第三章 煤礦生產(chǎn)基本知識(shí).ppt

1、第三章 煤礦生產(chǎn)基本知識(shí),第一節(jié) 礦井地質(zhì) 一、煤的形成及埋藏特征 (一)煤的形成 煤的形成可分為兩個(gè)階段： 1、泥炭化階段 古生植物遺體被搬運(yùn)到地表較低的湖泊沼澤環(huán)境中沉積。由于被沼澤水淹沒(méi)、浸泡、,大大地減少了與空氣中氧氣的接觸，在厭氧細(xì)菌的分解活動(dòng)下逐漸形成泥炭。 泥炭一般為黃褐色或黑褐色，無(wú)光澤，質(zhì)地疏松。泥炭形成的厚度越大則成煤后煤層的厚度越大。泥炭形成以后，如果地殼上升，泥炭暴露在地表則會(huì)風(fēng)化，不能形成煤。只有在泥炭形成以后，地殼下沉，在泥炭上部又沉積其他物質(zhì)將泥炭覆蓋，再經(jīng)高溫、高壓后才能形成煤炭。,2、成煤階段 當(dāng)泥炭形成后，由于地殼繼續(xù)發(fā)生沉降，泥炭層很快被其他沉積物所掩蓋。

2、這樣，泥炭才能保存下來(lái)。隨著地殼的進(jìn)一步沉降，泥炭層下降到地下較深的地方，它上面覆蓋的沉積物愈來(lái)愈厚。在壓力和地溫的共同作用下，原來(lái)疏松、多水的泥炭受到緊壓、脫水、膠結(jié)、聚合、體積大大縮小，結(jié)果會(huì)變成最初的煤褐煤。,褐煤形成后，如果地殼繼續(xù)沉降，則在溫度更高、壓力更大的條件下，褐煤內(nèi)的成分將進(jìn)一步變化，最終形成各種不同種類的煤。它們依次為：褐煤長(zhǎng)焰煤不粘煤弱粘煤氣煤肥煤焦煤瘦煤貧煤無(wú)煙煤。 (二)煤的埋藏特征 煤層埋藏特征包括煤層的結(jié)構(gòu)、走向、傾向、傾角、厚度及穩(wěn)定性等，這些特征和我們的采煤方法及安全有很大關(guān)系。,1、煤層的結(jié)構(gòu) 根據(jù)煤層中有無(wú)較穩(wěn)定的矸石夾層，可將煤分為兩類，即簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)煤層和

3、復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層。 (1)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)煤層。這類煤層中沒(méi)有呈層狀出現(xiàn)的穩(wěn)定的矸石層，但仍然可能夾有較少的礦物質(zhì)或結(jié)核，如圖3-1所示。簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)煤層反映出當(dāng)初形成時(shí)，沼澤中植物遺體的沉積基本上是連續(xù)性的。,圖3-1 簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)煤層 1-頂板；2-煤；3-底板；4-礦物質(zhì)透鏡體,圖3-2 復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層 1、3、5、7、9-煤層；2、4、6、8-夾矸層,(2)復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層 復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層中含有較穩(wěn)定的夾石層，少則一層，多則幾層，如圖3-2所示。復(fù)雜煤層反映出當(dāng)時(shí)泥炭沉積曾為間歇性，即在泥炭沉積后又沉積了泥砂，再后來(lái)又沉積了泥炭，而沉積的泥砂則形成夾矸。 煤層中夾矸的厚度不一，從幾厘米到幾十厘米。夾矸的層數(shù)多、厚

