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煤矿开采工艺与顶板管理 第一节煤矿开采安全的基本条件 一、概述 我国煤矿的安全生产状况在党和政府的高度重视下得 到不断改善。我国煤矿约90以上是井工开采,地下“五大”自然灾害是与地面作业的根本区别。 了解灾害发生和发展的规律,鉴别其发生前的征兆,掌握防治的主要措施,对于预防和减轻事故带来的深度和范围得到很大的控制,是煤矿管理、工程技术人员以及广大煤矿职工必须掌握的专业知识,也是煤矿安全培训的主要内容。 二、煤矿开采安全的基本条件 煤矿生产是地下作业,环境条件复杂。由于生产过程中会产生大量有害气体和矿尘,以及进入井下空气的成分、温度、湿度等发生了一系列的变化,水分的蒸发和散热作用等因素的影响,形成恶劣的气候条件。因此,为了保护职工的身体健康和生命安全,减少或杜绝“一通三防”而引发各类事故的发生,保证正常生产,必须对矿井实行科学、合理、经济、减能的通风系统。同时必须满足下列要求4项 除了满足通风要求外,为了保证安全生产还必须满足下列要求 A必须建立安全可靠的排水系统。水泵在20h内排出矿井24h内排出的最大涌水量。 B必须建立安全可靠的供水、供电系统;运输、提升系统; 防灭火及照明通讯系统。 C必须建立安全可靠防“五害”的日常管理制度、措施以及灾变预防及处理计划。 分别论述以上三项科学的防治措施。执行都是安全生产的基本条件。 三、煤矿生产的其他管理 1采掘工作面遇地质变化断层、褶曲、断层构造、过老塘、工作面初采、末采等。在编制作业规程时,应制定安全技术措施。 2根据规程相关规定,并结合实际条件,编制通常支、回柱、移架、设备的操作,“五害”的预防与处理,防止放炮事故及避灾路线等的作业措施和执行。 3高度重视提升、运输系统。它战线长、环节多,要建立健全规章制度,确保提升、运输安全。 4采掘工作面严禁超采和破坏安全煤柱。注意工作面上、下端头出口处的维护和支护。 第二节煤系地层 一、煤系地层 1、煤系地层在一定历史时期形成的具有成因联系的大致连续沉积的一套含煤岩系。厚度几十米几千米不等。构成煤系的岩层泥岩、页岩、粉砂岩、砂岩及煤层。 煤系地层呈灰白色、灰色、黑色。 2、煤层是植物残体大量堆积,经成煤作用形成的层状固体可燃矿产。是煤系地层的重要组成部分,它的厚度及其变化是评价工业价值的主要指标,也是选择采煤方法的主要依据。 A煤层的分类 Ⅰ煤层的形态按其成层的连续程度分为 1层状煤层连续性、层位稳定、厚度变化小,有一定规 律性。 2似层状煤层层位比较稳定,有一定连续性、厚度变化 大,无一定规律性。藕节、串珠状。 3非层状煤层层位极不稳定、连续性很差、尖灭与分叉、 厚度变化很大、无规律。鸡窝、扁豆状。 煤层厚度煤层顶底板之间的垂直距离。煤层层面间的法线距离。 Ⅱ按煤层厚度分 1薄煤层煤层厚度1、3M;2中厚煤层1、3M3、5M; 3厚煤层3、56M; 4特厚煤层厚度为6M以上; Ⅲ按煤层倾角分 1近水平煤层煤层倾角45; Ⅳ按煤层稳定性分 按煤层厚度、结构在井田范围内变化情况分为 稳定、较稳定、不稳定、极不稳定四个类别。 B煤层的顶板、底板 Ⅰ顶板伪顶、直接顶、老顶、复合顶板 Ⅱ底板直接底、老底 二、地质构造 1、定义原始沉积的煤系地层,由于后期地壳运动及外力 地质作用,岩层产生位移、段层等变化的一系列的构造。 2、分类褶皱构造、段裂构造 A褶皱构造岩层受到水平力的挤压而发生波状弯曲,且保持岩层的连续性和完整性的构造。 a 褶皱构造中每一弯曲为一褶曲,它分为背斜构造和向斜构造两种。 