煤礦生產(chǎn)知識與新技術(shù)

第一節(jié)煤田地質(zhì)概述一、成煤作用1.成煤作用：從植物死亡、堆積到轉(zhuǎn)變?yōu)槊旱难葑冞^程，以及在這個演變過程中經(jīng)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(jīng)成煤作用后轉(zhuǎn)變成的固體可燃礦產(chǎn)。煙煤、無煙煤變質(zhì)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(zhì)第一節(jié)煤田地質(zhì)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(yùn)動配合第一節(jié)煤田地質(zhì)概述二、聚煤期地質(zhì)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(jì)、二迭紀(jì)、侏羅紀(jì)和第三紀(jì)為主。第一節(jié)煤田地質(zhì)概述三、煤層賦存特征〔一〕煤層的構(gòu)造和頂、底板1.煤層的構(gòu)造煤層通常是層狀的。分為兩類:〔1〕簡單構(gòu)造煤層〔2〕復(fù)雜構(gòu)造煤層第一節(jié)煤田地質(zhì)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(jié)煤田地質(zhì)概述〔二〕煤層厚度煤層的厚度:煤層頂?shù)装逯g的垂直間隔。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(dāng)代技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件下，可開采的最小煤層厚度.〔6頁表1－3〕第一節(jié)煤田地質(zhì)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(chǎn)狀要素〔三〕煤層的構(gòu)造形態(tài)1.單斜構(gòu)造描繪煤〔巖〕層的空間形態(tài)，通常用產(chǎn)狀要素:走向、傾向及傾角第一節(jié)煤田地質(zhì)概述2.褶皺構(gòu)造煤層及巖層受到程度擠壓力后，變成彎曲形狀，但仍保持其連續(xù)性。3.斷裂構(gòu)造煤〔巖〕層受地殼運(yùn)動作用力，作用力超過煤〔巖〕層的強(qiáng)度，就產(chǎn)生斷裂，失去了連續(xù)性和完好性的構(gòu)造形態(tài)稱為斷裂構(gòu)造。斷裂后，兩側(cè)巖層假設(shè)沒有發(fā)生明顯位移，稱為節(jié)理；斷裂面兩側(cè)的巖層發(fā)生了明顯位移的斷裂構(gòu)造稱為斷層。斷層對礦井消費影響特別顯著。第一節(jié)煤田地質(zhì)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：斷層兩盤沿程度方向挪動。第一節(jié)煤田地質(zhì)概述圖1-5斷層示意圖圖1-6斷距示意圖ab-垂直斷距bc-程度斷距第一節(jié)煤田地質(zhì)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：近程度煤層<8°緩〔傾〕斜煤層8~25°傾斜煤層25~45°急〔傾〕斜煤層>45°第一節(jié)煤田地質(zhì)概述2.按煤層厚度分類按厚度分為三類：薄煤層中厚煤層厚煤層第一節(jié)煤田地質(zhì)概述3.按煤層穩(wěn)定性分類煤層穩(wěn)定性是煤層形態(tài)、厚度、構(gòu)造及可采性的變化程度。按煤層穩(wěn)定性，可分為：穩(wěn)定煤層較穩(wěn)定煤層不穩(wěn)定煤層極不穩(wěn)定煤層第一節(jié)煤田地質(zhì)概述礦圖根本知識一、礦圖的根本知識在采礦設(shè)計、施工和消費過程中，需要一套圖紙分別反映地形、地物、地下煤層形態(tài)、地質(zhì)構(gòu)造、礦井巷道與煤層或礦體之間的關(guān)系；礦井各種巷道、工作面以及它們之間的關(guān)系等，這類圖紙稱為礦圖。