煤礦開采工藝與頂板管理-

1、煤礦開采工藝與頂板管理第一節(jié):煤礦開采安全的基本條件一、概述我國煤礦的安全生產(chǎn)狀況在黨和政府的高度重視下得到不斷改善。我國煤礦約90%以上是井工開采,地下“五大”自然災(zāi)害是與地面作業(yè)的根本區(qū)別。了解災(zāi)害發(fā)生和發(fā)展的規(guī)律,鑒別其發(fā)生前的征兆,掌握防治的主要措施,對于預(yù)防和減輕事故帶來的深度和范圍得到很大的控制,是煤礦管理、工程技術(shù)人員以及廣大煤礦職工必須掌握的專業(yè)知識,也是煤礦安全培訓(xùn)的主要內(nèi)容。二、煤礦開采安全的基本條件煤礦生產(chǎn)是地下作業(yè),環(huán)境條件復(fù)雜。由于生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量有害氣體和礦塵,以及進(jìn)入井下空氣的成分、溫度、濕度等發(fā)生了一系列的變化,水分的蒸發(fā)和散熱作用等因素的影響,形成惡劣的氣

2、候條件。因此,為了保護(hù)職工的身體健康和生命安全,減少或杜絕“一通三防”而引發(fā)各類事故的發(fā)生,保證正常生產(chǎn),必須對礦井實(shí)行科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)、減能的通風(fēng)系統(tǒng)。同時(shí)必須滿足下列要求:(4項(xiàng)除了滿足通風(fēng)要求外,為了保證安全生產(chǎn)還必須滿足下列要求:A:必須建立安全可靠的排水系統(tǒng)。水泵在20h內(nèi)排出礦井24h內(nèi)排出的最大涌水量。B:必須建立安全可靠的供水、供電系統(tǒng);運(yùn)輸、提升系統(tǒng);防滅火及照明通訊系統(tǒng)。C:必須建立安全可靠防“五害”的日常管理制度、措施以及災(zāi)變預(yù)防及處理計(jì)劃。分別論述以上三項(xiàng)科學(xué)的防治措施。執(zhí)行都是安全生產(chǎn)的基本條件。三、煤礦生產(chǎn)的其他管理1采掘工作面遇地質(zhì)變化(斷層、褶曲、斷層構(gòu)造、過老

3、塘、工作面初采、末采等。在編制作業(yè)規(guī)程時(shí),應(yīng)制定安全技術(shù)措施。2根據(jù)規(guī)程相關(guān)規(guī)定,并結(jié)合實(shí)際條件,編制通常(支、回柱、移架、設(shè)備的操作,“五害”的預(yù)防與處理,防止放炮事故及避災(zāi)路線等的作業(yè)措施和執(zhí)行。3高度重視提升、運(yùn)輸系統(tǒng)。它戰(zhàn)線長、環(huán)節(jié)多,要建立健全規(guī)章制度,確保提升、運(yùn)輸安全。4采掘工作面嚴(yán)禁超采和破壞安全煤柱。注意工作面上、下端頭出口處的維護(hù)和支護(hù)。第二節(jié):煤系地層一、煤系地層1、煤系地層:在一定歷史時(shí)期形成的具有成因聯(lián)系的大致連續(xù)沉積的一套含煤巖系。(厚度幾十米幾千米不等。構(gòu)成煤系的巖層:泥巖、頁巖、粉砂巖、砂巖及煤層。煤系地層呈灰白色、灰色、黑色。2、煤層:是植物殘?bào)w大量堆積,經(jīng)成

4、煤作用形成的層狀固體可燃礦產(chǎn)。是煤系地層的重要組成部分,它的厚度及其變化是評價(jià)工業(yè)價(jià)值的主要指標(biāo),也是選擇采煤方法的主要依據(jù)。A:煤層的分類:煤層的形態(tài)按其成層的連續(xù)程度分為:1層狀煤層:連續(xù)性、層位穩(wěn)定、厚度變化小,有一定規(guī)律性。2似層狀煤層:層位比較穩(wěn)定,有一定連續(xù)性、厚度變化大,無一定規(guī)律性。(藕節(jié)、串珠狀。3非層狀煤層:層位極不穩(wěn)定、連續(xù)性很差、尖滅與分叉、厚度變化很大、無規(guī)律。(雞窩、扁豆?fàn)?。煤層厚?煤層頂?shù)装逯g的垂直距離。(煤層層面間的法線距離。:按煤層厚度分(1薄煤層:煤層厚度<1、3M;(2中厚煤層:1、3M3、5M; (3厚煤層:3、56M; (4特厚煤層:厚度為6

