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”自然災害是與地面作業(yè)的根本區(qū)別。了解災害發(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,也是煤礦安全培訓的主要內容。二、煤礦開采安全的基本條件煤礦生產是地下作業(yè),環(huán)境條件復雜。由于生產過程中會產生大量有害氣體和礦塵,以及進入井下空氣的成分、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,必須對礦井實行科學、合理、經濟、減能的通風系統(tǒng)。同時必須滿足下列要求:(4項除了滿足通風要求外,為了保證安全生產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內排出礦井24h內排出的最大涌水量。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、措施以及災變預防及處理計劃。分別論述以上三項科學的防治措施。執(zhí)行都是安全生產的基本條件。三、煤礦生產的其他管理1采掘工作面遇地質變化(斷層、褶曲、斷層構造、過老

3、塘、工作面初采、末采等。在編制作業(yè)規(guī)程時,應制定安全技術措施。2根據規(guī)程相關規(guī)定,并結合實際條件,編制通常(支、回柱、移架、設備的操作,“五害”的預防與處理,防止放炮事故及避災路線等的作業(yè)措施和執(zhí)行。3高度重視提升、運輸系統(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、運輸安全。4采掘工作面嚴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和支護。第二節(jié):煤系地層一、煤系地層1、煤系地層:在一定歷史時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:是植物殘體大量堆積,經成

4、煤作用形成的層狀固體可燃礦產。是煤系地層的重要組成部分,它的厚度及其變化是評價工業(yè)價值的主要指標,也是選擇采煤方法的主要依據。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、扁豆狀。煤層厚度:煤層頂底板之間的垂直距離。(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、結構在井田范圍內變化情況分為:穩(wěn)定、較穩(wěn)定、不穩(wěn)定、極不穩(wěn)定四個類別。B:煤層的頂板、底板:頂板(偽頂、直接頂、老頂、復合頂板:底板(直接底、老底二、地質構造1、定義:原始沉積的煤系地層,由于后期地殼運動及外力地質作用,巖層產生位移、段層等變化的一系列的構造。2、分類:(褶皺構造、段裂構造A:褶皺構造: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)性和完整性的構造。a: 褶皺構造中每一

6、彎曲為一褶曲,它分為背斜構造和向斜構造兩種。b:褶皺構造對安全生產的影響: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)性和完整性的構造形態(tài)。a:斷層構造:巖層的斷裂面兩側發(fā)生顯著位移的斷裂構造。b:斷層要素:斷層面;交面線:下盤;上盤。c:斷裂構造對安全生產的影響:1通過含水量較大的斷層時,造成掘進和支護的困難。有時發(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,加強支護

7、,防止冒頂。4斷層越多,資源損失越大。必要時,在較大斷層兩側,留設安全煤柱。(寬1520M.第三節(jié):綜采工藝一、定義:工作面的落煤、裝煤、運煤、支護、移架、推移運輸機、采空區(qū)處理等主要工序全部實現(xiàn)機械化,且在時間、空間上的分配和布置形式。二、與普采的區(qū)別:支護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:適用地質條件較好的地段。它具有結構少,高產、高效等特點。四、工作面布置及技術管理(附綜采工作面設備布置圖 A:工作面布置:a:工作面主要設備:液壓支架、采煤機、輸送機、單體液壓支柱。b:平巷主要設備:轉載機、帶式輸送機、破碎機、乳化液泵乳化液泵箱、噴霧站、液壓安全絞車。c:端頭設

8、備:端頭液壓支護、單體液壓支護、金屬鉸接頂梁。d:電器設備:移動變電站、饋電開關、照明、通訊等。B:技術管理1必須編制采區(qū)設計,并組織施工;一個采區(qū)內同一煤層只準設計2個采煤工作面和4個掘進工作面。2必須采用壁式采煤法,形成全負壓通風系統(tǒng),至少保持2個安全出口。3必須編制作業(yè)規(guī)程,經相關部門、領導審核后,向作業(yè)人員提前貫徹學習,并簽字。4工作面情況發(fā)生變化時,及時修正作業(yè)措施,學習貫徹執(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工作面初采時嚴禁反向開采。初采、末采時,必須有安全措施。嚴禁開采保安煤柱。(以及切眼安裝和撤面的頂板管理和專項措施。8工作

9、面不得丟失頂底煤,浮煤要清理干凈。(2平方米內,浮煤堆積厚度不超過30MM。五、采煤工藝:(工作面內各工序在時間、空間上的分配和組織形式。A:工序(割煤和裝煤1采煤機割煤:(同普采割煤方法相同:推入式、鉆入式、斜切式。工作面傾角達8°時,必須有防滑措施;傾角達16°,必須有防滑安全絞車。完成割煤工序的設備:滾筒式采煤機。為了適應采高的變化及煤層頂底板的起伏,通常采用可調高雙滾筒采煤機進行割煤。雙滾筒采煤機不論上行或下行,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:運煤(這里主要講工作面運

10、輸機運煤。使用刮板運輸機的主要事項:1推移溜子時,嚴格掌握彎曲段長度。(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,要支墊,保持平直。3除彎曲斷外,其他部分要鋪設平直。支架千斤頂頂端頂溜時脫滑20CM時,要從新調整角度。4溜頭缷載端與轉載機尾搭接高度、距離要合適。六、工作面支護與頂板管理:它包括工作面內的支護、兩端頭支護和回采巷道的超前維護。同時,綜采工作面必須符合煤礦安全規(guī)程第67條的12項安全規(guī)定。A:工作面內的支護:1.合理選擇工作面支護形式,支護方式、支護強度的選擇。(作業(yè)規(guī)程中,要有根據礦壓觀測及地質資料進行科學技