礦圖投影方法:正投影和標(biāo)高投影。圖1.9三面正投影關(guān)系圖1—10標(biāo)高投影原理1-大巷;2-上山;A、B、C-標(biāo)高點二、地質(zhì)圖煤礦地質(zhì)圖:反映煤礦各種地質(zhì)現(xiàn)象與井巷工程之間互相關(guān)系及它們空間分布情況的所有圖件。煤礦常用地質(zhì)圖有：a.鉆孔柱狀圖b.地質(zhì)剖面圖c.煤層底板等高線圖d.地形地質(zhì)圖礦圖根本知識a.鉆孔柱狀圖b.地質(zhì)剖面圖c．煤層底板等高線圖d．地形地質(zhì)圖(a)(b)圖1—20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(zhì)和測量信息的綜合性圖紙。1.采掘工程平面圖及剖面圖〔1－22〕2.采掘工程立面圖〔1－23〕3.煤層層面圖〔1－24〕礦圖根本知識第二節(jié)井田開拓的根本問題一、煤田劃分為井田〔一〕煤田與井田1.煤田：同一地質(zhì)時期形成，并大致連續(xù)發(fā)育的含煤巖系分布區(qū)。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?！捕趁禾飫澐譃榫?.原則：1〕井田境界、儲量及開采條件與礦井消費才能適應(yīng)2〕保證井田有合理尺寸〔?。海?km，中：4－7km，大：7－15km〕3〕自然條件4〕相臨礦井間的關(guān)系2.劃分方法：1〕垂直劃分〔近程度煤層〕2〕程度劃分〔傾斜煤層〕3〕按煤組劃分第二節(jié)井田開拓的根本問題第二節(jié)井田開拓的根本問題第二節(jié)井田開拓的根本問題二、礦井儲量、消費才能及效勞年限〔一〕礦井儲量礦井儲量：井田內(nèi)煤炭的埋藏量。礦井工業(yè)儲量(Zg):礦井設(shè)計的資源根據(jù)，一般是列入平衡表內(nèi)的A+B+C級儲量。礦井可采儲量(Z):礦井設(shè)計的可以采出的儲量.第二節(jié)井田開拓的根本問題工業(yè)儲量Zg、可采儲量Z，存在以下關(guān)系：Z=(Zg-P)×C(t)式中P：永久煤柱損失，t；C:采區(qū)回采率。〔規(guī)程規(guī)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。新設(shè)計礦井時可按上述數(shù)據(jù)選取〕第二節(jié)井田開拓的根本問題〔二〕礦井消費才能礦井消費才能:指礦井的設(shè)計消費才能。(萬t/a)礦井井型:按礦井設(shè)計年消費才能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：消費才能為120、150、180、240、300、400、500萬t/a及500萬t/a以上的礦井；習(xí)慣上稱300萬t/a以上的礦井為特大型礦井。2.中型礦井：消費才能為45、60、90萬t/a。3.小型礦井：消費才能為9、15、21、30萬t/a?！踩车V井效勞年限在劃定的井田范圍內(nèi)。當(dāng)?shù)V井消費才能A一定時，可計算出礦井的設(shè)計效勞年限T。式中K——礦井儲量備用系數(shù)，礦井設(shè)計一般取，地質(zhì)條件復(fù)雜的礦井和礦區(qū)總體設(shè)計可取，地方礦可取?！脖?－1礦井及程度效勞年限〕第二節(jié)井田開拓的根本問題第二節(jié)井田開拓的根本問題三、礦井開采的概念〔一〕井田再劃分1．井田劃分為階段和程度階段:沿一定標(biāo)高劃分的一部分井田。開采程度:階段運(yùn)輸大巷及井底車場所在的程度位置及效勞的開采范圍，也簡稱“程度〞。第二節(jié)井田開拓的根本問題第二節(jié)井田開拓的根本問題2．階段內(nèi)的再劃分階段內(nèi)的劃分通常有：采區(qū)式和帶區(qū)式。〔1〕采區(qū)式劃分采區(qū):在階段或開采程度內(nèi)，沿走向劃分為具有獨立消費系統(tǒng)的開采塊段。區(qū)段:在采區(qū)內(nèi),假設(shè)采用走向長壁采煤,沿煤層傾斜方向?qū)⒉蓞^(qū)劃分為假設(shè)干長條形煤帶?！?