5、M以上;:按煤層傾角分(1近水平煤層:煤層傾角<8°(2緩傾斜煤層:825° (3傾斜煤層:2545°(4急傾斜煤層:>45°:按煤層穩(wěn)定性分按煤層厚度、結(jié)構(gòu)在井田范圍內(nèi)變化情況分為:穩(wěn)定、較穩(wěn)定、不穩(wěn)定、極不穩(wěn)定四個(gè)類別。B:煤層的頂板、底板:頂板(偽頂、直接頂、老頂、復(fù)合頂板:底板(直接底、老底二、地質(zhì)構(gòu)造1、定義:原始沉積的煤系地層,由于后期地殼運(yùn)動(dòng)及外力地質(zhì)作用,巖層產(chǎn)生位移、段層等變化的一系列的構(gòu)造。2、分類:(褶皺構(gòu)造、段裂構(gòu)造A:褶皺構(gòu)造:巖層受到水平力的擠壓而發(fā)生波狀彎曲,且保持巖層的連續(xù)性和完整性的構(gòu)造。a: 褶皺構(gòu)造中每一

6、彎曲為一褶曲,它分為背斜構(gòu)造和向斜構(gòu)造兩種。b:褶皺構(gòu)造對安全生產(chǎn)的影響:1大褶曲使煤層傾角發(fā)生變化,工作面壓力不明顯。大型向斜軸部壓力大,易冒頂。2中、小型對安全影響較大。煤層起伏不平,造成頂板局部破碎,易冒頂,給管理帶來困難。B:段裂構(gòu)造:巖層受力后遭到破壞形成斷裂,失去連續(xù)性和完整性的構(gòu)造形態(tài)。a:斷層構(gòu)造:巖層的斷裂面兩側(cè)發(fā)生顯著位移的斷裂構(gòu)造。b:斷層要素:斷層面;交面線:下盤;上盤。c:斷裂構(gòu)造對安全生產(chǎn)的影響:1通過含水量較大的斷層時(shí),造成掘進(jìn)和支護(hù)的困難。有時(shí)發(fā)生透水事故。2瓦斯含量較大的煤層,破碎帶是瓦斯良好的通道,易瓦斯積聚。防止瓦斯事故。3頂板破碎,采取安全措施,加強(qiáng)支護(hù)

7、,防止冒頂。4斷層越多,資源損失越大。必要時(shí),在較大斷層兩側(cè),留設(shè)安全煤柱。(寬1520M.第三節(jié):綜采工藝一、定義:工作面的落煤、裝煤、運(yùn)煤、支護(hù)、移架、推移運(yùn)輸機(jī)、采空區(qū)處理等主要工序全部實(shí)現(xiàn)機(jī)械化,且在時(shí)間、空間上的分配和布置形式。二、與普采的區(qū)別:支護(hù)與控頂這兩種工序自移式液壓支架合為一體。三、適用條件及特點(diǎn):適用地質(zhì)條件較好的地段。它具有結(jié)構(gòu)少,高產(chǎn)、高效等特點(diǎn)。四、工作面布置及技術(shù)管理(附綜采工作面設(shè)備布置圖 A:工作面布置:a:工作面主要設(shè)備:液壓支架、采煤機(jī)、輸送機(jī)、單體液壓支柱。b:平巷主要設(shè)備:轉(zhuǎn)載機(jī)、帶式輸送機(jī)、破碎機(jī)、乳化液泵乳化液泵箱、噴霧站、液壓安全絞車。c:端頭設(shè)

