采煤工教案.docx

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采煤工教案

第一节　矿山压力

一、矿山压力：

地下煤层开采以后，围岩发生变形和位移同时围岩内的应力边发生了增大、减小，甚至改变了原有的性质，这种引起围岩位移的力和围岩体中变化后的应力，就叫矿山压力。

矿山压力显现：

在矿山压力作用下发生的围岩运动以及由此产生的支护受力或变形等现象。

例如：

顶板下沉、底板隆起、片帮、支架变形和损坏，充填物浓缩，岩层和地表移动，露天矿边坡滑移，煤岩突出等都是矿山压力显现。

因此，矿山压力显现是矿山压力作用的结果及外部表现。

二、衡量矿山压力的指标

1、顶板下沉：

一般是指煤壁处裸露的顶板到采空区边缘的楠底板移近量，以毫米（mm），在缓倾斜工作面由于顶板下沉量比较大，因而简称为顶板下沉（或顶板下量）。

2、顶板下沉速度：

它是指单位时间内的顶底板移近量，一般以毫米/小时计，它表示顶板活动的剧烈程度。

3、支柱载荷

随着顶板下沉，采煤工作面支柱受载也逐渐增加，一般可以用肉眼观察到柱帽的变形，破坏剧烈时还可以观察到支柱的变形及折损，在具体数值可用测力计或压力表测得。

支柱所受的载荷可用每平方米控制的顶板面积的载荷大小来计算，即千米/米2。

三、影响矿山压力的因素有哪些：

1、地质因素2、生产、技术因素

1、地质因素

1）岩石性质及其构造特征：

一般来说，软弱岩石的强度低，受力后容易产生变形和破坏。

岩层的层理节理发育，对其强度影响又极大，掘进巷道容易发生冒顶；反之，层理、节理不发育的坚硬岩层，受力后不易变形和破坏，也就不易发生冒顶。

2）开采深度

采深大，上覆岩层重量大，形成的支承压力大，开采过程中，矿压显现就较明显。

3）煤层倾角

生产实践证明，近水平煤层的矿山压力要比倾斜和急倾斜煤层大得多，因为在近水平煤层中上覆岩层的重量几乎垂直作用于岩层面上，所以矿压显现明显，而在倾斜煤层中，上覆岩层，仅有垂直分布作用于岩层面上，所以矿压显现较小。

4）地质构造

节理和裂隙的存在，在岩体强度降低，对抗拉强度影响更大，甚至完全失去抗拉能力，断层的存在能改变顶板冒落的一般规律，造成突然来压或冒顶。

因此，断层、节理、裂隙对岩体的完整性有极不利的影响，使顶板的自由稳定时间和稳定面积都显著减少。

2、技术、生产因素

生产、技术因素是人为的，只要掌握矿压显现规律，就可以人为地控制和改变这些因素的危害程度。

生产、技术因素主要有：

巷道位置，支护形式，开采程序，工作面推进速度，控顶方法等。

1）巷道位置

巷道应尽量减轻受采动影响引起的变形和破坏。

原则是：

（1）位置上：

使巷道躲开支承压力强烈作用区，即加大巷道与已采工作面的距离或沿空留（掘）巷。

（2）时间上：

开掘巷道时，躲开支承压力剧烈影响期，即使巷道滞后回采一段时间开掘。

2）支护形式

顶板与支架是相互作用的统一力学体系，一定的支护形式要适应于一定的矿山压力。

当顶板压力与支架的反作用趋于平衡时，支架即可保持相对稳定，否则牌不稳定状态，支架阻力增大，顶板移动减少。

若支架载荷增加，而强度和可缩量不够，将引起支架破坏。

3）开采程序

双翼采区上山的两侧同时开采，即同时向上山推进，上山受采动影响大，维护困难，开采煤层群时，一般情况下，上部煤层回采后可减轻下部煤层压力，但若上部煤层有煤柱，则下部煤层在煤柱下产生较大压力。

4）采煤工作面推进速度

在一定条件下，工作面顶板下沉量随着时间而增加，如果工作面推进速度慢，在采动压力影响范围内的巷道将经受较长时间的影响，从而使采煤工作面推进速度，是改善采煤工作面支护状况及两巷维护状况的重要技术措施。

