泽、硬度、脆度、密度、裂痕等性质2煤的化学成分主要有碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）、磷（P）、以及其他稀有元素等。3煤层厚底的分类（1）薄煤层是指厚度在1.3米以下的煤层（2）中厚煤层是指厚度在1.3~3.5米之间的煤层（3）厚煤层是指厚度在3.5米以上的煤层（4）特厚煤层是指厚度在6米以上的煤层45~10米厚的植物遗体堆积起来才能形成1米的煤泥，而5~10米的泥炭才能形成1米的煤层。第四节煤层的顶、底板及其岩石1位于煤层的上覆、下伏岩层称为煤层的顶、底班（1）顶板根据岩性、厚度及采煤过程中垮落的难易程度，分为3种类型A伪顶——容易垮落几厘米至十几厘米（炭质页岩或泥岩）B直接顶——不宜垮落（粉砂岩、页岩、泥岩）C基本顶——厚度较厚难宜垮落（粗砂岩、砾岩、石灰岩等）（2）底板A直接底——厚十几厘米（植物根化石的泥岩和泥质页岩）B基本底——厚度较厚状的砂岩和石灰岩第五节煤岩层的产状要素通常煤岩的走向、倾向和倾角等产状三要素来表示1走向倾斜煤岩层的层面与水平面的交线。2倾向煤岩层层面上垂直与走向线.3倾角真倾斜面线与其在水平面上的投影线的夹角称为煤岩层的倾角，一般称真倾角，小于真倾角的都叫伪倾角。（真倾角永远大于伪倾角）倾角的分类A缓倾斜煤层——煤层倾角小于25°B倾斜煤层——煤层倾角在25°~35°之间C急倾斜煤层——煤层倾角在大于35°D近水平煤层——煤层倾角在5°~8°以下4断层的分类（1）正断层——上盘相对下降，下盘相对上升。（2）逆断层——上盘相对上升，下盘相对下降（3）平移断层——两盘岩块沿断裂面做水平方向相对移动的断层5断层对煤矿生产的影响（1）断层破碎带是水流的良好的通道。（2）瓦斯矿井中，在断层破碎带附近，容易集聚大量的瓦斯。（3）断层带及其附近，由于岩石破碎，降低了岩石强度，容易引起垮落冒顶。（4）断层会造成煤炭损失。（5）断层影响掘进工作。第节章矿图看视频第二章巷道施工技术1钻眼爆破2炸药和爆炸概论3起爆器材4爆破事故预防和处理5破岩原理和爆破技术6巷道断面设计7巷道断面内水沟设计和管线布置第一节钻眼爆破破岩方法有机械破岩和爆破破岩两种。爆破破岩必须先钻出炮眼，安放炸药，而后爆破。井巷掘进中在岩石上钻眼主要采用冲击式钻眼法；在煤上钻眼主要采用旋转式钻眼法。钻眼机具可分为风动凿岩机（一般简称凿岩机或风钻）。液压凿岩机和电动凿岩机。（煤矿常用岩石凿岩机YT—18，YT—20，YT—24，YT—28）（煤矿煤电钻用来钻煤层的一般1.2千瓦）。也有电动岩石凿岩机一般采用2~2.5千瓦。凿岩钎子是安装在钻眼机械上用以破碎岩石的机具，在凿岩机上使用的叫钎子。钎头是直接破碎岩石的部分，它的形状·结构·材质·加工工艺等是否合理，均直接影响凿岩效率和本身的磨损。形状有一字形和十字形或镶有硬质合金齿的球齿钎头。1一字钎头的优点冲击力集中，凿入深度大，凿速较高，缺点是凿裂隙性岩石时容易夹（卡）钻，径向磨损较快，有时凿出的炮眼不圆，开眼困难（任眼）。2十字形钎头优点克服一字钎头的缺点，但与一字形钎头比较，其凿速一般较低。价格比一字钎头要贵。3球齿钎头优点可根据炮眼底面积合理布置球齿，使冲击能量在眼底均匀分布，以提高破岩效率；凿岩时开眼容易，不易夹（卡）钎杆，炮眼较圆；重复破岩少，岩宵呈粗粒壮，粉尘少；耐磨；凿岩速度较高。球齿钎头使用于在磨蚀性较高的硬脆岩石层中凿岩。4钎头选用现在多才用合金钢，55SiMnMo·40SiMnMoV等来加工钎头体。镶焊在钎头上的硬质合金为钨钴合金。钨钴合金具有碳化钨的高硬度（仅次于金刚石）·高耐腐性（比钢高50~100倍）高抗压强度（比钢高1.5~2倍），又具有钴的良好韧性。凿岩机钎头通常使用的硬质合金牌号（牌号表示硬质合金的成分和性能）为YG8C·YG10C·YG11C·YG15X。Y表示硬质合金，G表示钴，其后数字表示含钴的百分数，C表示粗晶粒合金，X表示细晶粒合金。5钎杆钎杆是承受活塞冲击力并将冲击功和回转力矩传递到钎头上去的细长杆体。钎杆断面形状通常有中空六角形与中空圆形两种。6煤电钻钻具煤电钻的钻具由钻头和麻花钻杆组成。煤电钻钻头有两种一种是两翼和三翼，通常用两翼。第二节炸药和爆炸概论

