煤礦生產技術新知識新技術,班組長初訓,主講人：趙明偉,Email：,教學內容,1.第一節煤田地質概述,2.第二節井田開拓基本問題,3.第三節煤礦生產新技術,4.總結,煤礦生產新知識與新技術,第一節煤田地質概述,一、成煤作用1.成煤作用：從植物死亡、堆積到轉變為煤的演變過程，以及在這個演變過程中經受的各種作用。成煤作用大致分為兩個階段：第一階段：泥炭化階段。第二階段：煤化作用階段。煤是古代植物遺體經成煤作用后轉變成的固體可燃礦產。,煙煤、無煙煤變質作用煤化作用褐煤成巖作用成煤作用泥炭（或腐泥）泥炭化作用（或泥化作用）成煤原始物質,第一節煤田地質概述,2.成煤的必要條件第一、溫暖潮濕的氣候；第二、大量植物生長、死亡；第三、大面積沼澤；第四、地殼運動配合,第一節煤田地質概述,二、聚煤期地質歷史中形成煤炭資源的時期稱為聚煤期或成煤期。我國在石炭紀、二迭紀、侏羅紀和第三紀為主。,第一節煤田地質概述,三、煤層賦存特征（一）煤層的結構和頂、底板1.煤層的結構煤層通常是層狀的。分為兩類:（1）簡單結構煤層（2）復雜結構煤層,第一節煤田地質概述,2.煤層的頂、底板頂板:賦存在煤層之上的鄰近巖層。底板:賦存在煤層之下的鄰近巖層。,偽頂直接頂老頂直接底老底,第一節煤田地質概述,（二）煤層厚度煤層的厚度:煤層頂底板之間的垂直距離。總厚度和有益厚度總厚度:包括所有煤分層和夾矸層厚度總和.有益厚度:是煤分層厚度的總和,不包括夾矸層厚度.煤層最低可采厚度:當代技術和經濟條件下，可開采的最小煤層厚度.,第一節煤田地質概述,圖1-1煤層的總厚度及有益厚度,煤層厚度,圖1-2煤層的產狀要素,（三）煤層的構造形態1.單斜構造,描述煤（巖）層的空間形態，通常用產狀要素:走向、傾向及傾角,第一節煤田地質概述,圖1-2煤層的產狀要素,圖1-2煤層的產狀要素,2.褶皺構造煤層及巖層受到水平擠壓力后，變成彎曲形狀，但仍保持其連續性。3.斷裂構造煤（巖）層受地殼運動作用力，作用力超過煤（巖）層的強度，就產生斷裂，失去了連續性和完整性的構造形態稱為斷裂構造。斷裂后，兩側巖層若沒有發生明顯位移，稱為節理；斷裂面兩側的巖層發生了明顯位移的斷裂構造稱為斷層。斷層對礦井生產影響特別顯著。,第一節煤田地質概述,斷層分類:正斷層：巖層斷裂后，上盤相對下降，下盤相對上升。逆斷層：上盤相對上升，下盤相對下降。平推斷層：斷層兩盤沿水平方向移動。,第一節煤田地質概述,圖1-5斷層示意圖,圖1-6斷距示意圖ab-垂直斷距bc-水平斷距,第一節煤田地質概述,（四）常用的煤層分類1.按煤層傾角分類按傾角分為四類：近水平煤層45,第一節煤田地質概述,2.按煤層厚度分類按厚度分為三類：薄煤層3.5m,第一節煤田地質概述,3.按煤層穩定性分類煤層穩定性是煤層形態、厚度、結構及可采性的變化程度。按煤層穩定性，可分為：穩定煤層較穩定煤層不穩定煤層極不穩定煤層,第一節煤田地質概述,礦圖基本知識,一、礦圖的基本知識在采礦設計、施工和生產過程中，需要一套圖紙分別反映地形、地物、地下煤層形態、地質構造、礦井巷道與煤層或礦體之間的關系；礦井各種巷道、工作面以及它們之間的關系等，這類圖紙稱為礦圖。礦圖投影方法:正投影和標高投影。,圖1.9三面正投影關系,圖110標高投影原理1-大巷;2-上山;A、B、C-標高點,二、地質圖煤礦地質圖:反映煤礦各種地質現象與井巷工程之間相互關系及它們空間分布情況的所有圖件。煤礦常用地質圖有：a.鉆孔柱狀圖b.地質剖面圖c.煤層底板等高線圖d.地形地質圖,礦圖基本知識,a.鉆孔柱狀圖,b.