8、備:端頭液壓支護(hù)、單體液壓支護(hù)、金屬鉸接頂梁。d:電器設(shè)備:移動(dòng)變電站、饋電開關(guān)、照明、通訊等。B:技術(shù)管理1必須編制采區(qū)設(shè)計(jì),并組織施工;一個(gè)采區(qū)內(nèi)同一煤層只準(zhǔn)設(shè)計(jì)2個(gè)采煤工作面和4個(gè)掘進(jìn)工作面。2必須采用壁式采煤法,形成全負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng),至少保持2個(gè)安全出口。3必須編制作業(yè)規(guī)程,經(jīng)相關(guān)部門、領(lǐng)導(dǎo)審核后,向作業(yè)人員提前貫徹學(xué)習(xí),并簽字。4工作面情況發(fā)生變化時(shí),及時(shí)修正作業(yè)措施,學(xué)習(xí)貫徹執(zhí)行。5必須有工作面作業(yè)規(guī)程和循環(huán)作業(yè)圖,否則不許開工。6禁止使用木支柱和金屬摩擦支柱。7工作面初采時(shí)嚴(yán)禁反向開采。初采、末采時(shí),必須有安全措施。嚴(yán)禁開采保安煤柱。(以及切眼安裝和撤面的頂板管理和專項(xiàng)措施。8工作

9、面不得丟失頂?shù)酌?浮煤要清理干凈。(2平方米內(nèi),浮煤堆積厚度不超過30MM。五、采煤工藝:(工作面內(nèi)各工序在時(shí)間、空間上的分配和組織形式。A:工序(割煤和裝煤1采煤機(jī)割煤:(同普采割煤方法相同:推入式、鉆入式、斜切式。工作面傾角達(dá)8°時(shí),必須有防滑措施;傾角達(dá)16°,必須有防滑安全絞車。完成割煤工序的設(shè)備:滾筒式采煤機(jī)。為了適應(yīng)采高的變化及煤層頂?shù)装宓钠鸱?通常采用可調(diào)高雙滾筒采煤機(jī)進(jìn)行割煤。雙滾筒采煤機(jī)不論上行或下行,一般采用前滾筒割頂煤,后滾筒割底煤。為了提高裝煤效果,在滾筒后部裝有弧形擋煤板,加裝擋煤板后裝煤率從6070%提高到90%以上。B:運(yùn)煤(這里主要講工作面運(yùn)

10、輸機(jī)運(yùn)煤。使用刮板運(yùn)輸機(jī)的主要事項(xiàng):1推移溜子時(shí),嚴(yán)格掌握彎曲段長度。(截深0、6M、彎曲長度為8節(jié)溜槽。2兩溜槽之間允許垂直彎曲角度為2°-4°。(底板凸凹不平時(shí),要支墊,保持平直。3除彎曲斷外,其他部分要鋪設(shè)平直。支架千斤頂頂端頂溜時(shí)脫滑20CM時(shí),要從新調(diào)整角度。4溜頭缷載端與轉(zhuǎn)載機(jī)尾搭接高度、距離要合適。六、工作面支護(hù)與頂板管理:它包括工作面內(nèi)的支護(hù)、兩端頭支護(hù)和回采巷道的超前維護(hù)。同時(shí),綜采工作面必須符合煤礦安全規(guī)程第67條的12項(xiàng)安全規(guī)定。A:工作面內(nèi)的支護(hù):1.合理選擇工作面支護(hù)形式,支護(hù)方式、支護(hù)強(qiáng)度的選擇。(作業(yè)規(guī)程中,要有根據(jù)礦壓觀測及地質(zhì)資料進(jìn)行科學(xué)技

11、術(shù)依據(jù)。2液壓支架(滑移支架、單體液壓支柱支撐范圍與采高相附,支架略低于采高。(一般為100MM左右。嚴(yán)禁采高大于支架的最大支護(hù)高度;采高不得低于支架的最小支護(hù)高度。3工作面不得有泄液柱、空載支柱,不出現(xiàn)死柱。4工作面控頂范圍內(nèi),頂?shù)装逡七M(jìn)量按采高計(jì)算100MM/M.否則,立即采取措施。5綜采工作面支架接頂嚴(yán)實(shí)。支架之間歪斜應(yīng)小于15°,正負(fù)偏差50MM;中心距正負(fù)偏差100MM,沒有明顯交錯(cuò)。6采高超過3M時(shí),或片幫嚴(yán)重,支架必須有互幫板。7支架與頂板的傾角不大于7°。否則,用木板梁墊平接頂。8工作面傾角大于15°,應(yīng)有防倒、防滑措施;大于25°時(shí),有