〕帶區(qū)式劃分在階段內(nèi)沿煤層走向劃分為假設(shè)干個具有獨立消費系統(tǒng)的帶區(qū)，帶區(qū)內(nèi)又劃分為假設(shè)干個傾斜分帶，每個分帶布置一個采煤工作面。第二節(jié)井田開拓的根本問題〔二〕井巷名稱礦山井巷:為進(jìn)展地下開采的需要而開掘的井筒、巷道和硐室的總稱。根據(jù)井巷長軸線與程度面的關(guān)系，礦山井巷可分為:1.垂直巷道2.程度巷道3.傾斜巷道第二節(jié)井田開拓的根本問題第二節(jié)井田開拓的根本問題1.垂直巷道〔1〕立井：效勞于地下開采，在地層中開鑿的直通地面的豎直巷道。(如主井、副井及風(fēng)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(jié)井田開拓的根本問題2.程度巷道〔1〕平硐效勞于地下開采，在地層中開鑿的直通地面的程度巷道。稱為平硐?！?〕大巷與平巷：與地面不直接相通的程度巷道，其長軸方向與煤層走向平行?！?〕石門與煤門石門：與地面不直接相通的程度巷道，其長軸線與煤層走向正交或斜交的巖石程度巷道。煤門：在厚煤層內(nèi)，與煤層走向正交或斜交的程度巷道。第二節(jié)井田開拓的根本問題3.傾斜巷道巷道長軸線與程度面有明顯坡度的巷道。〔1〕斜井〔2〕上山與下山〔3〕斜巷第二節(jié)井田開拓的根本問題〔三〕礦井巷道布置及消費系統(tǒng)1．巷道布置礦井巷道開掘原則：〔1〕要盡快構(gòu)通風(fēng)路〔2〕要盡量平行作業(yè)2．礦井主要消費系統(tǒng)〔1〕運(yùn)煤系統(tǒng)〔2〕通風(fēng)系統(tǒng)〔3〕運(yùn)料排矸系統(tǒng)

第二節(jié)井田開拓的根本問題〔四〕礦井開拓、采區(qū)準(zhǔn)備和工作面準(zhǔn)備按其作用及效勞范圍不同，可分為開拓巷道、準(zhǔn)備巷道及回采巷道。1.開拓巷道：從地面到采區(qū)巷道?！矠榫镩_拓而開掘的根本巷道〕2.準(zhǔn)備巷道：采區(qū)內(nèi)為采區(qū)或幾個工作面效勞的巷道?！矠闇?zhǔn)備采區(qū)而掘進(jìn)的主要巷道〕3.回采巷道：只為一個工作面效勞的巷道。〔形成采煤工作面及為其效勞的巷道〕第二節(jié)井田開拓方式井田開拓:為開采煤炭，由地表進(jìn)入煤層為開采程度效勞所進(jìn)展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(jié)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(jié)井田開拓方式五、平硐、斜井開拓的優(yōu)缺點及適用條件1、平硐優(yōu)點：開拓、運(yùn)輸、排水等系統(tǒng)簡單，省去了提升、排水環(huán)節(jié)及設(shè)備，平硐施工技術(shù)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(dāng)?shù)鼗鶞?zhǔn)面以上，且有一定的儲量。2、斜井優(yōu)點：施工簡單，掘進(jìn)速度快，費用低；斜井用膠帶提煤時，提升才能大。缺點：在開采深度一樣的條件下，井筒長，管線長，維修難，通風(fēng)阻力大，輔助提升才能小。適用條件：埋藏淺，水文地質(zhì)情況簡單的煤層。第二節(jié)井田開拓方式3、立井：優(yōu)點：維護(hù)費用低，管線短，人員、材料升降速度快。缺點：井筒施工復(fù)雜、掘進(jìn)速度慢。適用條件：埋藏深、水文條件復(fù)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(jié)井田開拓方式采煤技術(shù)采煤工作面回采工藝包括：破煤、裝煤、運(yùn)煤、支護(hù)及采空區(qū)處理五大項。采煤工藝指的是：炮采、普采、綜采。