煤矿开采安全(安全管理人员).ppt

煤矿开采安全 主讲 王建华 本章培训主要内容 第一节矿井开拓 原煤储量的分级和分类 矿井生产能力和服务年限 井田内的划分 矿井开拓第二节巷道掘进与支护 破岩 巷道支护 巷道施工的安全管理 第三节采煤方法 概念和分类 长壁采煤方法采煤工艺 长壁采煤法组织管理 放顶煤采煤法 急倾斜煤层开采 第四节采掘工作面顶板事故防治 矿山压力基础知识 冲击地压 采煤工作面冒顶事故的原因及防治 巷道冒顶事故的原因及防治 第一节矿井开拓一 原煤储量的分级和分类矿井储量指井田范围内可采煤层的全部储量 根据勘探程度将储量分级分类 为了说明不同块段煤层地质情况被查明的程度 常将储量划分成不同的级别 储量分A B C D4级 根据工业要求 开采条件以及储量被查明的程度 矿井的储量分为以下几类 可采储量工业储量能利用的储量设计损失量矿井地质储量远景储量尚难利用的储量矿井地质储量 矿井技术边界范围内的全部煤炭储量能利用的储量 在目前经济技术条件下能够开采的储量 A B C D级储量的和 也叫平衡表内储量 尚难利用的储量 目前经济技术条件下尚不能够开采的储量 平衡表外储量 工业储量 A B C级储量和 是矿井设计的资源依据 工业储量中预计可以采出来的煤量为可采储量 预计不可以采出来的煤量为设计损失量 远景储量 D级储量 因勘探程度不够 不能作为矿井设计的依据 可采储量与工业储量之间的关系 zk zg p c式中Zk 可采储量 Zg 工业储量 p 永久性煤柱损失量 C 采区设计采出率 厚煤层不低于75 中厚煤层不低于80 薄煤层不低于85 二 矿井生产能力和服务年限 一 矿井生产能力矿井生产能力称井型 是指矿井设计的年产量我国矿井按其生产能力的大小分为三类 大型 1 20 1 50 1 80 2 40 3 00及以上 Mt a 中型 450 600 900 kt a 小型 90 150 210 300 kt a 二 矿井服务年限矿井服务年限指矿井从投产到转产的年限 确定矿井服务年限要与矿井生产能力相适应 矿井生产能力与服务年限之间关系 可用下式表示 T Zk A K式中 Zk 矿井可采储量T 矿井设计的服务年限 a A 矿井设计的生产能力 万t a K 储量备用系数 三 井田内的划分当一个煤田的范围较大时 必须把煤田划分为若干较小的部分 每一部分由一个矿井来开采 划归一个矿井来开采的那一部分煤田称为井田 煤田划分为井田后 井田范围仍然比较大 需要把井田划分为更小部分 以便有计划按照一定顺序进行开采 一 井田划分为阶段和水平当开采倾斜和部分缓倾斜煤层时 通常在井田范围内 沿倾斜方向按一定标高将井田划分成若干条带 每个条带称为阶段 阶段特征 阶段走向长度等于井田走向长度 阶段垂高一般为150 250m 阶段设有阶段运输大巷和阶段回风大巷 运输大巷一般布置在阶段的下部 回风大巷一般布置在阶段的上部 每个阶段有独立的运输和通风系统 巷道和硐室一般布置在某一标高的水平面上 这一水平面简称为水平 设有井底车场及主要运输大巷的水平称为开采水平 设有主要回风巷道的水平称为回风水平 根据煤层赋存条件 一个井田可以用一个水平开采 或者用几个水平开采 前者称为单水平开拓 后者称为多水平开拓 单水平开拓是用一个开采水平把井田沿倾斜划分为两个阶段 在水平以上的阶段 采出的煤炭向下运到开采水平 称为上山阶段 在水平以下的阶段采出的煤炭向上运到开采水平 称为下山阶段 单水平开拓一般用在煤层倾角较小 16 以下 倾斜长度也比较小的井田 多水平开拓是用两个以上开采水平开采整个井田 一般用于煤层倾角 范围较大的井田 二 阶段内的布置阶段范围内的面积还相当大 不能直接布置采煤工作面 还必须再划分为更小的块段 1 分区式在阶段范围内 沿走向把阶段划分为若干块段 每一块段称为采区 采区的斜长即阶段斜长 阶段的斜长往往很大 有时长达1000 1500m 在这样的斜长范围内 通常再沿煤层倾斜划分成若干长条部分 每一长条部分称为区段 每个区段布置一个采煤工作面 区段的斜长等于采煤工作面长度 运输平巷和回风平巷的宽度与煤柱宽度的和 阶段划分为采区 2 分段式在阶段范围内 沿煤层的倾斜方向将煤层划分成若干个走向条带 每个条带布置一个采煤工作面 称为分段 采煤工作面沿走向方向由井田中央向井田边界推进 或者由井田边界向井田中央连续推进 分段的倾斜长度和区段斜长基本相同 分段的走向长度等于井田走向全长 3 分带式分带 在阶段内不划分采区 沿煤层走向划分成若干个倾斜条带 每个条带布置1 2个采煤工作面 称为分带 在分带内 采煤工作面沿煤层倾斜方向 仰斜或俯斜 连续推进 即由阶段的下部边界向上部边界或者由阶段的上部边界向下部边界连续推进 四 矿井开拓 一 巷道的种类矿井巷道按井巷和水平面夹角不同 巷道可分为垂直巷道 水平巷道和倾斜巷道等 按照作用和服务范围的不同 巷道分为开拓巷道 准备巷道和回采巷道等 1 开拓巷道为全矿井 一个水平或两个以上采区服务的巷道称为开拓巷道 2 准备巷道为一个采区内的一个或几个采煤工作面和掘进工作面服务的巷道和硐室称为准备巷道 3 回采巷道为一个采煤工作面服务的巷道称为回采巷道 二 开拓方式在井田范围内 从地面向地下开掘一系列巷道进入煤层 建立生产系统 称矿井开拓 这些井下巷道的形式 数量 位置及其相互联系称为开拓方式 开拓方式的内容包括 通到地下的井硐形式 立 斜 平 水平数目以及阶段内的布置方式 分区式 分段式 分带式 等 无论哪一种井硐形式 都可用单水平或多水平开采 以及分区式 连续式或分带式布置 通常以井硐形式把井田开拓方式分为平硐开拓 斜井开拓和立井开拓三种 矿井巷道示意图 1 主井 2 副井 3 井底车场 4 主要运输石门 5 阶段运输大巷 6 回风井 7 回风石门 8 回风大巷 9 采区运输石门 10 采区下部车场底板绕道 11 采区下部车场 12 采区煤仓 13 行人进风巷 14 运输上山 15 轨道上山 16 上山绞车房 