12、防煤(矸竄出運(yùn)輸機(jī)傷人措施。9工作面?zhèn)汩芤?長1M以上時(shí),寬為150MM(薄煤層;寬為200MM(中厚煤層。長1M以下時(shí),寬200MM(薄煤層;寬為250MM(中厚煤層。綜采工作面的工作空間是用液壓支架進(jìn)行支護(hù)的。液壓支架是以高壓液體動(dòng)力,完成對工作面頂板的支撐、切頂、擋矸、護(hù)幫、支架前移,以及推移工作面運(yùn)輸機(jī)等一整套動(dòng)作。目前,我國綜采面主要采用全部垮落法處理采空區(qū)。用全部垮落法管理的工作面,采空區(qū)冒落高度普遍應(yīng)大于1、5倍采高,局部懸頂或冒落不充分時(shí),應(yīng)加強(qiáng)支護(hù),超過2×5M的要進(jìn)行強(qiáng)制放頂或高壓注水。B:液壓支架的分類及使用條件一、結(jié)構(gòu)與組成:1承壓構(gòu)件(支柱; 2支撐構(gòu)件(

13、頂梁或脫梁2掩護(hù)構(gòu)件(掩護(hù)梁4底座二、按支撐特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)把支架分為3類:1、支撐式(主要由前梁、頂梁、立柱、底座、推移千斤頂、前梁千斤頂及擋矸簾等部件組成.1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn):呈框型結(jié)構(gòu)、頂梁較長、一般帶有前探梁;立柱多(46根,且垂直頂梁支設(shè);支架后部有簡單的擋矸裝置;作業(yè)空間和通風(fēng)斷面較大。2、支撐特點(diǎn):支撐力大、支撐力作用點(diǎn)靠近支架后部、切頂能力強(qiáng);對頂板反復(fù)支撐次數(shù)多;抗水平載荷能力差、不能帶壓移架;支架間不密封,矸石易竄入工作空間。優(yōu)點(diǎn):適用于礦壓較大,有明顯周期來壓的中硬和堅(jiān)硬頂板。(類、類直接頂。缺點(diǎn):頂梁長、空頂距大,在控頂區(qū)內(nèi)支撐力的分布很不均勻,集中在控頂區(qū)的后半部。支架會(huì)出現(xiàn)

14、前梁低頭、主梁上翹、后柱受拉脫窩現(xiàn)象。對剛暴露的直接頂失去支撐作用,老頂產(chǎn)生劇烈下沉或發(fā)生斷裂,或造成壓死支架。它不宜在直接頂松軟或破碎的工作面使用。2、掩護(hù)式(前梁、頂梁、掩護(hù)梁、立柱、底座、四連桿、護(hù)幫板及推移千斤頂?shù)冉M成。1結(jié)構(gòu)特點(diǎn):頂梁較短;支柱傾斜布置,調(diào)高范圍大;擋矸裝置完善;工作空間小,通風(fēng)阻力大。2支護(hù)特點(diǎn):支撐力小,切頂能力弱,但支撐力集中作用于機(jī)道上方的頂板上,支護(hù)強(qiáng)度大且均勻;對頂板重復(fù)支撐次數(shù)少;密封掩護(hù)性好;能承受較大的水平力,且允許帶壓移架。優(yōu)點(diǎn):對新暴露頂板的反復(fù)支撐與缷載的次數(shù)少,有利于防止頂板的破壞;頂梁支撐力靠近煤壁,新頂板能得到及時(shí)有效的支護(hù),有利于減少頂

15、板的離層和下沉。擋矸效果好。它適用于頂板比較破碎的工作面;適用于采面老頂來壓強(qiáng)度較低,周期來壓步距較穩(wěn)定、頂板壓力較小、底板比較堅(jiān)硬、采高較大,但不易片幫的煤層。缺點(diǎn):工作空間狹小,行人、工作不方便。斷面小,瓦斯大時(shí),受到一定限制。3、支撐掩護(hù)式(前梁、頂梁、前后支柱、掩護(hù)梁、前后連桿、底座及推移裝置等組成.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn):工作空間寬敞;雙排力柱支撐頂梁(或頂梁與掩護(hù)梁） ；擋矸、調(diào)架性能好。 2 支護(hù)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，抗水平能力強(qiáng)；支撐力大，抵抗礦 山壓力的能力強(qiáng)；可以帶壓移架。 優(yōu)點(diǎn)：工作空間大，擋矸效果好。初撐力、支護(hù)強(qiáng)度高， 效果好、切頂能力強(qiáng)，有利于控制堅(jiān)硬頂板。適用工作面老 頂來壓能力強(qiáng)