11、術依據。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。嚴禁采高大于支架的最大支護高度;采高不得低于支架的最小支護高度。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,頂底板移進量按采高計算100MM/M.否則,立即采取措施。5綜采工作面支架接頂嚴實。支架之間歪斜應小于15°,正負偏差50MM;中心距正負偏差100MM,沒有明顯交錯。6采高超過3M時,或片幫嚴重,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°,應有防倒、防滑措施;大于25°時,有

12、防煤(矸竄出運輸機傷人措施。9工作面?zhèn)汩芤?長1M以上時,寬為150MM(薄煤層;寬為200MM(中厚煤層。長1M以下時,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行支護的。液壓支架是以高壓液體動力,完成對工作面頂板的支撐、切頂、擋矸、護幫、支架前移,以及推移工作面運輸機等一整套動作。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)冒落高度普遍應大于1、5倍采高,局部懸頂或冒落不充分時,應加強支護,超過2×5M的要進行強制放頂或高壓注水。B:液壓支架的分類及使用條件一、結構與組成:1承壓構件(支柱; 2支撐構件(

13、頂梁或脫梁2掩護構件(掩護梁4底座二、按支撐特點和結構特點把支架分為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、結構特點:呈框型結構、頂梁較長、一般帶有前探梁;立柱多(46根,且垂直頂梁支設;支架后部有簡單的擋矸裝置;作業(yè)空間和通風斷面較大。2、支撐特點:支撐力大、支撐力作用點靠近支架后部、切頂能力強;對頂板反復支撐次數多;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:適用于礦壓較大,有明顯周期來壓的中硬和堅硬頂板。(類、類直接頂。缺點:頂梁長、空頂距大,在控頂區(qū)內支撐力的分布很不均勻,集中在控頂區(qū)的后半部。支架會出現(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、掩護式(前梁、頂梁、掩護梁、立柱、底座、四連桿、護幫板及推移千斤頂等組成。1結構特點:頂梁較短;支柱傾斜布置,調高范圍大;擋矸裝置完善;工作空間小,通風阻力大。2支護特點:支撐力小,切頂能力弱,但支撐力集中作用于機道上方的頂板上,支護強度大且均勻;對頂板重復支撐次數少;密封掩護性好;能承受較大的水平力,且允許帶壓移架。優(yōu)點:對新暴露頂板的反復支撐與缷載的次數少,有利于防止頂板的破壞;頂梁支撐力靠近煤壁,新頂板能得到及時有效的支護,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度較低,周期來壓步距較穩(wěn)定、頂板壓力較小、底板比較堅硬、采高較大,但不易片幫的煤層。缺點:工作空間狹小,行人、工作不方便。斷面小,瓦斯大時,受到一定限制。3、支撐掩護式(前梁、頂梁、前后支柱、掩護梁、前后連桿、底座及推移裝置等組成.1結構特點:工作空間寬敞;雙排力柱支撐頂梁(或頂梁與掩護梁） ；擋矸、調架性能好。 2 支護特點：結構穩(wěn)定，抗水平能力強；支撐力大，抵抗礦 山壓力的能力強；可以帶壓移架。 優(yōu)點：工作空間大，擋矸效果好。初撐力、支護強度高， 效果好、切頂能力強，有利于控制堅硬頂板。適用工作面老 頂來壓能力強

16、，也適用于松軟底板。它適用條件比掩護支架 寬。 缺點：頂梁較長，前端支撐能力略低于掩護支架。可適用 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（支架沿采煤機的割煤方向依次前 移，移動步距等于采煤機的截深） 。 特點:操作簡單、容易保證支護質量。移架速度慢，工時 長。適用于不穩(wěn)定頂板，應用范圍廣。 2） 分組間隔交錯式（每組 23 架，組內按順序前移， 組間平行作業(yè)） 。 特點：移架速度快，能滿足采煤機快速采煤的要求。支護 質量差。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，組內聯(lián)動，組 間按順序前移） 。 特點：移架速度快。支護質量差。它適用于

17、地質條件好頂 板穩(wěn)定的區(qū)域。我國較少運用。 11 D:割煤、移架與推移輸送機的配合方式 1）立即支護：采煤機割煤后，先支護后移運輸機。 它適用于穩(wěn)定性較差的頂板。能及時支護頂板。 2）滯后支護：采煤機割煤后，先移運輸機后移支護。 特點：支架控頂距小。機道上方空頂時間長，頂板下沉量 增大。 E:端頭支護與超前支護： 1） 端頭支護常采用端頭支架。 （應選擇具有一定穩(wěn)定性、 對頂板有封閉性的支護形式） 。工作面的上下出口處懸頂面 積大，機械設備多，又是材料和人員出入的交通口，所以必 須加強維護。溜頭多為“一梁三柱” ；溜尾多為“一梁四柱” 。 兩端頭壓力大時，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主要采取端頭支架支護、普通 液壓支架支護和單體支護等幾種方式。 ：機頭：機頭布置兩架端頭支架（ZZ1425 型） ，交 錯邁步向前移動，移動步距同采煤機截深，一般為 0、6M. 移端頭架、推轉載機和移溜頭、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，然后移轉載機再 移溜頭，最后及時移工作面 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。 ：機尾：機尾 118 號、119 號架移過架后工作面其他支 12 架 30M，移架及機尾的順序為：先移機尾后移架。當 119 號 架距煤柱大于 1、5M 時，用直徑 20CM,長 2M 或 3、2M 的紅松 半圓木配單體支柱支護。 2） 超前維護:上下出口超前維護為 20M. 七、綜采工作面冒頂事故預防 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