4、度大，則影響采煤工作面采煤機(jī)割煤，也會(huì)影響煤的質(zhì)量。,2、煤層的傾角 煤層的傾角是指煤層相對(duì)水平面的夾角。傾角對(duì)采煤方法和設(shè)備的選型有很大影響。根據(jù)傾角大小將煤層分為以下4類； 近水平煤層 8 緩傾斜煤層 825 傾斜煤層 2545 急傾斜煤層 45,3、煤層的厚度 煤層的厚度指煤層頂?shù)装逯g的垂直距離。對(duì)于復(fù)雜煤層，我們?cè)谟?jì)算煤層厚度時(shí)還必須考慮夾矸的層數(shù)及總厚度。我國(guó)對(duì)不同的煤種規(guī)定的最小可采厚度是不同的。 根據(jù)開(kāi)采技術(shù)特點(diǎn)，煤層按厚度分為以下3類： 薄煤層 1.3m 中厚煤層 1.33.5m 厚煤層 3.5m 生產(chǎn)工作中，習(xí)慣上將厚度6m以上煤層稱為特厚煤層。,二、地質(zhì)構(gòu)造 煤層在形成時(shí)

5、，一般都是水平或近水平的，在一定的范圍內(nèi)是連續(xù)完整的。但是，在后來(lái)長(zhǎng)期的地質(zhì)歷史中，地殼發(fā)生了各種運(yùn)動(dòng)，使煤層的空間形態(tài)發(fā)生了變化。我們把由地殼運(yùn)動(dòng)而造成的巖層的空間形態(tài)叫地質(zhì)構(gòu)造。 在礦井范圍內(nèi)，地質(zhì)構(gòu)造是多種多樣的。簡(jiǎn)單概括起來(lái)可分為三種基本構(gòu)造類型，即單斜構(gòu)造、褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造。各種構(gòu)造簡(jiǎn)述如下：,(一)單斜構(gòu)造 在個(gè)井田范圍內(nèi)，如果煤層大致向同方向傾斜，這樣的構(gòu)造叫單斜構(gòu)造，如圖3-3所示。單斜構(gòu)造煤層在地殼中的存在狀態(tài)用產(chǎn)狀要素來(lái)表示。它包括煤層的走向、傾向和傾角，如圖3-4所示。 1、走向。傾斜煤(巖)層層面與水平面的交線稱為走向線。走向線的方向代表煤層的走向。 2、傾向。在煤層

6、層面上和走向線垂直向下的線叫傾斜線。傾斜線在水平面上的投影線代表煤層的傾向。,3、傾角。煤層傾斜線和水平面的夾角叫煤層的傾角。,圖3-3 單斜構(gòu)造,圖3-4 巖層產(chǎn)狀要素,(二)褶皺構(gòu)造 當(dāng)水平煤層受到水平方向的擠壓力后，煤層產(chǎn)生彎曲，但沒(méi)有喪失其原有的連續(xù)性。這種構(gòu)造形態(tài)叫褶皺構(gòu)造。褶皺構(gòu)造的基本單位叫褶曲。褶曲就是巖層的一個(gè)彎曲，如圖3-5所示。褶曲的基本形態(tài)有兩種，即背斜和向斜。 1、背斜。在形態(tài)上是一個(gè)中間向上凸起的彎曲，煤層從中心向兩側(cè)傾斜。 2、向斜。在形態(tài)上是一個(gè)中間向下凹去的彎曲，煤層從兩側(cè)向中心傾斜。,圖3-5 褶皺和褶曲,（三）斷裂構(gòu)造 當(dāng)煤層受力后，作用力超過(guò)煤層的強(qiáng)度，

7、煤層所產(chǎn)生的錯(cuò)位、斷裂叫斷層。斷裂后，如果兩側(cè)煤層沒(méi)有明顯的位移叫作裂隙；如果發(fā)生了明顯的位移則叫作斷層。 1、裂隙。煤層受到作用力后，發(fā)生斷裂但沒(méi)有明顯的位移，只是產(chǎn)生許多裂縫，導(dǎo)致煤層破碎。裂隙的存在對(duì)煤層頂板管理不利，在裂隙發(fā)育區(qū)煤層頂板易發(fā)生冒落。,2、斷層。斷裂出現(xiàn)后，煤層則完全喪失了原來(lái)的連續(xù)性和完整性。根據(jù)斷裂后煤層的形態(tài)，可將斷層分為正斷層、逆斷層和平推斷層，如圖3-6所示。 采掘工作面遇到斷層后，會(huì)給采掘工作及頂板管理帶來(lái)許多困難。只有掌握了各種斷層的特點(diǎn)，才能采取相應(yīng)的安全措施，保證采掘工作順利進(jìn)行。,圖3-6 斷層立體示意圖,(四)陷落柱 在煤層底板以下的石灰?guī)r中，由于酸

