第二集煤矿生产概况.docx
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第二集煤矿生产概况
第二集煤矿概况
第一讲、煤的形成
一、煤的成因
地球的形成至今大约有四十六亿年的历史，在这历史的前期由于地球上的植物生长得十分茂盛，特别是湖泊沼泽地带密布着茂密的森林或水生植物。
死去的植物遗体堆集在湖泊沼泽底部，随着时间的推移和地壳的运动逐渐被水覆盖。
在细菌参与的生物化学作用下，植物遗体开始腐烂分解，有的变成液体被失散，有的变成气体被挥发，保留下来的残余部分变成泥炭层。
随着时间推移，泥炭层被水带来的泥沙在次覆盖，并且愈积愈厚。
被埋在地下深处的泥炭受高温高压的影响，含碳物质脱水密实，比重增大、颜色变深、硬度增加，逐渐变成了现在我们所能见到的煤。
[图片说明]：
1成煤的植物裸蕨、鳞木、芦木、苛达等。
2湖沼的演变
二、煤系和煤层
在成煤的过程中，与煤层同时形成的上下许多岩层，这些夹有煤层和岩层的含煤地层称为煤系。
煤层是赋存在煤系之中，由于受成煤条件和地壳运动的影响，煤层的埋藏特征各有不同主要表现为：
1、赋存形态：
层位稳定、连续、厚度变化小的为层状煤层。
层位相对稳定、有一定的连续性、但厚度变化大的为似层状煤层。
煤层形状变化大、连续性差、厚度变化无常的为非层状煤层。
2、煤层的顶板：
位于煤层之上厚度一般为几厘米到数十厘米，随采随落的岩层为伪顶。
位于伪顶或煤层之上，厚度为数米，具有相对稳定性，暴露后能停留一定时间才自行跨落的岩层为直接顶。
位于直接顶或煤层之上，厚度较大，难以跨落的岩层为基本顶。
3、煤层的底板：
位于煤层之下，厚度为数十厘米，多为植物化石的泥岩，遇水会膨胀的岩层为直接底。
位于直接底或煤层之下，厚度较大，较为坚实的岩层基本底。
4、煤层的厚度：
h<1.3m为薄煤层，h=1.3-3.5m为中厚煤层，h〉3.5m为厚煤层
5、煤层的倾角：
小于250为缓倾斜煤层，等于25-450为倾斜煤层，大于450为急倾斜煤层。
[图片说明]：
1三、地质构造对煤层的影响
1、单斜构造：
在井田范围内，如果煤层大致向一个方向倾斜，这样的煤层叫单斜煤层。
主要产状要素有：
（1）走向。
煤（岩）层面与水平面的交线延伸的方向为走向。
（2）倾向。
煤层面与走向线垂直向下的方向为倾向。
（3）倾角。
煤层倾斜线和水平面间的夹角为煤层的倾角。
2．褶皱构造：
煤层受到水平方向的挤压后，产生弯曲，但没有丧失连续性的形态叫褶皱构造。
褶皱构造的基本单位叫褶曲。
向上凸起的褶曲为背斜，向下凹入的褶曲为向斜。
3．断裂构造：
岩层受力后，作用力超过岩层的强度，岩层遭到破坏而失去连续性的构造，为断裂构造。
断裂面两侧岩体没有产生明显位移的称为裂隙或节理，有明显位移的称为断层。
1）断层的产状：
断层面—岩层发生断裂位移时，两侧岩体相对滑动的断裂面，称为断裂面。
断盘—断层面两侧的岩体称断盘，相对位于上方的为上盘，下方的为下盘。
断距—断层两盘相对位移的距离为断距。
2）断层的分类：
根据断层两盘相对移动的方向可分为：
正断层—上盘相对相对下降，下盘相对上升。
逆断层—上盘相对相对上升，下盘相对下降。
平推断层—断层两盘沿水平方向相对移动。
根据断层面走向与岩层走向的相对关系可分为：
走向断层—断层面走向与岩层走向大致相同。
倾向断层—断层面走向与岩层走向大致垂直。
斜交断层—断层面走向与岩层走向斜交。