第三節(jié)煤礦消費新技術(shù)一、煤礦平安高效開采地質(zhì)保障技術(shù)煤礦平安高效礦井地質(zhì)保障系統(tǒng)，是根據(jù)平安高效礦井機(jī)械化、集中化程度高的特點和平安消費需要，以地質(zhì)量化預(yù)測為先導(dǎo)，以物探、鉆探等綜合技術(shù)為手段并依托先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)從而實現(xiàn)煤礦地質(zhì)工作的動態(tài)管理和平安地質(zhì)預(yù)警的全過程。二、煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)的開展趨勢錨桿支護(hù)巷道平安性主要取決三個方面的因素：1、巷道圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)2、巷道所處的應(yīng)力環(huán)境3、巷道支護(hù)強(qiáng)度三、災(zāi)區(qū)救護(hù)新技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，裝備程度的進(jìn)步，近年來災(zāi)區(qū)救護(hù)新技術(shù)也有較快開展；興隆國家在礦山救護(hù)領(lǐng)域采用了一些世界領(lǐng)先的新技術(shù)，而我國的礦山救護(hù)技術(shù)當(dāng)前還沒有重大打破。從興隆國家災(zāi)區(qū)救護(hù)技術(shù)上，可以看到他們在職工培訓(xùn)、災(zāi)區(qū)自救、互救方面的好經(jīng)歷、好做法。如：第三節(jié)煤礦消費新技術(shù)1、災(zāi)區(qū)通訊技術(shù)在南非、加拿大、澳大利亞等國的井下和災(zāi)區(qū)通訊，都廣泛采用了“無線挪動〞，它發(fā)送的信號，可穿透煤層、巖層和土壤，實現(xiàn)遠(yuǎn)間隔輸送。到達(dá)了方便、快捷、平安、高效的要求。在事發(fā)的第一時間，災(zāi)區(qū)職工可以立即匯報災(zāi)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(zāi)變繼發(fā)、組織成功搶救極為重要。1996年某國有礦井發(fā)生了掘進(jìn)工作面瓦斯燃燒事故，三名救護(hù)隊員在災(zāi)區(qū)執(zhí)行任務(wù)時因迷路而遇難。假如當(dāng)時裝備有這種先進(jìn)的“災(zāi)區(qū)無線挪動〞，事故就不會發(fā)生〔詳見教案十〕。第三節(jié)煤礦消費新技術(shù)2、災(zāi)區(qū)搜救技術(shù)安徽省某金屬礦發(fā)生坍塌事故，采用“生命探測儀〞施行了成功的救援，而這一技術(shù)目前在煤礦尚未推廣應(yīng)用。近年來興隆國家，在災(zāi)區(qū)搜救方面，采取了聲納探測、地音探測、機(jī)器人搜救等多項先進(jìn)新技術(shù)。以色列等國具有世界領(lǐng)先的礦井“人員定位搜救系統(tǒng)〞。而我國某大城市施工地鐵發(fā)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(fā)生瓦斯爆炸事故，13名礦工被困，礦主采用了地面打鉆，把機(jī)器人從鉆孔內(nèi)送入災(zāi)區(qū)執(zhí)行搜救探查任務(wù)。因災(zāi)情嚴(yán)重，搜救多日，12人死亡，1人重傷。雖然這次機(jī)器人搜救失敗，但已凸顯其搜救技術(shù)的先進(jìn)性。第三節(jié)煤礦消費新技術(shù)職工自救裝備職工自救裝備，美國礦井，每個井下作業(yè)班組，都配有兩個“便攜式布簾〞，做快速構(gòu)建臨時避難峒室應(yīng)急使用。

加拿大等國，入井人員佩用的自救氧，體積小，重量輕，氧量多，可在災(zāi)區(qū)使用1小時。美國2006年3月已通過立法，將入井人員的自救氧從現(xiàn)有的1小時增加到2小時，在兩年內(nèi)裝備完畢。這就大大進(jìn)步了災(zāi)區(qū)遇險人員自救生存機(jī)率。而我國國產(chǎn)自救器，在災(zāi)區(qū)使用時限，僅為30、40分鐘，差距較大。第三節(jié)煤礦消費新技術(shù)