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1、煤矿生产技术与顶板事故预防,第一节 煤矿生产技术,一、岩石地球有内向外分三层：地核、地幔、地壳地球最外一层厚约40km左右的硬壳叫地壳地壳由岩石组成,岩石按生成原因分三大类1.岩浆岩如：花岗岩、橄榄岩等2.沉积岩如：媒、泥岩、页岩、砂岩、石灰岩等沉积岩有两大特征（1）层理（2）化石3.变质岩如：石灰岩大理岩 花岗岩片麻岩,二、煤的形成,地球已形成46亿年中国有三个成煤时期新生代的第三纪(距今0.3亿年)中生代的侏罗纪(距今1.9亿年)古生代的二叠纪和石炭纪(距今2.9亿年)平顶山煤田形成于2亿年前古生代的石炭纪和二叠纪,煤由古生植物遗体转变而成高等植物-泥炭-褐煤-烟煤-无烟煤成煤条件:1.气
2、候条件2.植物条件3.地形条件4.地壳运动条件,煤的主要元素成分：炭、氰、氧、氮、磷煤质的衡量指标：水分、发热量、胶质层厚度、灰分、挥发分,平顶山煤系与煤成概况 平顶山煤田成煤时代为石炭二叠纪。煤系厚约800米，含煤7组88层。其中：甲组12层煤 乙组16层煤 丙组7层煤 丁组11层煤 戊组18层煤 己组7层煤 庚组17层煤,特别编号23层：甲1乙2丙3丁4、5、6、7戊8、9、10、11、12、13己14、15、16、17庚18、19、20、21、22、23,规划主要开采10层：丙3 丁5、6 戊8、9、10 己15、16、17 庚20（其中规划局部开采6层：乙2、丁4、7、戊11、己14、
3、庚21）,韩梁矿区甲、乙、丙煤层剥蚀 平顶山矿区东部庚组煤存在较差平顶山矿区煤层呈东西走向为向斜构造，称李口向斜，该向斜构造对一矿十二矿安全生产很大 1954年4月平顶山煤矿筹备处成立 1955年9月8号二矿破土动工，依次：三矿、四矿、五矿、一矿、七矿、六矿、十二矿、马道矿、九矿、十矿、十一矿、高庄矿、八矿、大庄矿、十三矿、首山相继开工，已开采地质储量30亿吨。,描述煤层产状的三要素：走向、倾向、倾角。,煤层的分类：1、按煤层倾斜程度分类：近水平煤层：45 2、按煤层厚度分类：薄煤层：3.5m,三、地质构造*煤（岩）层受力后呈构造变化的形态叫地质构造*煤矿地质构造的基本类型有：单斜构造褶皱构造
4、断裂构造*地质构造对安全生产和开采设计有很大影响,1、单斜构造*煤（岩）层朝一个方向倾斜*单斜构造影响巷道设计和顶板管理,2、褶皱构造*煤(岩)层受到水平方向的外力挤压作用后而呈弯曲状态*特征：煤层仍保持完整性及连续性*褶皱构造影响井田划分、井筒布置、采区布置、巷道施工方向控制、坍塌冒顶、瓦斯突出等*褶曲：褶皱构造中每一个弯曲为一个褶曲*褶曲又分背斜褶曲向斜褶曲,3、断裂构造*煤（岩）层在地壳运动作用下产生断裂*特征：煤层失去了完整性和连续性*断裂改造包括：裂隙断层,裂隙*断裂后断裂面两侧煤（岩）体没有产生明显的位移*裂隙分类：风化裂隙、构造裂隙、成岩裂隙*裂隙会诱发爆破、透水、冒顶、瓦斯等事
5、故,断裂*特征：断裂后断裂面两侧煤（岩）体产生了明显位移*地震产生断层*断层影响井田及采区划分、煤炭回采，诱发透水、瓦斯、冒顶事故*断层分类正断层：上盘下降，上盘上升 逆断层：上盘上升，下盘下降 平推断层：两盘水平位移,四、煤层开采划分煤田矿区井田阶段（水平）采区采面,五、矿井开拓方式1、立井开拓2、斜井开拓3、平硐开拓4、综合开拓,六、矿井生产系统*1、运输系统*2、通风系统*3、供电系统*4、供、排水系统*5、瓦斯监测、抽放系统,七、巷道分类、形状和支护方式1、巷道分类*按围岩性质分类煤巷岩巷半煤岩巷*按倾斜程度分类直立巷道倾斜巷道水平巷道*按服务范围分类开拓巷道准备巷道回采巷道,2、巷道