地質剖面圖,c煤層底板等高線圖,d地形地質圖,(a)(b)圖120山嶺與湖泊等高線,三、采掘工程圖采掘工程圖是反映采掘工程、地質和測量信息的綜合性圖紙。1.采掘工程平面圖及剖面圖（122）2.采掘工程立面圖（123）3.煤層層面圖（124）,礦圖基本知識,第二節井田開拓的基本問題,一、煤田劃分為井田（一）煤田與井田1.煤田：同一地質時期形成，并大致連續發育的含煤巖系分布區。煤田分類：富量煤田：面積大、儲量豐富的煤田。限量煤田：面積小、只能由一個礦井開采。2.井田：劃歸一個礦山開采的那部分煤田。,（二）煤田劃分為井田1.原則：1）井田境界、儲量及開采條件與礦井生產能力適應2）保證井田有合理尺寸（小：1.55km，中：47km，大：715km）3）自然條件4）相臨礦井間的關系2.劃分方法：1）垂直劃分（近水平煤層）2）水平劃分（傾斜煤層）3）按煤組劃分,第二節井田開拓的基本問題,第二節井田開拓的基本問題,第二節井田開拓的基本問題,二、礦井儲量、生產能力及服務年限（一）礦井儲量礦井儲量：井田內煤炭的埋藏量。礦井工業儲量(Zg):礦井設計的資源依據，一般是列入平衡表內的A+B+C級儲量。礦井可采儲量(Z):礦井設計的可以采出的儲量.,第二節井田開拓的基本問題,工業儲量Zg、可采儲量Z，存在以下關系：Z=(Zg-P)C(t)式中P：永久煤柱損失，t；C:采區回采率。（規程規定：厚煤層不小于75；中厚煤層不小于80；薄煤層不小于85。地方煤礦不低于0.7。新設計礦井時可按上述數據選取）,第二節井田開拓的基本問題,（二）礦井生產能力礦井生產能力:指礦井的設計生產能力。(萬t/a)礦井井型:按礦井設計年生產能力大小劃分的礦井類型。一般分大型、中型、小型礦井三種。1.大型礦井：生產能力為120、150、180、240、300、400、500萬t/a及500萬t/a以上的礦井；習慣上稱300萬t/a以上的礦井為特大型礦井。2.中型礦井：生產能力為45、60、90萬t/a。3.小型礦井：生產能力為9、15、21、30萬t/a。,（三）礦井服務年限在劃定的井田范圍內。當礦井生產能力A一定時，可計算出礦井的設計服務年限T。式中K礦井儲量備用系數，礦井設計一般取1.4，地質條件復雜的礦井和礦區總體設計可取1.5，地方礦可取1.3。（表21礦井及水平服務年限）,第二節井田開拓的基本問題,第二節井田開拓的基本問題,三、礦井開采的概念（一）井田再劃分1井田劃分為階段和水平階段:沿一定標高劃分的一部分井田。開采水平:階段運輸大巷及井底車場所在的水平位置及服務的開采范圍，也簡稱“水平”。,第二節井田開拓的基本問題,第二節井田開拓的基本問題,2階段內的再劃分階段內的劃分通常有：采區式和帶區式。（1）采區式劃分采區:在階段或開采水平內，沿走向劃分為具有獨立生產系統的開采塊段。區段:在采區內,若采用走向長壁采煤,沿煤層傾斜方向將采區劃分為若干長條形煤帶。,（2）帶區式劃分在階段內沿煤層走向劃分為若干個具有獨立生產系統的帶區，帶區內又劃分為若干個傾斜分帶，每個分帶布置一個采煤工作面。,第二節井田開拓的基本問題,（二）井巷名稱礦山井巷:為進行地下開采的需要而開掘的井筒、巷道和硐室的總稱。根據井巷長軸線與水平面的關系，礦山井巷可分為:1.垂直巷道2.水平巷道3.傾斜巷道,第二節井田開拓的基本問題,第二節井田開拓的基本問題,1.垂直巷道（1）立井：服務于地下開采，在地層中開鑿的直通地面的豎直巷道。(如主井、副井及風井等)（2）暗立井：不與地面直接相通的直立巷道稱為暗立井。,第二節井田開拓的基本問題,2.水平巷道（1）平硐服務于地下開采，在地層中開鑿的直通地面的水平巷道。稱為平硐。