b褶皱构造对安全生产的影响 1大褶曲使煤层倾角发生变化,工作面压力不明显。大 型向斜轴部压力大,易冒顶。 2中、小型对安全影响较大。煤层起伏不平,造成顶板 局部破碎,易冒顶,给管理带来困难。 B段裂构造岩层受力后遭到破坏形成断裂,失去连续性和完整性的构造形态。 a断层构造岩层的断裂面两侧发生显著位移的断裂构造。b断层要素断层面;交面线下盘;上盘。 c断裂构造对安全生产的影响 1通过含水量较大的断层时,造成掘进和支护的困难。有 时发生透水事故。 2瓦斯含量较大的煤层,破碎带是瓦斯良好的通道,易 瓦斯积聚。防止瓦斯事故。 3顶板破碎,采取安全措施,加强支护,防止冒顶。 4断层越多,资源损失越大。必要时,在较大断层两侧, 留设安全煤柱。宽1520M. 第三节综采工艺 一、定义工作面的落煤、装煤、运煤、支护、移架、 推移运输机、采空区处理等主要工序全部实现机械 化,且在时间、空间上的分配和布置形式。 二、与普采的区别支护与控顶这两种工序自移式液压 支架合为一体。 三、适用条件及特点 适用地质条件较好的地段。它具有结构少,高产、高效等特点。 四、工作面布置及技术管理附综采工作面设备布置图 A工作面布置 a工作面主要设备液压支架、采煤机、输送机、单体液压支柱。 b平巷主要设备转载机、带式输送机、破碎机、乳化液泵 乳化液泵箱、喷雾站、液压安全绞车。 c端头设备端头液压支护、单体液压支护、金属铰接顶梁。d电器设备移动变电站、馈电开关、照明、通讯等。 B技术管理 1必须编制采区设计,并组织施工;一个采区内同一煤层 只准设计2个采煤工作面和4个掘进工作面。 2必须采用壁式采煤法,形成全负压通风系统,至少保持2 个安全出口。 3必须编制作业规程,经相关部门、领导审核后,向作业 人员提前贯彻学习,并签字。 4工作面情况发生变化时,及时修正作业措施,学习贯彻 执行。 5必须有工作面作业规程和循环作业图,否则不许开工。 6禁止使用木支柱和金属摩擦支柱。 7工作面初采时严禁反向开采。初采、末采时,必须有安 全措施。严禁开采保安煤柱。以及切眼安装和撤面的顶板管理和专项措施。 8工作面不得丢失顶底煤,浮煤要清理干净。2平方米内, 浮煤堆积厚度不超过30MM。 五、采煤工艺工作面内各工序在时间、空间上的分配和 组织形式。 A工序割煤和装煤 1采煤机割煤同普采割煤方法相同推入式、钻入式、 斜切式。工作面倾角达8时,必须有防滑措施;倾角达16,必须有防滑安全绞车。 完成割煤工序的设备滚筒式采煤机。为了适应采高的变化及煤层顶底板的起伏,通常采用可调高双滚筒采煤机进行割煤。双滚筒采煤机不论上行或下行,一般采用前滚筒割顶煤,后滚筒割底煤。为了提高装煤效果,在滚筒后部装有弧形挡煤板,加装挡煤板后装煤率从6070提高到90以上。 B运煤这里主要讲工作面运输机运煤。 使用刮板运输机的主要事项 1推移溜子时,严格掌握弯曲段长度。截深0、6M、弯曲长度为8节溜槽。 2两溜槽之间允许垂直弯曲角度为2--4。底板凸凹不平时,要支垫,保持平直。 3除弯曲断外,其他部分要铺设平直。支架千斤顶顶端顶溜时脱滑20CM时,要从新调整角度。 4溜头缷载端与转载机尾搭接高度、距离要合适。 六、工作面支护与顶板管理 它包括工作面内的支护、两端头支护和回采巷道的超前维护。同时,综采工作面必须符合煤矿安全规程第67条的12项安全规定。 A工作面内的支护 1.合理选择工作面支护形式,支护方式、支护强度的选择。作业规程中,要有根据矿压观测及地质资料进行科学技术依据。 2液压支架滑移支架、单体液压支柱支撑范围与采高相附,支架略低于采高。一般为100MM左右。