8、性水的作用會(huì)形成許多溶洞。而且隨酸性水的不斷補(bǔ)給，溶洞會(huì)不斷增大。最后導(dǎo)致其上部巖層的整體陷落，形成一個(gè)下部大、上部小的破碎柱體叫陷落柱，如圖3-7所示。 礦井范圍內(nèi)的陷落柱直徑從幾米至幾百米大小不等。其中陷落的巖層雜亂無(wú)章、極其破碎。而且其中大都存有水，對(duì)煤礦安全生產(chǎn)不利。一般采掘工作面都要避開(kāi)陷落柱。,圖3-7 陷落柱,第二節(jié) 礦井開(kāi)拓,一、井田劃分 (一)煤田和井田的概念 1、煤田 在地質(zhì)歷史的發(fā)展過(guò)程中，由含炭物質(zhì)的沉積而形成的大面積含煤地帶稱為煤田。煤田的面積相當(dāng)大，可達(dá)幾百平方公里，儲(chǔ)量達(dá)幾百億噸，所含的煤層最多可達(dá)幾十層。在開(kāi)采煤田的過(guò)程中，一般都要將煤田劃分為多個(gè)礦井開(kāi)采。,2

9、、井田 把由一個(gè)礦井開(kāi)采的部分叫井田。井田的范圍大小不一，儲(chǔ)煤量不同。根據(jù)我國(guó)的國(guó)情和煤礦生產(chǎn)現(xiàn)狀，目前井田的走向長(zhǎng)度一般為： 大型礦井 7000m 中型礦井 40007000m 小型礦井 15004000m （二）井田內(nèi)的再劃分,由于井田范圍仍比較大，在井田內(nèi)為了開(kāi)采煤炭還必須將井田再劃分為若干個(gè)較小的部分，叫井田的再劃分。 1、井田劃分為階段 在井田范圍內(nèi)，按照一定的標(biāo)高，將井田劃分為若干個(gè)長(zhǎng)條形部分，每一個(gè)長(zhǎng)條形部分叫一個(gè)階段，如圖3-8所示。階段的走向長(zhǎng)度等于井田的走向長(zhǎng)度。階段的傾斜長(zhǎng)度根據(jù)煤層的傾角和垂高不同，一般為5001000m。,圖3-8 井田劃分為階段,二、井田開(kāi)拓 根據(jù)進(jìn)

10、入煤層的井硐形式不同，井田開(kāi)拓可分為立井開(kāi)拓、斜井開(kāi)拓、平硐開(kāi)拓和綜合開(kāi)拓四種，分別介紹如下。 (一)立井開(kāi)拓 立井開(kāi)拓是利用一對(duì)垂直巷道由地面進(jìn)入井下，并通過(guò)一系列巷道進(jìn)入煤層的開(kāi)拓方式，如圖3-10所示。,圖3-10 立井單水平分區(qū)式開(kāi)拓示意圖 1-主井；2-副井；3-井底車場(chǎng)；4-運(yùn)輸石門(mén)；5-運(yùn)輸大巷；6-回風(fēng)井；7-總回風(fēng)道； 8-采區(qū)下部裝車站；9-采區(qū)下部材料車場(chǎng)；10-采區(qū)煤倉(cāng)；11-人行進(jìn)風(fēng)斜巷； 12-運(yùn)輸機(jī)上山；13-軌道上山；14-上山絞車房；15-采區(qū)中部車場(chǎng)；16-采區(qū)上部車場(chǎng)； 17-運(yùn)輸平巷；18-聯(lián)絡(luò)巷；19-回風(fēng)平巷；20-采煤工作面；21-采空區(qū),(二)斜