[图片说明]：
1、单斜构造示意图。
2岩层产状示意图。
3褶皱和褶曲示意图。
3断层要素示意图
第二讲、井田开拓
一、煤田与井田
在地质历史中，由于炭质物沉积而生成的大面积含煤地带，称为煤田。
煤田的范围非常广阔，面积可达数十至数百平方公里，储量可达数亿至数百亿吨。
为了有效地开发，若由一个矿井来开采，不但经济上不合理，而且在技术上也不现实。
因此将煤田再划分为若干个较小的部分，每个部分划归一个矿井开采的一部分成为井田。
[图片说明]：
1、煤田的划分为井田
二、井田再划分：
由于每个煤田的范围还仍然较大，为了有计划的开采还必须将井田划分为阶段、盘区、区段等。
1.阶段（水平）：
在井田范围内，按照一定的标高，将井田划分为若干个长条部分，每一个长条形部分叫一个阶段或叫水平。
自上而下为序开采。
2.盘区（采区）：
在阶段范围内，沿煤层走向再划分为若干个具有独立生产系统的块段，每一块段称为一个采区。
在采区的中央或一侧开掘两条上山或下山，前者形成双面采采区，后者形成单面采区。
3、区段（采面）：
在采区范围内，沿煤层倾斜方向再划分为若干个长条部分，每一部分称为一个区段。
区段倾斜方向的两端沿走向开掘两条平巷，一条为轨道巷，一条为运输巷。
在采区边界处沿煤层开掘切眼连接区段两条平巷。
当区段平巷和切眼内安装采煤设备后成为采煤工作面。
[图片说明]：
1、井田划分为阶段。
2、井田划分为盘区3、盘区划分为曲段
三、井田开拓
开拓巷道在井田内的总体布置方式，称为井田开拓方式。
根据井田范围、煤层埋藏深度、煤层层数、倾角厚度条件不同，矿井开拓方式可分为斜井开拓、立井开拓、平硐开拓等。
其中立井开拓是我国广泛采用的一种开拓方式。
开拓时首先在景田的中央开凿主井和副井，到每一水平都开掘井底车场和主运输大巷至各采区下部边界中部时，开掘采区下部车场、采区上下山。
同时井田浅部中央风井到回风巷与采区上下山连通。
开掘采区上部和中部车场、区段平巷、切眼，布置采煤工作面进行回采。
[图片说明]：
1、立井多水平开拓示意图
第三讲：
巷道掘进
一、井巷及分类
为采出煤炭，从地表向下开掘一系列的通道和洞室，统称为井巷。
井巷的数目很多。
根据生产现场的习惯叫法主要由以下命名方法。
1、按相对空间位置分类
1）竖井，井筒与地表垂直向下，主要有主井、副井，担负矿井提升煤炭、人员升降、运送设备材料和排矸等主要任务的出口。
另有小井、暗井、溜井，作为辅助的通风、运煤、运料或运送人员。
2）水平巷道：
在地下煤层或岩层中，沿走向或穿层开掘的水平巷道和近水平巷道称为水平巷道。
3）倾斜巷道：
在煤层或岩层中沿倾斜方向开掘的巷道。
称为倾斜巷道，如斜井、上下（山）溜煤眼等。
4）硐室：
在井下开掘的长度较短，断面较大的巷道，称为硐室，用于安放设备和存放材料。
如变电所、火药库、水泵房等。
2、按用途及服务年限分类
1）开拓巷道：
为全矿井或开采水平服务的巷道称为开拓巷道。
如井底车场、主要运输大巷、回风巷等。
2）准备巷道：
为一个采区或两个以上的回采工作面服务的巷道。
如采区车场、采区上下山、采区煤仓等。
3）回采巷道：
为一个工作面服务的巷道。
如区段车场、区段平巷、联络巷等。
二、立井开凿：
立井（如主、副井），井筒横截面一般为圆形，主要由井颈、井身和井窝三个部分组成。
立井的开凿只能从地面开始由上而下进行。
首先在地面安装专用的凿井井架，施工时，先用凿岩机垂直向下打若干个眼，爆破之前，将设备提至安全位置，人员全部升井，然后装药通电启爆。