爆炸是物质系统一种极迅速的物理或化学变化。瞬间释放能量，同时伴有声，光，热效应。爆炸有三种，物理爆炸爆炸时仅发生物态的急剧变化，物质的化学成分不变。核爆炸由某些物质的原子核发生裂变或聚变引起的爆炸。化学爆炸爆炸时不仅发生物质态变化，而且物质的化学成分也发生变化。炸药爆炸三个基本特征反应的放热性·生成气体产物·化学反应和传播的快速性。炸药传爆时间隙效应连续多个混合炸药药卷，通常在空气中都能正常传爆，但在炮眼内如果药卷与炮眼孔壁存在间隙，常常会发生爆轰中断或爆轰转换为燃烧的现象。解释--------试验证明：将直径35mm的2号岩石硝铵炸药放入内径40~120mm的钢管中，不管放入多少药卷，从一端起爆总是只能爆炸五六节药，这个现象称为间隙效应。（采用水胶炸药可以消除因间隙效应发生的爆轰中断现象）炸药爆炸对周围介质（岩石）产生的破坏能力，以猛度和爆力来表示。

1猛度是指炸药爆炸瞬间爆轰波和爆轰产物对邻近的局部固体介质的破碎能力。

2爆力是指爆生气体在高温下膨胀做功破坏周围介质的工业炸药一单质猛炸药1梯恩梯（TNT）2黑索今（RDX）3太恩炸药（PETN）二硝铵类炸药是以硝铵为只要成分的混合炸药。1铵梯炸药（硝铵炸药）2铵油炸药3高威力硝铵炸药三浆壮炸药和水胶炸药

1浆状炸药2水胶炸药四乳化炸药分为煤矿许用乳化炸药，岩石乳化炸药和露天乳化炸药。乳化炸药的优点：密度可调，因而适应范围广；爆炸性能好，爆速一般可达4000~5500米每秒；由于爆速和密度均较高，乳化炸药猛度比2号岩石硝铵炸药高，可达17~19mm；可用8号雷管直接起爆；乳化炸药比浆壮炸药和水胶炸药抗水性更强；生产和使用安全；不需要添加猛炸药，原料来源广。由于这一系列优点，乳化炸药已广泛应用于工程爆破中。第三节起爆器材一雷管雷管种类有火雷管，电雷管，导爆管，毫秒雷管

1电雷管的分类

1瞬发电雷管2秒延期电雷管3毫秒电雷管(注明1秒=1000毫秒) 煤矿许用电雷管~准许在有瓦斯或煤尘爆炸危险的工作面使用的电雷管。雷管的起爆能力~工业雷管分为10个号别（1~10）。号数越大，起爆能力越大。通常使用6号和8号。电雷管起爆法一起爆电源常用发爆器和照明线或动力线路电源。

1发爆器矿井下放炮必须使用发爆器（矿用防爆型）。发爆器有两种一种是发电式和电容式。原理~利用晶体管震荡电路将数节干电池的直流电改变为震荡交变电流，然后经变压器升压，再整流为直流电给主电容器充电，当充电达到额定电压时指示氖(nei)光灯发出红光，就可接通电爆网络，使主电容器放电而引爆雷管。

2照明或动力线路电源无瓦斯矿井可以使用但电压不能超过380Ⅴ（伏），并必须有电力放炮接线盒。井巷掘进时，电爆网络连接方式有串联，并联，串并联。第四节爆破事故预防和处理1瞎炮——通电起爆后，工作面的雷管全部或少数不爆。怎样处理瞎跑——脚线未坏时可以重新联线放炮，或在距炮眼至少0.3m处另打与瞎跑平行的炮眼重新装药放炮。严禁用镐刨，或从炮眼中取出原放置的引药或从引药中拉出雷管，处理瞎跑时不准干与处理瞎跑的无关的工作。残炮——由炸药原因引起的不爆现象。（雷管爆炸但炸药没有引爆）残炮也是瞎跑的一种2早爆早爆是指爆炸材料比预定起爆时间提前爆炸的现象早爆原因有三种