11、井開(kāi)拓 斜井開(kāi)拓是指利用一對(duì)傾斜巷道由地面進(jìn)入井下，再由一系列巷道進(jìn)入煤層的開(kāi)拓方式。 （三）平硐開(kāi)拓 利用水平巷道進(jìn)入煤層的開(kāi)拓方式叫平硐開(kāi)拓。如果煤層高于地面外部水平標(biāo)高，且有足夠的儲(chǔ)量時(shí)，大都首選平硐開(kāi)拓，如圖3-13所示。 采用平硐開(kāi)拓時(shí)，一般只開(kāi)一條主平硐來(lái)?yè)?dān)任礦井的運(yùn)輸、進(jìn)風(fēng)、排水、管線架設(shè)及行人任務(wù)。而礦井的回風(fēng)則是依靠井田上部的回風(fēng)井。,圖3-11 片盤(pán)斜井開(kāi)拓,圖3-11 片盤(pán)斜井開(kāi)拓1-主井；2-副井；3-井底車場(chǎng)；4-運(yùn)輸平巷；5-回風(fēng)平巷；6-開(kāi)切眼；7-回采工作面；8-風(fēng)橋；9-風(fēng)墻；10-風(fēng)門(mén)；11-通風(fēng)機(jī)房；12-聯(lián)絡(luò)巷,圖3-12 斜井單水平分段式開(kāi)拓 1-主井

12、；2-副井；3-回風(fēng)井；4-水平運(yùn)輸大巷； 5-水平回風(fēng)大巷；6-分段運(yùn)輸斜巷； 7-分段軌道回風(fēng)斜巷；8-回采工作面,圖3-12 斜井單水平分段式開(kāi)拓,圖3-13 平硐開(kāi)拓示意圖 a-位于煤層底板巖石中的走向平硐； b-垂直平硐；c-階梯平硐,(四)綜合開(kāi)拓 采用單一的主副井井筒形式開(kāi)拓井田在技術(shù)上有困難或經(jīng)濟(jì)上不合理時(shí)，而采用不同的井筒形式開(kāi)拓井田，叫綜合開(kāi)拓。如圖3-14、圖3-15、圖3-16所示。,圖3-14 立井-斜井綜合開(kāi)示意圖 1-立井；2-斜井,圖3-15 平硐-立井綜合開(kāi)拓示意圖,圖3-16 平硐-斜井綜合開(kāi)拓示意圖 1-主平硐；2-副斜井；3-暗斜井； 4-回風(fēng)井,三、巷

13、道掘進(jìn) 1、鉆眼裝藥放炮 2、通風(fēng)排煙 3、裝巖 4、掘進(jìn)巖石的運(yùn)輸 采用人力推車時(shí)安全事項(xiàng) 1次只準(zhǔn)推1輛車。嚴(yán)禁在礦車兩側(cè)推車。同向推車的間距，在軌道坡度小于或等于5時(shí)，不得小于10m；坡度大于5時(shí)，不得小于30m。巷道坡度大于7時(shí)，嚴(yán)禁人力推車。,5、掘進(jìn)巷道支護(hù) 巷道開(kāi)掘成形后，要根據(jù)圍巖的性質(zhì)進(jìn)行支護(hù)。否則，會(huì)出現(xiàn)巷道圍巖變形，甚至冒頂，影響使用。,第三節(jié) 礦井生產(chǎn)系統(tǒng),一、煤礦運(yùn)輸、提升系統(tǒng) 煤礦的產(chǎn)品是煤炭。煤炭從幾百米深的井下要到地面必須經(jīng)過(guò)一系列運(yùn)輸環(huán)節(jié)，才能到達(dá)地面；井下要開(kāi)掘巷道，掘出的矸石同樣要運(yùn)到地面矸石山；井下各種支護(hù)材料、采掘設(shè)備只有經(jīng)運(yùn)輸才能到達(dá)采掘工作面；人員