待通风排出炮烟后，用抓岩机将破碎的岩石抓起装入吊桶，提至地面卸矸平台卸载。
井内渗出的水，用吊泵排至地面。
主井的井壁用钢筋混凝土浇铸。
遇到流沙、淤泥可采用沉井法、冻结法、注浆法等特殊方法通过。
[图片说明]：
1、井筒纵断面示意图。
2主井筒施工示意图。
3、主、副井外貌图片
三、岩巷掘进：
为了避开采动的影响，对服务年限较长的巷道，一般都布置在岩层中。
由于岩层较为坚固不易破碎，目前仍采用爆破法掘进。
首先用凿岩机在岩壁上按钻凿一定数目的炮眼。
然后在每个炮眼中分别装入引药（带有雷管的要卷）炸药，再用水炮泥和粘土炮泥封实。
撤出人员和设备后，由放炮员引爆。
待炮烟驱散后用装载机将岩石装入矿车。
由蓄电瓶电机牵引矿车将矸石运出工作面。
对巷道支护目前普遍采用锚喷支护或锚喷网联合支护。
锚杆和锚锁是一种固定在岩石体内的杆状物体，利用锚杆或锚锁与围岩的共同作用，达到保持巷道稳定的目的。
为了防止岩层表面风化，再喷一层混凝土，可实现长期支护。
[图片说明]1、炮眼布置图。
2爬斗装岩示意图。
3锚喷支护示意图
四、煤巷掘进：
由于煤比岩石容易破碎，目前国内外都普遍采用联合掘进机掘进。
煤巷掘进机均为悬臂式，前面有一个强力的切割头，在转动的同时可上下、左右摆动切割出所需要的断面轮廓，被截落下的煤由蟹爪式装载机收集并装入中间输送机中，运往掘进机身后，再通过带式转载和可伸缩胶带输送机运出工作面。
被开掘出的巷道用锚杆锚网进行支护。
这样可以连续作业、工作效率高、掘进速度快、安全可靠、工人劳动强度低等优点。
[图片说明]1、综合机械化掘进工作面生产拍照
第四讲：
采煤方法
一、采煤方法及特点
采煤工作是煤矿生产活动的中心，随着科学技术的进步和机械化水平的提高，采煤方法也在不断发展。
目前我国煤炭的开采方法主要以壁式为主。
依据煤层倾角和采煤工作面推进方向不同分为走向长臂和倾斜长臂两种开采方法。
1、走向长壁采煤法
走向长壁采煤法就是把采区沿煤层倾斜方向划分成若干个区段，在区段的上下边界处分别开掘区段回风平巷和区段运输平巷。
在采区的边界处沿煤层倾斜方向开掘切眼，形成采煤工作面。
采煤工作面呈倾斜布置，沿走向推进。
2、倾斜长壁采煤法
倾斜长壁采煤法就是将水平划分为条带，在每一条带的两侧分别开掘运输斜巷和回风斜巷。
在井田边界或阶段边界沿走向开掘切眼，形成采煤工作面。
采煤工作面呈水平布置沿倾向推进。
二、爆破采煤（炮采）
用煤电钻在煤壁上钻凿炮眼，然后装入炸药爆破。
破碎后的煤炭由人工装入刮板输送机，并通顺槽中的桥式转载机、可伸缩胶带输送机运出工作面。
新爆露出的顶板用单体液压支柱配合铰接顶梁进行支护。
随工作面的推进回柱放顶。
爆破采煤法工人劳动强度大，产量和效率低，是一种落后的回采工艺。
但由于工艺设备简单，对复杂的地质条件适应行强。
可满足一些地质条件复杂而不适宜机械化采煤的地区。
因此，炮采仍是目前不可缺少的回采工艺。
三、综合机械化采煤
综合机械化采煤工作面是矿井生产的主战场。
其主要设备有：
强力的双滚筒采煤机（或创煤机），骑在可变曲刮板输送机上穿梭完成落煤和装煤，可变曲刮板输送机沿煤壁铺设，在推移装置的作用下可横向前移，在完成输送煤炭任务的同时，承做采煤机的运行轨道。
液压支架用来支护顶板维护工作空间。
乳化液泵站为液压支架提供动力。
、桥式转载机承接刮板输送机输出的煤炭，并转入可伸缩胶带输送机运出工作面。