（2）大巷與平巷：與地面不直接相通的水平巷道，其長軸方向與煤層走向平行。（3）石門與煤門石門：與地面不直接相通的水平巷道，其長軸線與煤層走向正交或斜交的巖石水平巷道。煤門：在厚煤層內，與煤層走向正交或斜交的水平巷道。,第二節井田開拓的基本問題,3.傾斜巷道巷道長軸線與水平面有明顯坡度的巷道。（1）斜井（2）上山與下山（3）斜巷,第二節井田開拓的基本問題,（三）礦井巷道布置及生產系統1巷道布置礦井巷道開掘原則：（1）要盡快構通風路（2）要盡量平行作業2礦井主要生產系統（1）運煤系統（2）通風系統（3）運料排矸系統,第二節井田開拓的基本問題,（四）礦井開拓、采區準備和工作面準備按其作用及服務范圍不同，可分為開拓巷道、準備巷道及回采巷道。1.開拓巷道：從地面到采區巷道。（為井田開拓而開掘的基本巷道）2.準備巷道：采區內為采區或幾個工作面服務的巷道。（為準備采區而掘進的主要巷道）3.回采巷道：只為一個工作面服務的巷道。（形成采煤工作面及為其服務的巷道）,第二節井田開拓方式,井田開拓:為開采煤炭，由地表進入煤層為開采水平服務所進行的井巷布置和開掘工程。開拓方式:開拓巷道的布置方式稱為。按井筒（硐）形式可分為：1.立井開拓2.斜井開拓3.平硐開拓4.綜合開拓,第二節井田開拓方式,一、立井開拓主井、副井均采用立井的開拓方式。二、斜井開拓主井、副井均為斜井的開拓方式。三、平硐開拓用主平硐的開拓方式。四、綜合開拓,立井開拓,斜井開拓,平硐開拓,綜合開拓,第二節井田開拓方式,五、平硐、斜井開拓的優缺點及適用條件1、平硐優點：開拓、運輸、排水等系統簡單，省去了提升、排水環節及設備，平硐施工技術簡單。缺點：平硐開拓受到地形條件的限制。適用條件：煤層埋藏在當地基準面以上，且有一定的儲量。2、斜井優點：施工簡單，掘進速度快，費用低；斜井用膠帶提煤時，提升能力大。缺點：在開采深度相同的條件下，井筒長，管線長，維修難，通風阻力大，輔助提升能力小。適用條件：埋藏淺，水文地質情況簡單的煤層。,第二節井田開拓方式,3、立井：優點：維護費用低，管線短，人員、材料升降速度快。缺點：井筒施工復雜、掘進速度慢。適用條件：埋藏深、水文條件復雜時用。4、綜合開拓：只用立、斜、平一種方式不合理時，可用綜合方式。,第二節井田開拓方式,采煤技術采煤工作面回采工藝包括：破煤、裝煤、運煤、支護及采空區處理五大項。采煤工藝指的是：炮采、普采、綜采。,巷道掘進與支護,一、破巖破巖的方法有兩種：鉆爆法和機械破巖。(一)巷道斷面形狀與尺寸巷道斷面形狀主要是根據巷道的服務年限、巖層的物理力學性質、礦山壓力的大小和方向、選擇的支護方式和支架材料決定，以利于開掘和支護為原則。,規程規定：,1巷道凈斷面必須滿足行人、運輸、通風和安全設施及設備安裝、檢修、施工的需要，并符合下列要求：(1)主要運輸巷和主要風巷的凈高，自軌面起不得低于2.0m。(2)采區(包括盤區)內的上山、下山和平巷的凈高不得低于2.0m，薄煤層內的不得低于18m。,采煤工作面運輸巷、回風巷及采區內的溜煤眼等的凈斷面或凈高，由煤礦企業統一規定。巷道斷面的設計，必須按支護最大允許變形后的斷面計算。,工作面炮眼布置,1掏槽眼掏槽眼的作用是首先在工作面上將某一部分巖石破碎并拋出，在原來只有一個自由面的基礎上崩出第二個自由面來，為其他炮眼的爆破創造有利條件，以提高破巖效率。按照掏槽眼的方向不同，掏槽方式可分為斜眼掏槽、直眼掏槽、混合掏槽三類。,2.輔助眼：掏槽眼以外布置輔助眼進行擴槽。3.周邊眼：控制巷道成型的炮眼。一般在巷道的輪廓線上布置周邊眼，硬巖可布置在輪廓線以外，與輪廓線外接；軟巖可布置在輪廓線以里，與輪廓線內切。