6、形状梯形巷道拱形巷道不规则巷道,3、巷道支护方式*根据支护材料不同巷道支护方式分类如下：木支护 砌碹支护 喷浆支护 金属钢支护锚杆（锚索、锚网）支护*锚杆支护是先进的支护方式，是巷道支护技术的发展方向。*锚杆支护作用的原理：悬吊作用 组合梁作用 挤压加固作用减少跨度作用,八、采煤工艺*采煤工艺：采煤工作面落煤、装煤、运煤、顶板支护、采空区处理五大工种。*采煤工艺的选择应考虑地质、技术、经济等因数*平煤集团采用的采煤工艺有三种：1、爆炮采煤（炮采：含单体柱放顶煤）2、普通机械化采煤（机采）3、综合机械化采煤（综采：含综采放顶煤）,巷道布置应满足以下要求：1、有利于集中生产 2、通风稳定可靠 3、
7、回采率高 4、技术和经济合理 5、有利于机械化生产,爆炮采煤工艺*爆炮采煤工艺：爆破落煤、人力装煤、刮板输送机运煤、单体支架支护顶板、采空区自然垮落*三矿、七矿、九矿、高庄、大庄、天力、朝川、香山、梨园、新峰、白庙、方山等矿均使用炮采,*普通机械化采煤工艺：*采煤机滚筒落煤、滚筒装煤、刮板输送机运煤、单体支架支护顶板、采空区自然垮落*1958年二矿使用康拜因机组*1965年四矿首次使用MLQ64型单滚筒采煤机*1981年8月八矿使用MLS170采煤机首次上高档机采*二矿、四矿、五矿、六矿、七矿、八矿等曾使用机采*二矿、五矿曾使用刨煤机采煤*二矿、七矿目前采用普通机械化采煤工艺,*综合机械化采煤
8、工艺（简称综采）：*采煤机滚筒落煤、滚筒装煤、刮板输送机运煤、液压支架支护顶板、采空区自然垮落,*世界首台综采设备20世纪50年代诞生于英国*中国首台采煤机1970年在大同试*目前中国神华集团综采单面产量最高达1024万吨*平煤集团1974年首次购买三套综采设备在一矿和十矿使用*1978年10月平煤再次购买二套前苏联综采设备在四矿和十矿使用，3个月出煤78万吨，较为成功*平煤集团的一矿、四矿、五矿、六矿、七矿、八矿、十矿、十一矿、十二矿、十三矿目前有20多套左右综采设备，每年出煤2000多万吨*综采生产受地质条件和管理水平制约,第二节 顶板事故防治,一、矿山压力及矿山压力显现,*矿山压力采掘后
9、矿层上覆岩体在运动过程 中对支架和围岩产生的作用力。*矿山压力显现在矿山压力作用下支架和围岩产生的受力现象。*矿山压力显现是矿山压力的结果和外部表现。*矿山压力的存在是绝对地，是不可控制的。*矿山压力显现是相对的，在一定条件下是可控制的。*矿山压力显现和矿山压力大小并不一定成正比。,二、影响矿山压力显现的因素,*1、岩石性质*2、开采深度*3、煤层倾角*4、地质构造*5、巷道布置*6、开采顺序*7、支护方式*8、回采高度*9、控顶距离*10、推进速度,三、顶板压力的一般规律,*1、巷道断面越宽，顶板压力越大*2、空顶时间越长，顶板压力越大*3、护巷煤柱越小，顶板压力越大*4、地质构造越多，顶板
10、压力越大,四、煤层顶板分类,煤层顶底板按层位分类为：1、伪 顶 2、直接顶 3、老 顶 4、直接底 5、老 底,伪顶,*位于煤层之上，由泥岩或页岩组成，*厚度 0.3 米左右*一般随采随落*部分煤层无伪顶,直接顶,*直接顶位于伪顶或煤层之上，由页岩或砂质页岩组成，厚度几米至十几米不等*井下局部冒顶多为直接顶垮落，直接顶的稳定性对安全生产和支护方式的选择影响很大*直接顶是采掘工作面所支撑的主要对象*直接顶初次放顶是长壁式采煤工作面顶板管理的关键期，很容易发生冒顶事故,老顶,老顶位于直接顶之上，由砂岩或石灰岩组成，厚度几米至几十米不等老顶对采煤工作面安全生产影响很大，其断裂垮落会造成长壁采煤工作面