1器材问题炸药雷管变质，雷管外壳破损，装药时起爆药受到冲击·摩擦，雷管脚线绝缘损坏，装药时误触带电设备等都可能一件、引起早爆。

2操作问题如砸碰雷管·装引药时冲击挤压了雷管·加深炮窝子·瞎跑未及时处理或采用拉出雷管等危险办法进行处理·放炮器管理不严·放炮信号不明确。3杂散电流影响井下杂散电流多由设备漏电·电车线漏电等引起，所以井下爆破工应养成随时将两个线头拧成短路和随时放炮随时挂炮线。第五节破岩原理和爆破技术

自由面——岩石与空气相接触的表面最小抵抗线——药包中心到自由面的垂直距离1瓦斯矿井的安全爆破瓦斯是矿井有害气体的总称但专指甲烷一种无色无味无毒的可燃可爆气体。瓦斯爆炸的三个条件瓦斯浓度5％~16％之间。引爆温度650。~750。以上氧气浓度不得小于12％在煤矿中，一般都有以瓦斯为主的可燃易爆气体和有爆炸危险的煤尘。进行爆破时的温度最底也会接近2000℃。炸药爆炸可能引爆瓦斯·煤尘的因素有三；空气冲击波·灼热的固体微粒和爆炸生成的高温气体。为什么巷道断面堵塞三分之一时不准放炮？答：炸药爆破造成冲击波的反射·叠加预热瓦斯温度容易造成瓦斯爆炸。爆炸生成气体的温度·作用时间长，是引爆瓦斯最危险的因素。微差爆破利用毫秒雷管或其它设备控制放炮的顺序，使每段之间只有几十毫秒的间隔，叫做毫秒爆破或微差爆破。解释——瓦斯矿井为什么用毫秒延期雷管不能超过130（ms）毫秒？使用毫秒雷管，整个爆破的进程加快，瓦斯尚未来得及涌出也没有被充分预热爆破工作结束，因而在安全上可靠。但总延期时间不能超过１３０ｍｓ面爆破——井巷掘进设计断面的轮廓线上布置间距较小·互相平行的炮眼，控制每个炮眼的装药量，选用低密度和底爆速的炸药，采用不耦合装药同时起爆，使炸药的爆破作用刚好产生炮眼连线上的贯穿裂缝，并沿各炮眼的连线——井巷轮廓线，将岩石崩落下来。质量要求：１围岩面上留下均匀眼数应不少于其总数的５０％；２超挖尺寸不得大于１５０ｍｍ，欠挖不得超过质量标准规定；３围岩面上不应有明显炮震裂缝。掘进工作面的爆眼的布置1掏槽的方式（1）斜眼掏槽（用于煤巷和软岩掘进）A单向掏槽B扇形掏槽C锥形掏槽D楔形掏槽（2）直眼掏槽（用于岩巷掘进）A直线掏槽B角柱式掏槽C螺旋式掏槽

第六节巷道断面巷道断面设计的原则：满足安全·生产和施工要求的条件下，力求提高断面利用率，取得最佳的经济效果。巷道断面设计的内容和步骤是：选择断面形状，确定净断面尺寸，进行风速验算;根据支架参数和道床参数计算出巷道的断面尺寸并按充许的超挖值求算出巷道的掘进断面尺寸；然后，布置水沟和管线；绘制巷道断面施工图，编制巷道特征表和没米巷道工程量以及材料消耗量一览表。巷道断面形状顶板压力和测压不大时————选择矩形和梯形顶板压力较大·测压较小时-------选择直墙拱形（半圆拱，圆弧拱，三心拱）顶压，测压和底鼓较大————选择马蹄形，椭圆拱或圆形等封闭式巷道断面尺寸巷道净断面尺寸必须满足行人·运输·通风·安全设施服务·设备安装·检修和施工的需要。1巷道净宽度的确定：直墙拱形和矩形巷道的净宽度，指巷道两侧内壁或锚杆露出长度终端之间的水平距离。