17 采区回风石门 18 采区上部车场 19 采区中部车场 20 区段运输平巷 21 下区段回风平巷 22 联络巷 23 区段回风平巷 24 开切眼 25 采煤工作面 1 平硐开拓在山岭和丘陵地区 直接从地表用水平大巷进行开拓 叫做平硐开拓 平硐形式一般有以下几种 走向平硐 平硐沿煤层走向底板岩层或直接在煤层中开掘 开拓工程量少 建设期短 出煤快 投资少 经济效益好 垂直走向平硐 垂直煤层走向开掘的平硐进入煤层后 可以在两翼布置采区 矿井生产能力较大 斜交平硐 斜交于煤层走向开掘的平硐 阶梯平硐 如井田倾斜长度过大或煤层倾角过大 在地形条件允许时 可以采用阶梯平硐 走向平硐示意图 垂直走向平硐开拓示意图 阶梯平硐示意图 2 斜井开拓斜井开拓是利用倾斜巷道由地面进入地下到达煤层的开拓方式 采用斜井开拓时 井筒可以沿煤层或煤层底板开掘 也可以由顶板或底板岩石中穿层进入煤层 斜井井筒形式一般有两类 顺层斜井 其中包含煤层斜井 岩层斜井 穿层斜井 包含有顶板斜井 底板斜井 其中岩层斜井 顶板斜井 底板斜井均为岩石斜井 斜井开拓井简装备形式与装备井筒的数量 井筒的倾角有关 串车提升时 井筒倾角不宜大于25 箕斗提升时 井筒倾角不大于25 35 无极绳提升时 井筒倾角不大于10 胶带输送机提升时 井筒倾角一般不大于17 18 若装备大倾角胶带输送机 有防滑措施时 井简倾角可以达到20 25 装有带式输送机的井筒兼作风井时 应遵守下列规定 装有带式输送机的井筒兼作进风井时 井筒中的风速不得超过4m s 并有可靠的防尘措施 井筒中必须装设自动报警灭火装置和敷设消防管路 装有带式输送机的井筒兼作回风井时 井筒中的风速不得超过6m s 且必须装设甲烷断电仪 3 立井开拓 当煤层埋藏很深 如果用斜井开拓 则井筒长度过大 维护比较困难 井筒的提升能力除用胶带输送机外将受到限制 煤层埋藏虽不很深 但上覆岩层中有很厚的流砂层或表土 开凿斜井困难时 也不采用斜井开拓 开采急倾斜煤层时 由于水平数目较多 石门过长 同样 不宜用斜井 在上述情况下 可以采用立井开拓 上述三种开拓方式各有特点 条件适宜时 应优先考虑用平硐或斜井开拓 4 综合开拓 在某些条件下 如为了充分利用地形 或考虑煤层埋藏深浅等特点 避免大量提前投资 或单纯用一种开拓方式在技术上和经济上不够合理时 可采用综合开拓 包括 平硐 斜井 平硐 立井 斜井 立井等 其中 以斜井作为主井 安装胶带输送机提煤 立井作副井 以利于辅助提升的综合开拓方式 是一些大型矿井的发展方向 这是由于目前井工开采深度不断加大 立井作副井可以适应这一变化 立井井筒断面大 线路短 能满足上下人员 通风 提矸 下料等要求 作为主井的斜井 能够实现连续运输 减少了运输环节 提高了生产能力 副斜井的辅助提升比较困难 通风 排水线路长 行人不方便 国内外的实践证明 采用主斜井副立井效果良好 三 开采顺序开采顺序包括井巷的开掘顺序和煤层的开采顺序 井巷开掘顺序关系到矿井的采掘关系 关系到矿井通风系统的形成 关系到矿井的安全运行 一般按照开拓巷道 准备巷道和回采巷道的顺序进行开掘 矿井开拓时 首先要开掘井硐 掘到开采水平或井底车场附近 至少贯通一次 形成通风系统 一条巷道进风 一条巷道回风 采区上山掘进要贯通 形成采区变电所等硐室 当掘至采区上部边界附近 掘出绞车房 联通后形成通风系统 然后才能够掘回采巷道 阶段内的开采顺序一般采用 采区前进 区内后退 即先采靠近井筒的采区 然后由近及远逐步推进 在每个采区内部 先掘出两条顺槽 在采区边界开切眼贯通 采煤工作面从采区边界向采区上山方向后退回采 采区内各区段之间的开采顺序一般采用下行式 即沿倾斜方向由上而下依次回采 只有当煤层倾角很小时 才可能采用上行式开采顺序 煤层群或厚煤层分层开采顺序一般采用由上而下进行开采 即下行式开采顺序 采用下行式开采顺序时 下一煤层可以在上煤层采煤工作面推进一段距离 安全错距 后 同时进行采掘工作 1 采区输送机上山 2 采区轨道上山 3 区段运输平巷 4 区段回风平巷 5 采煤工作面 6 采区边界线 第二节巷道掘进与支护一 破岩破岩的方法有两种 钻爆法和机械破岩 机械破岩主要适用于在煤层内开掘的巷道即煤巷 机械破岩多使用掘进机 使用掘进机掘进应遵守规程的有关规定 开掘岩巷多用钻爆法 钻爆法达到以下要求 炮眼利用率高 炸药雷管消耗量少 断面符合设计要求 不超挖不欠挖 对巷道围岩的破坏和振动小 岩石块度和岩堆高度要适中 以利于提高装岩效率和钻眼与装岩平行作业 一 巷道断面形状与尺寸巷道断面形状主要是根据巷道的服务年限 岩层的物理力学性质 矿山压力的大小和方向 选择的支护方式和支架材料决定 以利于开掘和支护为原则 常用的有拱形 梯形 矩形 圆形和椭圆形 拱形 圆形和椭圆形巷道能抵抗较大的压力 应用于服务年限较长的开拓巷道 矩形断面巷道易于掘进 巷道断面容易控制 适宜提高机械化施工 多用于在煤层中掘进的侧压较小的回采巷道 梯形断面巷道掘进和支护容易 可以承受较大的侧压 选用木材支架的巷道使用比较普遍 巷道断面尺寸主要依据用途 轨道的数目 运输容器或电机车的外廓尺寸 运输速度及安全间隙来确定 最后用通过该巷道的风速进行校核 巷道净宽度主要取决于运输设备本身的宽度 人行道宽度和规定的安全间隙 巷道高度以人员通过安全 方便为原则 一般情况下开拓巷道不得低2 0m 准备巷道不得低于1 8m 回采巷道不得低1 6m 规程规定 1 巷道净断面必须满足行人 运输 通风和安全设施及设备安装 检修 施工的需要 并符合下列要求 1 主要运输巷和主要风巷的净高 自轨面起不得低于2m 2 采区 包括盘区 内的上山 下山和平巷的净高不得低于2m 薄煤层内的不得低于1 8m 2 运输巷两侧 包括管 线 电缆 与运输设备最突出部分之间的距离 应符合下列要求 1 新建矿井 生产矿井新掘运输巷的一侧 从巷道道碴面起1 6m的高度内 必须留有0 8m 综合机械化采煤矿井为1m 以上的人行道 