14、的上下班等，這些都是依靠礦井的運(yùn)輸、提升系統(tǒng)來(lái)完成。所以說(shuō)，運(yùn)輸系統(tǒng)是煤礦的一個(gè)非常重要的系統(tǒng)。下面以某礦立井開(kāi)拓為例，對(duì)井下運(yùn)輸系統(tǒng)作一簡(jiǎn)述。,圖3-24 礦井運(yùn)煤通風(fēng)系統(tǒng),1、運(yùn)煤系統(tǒng) 如圖3-24所示。采煤工作面的煤炭工作面(刮板運(yùn)輸) 工作面運(yùn)輸巷（轉(zhuǎn)載機(jī)、膠帶機(jī)）區(qū)段溜煤眼區(qū)段集中巷（膠帶機(jī)）煤倉(cāng)石門(mén)（電機(jī)車）運(yùn)輸大巷（電機(jī)車）井底車場(chǎng)井底煤倉(cāng)主井（主絞）井口煤倉(cāng)。 2、排矸系統(tǒng) 掘進(jìn)工作面矸石礦車（蓄電池機(jī)車）采區(qū)軌道上山（絞車）采區(qū)車場(chǎng)水平運(yùn)輸大巷（電機(jī)車）井底車場(chǎng)副井（副絞提升）地面（電機(jī)車）矸石山。,3、材料運(yùn)輸系統(tǒng) 地面材料設(shè)備庫(kù)副井口（副絞）井底車場(chǎng)水平運(yùn)輸大巷（電機(jī)車）

15、采區(qū)車場(chǎng)軌道上山（絞車）區(qū)段集中巷（蓄電池機(jī)車）區(qū)段材料斜巷（絞車）工作面材料巷存放點(diǎn)。,二、供電系統(tǒng) 供電系統(tǒng)是給礦井提供動(dòng)力的系統(tǒng)。由于煤礦企業(yè)的特殊性，對(duì)礦井的供電系統(tǒng)要求絕對(duì)可靠，不能出現(xiàn)隨意斷電事故。為了保證可靠供電，要求必須有雙回路電源，同時(shí)保證礦井供電。如果某一路電出故障，另一路電必須立即供電。否則，就會(huì)發(fā)生重大事故。 一般礦井供電系統(tǒng)是：雙回路電網(wǎng)礦井地面變電所井筒井下中央變電所采區(qū)變電所工作面用電點(diǎn)。 除一般供電系統(tǒng)外，礦井還必須對(duì)一些特殊用電點(diǎn)實(shí)行專門(mén)供電。如礦井主通風(fēng)機(jī)、井底水泵房、掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)、井下各需專門(mén)供電的機(jī)電硐室等。,三、供排水系統(tǒng) 煤礦井下生產(chǎn)要灑水滅

16、塵、液壓設(shè)備需要水、井下防滅火需要水。所以，必須向井下供水。另外，礦井水必須排到地面，否則會(huì)淹沒(méi)采掘工作面。為此，礦井都建有供、排水系統(tǒng)。 1、礦井供水系統(tǒng) 礦井地面蓄水池通過(guò)管道井筒井底車場(chǎng)水平運(yùn)輸大巷采區(qū)上(下)山區(qū)段集中巷區(qū)段斜巷工作面兩巷。 在供水管道系統(tǒng)中，有大巷灑水、噴霧、防塵水幕。煤的各個(gè)轉(zhuǎn)載點(diǎn)都有灑水滅塵噴頭，采掘工作面灑水滅塵噴霧裝置，采掘工作面機(jī)械設(shè)備供水系統(tǒng)等。 2、礦井排水系統(tǒng),礦井水主要來(lái)自于地下含水層水、頂?shù)装逅鄬铀?、采空區(qū)水及地表水的補(bǔ)給。為了排出礦井水，礦井一般都在井底車場(chǎng)處設(shè)有專門(mén)的水倉(cāng)及主水泵房。主水倉(cāng)一般都有兩個(gè)，其中一個(gè)儲(chǔ)水、一個(gè)清理。主水泵房在主水