5）采高与控顶距

采高越大，采出的空间越大，上覆岩层破坏越严重，在控顶距越大，直接顶悬臂越大，矿压显现越严重，一般来说，顶板下沉量与采高控顶距成反比关系。

四、煤层顶板自然层位可划分为哪几种：

1、伪顶

直接位于煤层之一，一般为薄层炭质页岩等软弱岩层组成，厚度在0.3－0.5米以下，随采随落。

2、直接顶

直接位于煤层或伪顶之上的一层或娄层岩层，常由泥质页岩，页岩，砂质泥岩等组成，厚度不字并能随回柱跨落。

3、老顶

通常位于直接之一的厚而坚硬的岩层，常由砂岩、石灰岩、砂砾石所组成。

回柱后可悬露大面积而不冒落。

五、采煤工作面的初次来压及特点

1、初次来压

采煤工作面由切眼开始推进，直接顶岩层象双支梁一样支在前后煤壁上。

当采空区的面积逐渐增大，梁的垮度也随着逐渐增大，由于直接顶岩层的层理和裂隙存在，在自身重力及上部岩层的作用下，将产生弯曲下沉，到一定程度，就会产生直接顶初次跨落，这时老顶作为围岩支承体，支承其上部岩层荷生，转稼于两侧煤帮上的支承压力，从切眼煤壁到工作面放顶的距离，称为初次步距（跨落）。

当工作面继续推进，顶呈悬梁状态，随着回柱而随采随落，老顶呈双支梁状态，当其垮度和面积不断增加，上覆岩层荷重超过其极限强度时，则老顶产生弯曲、下沉，直至断裂垮落。

通常把老顶第一次大面积垮落，叫初次来压。

2、初次来压的特点

1）由于老顶的剧烈活动，迫使工作面顶板下沉量和下沉速度急剧增加。

2）老顶的活动和顶板下沉的急剧增加，使支架受力猛增，顶板破碎，并出现平等煤壁的裂缝，甚至出现工作面顶板台阶下沉。

3）因老顶悬露喊声度增大，煤壁内的压力过于集中，会使煤壁片帮破坏范围扩大，加上老顶断裂时顶板急剧下沉，进一步将煤壁压碎而发生片帮，严重时片帮深度可达0.6－0.8m。

4）老顶由折断而垮落时，在采空区深处先发出沉闷的雷鸣声，而后发生剧烈的响动，垮落有的还伴有暴风并扬起大量煤层。

六、采煤工作面的周期来压

初次来压后，随着工作面推进，老顶岩梁周期性折断下沉，工作面周期性地出现顶板下沉，加快，煤壁片帮严重，支柱受力增大，以及顶板台阶下沉等老顶来压现象。

这种随着工作面，不断推进而周期性地出现的来压现象，叫做周期来压。

七、大范围采空后，上覆岩层的移动规律：

上覆岩层移动的结果将形成三个不同的移动带：

冒落带，裂隙带，弯曲下沉带。

1）冒落带

在全部垮落法处理采空区的采煤工作面，采空区上方形成一定高度的岩层冒落带，冒落带中岩石会不规则垮落，岩石碎胀系数较大，垮落的岩石将填满采空区，冒落带的高度一般由采高决定，也与岩层性质有密切关系，若采高为m米，直接顶厚为h米，直接顶垮落呈松散状态，其充满采空区的条件为：

h·kp=h+m

kp――岩石碎胀系数，一般为1.05－1.5

2）裂隙带

裂隙带位于冒落带之上，随着冒落压实，上覆岩层下沉缓慢，不可能导致大的断裂，但是岩层产生许多裂隙，形成裂隙带。

3）弯曲下沉带

弯曲下沉带位于裂隙带之上直到地表，一般情况下，弯曲下沉带的岩层移动速度缓慢。

由于岩层弯曲下沉，在采空区上部的地表就逐渐形成盆地，在盆地边缘岩层由于受拉力而产生裂隙，整个盆地内岩层成无错动变形的整体下沉，其下沉量根据地质构造，岩石性质，开采深度和采高而定。

“三带”的厚度，视矿井地质和技术条件不同而变化。

第二节　采煤工作面支护

一、单体液压支柱分类

外注式单体液压支柱，内注式单位液压支柱

1、外注式单体液压支柱

支柱使用的液体通过泵站、高压管、注液枪和三用阀进入单体液压支柱下腔，使支柱达到初撑力，降柱时搬动卸载手柄，可把柱体内液体放出柱体外，而使支柱下降。

2、内注式单体液压支柱

这种类型的支柱内设有一个手动柱塞泵和储油仓，通过手把操作小油泵可将油仓内油液排入支柱腔或下腔，使支柱升起或下降。

二、外注式单体液压支柱的工作原理

工作原理包括初撑、承载、回柱三个过程，其动作过程如下：

1、初撑

注液枪插入三用阀的单向阀，将高压液体，注入支柱下腔，使活柱上升，直到使支柱获得额定初撑力。

2、承载

当顶板下沉时，支柱载荷增加，当顶板压力达到或超过支柱额定工作阻力时，高压液体迫使安全阀弹簧压缩，安全阀打开，高压液体溢出，活柱稍微，此时支柱载荷稍降，直到顶板压力与支柱阻力形成新的平衡为止，从而实现支柱的恒阻特性。