管道吊挂高度不得低于1 8m 巷道另一侧的宽度不得小于0 3m 综合机械化采煤矿井为0 5m 巷道内安设输送机时 输送机与巷帮支护距离不得小于0 5m 输送机机头和机尾处与巷帮支护的距离应满足设备检查和维修的需要 并不得小于0 7m 巷道内移动变电站或平板车上综采设备最突出部分 与巷帮支护距离不得小于0 3m 2 生产矿井已有巷道的宽度不符合本条第一款第 1 项的要求时 必须在巷道的一侧设置躲避硐 2个躲避硐之间的距离不得超过40m 躲避硐宽度不得小于1 2m 深度不得小于0 7m 高度不得小于1 8m 躲避硐内严禁堆积物料 3 在人车停车地点的巷道上下人侧 从巷道道碴面起1 6m的高度内 必须留有宽1m以上的人行道 管道吊挂高度不得低于1 8m 二 钻眼机具掘进巷道所需的炮眼全部采用机械钻眼 钻凿炮眼所使用的机械通常有凿岩机和电钻两大类 凿岩机是井巷掘进时在岩石工作面用来钻凿炮眼的机械工具 它所使用的动力是压缩空气 在煤矿一般叫做风钻 电钻是直接用电为动力 连续地旋转切削破碎岩石的钻眼机械 电钻可分煤电钻和岩石电钻两大类 两者的区别在功率不一样 三 工作面炮眼布置取得良好爆破效果的途径 正确布置工作面炮眼 合理确定爆破参数 选用适宜的炸药 改进爆破技术等 正确地布置工作面炮眼是取得良好爆破效果的前提 将各种不同作用的炮眼合理地布置在相应位置上 使每个炮眼都能起到它应有的爆破作用 掘进工作面的炮眼 按其用途和位置的不同可分为掏槽眼 辅助眼和周边眼三类 它们只有依次起爆才能保证爆破效果 1 掏槽眼掏槽眼的作用是首先在工作面上将某一部分岩石破碎并抛出 在原来只有一个自由面的基础上崩出第二个自由面来 为其他炮眼的爆破创造有利条件 以提高破岩效率 炸药在煤岩体内爆炸后 其爆炸能量是向着抵抗方向释放的 掏槽眼一般布置在巷道断面中央靠近底板处 它的好处是便于打眼时掌握方向 让多数炮眼在崩落岩石时 能借助岩石自重掉落下来 在断面中如果存在有显著易爆的软弱夹层时 应将掏槽眼布置在这些软弱层中 按照掏槽眼的方向不同 掏槽方式可分为斜眼掏槽 直眼掏槽 混合掏槽三类 斜眼掏槽的优点 充分利用自由面 掏槽效果好 掏槽眼数目少 掏槽面积大 操作简单 缺点 眼深受巷道断面限制 因而循环进度也受到限制 打眼时工作面风钻布置较乱 不利于多台风钻同时作业 直眼掏槽的特点 眼深不受巷道断面限制 可实行深孔爆破 工作面布置风钻容易 有利于多台风钻作业 炮眼要相互平行 精度要求高 掏槽眼数目多 而且要求有中空眼 光爆效果好 中空眼的作用 对爆炸应力和爆破方向起导向作用 补偿作用 使受压岩石有必要的补偿空间 它是人为附加自由面 直眼掏槽适用于无瓦斯 岩石中硬以上工作面 直眼掏槽的眼距要严加控制 既不能太大 太大打不开 掏不出槽来 又不能太小 太小岩石被挤实造成岩石再生 一般掏槽眼距等于破碎圈直径 为药卷直径的3 5倍 即为100 250mm 2 其他炮眼布置 1 辅助眼 掏槽眼以外布置辅助眼进行扩槽 辅助眼的个数为4 l0个 2 周边眼 控制巷道成型的炮眼 一般在巷道的轮廓线上布置周边眼 硬岩可布置在轮廓线以外 与轮廓线外接 软岩可布置在轮廓线以里 与轮廓线内切 四 光面爆破光面爆破 简称光爆 是通过合理选择爆破参数 使爆破后的巷道成型规整 减少超挖和欠挖 最大限度的保持了围岩的自身强度 从而增强了围岩的自承能力 有利于安全施工和永久支护的安全使用 为井巷工程推广锚喷支护创造有利条件 光爆标准 眼痕率 光爆后可见眼痕的炮眼个数与不包括底板的周边眼总数的比值 不小于50 岩壁超挖尺寸应不大于150mm 欠挖尺寸不超过质量标准的要求 围岩不出现明显的炮震裂隙 二 巷道支护 一 巷道支护的基本原理巷道未开掘以前 地下岩体处于相对平衡的原岩应力状态 巷道开掘以后 就破坏了这种原岩应力状态 打破了原有的应力平衡 应力重新分布 形成了集中应力 岩体受三向压缩转变为双向压缩 巷道周边围岩是否破坏取决于 集中应力的大小和围岩的强度 如果集中应力大于围岩的强度 岩体就会破坏 集中应力就会向围岩内部转移 在转移过程中集中应力降低 围岩越向里 其承载能力越强 直到重新平衡为止 由此可见 巷道维护须从两方面采取措施 提高围岩强度 控制围岩应力 要使得巷道易于维护 就是要合理选择巷道位置 减少对巷道围岩的震动与破坏 及时支护 提高巷道围岩强度 防止松动岩石脱落 只有提高支架的初撑力和强度 及时支护 才能够发挥支护的作用 如果不及时支护 造成工作面空顶 就会发生冒顶 片帮 掉矸而造成人员伤亡 掘进工作面严禁空顶作业 二 巷道支护的类型1 支撑式支架支撑式支架是直接支撑岩体的支护方式 这种支护方式分为棚式支架和石材整体式支架 棚式支架一般分木支架 金属支架和钢筋混凝土支架 木支架由一梁两柱 以及背板 木楔等组成 常用来支护梯形断面的巷道 金属支架是用旧钢轨 工字钢或槽钢代替木材 制成梁和柱支设的棚子 钢腿可由两节组成 有一定的可缩量 拱形金属支架用特型钢由几段组合成拱形支架 接点处可以移动 可在动压较大的巷道中使用 钢筋混凝土支架是在地面用钢筋混凝土预制成标准尺寸的梁和柱运入井下组成的棚式支架 石材整体式支架是指用料石 混凝土或钢筋混凝上砌筑成的连续整体式支架 一般称这种支架为砌碹 主要形式是直墙拱顶式 拱型多采用三心拱和半圆拱 主要应用于围岩十分破碎 有大面积涌水和化学腐蚀 巷道服务年限长的地方 规程规定 1 掘进工作面严禁空顶作业 靠近掘进工作面l0m内的支护 在爆破前必须加固 爆破崩倒 崩坏的支架必须先行修复 方可进入工作面作业 修复支架时必须先检查顶 帮 并由外向里逐架进行 在松软的煤 岩层或流砂性地层中及地质破碎带掘进巷道时 必须采取前探支护措施 在坚硬和稳定的煤 岩层中 确定巷道不设支护时 必须制定安全措施 2 支架间应设牢固的撑木或拉杆 可缩性金属支架应用金属拉杆 支架与顶帮之间的空隙必须塞紧 背实 巷道砌碹时 碹体与顶帮之间必须用不燃物充满填实 巷道冒顶空顶部分 