11、的初次来压和周期来压，易造成采煤工作面的大面积冒顶,五、巷道易冒顶的地点和原因,*1、巷道易冒顶地点 宽断面 大倾角 构造段 空顶顶板 复合顶 淋水顶板,*2、巷道易冒顶原因 支护方式选择不当 巷道布置位置不合理 交岔等处断面过大 顶板支护不及时 支架支设质量差 地质构造因素影响 冲击波等外力作用,除矿山压力作用造成冒顶以外，如透水、瓦斯爆炸等都会造成冒顶，冒顶增大抢险救灾难度。*平煤集团十矿 1996.5.21瓦斯爆炸遇难84人，抢险40天*鲁山红土坡煤矿1997.3.4瓦斯爆炸遇难89人，抢险16小时,六、采面易冒顶的地点和原因,1、采面易冒顶的地点*上下出口*煤壁线*地质构造带*采煤机附
12、近*切眼处,*2、采面易冒顶的原因*落煤后支护不及时*放炮崩倒支柱*回柱顺序不合理*支护质量差,支架支护强度低*上、下出口控顶面积大*端面距过大*顶板存在裂隙等构造*煤层倾角大*存在复合顶板*顶板十分坚硬,悬顶面积大*初次来压和周期来压,七、顶板冒顶前的预兆,*1 响声*2 裂隙*3 离层*4 掉矸*5 片帮*6 支架突然变形严重*7 瓦斯涌出突然增大*8 淋水加大,八、判断顶板完整性的方法*木楔法*敲帮问顶法*震动法,九、冒顶后的自救措施,*1、按正确方向迅速撤离冒顶区*2、如撤离不及，可迅速靠煤帮贴身站立 或躲避到木垛处*3、遇险后发出求救信号*4、加固避灾处顶板，防止冒顶扩大*5、坚定信
13、心、团结协作、统一行动*6、沉着冷静、尽量减少体力和氧气消耗*7、节约使用饮水、食物和矿灯，做好长 期避灾准备,案例：某矿冒顶堵人事故的营救,某矿工作面发生冒顶堵人事故，经过 70多个小时营救，使被堵4人全部脱险，其成功经验可供借鉴,确定遇险人员最长生存时间,1、被堵巷道空气容量 17m4.7m279.9m379900L2、被堵巷道实际供氧量 79900L(20%-10%)7990L3、四人每小时耗氧量 0.8L460 192L小时4、四人生存时间 7990L192L小时 41.62时 41小时40分,遇险人员生存时间综合分析,分析瓦斯、硫化氢、一氧化碳等有毒有害气体存在的可能性考虑人员能量消
14、耗（糖、脂肪、蛋白质）无水无食可生存 78如果是透水独头巷，要考虑生存空间压力天有水无食理论计算可生存 38天,十、冒顶埋（堵）人时抢救的原则,*探明冒顶范围、遇险人数和位置*确定最佳抢救方案*设法联络被困人员*尽快恢复冒顶区通风*防 止 事 故 扩 大*严禁放炮处理大块岩石*专人观察顶板和专人测量瓦斯,一、填空1、煤矿地质构造的基本类型有 单斜构造、褶皱构造和 断裂构造。2、矿井开拓方式有立井开拓、斜井开拓、平硐开拓和 综合开拓。3、煤层顶板按层位划分为 伪顶、直接顶 和 老顶。,二、判断1、锚杆支护是先进的支护方式，是巷道支护技术的发展方向。（）2、巷道冒顶被堵人员等待营救时应沉着冷静，尽
15、量减少体力和氧气消耗。（）,三、选择1、按服务范围划分，井下水平运输大巷属于 A。A 开拓巷道 B 准备巷道 C 回采巷道2、巷道顶板越宽，顶板压力 B。A 越小 B 越大 C 不变,四、问答顶板冒顶前有哪些预兆？答：响声 裂隙 离层 掉矸 片帮 支架突然严重变形 瓦斯涌出突然增大 淋水加大,一、填空1.煤矿地质构造的基本类型有单斜构造、褶皱构造和断裂构造。2.矿井开拓方式有立井开拓、斜井开拓、平硐开拓和综合开拓。3.煤（岩）层的空间位置及特征通常用产状要素来描述。产状要素有走向、倾向和倾角。,二、判断1.煤由古生植物遗体转变而成。（）2.煤层是一种沉积岩。()3.锚杆支护是一种先进的支护方式，是巷道支护技术的发展方向。（）,三、选择1.井下维护生产作业空间所支撑的主要顶板是（B）A伪顶 B直接顶 C老顶2.沉积岩最明显的特征是（B）A颜色 B层理和化石 C结核3.按服务范围划分，井下水平运输大巷属于（A）A开拓巷道 B准备巷道 C回采巷道,