整个工作面主要工艺过程是落煤、移架、推溜。
四、放顶煤采煤（综放）
对厚煤层过去只能采用分层开采，这样费工费时效率又低。
为了简化工艺提高效率，在综合机械化采煤的基础上特别设计放顶煤液压支架，开采时设备沿煤层底板布置，采煤机正常切割一定厚度的煤层。
随移架时打开支架上的放煤窗口放出已松碎的顶煤。
当放煤口出现矸石时及时关闭放煤口，完成一个采煤工艺循环。
五、高档普通机械化采煤
在我国60年代末所采用的一般机械化采煤工艺。
当时工作面采用单滚筒采煤机、可弯曲刮板输送机、摩擦式金属支柱配合铰接顶梁支护。
这种采煤工艺，虽然无法与现代的采煤工艺相比。
但他的灵活适应性强的优点被人们所关注，因此在一般普采的基础上除优化配套设备之外，变单滚筒采煤机为双滚筒采煤机，变金属摩擦式支柱为单体液压支柱。
这样既保证了应有的生产能力，又扩大了适应范围。
。
第五讲：
矿井通风
一、矿井通风的任务
煤矿生产是地下作业，煤层和岩层中含有各种有害气体。
为了保证井下具有适宜的气候条件、满足于工人作业和机械设备运转需求，就必须对井下进行通风。
矿井通风就是用机械设备或自然风压为动力，向井下各个工作地点输送适量的新鲜空气，创造良好的工作环境。
矿井通风是保障矿井安全最主要的技术措施之一。
其任务是：
1、供给井下工作人员有足够的新鲜空气。
2、冲淡和排出井下有毒有害气体及矿尘。
3、调节井下气候条件，创造良好的工作环境。
二、矿井通风的方法：
矿井通风的方法按照主通风机对矿井空气的作用方式分为抽出式、压入式、混合式三种；
I、抽出式：
将主通风机安设在出风井一侧的地面上，对矿井做抽出式通风，使矿井通风系统处于低于当地大气压的负压状态。
若主通风机暂停机时，可以防止瓦斯从采空区涌出，比较安全。
因此目前被我国大部分矿井所采用。
2、压入式：
将主通风机安设在进风井一侧的地面上，对矿井作压入式通风，使矿井通风系统处在高于当地大气压力的正压状态。
正常供风时可阻止裂隙和采空区中的有害气体涌入工作面。
但暂时停机，瓦斯从采空区溢出快，安全性较差。
3、混合式：
抽出式和压入式的并用，适应通风阻力较大的矿井使用。
三、矿井通风方式：
根据进、回风井在井田中的相对位置不同，可分为：
1、中央式：
进、回风井大致位于井田的中央。
若进、回风井都位于井田走向和倾向中央，布置在同一个工业广场内，叫中央并列式。
若进风井位于井田中央，回风井大致位于井田上部边界沿走向的中央为中央边界式。
2、对角式：
进风井位于井田走向的中央，回风井位于井田上部沿走向的两翼。
若两个回风井位于井田边界沿走向的两翼为两翼对角式。
若在每个采区上部边界各开掘回风井，叫分区对角式。
（3）混合式：
中央式和对角式的混合布置。
四、采区通风
1、采区上（下）山通风：
长壁式采煤方法一般采用上行通风，即风流自下而上流动，新鲜风流从水平运输大巷进入采区运输上山。
回风从采区轨道上山引出，通过回风石门、回风大巷排出。
2、采煤工作面通风：
采煤工作面通风系统的布置方式一般以区段运输机巷进风，区段轨道巷回风构成U型的基本通风方式，另有Z、Y、W等形式，这些都是U型的演变形式。
3、掘进工作面通风：
掘进工作面通风是利用局部通风机通过风筒送至工作面。
为工作面提供新鲜空气、排出炮烟、矿尘和有害气体以保证安全生产。
根据局部通风机对空气的作用方式分为压入式、抽出式和混合式三种。
四、通风构筑物：
通风构筑物又称控制风流的设施，是形成矿井通风系统的重要组成部分。