可用支护材料接顶 但在碹拱上部必须充填不燃物垫层 其厚度不得小于0 5m 3 更换巷道支护时 在拆除原有支护前 应先加固临近支护 拆除原有支护后 必须及时除掉顶帮活矸和架设永久支护 必要时还应采取临时支护措施 2 补强式支架补强式支架是补强岩体 利用围岩本身强度来维护巷道的支护方式 这种支护方式主要有锚杆支护 喷射混凝土支护 喷浆支护和锚索 锚喷支护等 1 锚杆支护巷道掘出后 向围岩中打锚杆眼 然后将锚杆安设在锚杆眼内 对巷道围岩予以人工加固 提高围岩自身的强度 以维护巷道的稳定 锚杆支护分集中锚固和全长锚固两种 集中锚固 通过眼底端的锚头和另一端的紧固部分 使锚杆受张拉而抑制围岩的变形与松动 全长锚固 通过杆体与孔壁间的胶结材料 使锚杆在全长范围内与岩石粘结在一起对岩体产生锚固作用 锚固方式可分为机械锚固型和全面铰接型 粘结锚固型 锚固装置或锚杆杆体和锚杆孔壁接触 靠摩擦阻力起锚固作用的锚杆 属于机械锚固型锚杆 锚杆杆体部分或锚杆杆体全长利用树脂 砂浆 水泥等胶结材料 将锚杆杆体和锚杆孔壁粘结 紧贴在一起 靠粘结力起锚固作用的锚杆 属于粘结锚固型锚杆 锚杆支护原理 加固拱 挤压组合拱 作用开巷后形成的围岩破坏圈 通过锚杆的作用使围岩形成一个具有一定厚度的能够维持自身稳定而具有防止其外部围岩松动的加固拱 悬吊作用将要冒落的软弱岩层或围岩悬吊于深部坚固稳定的岩体上 由锚杆来承担这些岩体的重量 组合梁作用在层状岩层中通过锚杆作用将一层层岩石组成一个整体 提高其承载能力 这个整体就是组合梁 锚杆支护要做到 及时安设 拧紧紧固螺母 提高锚固强度 2 喷射混凝土和喷浆支护喷射混凝上是将一定比例的水泥 沙 石的拌合料通过混凝土喷射机 用压缩空气作动力沿着管路送到喷嘴处与水混合后 以较高的速度 100m s 喷射在岩面上凝结硬化而成的一种支护形式 从混合料及施工工艺上大体可以分为干式喷射法 潮式喷射法和湿式喷射法 潮式喷射法是混凝土混合料含有一定水分 或湿度 在压气气流中呈稀薄流动状态输送 到喷嘴处再加入少量的水混合后喷往围岩表面 潮式喷射法与干式喷射法的主要区别在于石子和砂子是不是湿料 喷射混凝土和喷浆支护的作用原理 结构作用 加固 组合 喷层具有良好的物理力学性能 抗压强度较高 能起到结构支撑作用 同时由于喷层具有一定的柔性 可以产生一定变形 封闭作用 喷层封闭了围岩表面 完全隔绝了空气 水与围岩的接触 有效地防止风化作用所造成的围岩破坏和剥落 充填作用 喷射混凝土以很高的速度射入岩体张开的节理裂隙 把松动的岩块粘结 充填起来 产生粘结作用 大大提高了围岩的整体性和强度 三 锚杆支护施工质量管理及时主动支护是锚杆形成锚固承载层的关键 在安装锚杆的同时 应立即施加足够的预紧力 不仅消除锚杆构件的初始滑移量 而且给围岩一定的预压力 防止顶板的早期离层 锚杆支护施工时 一定要在顶板刚刚暴露后就及时安装锚杆 并保证要有足够的预紧力 这是锚杆支护取得成功的保证 三 巷道施工的安全管理 一 平巷施工特点1 水平岩石巷道施工水平岩石巷道的掘进目前还是以钻爆法为主 包括钻眼 爆破 装岩 运输和支护等主要工序以及工作面通风 排水 砌水沟和测量等辅助工序 1 装岩平巷掘进中装运岩石工作 是掘进作业中最繁重而又耗费工时的工序 一般情况下 这项工序要占掘进循环总时间的35 50 2 临时支护掘进巷道时 从掘进到架设永久支架前 为了防止岩块坠落 工作面应该预先架设临时支架 或前探梁 金属临时支架是最常用的一种 它的优点是 支架结构形式易于适应各个巷道断面形状 强度大 能保证工程质量和作业安全 节约坑木 降低工程成本 架设拆除方便 可以重复使用 根据巷道两帮围岩的稳定情况 可以采用无腿金属临时支架 或有腿金属临时支架 在坚硬和稳定的煤 岩层中 确定巷道不设支护 必须具备下列条件 巷道开凿后 岩体不发生明显的变形和位移 巷道在整体均匀的岩层中 或抗压强度在60MPa以上 又无冲击地压危险 煤和半煤岩巷道中 煤体稳定 煤层不会自然发火 确定巷道不支护时 必须制定安全措施 并要加强日常观测 及时清理顶 帮活石 3 排水巷道一侧要设置排水沟 以便泄出井下涌水 保证生产安全 并且创造较好的行人 运输等工作条件 有利于巷道的维护 掘进巷道在穿透老空之前 必须坚持 有疑必探 先探后掘 的探放水原则 编制切实可行的探水计划 2 煤巷施工煤巷掘进的工序与岩巷掘进基本上一样 但施工方法有许多不同之处 1 煤层比岩层的坚固性小 可以采用效率较高的多种掘进机或掘进装岩机 也可采用连续采煤机掘进巷道 2 煤层内多含有瓦斯 爆破后又有大量煤尘飞扬 故爆破时要喷雾洒水 使用水炮泥 3 在煤巷掘进时 轨道上经常积有浮煤 为防止扬尘 在煤巷掘进时应选择履带式装岩机或其他不致引起煤尘大量飞扬的装岩机 4 在煤层中掘进巷道 一般采用双巷掘进 每隔一定距离进行贯通 以利通风 在容易自燃或自燃煤层中掘进 为防止漏风 也可采用单巷掘进 3 半煤岩水平巷道施工 1 巷道凿岩位置的选择在半煤岩巷道开掘上 必须认真选择在巷道断面内的凿岩位置 即挑顶 卧底或挑顶兼卧底 凿岩位置根据煤层倾角 顶底板岩性以及巷道用途等条件来选择 同时做到 尽量避免破坏顶板 保持巷道稳定 尽可能掘凿软岩 并力求掘煤面积最大 减少开掘困难和费用 充分满足巷道运输 装车的要求 在一般情况下 缓倾斜煤层的半煤岩巷道 通常可采用卧底 倾斜煤层 多采用挑顶兼卧底 急倾斜煤层 一般采用卧底 2 煤岩的开凿顺序在半煤岩巷道掘进中 煤岩的开掘顺序对掘进速度和效率有很大影响 在通常情况 应实行全断面一次开掘 并尽可能实行煤岩分次爆破和装运 二 倾斜巷道施工特点1 上山施工掘进上山时应特别注意通风排瓦斯工作 由于瓦斯的相对密度小 常常积聚在上山掘进工作面附近 如果不采取措施 有可能发生瓦斯爆炸 因此 在瓦斯矿井上山掘进时 必须加强通风 采取双巷掘进 一个进风 一个回风 甚至采取自上而下的掘凿方式 在近水平或缓倾斜煤层中 上山掘进一般用矿车或输送机运输 