严禁采高大于支架的最大支护高度;采高不得低于支架的最小支护高度。 3工作面不得有泄液柱、空载支柱,不出现死柱。 4工作面控顶范围内,顶底板移进量按采高计算≤100MM/M.否则,立即采取措施。 5综采工作面支架接顶严实。支架之间歪斜应小于15,正负偏差50MM;中心距正负偏差100MM,没有明显交错。 6采高超过3M时,或片帮严重,支架必须有互帮板。 7支架与顶板的倾角不大于7。否则,用木板梁垫平接顶。 8工作面倾角大于15,应有防倒、防滑措施;大于25时,有防煤矸窜出运输机伤人措施。 9工作面伞檐要求长1M以上时,宽为150MM薄煤层;宽为200MM中厚煤层。长1M以下时,宽200MM薄煤层;宽为250MM中厚煤层。 综采工作面的工作空间是用液压支架进行支护的。液压支架是以高压液体动力,完成对工作面顶板的支撑、切顶、 挡矸、护帮、支架前移,以及推移工作面运输机等一整套动作。目前,我国综采面主要采用全部垮落法处理采空区。 用全部垮落法管理的工作面,采空区冒落高度普遍应大于1、5倍采高,局部悬顶或冒落不充分时,应加强支护,超过25M的要进行强制放顶或高压注水。 B液压支架的分类及使用条件 一、结构与组成 1承压构件支柱; 2支撑构件顶梁或脱梁 2掩护构件掩护梁4底座 二、按支撑特点和结构特点把支架分为3类 1、支撑式主要由前梁、顶梁、立柱、底座、推移千斤顶、前梁千斤顶及挡矸帘等部件组成. 1、结构特点呈框型结构、顶梁较长、一般带有前探梁;立柱多46根,且垂直顶梁支设;支架后部有简单的挡矸装置;作业空间和通风断面较大。 2、支撑特点支撑力大、支撑力作用点靠近支架后部、切顶能力强;对顶板反复支撑次数多;抗水平载荷能力差、不能带压移架;支架间不密封,矸石易窜入工作空间。 优点适用于矿压较大,有明显周期来压的中硬和坚硬顶板。Ⅲ类、Ⅳ类直接顶。 缺点顶梁长、空顶距大,在控顶区内支撑力的分布很不均匀,集中在控顶区的后半部。支架会出现前梁低头、主梁 上翘、后柱受拉脱窝现象。对刚暴露的直接顶失去支撑作用,老顶产生剧烈下沉或发生断裂,或造成压死支架。它不宜在直接顶松软或破碎的工作面使用。 2、掩护式前梁、顶梁、掩护梁、立柱、底座、四连杆、护帮板及推移千斤顶等组成。 1结构特点顶梁较短;支柱倾斜布置,调高范围大;挡矸装置完善;工作空间小,通风阻力大。 2支护特点支撑力小,切顶能力弱,但支撑力集中作用于机道上方的顶板上,支护强度大且均匀;对顶板重复支撑次数少;密封掩护性好;能承受较大的水平力,且允许带压移架。 优点对新暴露顶板的反复支撑与缷载的次数少,有利于防止顶板的破坏;顶梁支撑力靠近煤壁,新顶板能得到及时有效的支护,有利于减少顶板的离层和下沉。挡矸效果好。它适用于顶板比较破碎的工作面;适用于采面老顶来压强度较低,周期来压步距较稳定、顶板压力较小、底板比较坚硬、采高较大,但不易片帮的煤层。 缺点工作空间狭小,行人、工作不方便。断面小,瓦斯大时,受到一定限制。 3、支撑掩护式前梁、顶梁、前后支柱、掩护梁、前后连 杆、底座及推移装置等组成. 1结构特点工作空间宽敞;双排力柱支撑顶梁或顶梁与 掩护梁） ；挡矸、调架性能好。 2 支护特点结构稳定，抗水平能力强；支撑力大，抵抗矿 山压力的能力强；可以带压移架。 优点工作空间大，挡矸效果好。初撑力、支护强度高， 效果好、切顶能力强，有利于控制坚硬顶板。适用工作面老 顶来压能力强，也适用于松软底板。它适用条件比掩护支架 宽。 缺点顶梁较长，前端支撑能力略低于掩护支架。可适用 于ⅠⅣ的老顶，ⅡⅣ类的直接顶板。 C液压支架的移架方式 1） 单架依次顺序式（支架沿采煤机的割煤方向依次前 移，移动步距等于采煤机的截深） 。 