其作用是：
在正常情况下，保证风流按拟定的方向流动，使各用风地点得到所需的风量，在灾变时能维持正常通风或便于风流调度。
通风构筑物因其用途、形状不同，一般分为导风设施和隔风设施两大类。
1、导风设施
风洞：
连接通风机与风井的通道。
风桥：
用于将进风和回风相互隔开的地点。
有绕道风桥、混凝土风桥、铁筒风桥。
2、隔风设施
风墙（密闭）：
设置在既不通风又不行人的巷道中。
风门与风窗：
设在不允许风流通过，但又行人行车的通道中。
防爆门：
安装在出风井口为防止井下爆炸性气体产生高压气流冲坏通风机的安全装置。
第六讲：
矿井运输与提升
一、矿井运输和提升的任务
矿井运输和提升的主要任务是把煤及矸石从采掘工作面运到地面，同时把井下所需要的材料及设备运到各工作地点，并担负井上下人员的输送。
它是矿井生产中的咽喉。
运输提升能力的大小和运行正常与否，将直接影响到矿井生产能否顺利进行。
二、运输提升方式
1、运煤系统：
采煤工作面采出的煤炭经工作面刮板输送机、区段桥式转载机、可伸缩式胶带输送机、区段溜煤眼，再经过采区上山运输机运至采区每仓，再经水平大巷中的输送机运至井底每仓，再经主井提升到地面。
2、排矸系统：
矸石一般采用矿车运送，例如区段平巷掘进被采出的煤（矸石）装入后经区段平巷、采区轨道上山、水平运输大巷、水平车场，再经副井提升到地面。
3、设备材料的运送：
设备材料来自于地面，向井下运送均装在矿车中或特制的车辆上，自副井送入，其线路与排矸相同只是方向相反。
第七讲：
矿井排水系统
一、矿井排水的任务
在矿井建设与生产过程中，地下水、地表水和雨水等，都可能通过各种通道进入矿井。
为了保证矿井建设与生产的正常进行，我们必须及时地将其排出。
当矿井涌水超出正常排水能力时，就会酿成水灾，给矿井建设与生产造成严重的后果，甚至威胁矿工的生命安全。
因此，要求矿井排出水必须保证其可靠性。
二、矿井排水系统
1、采区排水
上山采区区段平巷中的水沿采区上山巷道自流至下部主要运输大巷的水沟内，下山采区一般在下山底部设采区水仓，汇集下山各段的涌水，然后用泵排至上部运输大巷的水沟中。
2、大巷排水
主要运输大巷都设有水沟，向井底车场的方向有3‰—5‰的下坡，使水能自流到井底车场旁边的水仓中。
3、井底排水
每个矿井都设有井底水仓，汇集全矿井涌水。
井底水仓又经配水沟和吸水小井与矿井的中央水泵房相通。
中央水泵房内设有若干台高扬程泵，通过排水管道水排到地面。
第八讲：
矿井供电
一、矿井供电的任务和要求
电力是矿井生产的主要能源，保证其可靠、安全、经济性，对提高经济效益、保证安全生产等方面都有着重要的意义。
因此，矿井对供电的基本要求是：
1、供电可靠：
要求供电不间断。
在电能分配、供应和使用过程中不发生人身触电或引起电火灾及爆炸事故。
2、供电经济：
尽量降低供电投资，尽可能降低设备材料消耗，尽量降低电能损耗和维修费用。
3、保证质量：
向用户供应的电压和频率必须合格稳定。
二、矿井供电系统
矿井供电根据井田范围、矿层结构、开采深度分为深井和浅井两种基本类型。
深井供电最为常见，电源一般有甲、乙两个回路，当任一回路停电时，另一回路可立即接通，保证供电的连续性。
地面变电所是全矿供电的总枢纽，分配地面与井下电力。
通常情况下，地面变电所电能向井下中央变电所供电的线路不少于两个回路。
当任一回路停电时，其他回路应能正常供电。
井下中央变电所负责向井底车场和各采区变电所供电。