上山掘进使用的绞车 当提升斜长小于150m左右时 可将绞车布置在上山一侧的小硐室内 如果斜长过大 一台绞车提升能力不够 即应安设多台 一般为两台 绞车 实行分段接力提升 如条件合适 最好采用链板运辅机或溜槽 倾角大于35 的巷道 煤矸可以沿底扳自溜 这时应在巷道一侧做出一个密闭的溜矸间 限制矸石不能在巷道内任意滚溜 以免造成伤人或砸坏设备的事故 在倾角小于10 的上山可以使用装煤机 配合链板输送机运输 目前比较广泛应用的是耙斗装岩机 它可以应用在倾角小于30 的巷道 耙斗装岩机距工作面应不小于6m 每20 30m移动一次 规程中规定 由下向上掘进25 以上的倾斜巷道时 必须将溜煤 矸 道与人行道分开 防止煤 矸 滑落伤人 人行道应设扶手 梯子和信号装置 斜巷与上部巷道贯通时 必须有安全措施 在掘进工作面上方还必须设置坚固的遮挡 遮挡距掘进工作面的距离必须在施工组织设计和作业规程中规定 2 下山 斜井 施工掘进下山时 因瓦斯可沿巷道上升 故通风比较容易 运输和排水较为复杂 下山掘进的安全问题主要是防跑车 下山掘进时 上部平巷的渗水 煤层或岩层本身及其顶底板的涌水 都有可能流至掘进工作面 为了减少掘进工作面的排水工作量 有利于掘进施工 可以采取将上部平巷靠下山一段水沟加以封闭 在下山巷道中 每隔一定距离 如10 15m 开掘一条横水沟等措施 拦截上部平巷渗水和煤岩涌水 下山掘进的排水方式 根据下山倾角和长度大小以及涌水地点 可采用单段排水或分段排水 当下山倾角不超过25 长度不超过300m 有水直接从工作面涌出时 可采用单段排水 单段排水 是将水泵设置在工作面附近 直接把水排到上部水平 当下山倾角大于25 长度很大 且水沿巷道全长涌出时 适于采用分段排水 采用分段排水时 在巷道中应设置中间水仓 中间水仓应能容纳水泵从工作面排出的和从纵横水沟流入的水量 随着下山掘进的延伸 中间水仓和水泵应向下移设 规程中规定 开凿或延深斜井 下山时 必须在斜井 下山的上口设置防止跑车装置 在掘进工作面的上方设置坚固的跑车防护装置 跑车防护装置与掘进工作面的距离必须在施工组织设计或作业规程中规定 斜井 巷 施工期间兼作行人道时 必须每隔40m设置躲避硐并设红灯 设有躲避硐的一侧必须有畅通的人行道 第三节采煤方法一 采煤方法的概念和分类采煤方法主要由采区内的采煤系统和采煤工艺两部分组成 采煤系统是指采区内的巷道布置系统以及为了正常生产而必须建立的采区内用于运输 通风等目的的生产系统 采煤工艺是指采煤工作面内破煤 装煤 运煤 支护和采空区处理等工序在时间和空间上的进行程序和安排方式 采煤方法的种类较多 按照工作面长度可分为长壁式和短壁式采煤法两类 长壁式采煤法的主要特征是采煤工作面长度为100 200m或更长 长壁式采煤法按照采煤工作面推进方向可分为走向长壁采煤法和倾斜长壁采煤法两类 将长壁工作面沿煤层倾斜布置 工作面沿走向推进 工作面的倾斜角度等于煤层的倾角 这种采煤法叫做走向长壁采煤法 如果将长壁工作面沿煤层走向布置 工作面沿倾斜方向推进 这种采煤法叫做倾斜长壁采煤法 在倾斜长壁采煤法中 如果工作面沿倾斜向上推进 称为仰斜长壁 如果工作面沿倾斜向下推进 称为俯斜长壁 二 长壁采煤法的采煤工艺回采工艺是指采煤工作面内破煤 装煤 运煤 支护和采空区处理等工序在时间和空间上的进行程序和安排方式 一 爆破采煤工艺爆破采煤工艺主要包括爆破落煤 人工装煤 刮板输送机运煤 推移输送机 顶板支护和回柱放顶等工序 爆破落煤包括打眼 装药 填炮泥 连线和爆破等工序 按照采煤工艺方式和机械化程度不同 采煤方法可分为炮采 普采 综采等 1 工作面连线方式爆破连线方式有串联 并联和混联等几种 串联网路是把相邻电雷管脚线彼此 手拉手 连接起来 然后再把两端脚线通过端线与母线连接起来 母线接到电源上 并联是把各个雷管的两根脚线分别连到两根母线上 混联是并联和串联的结合 适用于巷道断面大 炮眼数目多的掘进断面 并联要求的电流大 在井下使用的不多 2 工作面炮眼布置爆破落煤时要求保证进度 工作面平直 不留顶底煤 不破坏顶板 不崩倒支柱 也不能崩翻输送机 尽量降低雷管和炸药的消耗 根据煤层的硬度 厚度 节理裂隙以及顶板状况 正确地确定钻眼爆破的参数 单排眼用于lm以下的薄煤层或煤质松软 节理发育的煤层中 或事先已掏底槽的工作面 双排眼包括有对眼 二花眼及三角眼 一般用于中厚煤层及煤质中硬的工作面中 三排眼也叫五花眼 用于煤层较厚和采高较大的工作面 炮眼布置图 炮眼排数 取决于煤层的厚度和煤层的硬度单排双排三排M 1mM 1 2 5mM 2 5m 炮眼角度应满足下列要求 炮眼与煤壁的水平夹角一般50 80 软煤取大值 硬煤取小值 为了不崩落支架 应使水平方向的最小抵抗线朝向两柱之间的空当 顶眼在垂直面上向顶板方向仰起5 10 顶眼距顶板0 1 0 5m 其值视煤质软硬和粘顶情况而定 应保证不破坏顶扳的完整性 底眼在垂直面上向底板方向保持l0 20 的俯角 眼底接近底板 以不丢底煤为原则 炮眼深度根据每次的进度而定 一般有浅进度和深进度两种 浅进度的方式主要是配合金属支架和铰接顶粱 可弯曲辅送机和爆破装煤 每次进度为0 8 1 2m 深进度每次进度达2 0m左右 二 普通机械化采煤工艺当落煤和装煤应用浅截深采煤机或刨煤机 运煤采用可弯曲刮板输送机 支护采用单体金属支柱和铰接顶梁来装配采煤工作面时 就称为普通机械化采煤 简称普采 普采面配套设备有 单摇臂滚筒采煤机或双摇臂滚筒采煤机 刮板输送机 金属摩擦支柱或液压支柱 可配金属控接顶梁 1 采煤工作面单体支架的布置及架设 1 基本概念支架是平衡采煤工作面顶板压力的一种构筑物 必须具备两个特性 良好的支撑性能和一定的可缩性 支柱对顶板的主动作用力称为支柱的撑力 支柱支设时对顶板的作用力称为支柱的初撑力 始动阻力 在顶板压力作用下 活柱开始下缩的瞬间支柱上反映出来的力 工作阻力 支柱受顶板压力作用能够承受的负荷 