,光面爆破,光面爆破：是通過合理選擇爆破參數，使爆破后的巷道成型規整，減少超挖和欠挖，最大限度的保持了圍巖的自身強度，從而增強了圍巖的自承能力，有利于安全施工和永久支護的安全使用，為井巷工程推廣錨噴支護創造有利條件。,光爆標準：眼痕率(光爆后可見眼痕的炮眼個數與不包括底板的周邊眼總數的比值)不小于50；巖壁超挖尺寸應不大于150mm，欠挖尺寸不超過質量標準的要求；圍巖不出現明顯的炮震裂隙,巷道支護,(一)巷道支護的基本原理提高圍巖強度，控制圍巖應力.(二)巷道支護的類型1支撐式支架支撐式支架是直接支撐巖體的支護方式。這種支護方式分為棚式支架和石材整體式支架。棚式支架一般分木支架、金屬支架和鋼筋混凝土支架。,規程規定,(1)掘進工作面嚴禁空頂作業。靠近掘進工作面10m內的支護，在爆破前必須加固。爆破崩倒、崩壞的支架必須先行修復，之后方可進入工作面作業。修復支架時必須先檢查頂、幫，并由外向里逐架進行。在松軟的煤、巖層或流砂性地層中及地質破碎帶掘進巷道時，必須采取前探支護或其他措施。在堅硬和穩定的煤、巖層中，確定巷道不設支護時，必須制定安全措施。,(2)支架間應設牢固的撐木或拉桿。可縮性金屬支架應用金屬拉桿，并用機械或力矩扳手擰緊卡纜。支架與頂幫之間的空隙必須塞緊、背實。巷道砌碹時，碹體與頂幫之問必須用不燃物充滿填實；巷道冒頂空頂部分，可用支護材料接頂，但在碹拱上部必須充填不燃物墊層，其厚度不得小于05m。,(3)更換巷道支護時，在拆除原有支護前，應先加固臨近支護，拆除原有支護后，必須及時除掉頂幫活矸和架設永久支護，必要時還應采取臨時支護措施。在傾斜巷道中，必須有防止矸石、物料滾落和支架歪倒的安全措施。,補強式支架,補強式支架是補強巖體，利用圍巖本身強度來維護巷道的支護方式。這種支護方式主要有錨桿支護、噴射混凝土支護、噴漿支護和錨索、錨噴支護等。(1)錨桿支護錨桿支護原理：加固拱(擠壓組合拱)作用懸吊作用組合梁作用,(2)噴射混凝土和噴漿支護噴射混凝土和噴漿支護的作用原理：結構作用(加固、組合)。噴層具有良好的物理力學性能，抗壓強度較高，因此能起到結構支撐作用。同時由于噴層具有一定的柔性，可以產生一定變形。封閉作用。噴層封閉了圍巖表面，完全隔絕了空氣、水與圍巖的接觸，有效地防止風化作用所造成的圍巖破壞和剝落。,充填作用。噴射混凝土以很高的速度射入巖體張開的節理裂隙，把松動的巖塊粘結、充填起來，產生粘結作用，大大提高了圍巖的整體性和強度。噴射混凝土在一定程度上改善了圍巖的應力狀態。圍巖由二向應力狀態轉化為三向應力狀態。,錨桿支護施工質量管理,1.煤巷錨網支護安全管理(1)嚴格貫徹執行有關錨網支護的規定，建立健全煤巷錨網支護管理制度，完善安全技術管理體制。(2)根據現有技術條件及工程質量可靠性，為確保巷道支護安全有效可靠，錨桿、錨固劑質量，以及錨桿問排距嚴格按照設計控制。,(3)任何斷面形狀的巷道，其兩肩部錨桿必須布置成與水平方向成一定角度的斜向錨桿。(4)煤巷錨桿必須實施快速安裝，并達到一定的預緊力。自攪拌樹脂錨固劑之時起，58min內必須達到設計錨固力的60以上，現場錨固力檢驗應至少進行一次錨桿快速安裝及快速承載檢驗。,(5)為確保錨桿實現快速安裝和提高預緊效果，每孔錨桿眼至少使用1塊超快速(CK)錨固劑，凝膠時間為30s(10s)。推薦使用單向左旋無縱筋等強度螺紋鋼桿體，塑料阻尼螺帽或穿銷力矩螺帽，淘汰背帽攪拌、人工擰緊安裝方式。頂(拱)部錨桿的打眼安裝應完全使用單體錨桿鉆機或機載錨桿鉆機完成，不得使用煤電鉆打眼安裝，以確保攪拌及安裝扭矩。