特点操作简单、容易保证支护质量。移架速度慢，工时 长。适用于不稳定顶板，应用范围广。 2） 分组间隔交错式（每组 23 架，组内按顺序前移， 组间平行作业） 。 特点移架速度快，能满足采煤机快速采煤的要求。支护 质量差。它适用于较稳定的顶板。 3） 成组整体依次顺序式（每组 23 架，组内联动，组 间按顺序前移） 。 特点移架速度快。支护质量差。它适用于地质条件好顶 板稳定的区域。我国较少运用。 11 D割煤、移架与推移输送机的配合方式 1）立即支护采煤机割煤后，先支护后移运输机。 它适用于稳定性较差的顶板。能及时支护顶板。 2）滞后支护采煤机割煤后，先移运输机后移支护。 特点支架控顶距小。机道上方空顶时间长，顶板下沉量 增大。 E端头支护与超前支护 1） 端头支护常采用端头支架。 （应选择具有一定稳定性、 对顶板有封闭性的支护形式） 。工作面的上下出口处悬顶面 积大，机械设备多，又是材料和人员出入的交通口，所以必 须加强维护。溜头多为“一梁三柱” ；溜尾多为“一梁四柱” 。 两端头压力大时，可配用Ⅱ型钢梁。两端头巷道综采不低于 1、8M；其他采煤法此处不低于 1、6M。 目前我国综采面端头支护主要采取端头支架支护、普通 液压支架支护和单体支护等几种方式。 ⅰ机头机头布置两架端头支架（ZZ14／25 型） ，交 错迈步向前移动，移动步距同采煤机截深，一般为 0、6M. 移端头架、推转载机和移溜头、移工作面 1 号、2 号架 的顺序先移端头 1 号架再移端头 2 号架，然后移转载机再 移溜头，最后及时移工作面 1 号架、2 号架，工作面 1 号、2 号架移过后滞后工作面其他支架 30M。 ⅱ机尾机尾 118 号、119 号架移过架后工作面其他支 12 架 30M，移架及机尾的顺序为先移机尾后移架。当 119 号 架距煤柱大于 1、5M 时，用直径 20CM,长 2M 或 3、2M 的红松 半圆木配单体支柱支护。 2） 超前维护上下出口超前维护为 20M. 七、综采工作面冒顶事故预防 A冒顶事故的分类局部冒顶和大面积冒顶。 B冒顶事故的地点（局部冒顶地点和大面积冒顶地点） 。 C冒顶事故的预兆（煤壁、顶板、支架、响声、底鼓等） 。 D冒顶事故的防治（综采工作面） 1） 工作面支架保证初撑力，不漏液、不窜液，顶梁升紧升 平。 2） 进风巷绞车窝推进至超前维护内， 在加宽处每相邻两排 金属棚中间紧靠帮补套Ⅱ型钢梁棚。 “一梁两柱” ，另一 根间距 1、2M 处支设，Ⅱ型梁 1、5M 长。 3） 顶板破碎时，支架梁端距超过规定时，可超前移架。 4） 准确监测工作面顶板动态，对矿压仪表，专人做好矿压 记录及顶板预测预报工作。 5） 所有工作人员必须经常检查附近的顶板、煤壁支护情 况，严格敲帮问顶，严禁人员到无支护的空顶区或不安 全的地点作业、逗留或信息。 6） 工作面上下出口两帮煤层或顶板片帮、离层时，必须打 好戗柱或支好柱。背好顶帮，将活石、片帮处理干净。 13 7） 采空区大面积悬顶，可强制放顶或高压注水。 八、安全设施与文明生产 A安全设施 （各种常用工具、扶手、设施、安全绳齐全） 。 B文明生产 （各种图板清晰、规范、美观；闲置设备有序） 。 九、综采工作面防止冒顶事故“十句”歌谣 1）割煤过后，及时支护；2）升平升紧，贴帮支护； 3）保质保量，刚度强度；4）泄液空载，超前移柱； 5）敲帮问顶，自我防护；6）π型套梁，超前维护； 7）预测预报，准确无误；8）片帮离层，戗柱支柱； 9）悬顶过大，强放强注；10）遵章守纪，幸福永驻。 14