16、，也適用于松軟底板。它適用條件比掩護(hù)支架 寬。 缺點(diǎn)：頂梁較長，前端支撐能力略低于掩護(hù)支架?？蛇m用 于的老頂，類的直接頂板。 C:液壓支架的移架方式 1） 單架依次順序式（支架沿采煤機(jī)的割煤方向依次前 移，移動(dòng)步距等于采煤機(jī)的截深） 。 特點(diǎn):操作簡單、容易保證支護(hù)質(zhì)量。移架速度慢，工時(shí) 長。適用于不穩(wěn)定頂板，應(yīng)用范圍廣。 2） 分組間隔交錯(cuò)式（每組 23 架，組內(nèi)按順序前移， 組間平行作業(yè)） 。 特點(diǎn)：移架速度快，能滿足采煤機(jī)快速采煤的要求。支護(hù) 質(zhì)量差。它適用于較穩(wěn)定的頂板。 3） 成組整體依次順序式（每組 23 架，組內(nèi)聯(lián)動(dòng)，組 間按順序前移） 。 特點(diǎn)：移架速度快。支護(hù)質(zhì)量差。它適用于

17、地質(zhì)條件好頂 板穩(wěn)定的區(qū)域。我國較少運(yùn)用。 11 D:割煤、移架與推移輸送機(jī)的配合方式 1）立即支護(hù)：采煤機(jī)割煤后，先支護(hù)后移運(yùn)輸機(jī)。 它適用于穩(wěn)定性較差的頂板。能及時(shí)支護(hù)頂板。 2）滯后支護(hù)：采煤機(jī)割煤后，先移運(yùn)輸機(jī)后移支護(hù)。 特點(diǎn)：支架控頂距小。機(jī)道上方空頂時(shí)間長，頂板下沉量 增大。 E:端頭支護(hù)與超前支護(hù)： 1） 端頭支護(hù)常采用端頭支架。 （應(yīng)選擇具有一定穩(wěn)定性、 對頂板有封閉性的支護(hù)形式） 。工作面的上下出口處懸頂面 積大，機(jī)械設(shè)備多，又是材料和人員出入的交通口，所以必 須加強(qiáng)維護(hù)。溜頭多為“一梁三柱” ；溜尾多為“一梁四柱” 。 兩端頭壓力大時(shí)，可配用型鋼梁。兩端頭巷道綜采不低于 1

18、、8M；其他采煤法此處不低于 1、6M。 目前我國綜采面端頭支護(hù)主要采取端頭支架支護(hù)、普通 液壓支架支護(hù)和單體支護(hù)等幾種方式。 ：機(jī)頭：機(jī)頭布置兩架端頭支架（ZZ1425 型） ，交 錯(cuò)邁步向前移動(dòng)，移動(dòng)步距同采煤機(jī)截深，一般為 0、6M. 移端頭架、推轉(zhuǎn)載機(jī)和移溜頭、移工作面 1 號、2 號架 的順序：先移端頭 1 號架再移端頭 2 號架，然后移轉(zhuǎn)載機(jī)再 移溜頭，最后及時(shí)移工作面 1 號架、2 號架，工作面 1 號、2 號架移過后滯后工作面其他支架 30M。 ：機(jī)尾：機(jī)尾 118 號、119 號架移過架后工作面其他支 12 架 30M，移架及機(jī)尾的順序?yàn)椋合纫茩C(jī)尾后移架。當(dāng) 119 號 架距煤柱大于 1、5M 時(shí)，用直徑 20CM,長 2M 或 3、2M 的紅松 半圓木配單體支柱支護(hù)。 2） 超前維護(hù):上下出口超前維護(hù)為 20M. 七、綜采工作面冒頂事故預(yù)防 A:冒頂事故的分類(局部冒頂和大面積冒頂。 B:冒頂事故的地點(diǎn)