采区变电所负责向采区范围内各个工作面配电点供电。
工作面配电点负责向工作面各用电设备供电。
综合机械化采煤工作面和综合机械化掘进工作面因设备多、用电量大，为了降低电能在输电线路上消耗，常采用移动变电站直接向工作面配电点供电。
图、矿井供电系统示意图
三、供电安全技术
1、防暴技术
1）隔爆型电气设备（Exdl）：
它具有隔爆的外壳，能承受内部爆炸性气体混合物产生的爆炸压力，又能防止内部爆炸产物泄漏，引爆外壳周围的爆炸性混合物。
，
2）增安型电气设备（Exel）：
该设备只是在结构上采取了一定的措施提高其安全程度，以免在正常和认可过载的条件下使用。
一般适用于电动机、变压器、照明灯具上。
3）本质安全型电气设备（Exial）：
这种设备的电路均由本质安全电路组成。
本质安全电路是根据安全火花原理，通过合理选择电路中的参数，使系统在正常或故障状态下产生的火花能量不会点燃混合物的爆炸。
2、井下电气保护
在我国煤矿井下供电系统中普遍接地三大保护，随着工程质量的不断提高“三大保护”的含义也不断更新，根据井下电气设备的作用，归纳起来主要有以下方面的保护作用：
1）电流保护，包括短路保护、过流保护。
2）漏电保护，包括非选择性和选择性漏电保护及漏电闭锁。
3）接地保护，包括系统接地和局部接地保护。
4）电压保护，包括过电压和欠电压保护。
5）断相保护和风电、瓦斯与电闭锁保护。
6）综合保护，包括电动机综合保护和煤电钻综合保护等。
第九讲：
矿井地面生产
一、地面生产的任务
原煤从井下提升至地面之后，一般都要经过装卸、运输、加工、储存，然后装车外运。
同时，从井下运到地面的矸石及洗选厂选出的矸石需要经过专门的线路运到矸石场。
另外从各种材料场和维修车间经过加工的材料及设备也要运到井口，供井下生产使用。
因此，在矿井的地面需建造相应的生产性建筑物、结构物，修建公路、铁路及铺设各种管线等构成矿井地面生产系统。
二、矿井地面生产系统的组成
1、排矸系统：
由于矸石场散发灰尘，有的还有自燃发火的危险。
所以矸石场一般选择在工业场地居住区的下风流方向。
矸石的堆积有平堆和高堆两种形式。
高堆堆积的自然坡度为40º—45º。
2、运料系统：
矿井正常生产期间需要及时供应各种材料设备，这些物料都通过副井运送。
因此，材料设备的运输系统一般是以副井为中心布局，铺设轨道运输。
需要供应的材料和设备装在矿车上用电机车牵引至矿井口。
3、地面管线系统：
为了保证矿井生产、生活的需要，地面工业广场内还需要铺设下水道、热力管道、压气管道、瓦斯抽放管道等。
在进行布置时应在满足使用要求的前提下，力求紧凑合理、线路短捷、相互协调、整齐美观。
4、煤的洗选：
目前我国的大中型矿井或矿区都设有选煤厂，其目的是提高煤炭质量，满足用户的需求。
因此，为了提高煤炭的综合利用率，减少煤炭对大气的污染，洗选厂的位置应选在距主井有一定距离的位置，同时修建运输、供水、排污等专用的生产系统。
三、工业广场的布置
矿井地面工业广场通常有两种布置方式：
1、分散式：
工业广场内各种建筑物基本上单独修建和分散布置，建筑物的体积比较小而数目较多。
2、综合式：
工业广场内的建筑物组合成大型综合建筑物，采用综合式布置。
各种建筑物与构筑物的组合，以最大限度适应生产工艺过程的要求，缩短运输距离，并使建筑结构尽量简单。
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