17、倉(cāng)上部，水泵房?jī)?nèi)裝有至少3臺(tái)水泵，通過(guò)多級(jí)水泵將水排到地面。 水倉(cāng)中的水則是由水平大巷內(nèi)的水溝流入的。在水平運(yùn)輸大巷人行道一側(cè)挖有水溝，水會(huì)流向井底車場(chǎng)方向。排水溝需要經(jīng)常清理，保證水的順利流動(dòng)。 水平大巷排水溝的水又來(lái)自于各個(gè)采區(qū)。上山采區(qū)的水一般自動(dòng)流入排水溝。下山采區(qū)的水則需要水泵排入大巷水溝，一般在下山采區(qū)下部都設(shè)有采區(qū)水倉(cāng)，且安裝水泵，通過(guò)管道將水排到大巷水溝內(nèi)。,四、其他系統(tǒng) 煤礦井下除運(yùn)輸、通風(fēng)、供電、供排水系統(tǒng)外，還有一些系統(tǒng)，如瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)、灌漿系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等，簡(jiǎn)述如下： 1、瓦斯監(jiān)控系統(tǒng) 國(guó)家安監(jiān)總局等七部委關(guān)于加強(qiáng)小煤礦安全基礎(chǔ)管理的指導(dǎo)意見(jiàn)及云南省近年的煤礦安全評(píng)價(jià)中

18、都明確規(guī)定，礦井必須安裝瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)。這種系統(tǒng)是在井下采掘工作面及需要監(jiān)測(cè)瓦斯的地點(diǎn)安設(shè)多功能探頭，這些探頭一天24小時(shí)不斷監(jiān)測(cè)井下瓦斯的濃度，并將監(jiān)測(cè)的氣體濃度通過(guò),井下處理設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，通過(guò)電纜傳至地面主機(jī)房。在地面主機(jī)房又安設(shè)了信號(hào)處理器，將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，并在計(jì)算機(jī)及大屏幕上顯示出來(lái)。管理人員隨時(shí)通過(guò)屏幕掌握井下各監(jiān)控點(diǎn)的瓦斯?jié)舛取Ｒ坏┠程幫咚钩?，井上下?huì)同時(shí)報(bào)警并自動(dòng)采取相應(yīng)的斷電措施。 瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)是高科技知識(shí)在煤礦安全生產(chǎn)方面的應(yīng)用，對(duì)預(yù)防井下瓦斯煤塵爆炸事故起著極大作用。我們每一個(gè)煤礦職工都要愛(ài)護(hù)、保護(hù)好這些安全設(shè)施。,2、灌漿防滅火系統(tǒng) 對(duì)于煤層自然發(fā)火嚴(yán)重的礦井，設(shè)置了灌漿滅火系統(tǒng)。這種系統(tǒng)是在地面建立制漿站，將黃土、砂子等制成泥漿，再由管道送入采煤工作面上順槽。隨工作面推采，對(duì)采空區(qū)后方進(jìn)行灌漿，用漿體將采空區(qū)遺煤包裹起來(lái)，使煤和氧氣隔絕，從而防止煤的氧化自燃。,3、通信系統(tǒng) 為了更好的進(jìn)行煤礦生產(chǎn)，井下一般都有電話通信系統(tǒng)。在井下各個(gè)采掘工作面、煤的裝車點(diǎn)、變電所、主要機(jī)電硐室、火藥庫(kù)等地方都裝有防爆電話機(jī)。通過(guò)電話聯(lián)絡(luò)，我們可以隨時(shí)掌握井下及地面生產(chǎn)情況。當(dāng)?shù)V井發(fā)生災(zāi)變時(shí)，電話機(jī)又是指揮救災(zāi)的必須設(shè)施。所以，我們要保護(hù)好電話及通信線路。,第四節(jié) 礦井通風(fēng)系統(tǒng),一、礦井通風(fēng)的基本任務(wù) 1、供給井下人員呼吸所需要的氧氣。