支柱开始工作的力称为初工作阻力 支柱能够承受的最大工作负荷称为最大工作阻力 支柱的特性主要决定于支柱的工作特性 支柱的工作特性主要有以下儿种 急增阻式 微增阻式 恒阻式从支柱的工作阻力和有利于支柱顶板考虑 恒阻式支柱较为有利 急阻式比较差 2 单体支柱的性能木支柱 木材是一种各向异性材料 沿纹理方向加压时 支柱的阻力增长快 可缩性要比垂直纹理方向加压时小得多 摩擦式金属支柱 我国使用比较多的摩擦式金属支柱有急增阻式 HZJA 和微增阻式 HZWA 两种 它由活柱 底柱与柱锁三个主要部分组成 支柱的特性主要是由柱锁部分决定 3 单体支架布置方式单体支架常用的有戴帽点柱 棚子支护 悬臂支架支护三种形式 其作用是减缓顶板下沉 维护控顶距内顶板的完整 保证工作空间的安全 悬臂支架由单体支柱和交接顶梁组成 悬臂支架的主要特点 及时支护新暴露的顶板 每列支架连在一起整体性强 挂梁与打柱工序可分开 互不影响 按照顶梁的悬伸方向不同 悬臂支架分为正悬臂支架和倒悬臂支架两种 悬臂伸向煤壁的支架为正悬臂支架 悬臂伸向采空区的支架为倒悬臂支架 正悬臂支架的特点 轨道有悬臂支护 比较安全 采空区一侧悬臂短 切顶性好 顶不易折损 倒悬臂支架的特点 采空区一侧悬臂长 回柱容易 比较安全 顶梁易折损 机道上方空顶面积大 常用的悬臂式支架的布置方式有齐梁式和错梁式两种 齐梁式支护及顶梁悬臂端与工作面相齐 如果支柱排成直线状 则称为齐梁直线柱 齐梁直线柱的截深与顶梁长度关系 截深等于顶梁长度 采煤机每进一刀挂一次梁打一次柱 截深等于顶粱长度的一半 采煤机每进两刀 挂粱打柱一次 齐梁直线柱多采用正悬臂支护 错梁式支护即顶梁悬臂端相错 梁端呈三角形 如果交错使用正倒悬臂支架 即一列为正悬臂另一列为倒悬臂 支架呈直线状 称为错梁直线柱 采煤机截深是顶梁长度的一半 错梁直线柱的特点是采煤机每进一刀 隔一架棚挂一根粱 顶梁交错向前 顶板悬露时间较短 可得到及时支护 挂梁打柱工作均匀 进机速度快 支柱排列整齐 便于行人和运料 倒悬臂易折损 2 采空区处理采空区处理方法有缓慢下沉法 全部垮落法 充填法和刀柱法 一般采用全部垮落法 每当工作面推进一定距离 及时回柱放顶 使顶板岩层垮落下来 以减轻顶板对支架的压力 每次放顶的宽度称为放顶距 放顶距应当同支柱的排距相适应 以保持一定的工作面宽度范围 采煤工作面允许的最大宽度称为最大控顶距 允许的最小宽度称为最小控顶距 规程的有关规定 1 采煤工作面必须经常存有一定数量的备用支护材料 使用摩擦式金属支柱或单体液压支柱的工作面 必须备有坑木 其数量 规格 存放地点和管理方法必须在作业规程中规定 采煤工作面严禁使用折损的坑木 损坏的金属顶梁 失效的摩擦式金属支柱和失效的单体液压支柱 在同一采煤工作面中 不得使用不同类型和不同性能的支柱 在地质条件复杂的采煤工作面中必须使用不同类型的支柱时 必须制定安全措施 摩擦式金属支柱和单体液压支柱入井前必须逐根进行压力试验 对摩擦式金属支柱 金属顶梁和单体液压支柱 在采煤工作面回采结束后或使用时间超过8个月后 必须进行检修 2 采煤工作面必须按作业规程的规定及时支护 严禁空顶作业 所有支架必须架设牢固 并有防倒柱措施 严禁在浮煤或浮矸上架设支架 使用摩擦式金属支柱时 必须使用液压升柱器架设 严禁在控顶区域内提前摘柱 碰倒或损坏 失效的支柱 必须立即恢复或更换 移动输送机机头 机尾需要拆除附近的支架时 必须先架好临时支架 3 严格执行敲帮问顶制度 三 综合机械化采煤工艺综合机械化采煤 简称 综采 采煤工作面的落煤 装煤 运煤 支护 采空区处理等主要工序全部实现了机械化 形成连续作业 综采与普采最基本的区别是将支护与控顶这两种工序用自移式液压支架合为一体 工作面主要设备有液压支架 双滚筒采煤机 刮板输送机和单体液压支柱 平巷主要设备有转载机 带式输送机 破碎机 乳化液泵 乳化液泵箱 喷雾泵站和液压安全绞车 端头主要配备端头液压支架 单体液压支柱和金属铰接顶粱 综采工作面采煤机工作方式对工作面产量影响很大 综采工作面一般均采用双滚筒采煤机 自开缺口 当面向煤壁 左手为左滚筒 右手为右滚筒 双滚筒的两个滚筒是向相反方向旋转的 一般情况下左滚筒为左螺旋 右滚筒为右螺旋 采煤机正常工作时前滚筒沿顶板割顶煤 后滚筒沿底板割底煤 司机操作安全 煤尘少 装煤效果好 采煤机滚筒工作的原则为相背旋转 割顶煤的滚筒受力向上 割底煤的滚筒受力向下 双滚筒采煤机截割方式主要有单向割煤和双向割煤两种 采煤机沿工作面往返一次进一刀为单向割煤 采煤机往返一次进两刀为双向割煤 三 长壁工作面组织管理为了使采煤工作面各工序在空间上 时间上均衡和连续的进行 以保证人力 物力得到充分合理的运用 获得好的经济效益 对采煤工作面的生产过程进行合理的组织 一 采煤工作面循环作业完成采煤工作面 采 装 运 支 回 的全过程 炮采 普采完成一个循环的标志是回柱 综采完成一个循环标志是移架 1 循环方式循环方式是循环进度和昼夜循环数的总称 即每循环进几米 每昼夜几个循环 每完成一个循环 工作面煤壁向前推进的距离称为循环进度 正规循环作业 在规定时间内保质 保量 安全地完成循环作业的全部工作量 包括 循环时间 循环进度 工作质量和劳动定员 正规循环率 正规循环占计划循环数的比例 一般不低于80 2 作业形式一昼夜内采煤班和准备班在时间上的配合关系 即何时进行检修 何时进行生产 如 两采一准 三班采煤 边采边准 三采一准 四班作业 交叉作业 等 三采一准 就是将一昼夜划分成四个班 其中三班出煤 一班准备 采煤班内进行落煤 装煤 运煤 支护和移输送机 准备班内进行回柱放顶 检修机器 接长或缩短输送机等工作 3 工序安排确定工作面循环方式和作业形式时 应合理安排工序 对安排工序的要求是充分利用工作空间和时间 安排紧凑避免各工序互相影响 工序利用率高 工作量均衡 安排工序时应注意 保证主要工序的顺利进行 处理好主要工序和辅助工序之间的关系 利用平行作业 