,(6)樹脂錨固劑除按要求進行正常檢驗外，還應進行不定期現場抽檢，直接從使用單位抽取樣品進行檢驗，并通報檢驗結果，嚴禁各單位使用不合格或過期錨固劑。(7)煤巷錨網作業現場距工作面200m以內必須備有510架備用棚及相應的復合支護材料，以備改變支護方式和搶險之需。,(8)所有煤巷錨網支護工作面必須掌握錨索支護技術，以便對特殊部位采用中深孔復合錨固方式。巷道跨度大于5m以及綜采切眼、交岔點、硐室等必須采用錨網、錨索聯合支護。,(9)對于斷層破碎帶、煤質松軟區、地質構造變化帶、地應力異常區、動壓影響區等圍巖支護條件復雜區域，必須采取加密錨桿、全長錨固、錨索錨固、點柱及架棚等強化支護措施。正常錨網作業時，如遇“放煤炮”，頂底板及兩幫移近量顯著增加、圍巖層(節)理發育、突發性片幫掉渣、巷道不易成型、鉆眼速度異常、頂板淋水等異常情況時，應立即停止作業，采取強化支護措施后方可繼續作業。作業現場的任何人員，在認為情況異常時，有權制止違章指揮和違章作業，可自行撤離現場或拒絕進入現場，并及時向有關部門匯報。,(10)煤巷錨網支護長距離掘進超過一定長度(2000m)時，必須實施中問貫通，以改善通風、運輸條件和提高抗災變能力。(11)嚴格執行事故匯報制度。煤巷錨網支護工作面如發生冒頂(片幫)事故，無論是否造成人員傷亡，均必須向調度室匯報，以便及時組織處理，分析原因，采取針對性措施，防止同類事故重復發生。,噴射混凝土施工質量,噴射混凝土施工質量要求,第三節煤礦生產新技術,一、煤礦安全高效開采地質保障技術煤礦安全高效礦井地質保障系統，是根據安全高效礦井機械化、集中化程度高的特點和安全生產需要，以地質量化預測為先導，以物探、鉆探等綜合技術為手段并依托先進的計算機技術從而實現煤礦地質工作的動態管理和安全地質預警的全過程。二、煤巷錨桿支護技術的發展趨勢錨桿支護巷道安全性主要取決三個方面的因素：1、巷道圍巖的物理力學性質2、巷道所處的應力環境3、巷道支護強度,三、災區救護新技術隨著科學技術的進步，裝備水平的提高，近年來災區救護新技術也有較快發展；發達國家在礦山救護領域采用了一些世界領先的新技術，而我國的礦山救護技術當前還沒有重大突破。從發達國家災區救護技術上，可以看到他們在職工培訓、災區自救、互救方面的好經驗、好做法。如：,第三節煤礦生產新技術,1、災區通訊技術在南非、加拿大、澳大利亞等國的井下和災區通訊，都廣泛采用了“無線移動電話”，它發送的信號，可穿透煤層、巖層和土壤，實現遠距離輸送。達到了方便、快捷、安全、高效的要求。在事發的第一時間，災區職工能夠立即匯報災情，指揮部能迅速制定有效的搶救方案、組織快速救援。這對減少事故傷亡、降低事故損失、防止災變繼發、組織成功搶救極為重要。1996年某國有礦井發生了掘進工作面瓦斯燃燒事故，三名救護隊員在災區執行任務時因迷路而遇難。如果當時裝備有這種先進的“災區無線移動電話”，事故就不會發生（詳見教案十）。,第三節煤礦生產新技術,2、災區搜救技術安徽省某金屬礦發生坍塌事故，采用“生命探測儀”實施了成功的救援，而這一技術目前在煤礦尚未推廣應用。近年來發達國家，在災區搜救方面，采取了聲納探測、地音探測、機器人搜救等多項先進新技術。以色列等國具有世界領先的礦井“人員定位搜救系統”。而我國某大城市施工地鐵發生坍塌事故后，到第二天還不知道遇險人員被埋在哪里。2006年美國某礦的3000米深井，發生瓦斯爆炸事故，13名礦工被困，礦主采用了地面打鉆，把機器人從鉆孔內送入災區執行搜救探查任務。因災情嚴重，搜救多日，12人死亡，1人重傷。雖然這次機器人搜救失敗，但已凸顯其搜救技術的先進性。,第三節煤礦生產新技術,