2巷道净高度的确定：矩形·梯形巷道的净高度系指自道渣面或顶梁或顶部喷层面·锚杆露出长度终端的高度；拱形巷道的净高度是指道渣面至拱顶内沿或脑干露出长度终端的高度。《煤矿安全规程》规定巷道的净高度标准1主要运输巷道和风道自轨道起不得低于1.9m。2架空线电机车运输巷道的净高，必须符合有关规定：电机车架空线的悬挂高度，自轨道年算起在行人的巷道内·车场内以及人行道同运输巷道交叉的地方不得小于2m；在不行人的巷道内不得小于1.8m；在井底车场内，从井底到乘车场其高度不得小于2.2m。电机车架空线和巷道顶或棚梁之间的距离不得小于0.2m。采区（盘区）内的上山·下山和平巷的净高不得低于1.8m。3巷道的净断面面积1半圆拱巷道断面面积S=B(H-0.11B)2矩形和梯形巷道净断面面积S=HB3三心拱形巷道净断面面积S=B(H-0.07B)试中S-巷道断面面积

B-梯形巷道为半高处的宽度、拱形巷道为宽度

H-巷道的高度4巷道风速验算5巷道设计和计算掘进断面面积1钢轨的型号是以每米长度的质量来计算的。煤矿常用的型号是11Kg/m,15Kg/m,18Kg/m,24Kg/m,30Kg/m,和33kg/m。2枕木有钢筋混凝土轨枕和木枕木。第七节巷道断面内水沟和管线布置

1水沟为了排出井下涌水和其它污水，设计巷道断面时应根据矿井生产时通过该巷道的排水量设计水沟。水沟通常布置在人行道一侧，尽量少穿越运输管线。 平巷水沟坡度可取0.3％~0.5％或与巷道的坡度相同，但不应小于3.5％以利于水流通常。2管线布置巷道内需要敷(fu)设诸如压风管，排水管，供水管，动力电缆，照明和通信电缆等管线和电缆。管缆的布置要考虑安全和架设检修的方便。第三章采煤技术一采煤方法的分类二爆破采煤技术三伪倾斜柔性掩护支架采煤技术第一节采煤方法的分类1旱采和水采（1）旱采分壁式体系和柱式体系A壁式体系分壁式体系和分层开采a壁式体系分单一长壁、放顶煤和掩护支架(2)柱式体系分整层开采A整层开采分房事和房柱式2水采（1）柱式开采A柱式开采分倾斜短壁式和走向短壁式壁式体系有称长壁体系采煤法，在我国大、中、小型矿井应用最普遍的一种采煤法。特点1在采煤工作面的两端各至少布置一条巷道，构成完整的生产系统。2采煤工作面长度较长一般在80~250米以上。3采煤工作面可分别采用爆破、滚筒式采煤机或爆刨煤机破煤和落煤。4随着采煤机工作面推进，顶板暴露面积增大，矿山压力显现较为强烈。第二节爆破采煤技术

爆破采煤又称炮采主要包括落煤、装煤、运煤、支护、采空区处理等工序1爆破落煤包括钻眼、装药、填炮泥、联线及爆破等工序2爆破落煤的基本要求（1）爆破进度准确，（2）煤块破碎均匀（3）不破坏顶板，不残留顶底煤（4）工作面煤壁平直（5）不崩倒支柱和崩翻运输机。（6）并经可能减少炸药及雷管的消耗量3装煤（1）人工装煤：人工装煤简单，易操作，但人工劳动强度大，装煤时间长，效率低。（2）机械装煤：机械装煤可以大大减少大人的劳动强度，缩短装煤时间，提高装煤效率。4运煤（1）自溜运输当倾角比较大时，依靠煤的自重溜下。（2）机械运输当倾角比较小，不具备自溜条件，须使用机械运输。4采煤工作面支架（1）木支架（以淘汰）（2）摩擦式金属支架（已不再使用）（3）单体液压支柱（4）特殊支架（密集支柱、丛柱、木垛）5采空区处理方法（1）全部充填（2）局部充填法（3）缓慢下沉法（4）煤柱支撑法第三节伪倾斜柔性掩护支架采煤技术

伪倾斜柔性掩护支架采煤技术采煤工作面按伪斜方向布置，沿走向推进的直线工作面，它采用的是柔性掩护支架隔离采空区，工人在掩护支架下进行采煤。1采煤系统斜巷贯通回风巷后，在回风巷中安装掩护支架。利用这两条斜巷逐步把水平铺设的掩护支架下放与水平面成25°~30°夹角的伪斜位置，形成伪斜采煤工作面。正常回采过程是不断在回风巷中接长支架，同时在工作面下端掩护支架放平地点拆除多余支架。工作面铺设搪瓷溜槽将煤自行滑落装煤地点。2伪斜柔性掩护支架采煤法的优缺点1伪斜柔性掩护支架工作有下列优点（1）工作面倾角变缓，工作面较长，采区巷道掘进量小，煤炭损失少，回采率高;(2)工人在掩护支架下工作，工作安全；（3）利用掩护支架把工