提高工作效率 4 劳动组织劳动组织是各工作班中劳动力定员与各工种之间的相互配合关系 包括劳动力的配备和劳动组织形式 劳动组织形式主要有追机作业 分段作业 分段接力追机作业 四 放顶煤采煤法 一 放顶煤技术概念和优缺点I 放顶煤技术概念和类型放顶煤技术主要是在厚煤层的底部位置布置采煤工作面 并利用顶扳压力及其它措施将顶煤一起放落的采煤方法 1 一次采全厚放顶煤技术 这是我国当前使用的主要方法 它是在煤层下部沿着底板布置采煤工作面 在采煤的过程中 有步骤地放落顶煤 2 预采顶分层的放顶煤技术 它适用于直接顶坚硬不易冒落或煤层中瓦斯含量大 需要预先排放瓦斯 厚度在10m以上的煤层 3 急倾斜特厚煤层分段放顶煤技术 按一定标高自上而下分段 在每个分段里布置采煤工作面进行放顶煤开采 1 综采放顶煤采煤法的优缺点优点 1 综采放顶煤技术容易实现高产 2 放顶煤综采巷道掘进率低 3 工作面搬家次数少 可以明显提高综采设备的利用率 提高单套设备的年产量 减少搬家费用 4 综采放顶煤技术中顶煤基本是利用地压破煤 依靠自重放煤的 5 综采放顶煤技术适应性强 缺点 采空区煤炭易自燃 工作面产量增加 瓦斯绝对涌出量和风流中瓦斯含量必然增加 瓦斯浓度易超限 煤尘浓大 工作面回采率难以控制 工作面两端煤难以放落 回采率低 工艺相对复杂 二 综采放顶煤工艺1 放顶煤综采工艺过程放顶煤综采主要工艺过程 采煤机割煤移架推移前部输送机移后部输送机放顶煤 放顶煤综采工作面采用双滚筒采煤机沿工作面全长截割煤体 在工作面两端斜切进刀方式 放顶煤为综采放顶煤开采的关键工序 一般要根据架型 放煤口位置及 顶煤厚度及破碎情况 合理确定放顶煤的步距与作业形式 根据放煤的厚度 一般采用两采一放或三采一放 及采煤机割两刀或三刀放一次顶煤 顶煤放出顺序为逐架依次放煤或轮换放煤 放顶煤时有三种原因引起放煤异常 碎煤成拱 大块煤堵口和顶煤过硬 碎煤成拱可以采用支架摆尾来处理 大块煤堵口可以采用插板破碎 支架摆尾等形式处理 顶煤过硬通过高压注水软化或预裂爆破来处理 2 顶煤破碎综放开采时顶煤有效破碎和顺利放出是放顶煤工作的核心问题 顶煤的厚度 硬度 夹矸和节理发育影响顶煤破碎 顶煤破碎是超前支承压力 顶扳运动及支架反复支撑共同作用的结果 超前支承压力起预破坏作用 顶扳回转活动起再破坏作用 支架反复支撑起辅助破坏作用 3 放煤步距沿工作面推进方向前后两次放煤的间距为放煤步距 放煤步距与顶煤厚度 破碎质量 松散程度以及放煤口的位置有关 放煤步距过大时 上方矸石易于在放完煤前到达放煤口 放煤步距过小时后方矸石易混入放煤口 容易误认为煤已放尽而停止放煤 造成上部顶煤丢失 采用放顶煤开采时 必须遵守下列规定 1 矿井第一次采用放顶煤开采 或在煤层 瓦斯 赋存条件变化较大的区域采用放顶煤开采时 必须根据顶板 煤层 瓦斯 自燃 水文地质 煤尘爆炸性 冲击地压等地质特征和灾害危险性编制开采设计 开采设计应当经专家论证或委托具有相关资质单位评价后 报请县级以上煤炭管理部门审批 并报煤矿安全监察机构备案 2 针对煤层的开采技术条件和放顶煤开采工艺的特点 必须对防瓦斯 防火 防尘 防水 采放煤工艺 顶板支护 初采和工作面收尾等制定安全技术措施 3 采用预裂爆破对坚硬顶板或坚硬顶煤进行弱化处理时 应在工作面未采动区进行 并制定专门的安全技术措施 严禁在工作面内采用炸药爆破方法处理顶煤 顶板及卡住放煤口的大块煤 矸 4 高瓦斯矿井的易自燃煤层 应当采取以预抽方式为主的综合抽放瓦斯措施和综合防灭火措施 保证本煤层瓦斯含量不大于6m t或工作面最高风速不大于4m s 5 工作面严禁采用木支柱 金属摩擦支柱支护方式 有下列情形之一的 严禁采用单体液压支柱放顶煤开采 1 倾角大于30 的煤层 2 冲击地压煤层 有下列情形之一的 严禁采用放顶煤开采 1 煤层平均厚度小于4m的 2 采放比大于1 3的 3 采区或工作面回采率达不到设计规范规定的 4 煤层有煤 岩 和瓦斯 二氧化碳 突出危险的 5 坚硬顶板 坚硬顶煤不易冒落 且采取措施后冒放性仍然较差 顶板垮落充填采空区的高度不大于采放煤高度的 6 矿井水文地质条件复杂 采放后有可能与地表水 老窑积水和强含水层导通的 五 急倾斜煤层采煤法开采急倾斜薄及中厚煤层 主要有以下三种采煤法 1 倒台阶采煤法这种采煤法的采区巷道布置和生产系统与走向长壁采煤法相似 但工作面呈倒台阶形状 而不是直线状 采煤工作面之所以形成倒台阶 主要是由于采用风镐落煤 每台风镐的生产能力比较低 为了使工作面能多台风镐同时落煤提高采煤工作面生产能力 同时又要避免采落的煤块下滑砸伤人 保证在下部台阶面工作的人员安全 而且在每个台阶面均可同时工作 因而将工作面由直线状改为倒台阶的形状 这种采煤方法 巷道系统简单 掘进率低 煤炭回收率高 但生产工艺复杂 工作面支护及顶板管理工作量大 坑木消耗多和安全条件差 工作面难以实行机械化 它适用于厚度在2m以下的急倾斜煤层 2 水平分层和斜切分层采煤法这类采煤法的实质是把煤层沿水平面划分成若干个2 3m厚的分层即水平分层 然后逐层回采 当煤层厚度大于7 8m时 为解决人工攉煤和扩散通风的困难 以相互平行的斜面 一般是倾角25 30 把煤层划分成若干个2 3m厚的分层 就叫做斜切分层 水平分层采煤法能适应煤层厚度 倾角变化大的条件 工作比较安全 回采率较高 其主要缺点是巷道掘进量大 通风 运料困难及工作面人工攉煤劳动繁重 因此这种采煤方法产量小 效率低 适用于厚度2 6m或倾角变化较大的急倾斜煤层 3 伪倾斜柔性掩扩支架采煤法这种采煤方法的采煤工作面是呈直线形 按伪倾斜方向布置沿走向推进 工作面上方用一定结构形式的支架掩护起来 使之不受冒落岩石的影响 采煤工作就在支架的掩护下进行 随着煤层被采出 掩护支架在自重和采空区冒落岩石的压力下 紧跟工作面向前移动 第四节采掘工作面顶板事故防治一 矿山压力基础知识 一 矿压与矿压显现地下岩体在采动以前处于原始应力状态 当开掘巷道或进行采煤时 围岩的原岩应力遭到破坏 围岩应力将重新进行分布 采掘空间上部岩体应力会向煤壁上方转移 引起应力升高 顶板岩层因失去支撑而在水平应力和自重作用 当这种应力超过极限强度时 顶板岩层即遭到破坏 由于采掘过程破坏了原岩应力而引起围岩应力重新分布 这种应力重新分布过程中的力称为矿山压力 简称矿压 应力重新分布结果必然使采掘工作面周围一部分岩体承受较高的应力 重新分布后的应力高于原岩应力的 称为支承压力 随着采掘工作面的不断推移 应力集中越来越明显 随着煤体的破坏和压力的转移 顶板岩层的沉降也越来越明显 在这一过程中 采掘工作面的支架就可能会出现下缩量增加 阻力升高 变形折断等现象 由于矿山压力的作用 使围岩 煤体和各种人工支撑物产生的种种力学现象称为矿压显现 矿压是矿压显现的原因 矿压显现是矿压作用的结果 二 直接顶的初次垮落直接顶是采煤工作空间直接维护的对象 直接顶的稳定性将直接影响到生产工作的安全及整个工作面生产能力的发挥 而且也直接影响到支护方式的选择 直接顶的完整程度主要取决于两个因素 岩层本身的力学性质 直接顶岩层内部层理 裂隙的发育程度 当工作面自开切眼向前推进一段距离后 如没有支护 直接顶悬露达到一定跨度 就要开始垮落 这时直接顶的跨距称为初次垮落步距 当工作面推进距离达到初次垮落距 6 20m 时 撤回采空区支架 直接顶随回柱而垮落 就是初次放顶 初次放顶时 工作面推进的距离叫初次放顶步距 二 冲击地压冲击地压是矿井巷道和采场周围煤岩体由于变形能的释放而产生的以突然 急剧 猛烈破坏为特征的特殊的矿山压力现象 其主要显现特征是突发性 发生前无明显前兆 冲击过程短暂 多样性表现为煤爆 浅部冲击 煤壁内2 6m范围 和深部冲击 破坏性强 往往造成煤壁片帮 顶板下沉和底鼓 支架折损 巷道堵塞 人员伤亡 复杂性 冲击地压可简单地看作承受高应力的煤岩体突然破坏的现象 一 冲击地压的特征及分类冲击地压的特征主要表现为 1 突然爆发 冲击地压发生前 预兆不明显 2 巨大声响 冲击地压爆发的瞬间伴有雷鸣般的响声 3 冲击波强 煤体内积聚的弹性能突然释放 产生强大的冲击波 能冲倒几十米至几百米内的风门 风墙等设施 4 弹性振动 冲击地压发生时在围岩内引起弹性振动 人员被弹起摔倒 甚至输送机 轨道等重型设备可能被振动和推移 连地面人员有时都能感到这种振动 5 煤体移动 据现场观测 浅部冲击时煤体发生移动 6 顶扳下沉或底板鼓裂 冲击地压发生时 常导致顶板下沉或底鼓 7 煤帮抛射性塌落 塌落多发生在煤帮上部到顶板的一段 越靠近顶板塌落越深 强烈冲击时 塌落深度可达1 5m 2 0m 二 冲击地压发生的影响因素及预测方法1 冲击地压发生的影响因素 1 自然地质条件 煤层性质 煤的强度 冲击倾向性 弹脆性等力学性质 煤的厚度 埋深 含水率 孔隙度 煤层结构等物理性质 煤层顶底板岩层性质 坚硬岩层的厚度 强度 冲击倾向性等 地质构造 褶曲构造 断裂构造局部形态 局部地应力异常 煤层厚度和倾角突变等 2 生产技术因素 人为造成高应力集中区 为冲击地压的发生提供力源条件 人工作业造成应力状态的突变和煤层约束条件的改变 2 冲击地压的预测方法为了对有冲击危险的煤层及时采取防治措施 必须进行预测 1 顶板动态法 冲击地压发生之前预兆表现为 煤岩层向已采空间运动加剧 顶板岩层断裂声加剧 有板炮声 采空区有雷声 顶板下沉 煤壁片帮 打煤层眼时 钻杆卡住不易拔出 支柱折断 柱帽压缩等 采煤工作面和巷道压力有明显的增大现象 2 钻屑法 钻屑法又称钻粉率指数法或钻孔检验法 此法是通过在煤层中打直径42 50mm的钻孔 根据排出的煤粉量及其变化规律和有关的动力效应 鉴别冲击危险的一种方法 3 岩石在压力作用下发生变形 破坏过程中 必然产生声响和振动 以脉冲形式向周围岩体传播 产生应力波或声发射现象 这种声发射也称地音 用微振仪或地音仪记录这一系列地震波 根据地震波的强弱变化规律和正常地震波相比可以判断煤层或岩体发生冲击的倾向程度 四 冲击地压的防治根据发生冲击地压的成因和机理 冲击地压的主要防治原则应是避免产生应力集中 对已产生应力的区域 因地质构造等因素存在高应力区的区域 应采取改变煤岩体物理力学性质 降低或释放煤岩体积聚的弹性能等措施 1 合理开拓布局 采用正确的开采方法 1 开采保护层 开采煤层时 为了降低潜在危险层的应力 可先开采保护层 当所有煤层都有冲击地压危险时 应先开采冲击地压危险性最小的煤层 当有冲击地压危险的煤层的顶底板都赋存有保护层时 应先开采顶板保护层 2 避免形成孤立煤柱 划分井田和采区时 应保证有计划的合理开采 避免形成应力集中的孤立煤柱 不允许在采空区内留煤柱 巷道上方不留煤柱 有条件的采区上山 采区边界及区段巷道采用无煤柱开采技术 避免应力集中 3 选择合理的开采方法 开采有冲击地压危险的煤层时 应尽量采用长壁采煤法 全部垮落法管理顶扳 4 选择合理的巷道布置方式 开采有冲击地压危险的煤层时 应尽量将主要巷道和硐室布置在底板岩石中 5 合理安排开采程序 要合理安排开采程序 防止采煤工作面三面被采空区包围 形成 半岛 2 煤层预注水煤层预注水的目的主要是降低煤体的弹性和强度 采用向煤层注水的方法 使相邻巷道 采煤工作面的煤岩层边缘区减少内部粘结力 降低其弹性 减少其潜能 3 钻孔卸压法钻孔卸压法是利用钻孔降低积聚在煤层中的弹性能 是释放弹性能的一种方法 一般利用直径大约100mm的钻头钻孔 由于钻孔后 周围的煤体受力状态发生了变化 约束条件减弱 使煤体卸载 支承压力的分布发生了变化 峰值向煤体深部转移 当支承压力不超过煤层孔壁稳定范围时 孔壁不破坏 钻孔不变形 排出煤粉量为正常值 煤层没有卸压 当支承压力超过煤层孔壁稳定范围时 钻孔被破坏 支承压力愈高 钻孔破坏范围愈大 因此 煤层积聚的应力愈高 利用钻孔卸压愈有效 4 震动爆破法震动爆破法是 在安全条件下 用爆破方法释放煤层积聚的能量 使煤层裂隙松动 这是