3、回柱

将卸载手把插入右阀筒卸载孔中，转动手把迫使阀套轴向位移打开卸载阀，支柱内乳化液排出，活柱出自重和复位弹簧的作用下回缩，完成卸载回柱过程。

三、操作单体液压支柱应注意事项

1、长期未使用的支柱，在操作前，应先升降几次（最大行程），以排队缸内空气，否则支柱初撑后缓慢下沉。

2、近水平煤层支柱就垂直顶底板，支设在铰接顶梁下面，煤层倾角大于12度时，支柱要有一定的迎山，使支柱处于良好的受力状态，不易推倒。

3、支柱顶盖的四不顶卡在顶梁槽内，不许将四不顶在顶梁上或顶梁接头处。

4、禁止用锤、镐等金属物体猛力敲击支柱任何部位，以免损坏支柱。

5、在操作时应经常检查支柱有无漏液和缺件现象。

6、严禁用支柱作推溜器，在推溜过程中，不准以支柱手把作为移溜千斤顶支点，以免损坏支柱。

7、机采时，支柱与工作面输送机应保持适当距离，以免采煤机撞倒支柱和影响采煤机正常运行。

四、支护方式，合理的支护方式的要求

1、支护方式

是指工作面种类支架的布置形式。

2、要求

1）有足够的空间，东路采煤、通风和行人的要求。

2）能有效地控制顶板，保证安全生产。

3）最低的材料消耗。

4）合理的支护密度。

五、单体支柱工作面的支架布置形式

齐梁直线柱、错梁直线柱、错梁错柱。

1、齐梁直线柱

这种布置形式是沿工作面倾斜方向顶梁和支柱都为直接排列，顶梁为正悬臂架设。

2、错梁直线柱

此种布置形式是每排支柱成一直线，顶梁交错排列，其相邻两行支架，一行为悬臂，一行为倒悬臂。

3、错梁错柱

该种布置形式是沿工作面倾斜方向柱和顶梁都是交错列，顶梁为正悬臂架设，在放顶线处的支柱数量较错梁直线柱布置要少一半。

六、什么是敲帮问顶？

如何严格执行？

1、敲帮问顶

是利用手镐或铜钎等工具，敲击已暴露而未加管理的岩（煤）体，使其发出回音来探明岩（煤）体内部是否松动，断裂或离层的一种方法。

2、执行

开工前，班（组）长和安全检查员必须对工作面安全情况进行全面检查，确认无危险时，方准工人进入工作面，每个工作人员必须经常检查工作地点的顶板，煤壁的安全情况。

第三节　采空区处理方式

1、全部垮落法

适用于不稳定顶板和中等稳定的顶板。

2、充填法

适用于开采特厚煤层及河下、铁路下及建筑物下采煤。

3、煤柱支撑法

适用于直接顶是坚硬难垮落的岩层。

4、缓慢下沉法

适用于开采塑性顶板的薄煤层和底板有底鼓性质的岩层。

二、全部垮落法处理采空区的工作

架设特种支架，回柱放顶

1、应用

主要适用于不稳定顶板和中等稳定的顶板，实质是随着工作面向前推进，有计划的回撤放顶以外的支架，使直接顶岩层自行跨落，坚硬顶板则需用爆破方法强迫其垮落，以缩短直接顶的悬梁长度和重力，减少采空区直接顶对工作面的压力，跨落的岩石因具有一定的碎胀性，当填满采空区时，可对老顶起到一定的支撑作用，从而减缓和限制老顶对工作面的影响。

全部跨落法是沿工作面全长，在预定顶板垮落线内架设特种支架，使采空区与工作面空间隔开。

2、特种支架，包括：

木垛、戗棚、戗柱

3、特种支架的架设

1）戗棚

沿工作面倾斜方向在靠老塘一排支架的煤墙架设，根据戗棚梁长，采用一梁两柱或一梁三柱，对接棚，棚腿戗向老塘，棚梁与顶梁，支柱接实，开紧打牢。

2）戗柱

是在靠老塘一侧每棵支柱的煤墙侧，不用棚梁只打上支柱，支柱戗向老塘，开紧打牢。

3）木垛

是靠工作面老塘一侧用方木架设，方木截面一般为0.15×0.15米2或0.20×0.20米2，方木长为1.2~1.6米。

4、回柱放顶

全部垮落法处理采空区的采煤工作面要随着推进不断地支设支柱，同时也要不断地回撤支柱，使工作面始终保持在最大控顶距与最小顶距之间，从而使采空区顶板在自重作用下而跨落。

5、安全注意事项

1）回柱前要找好退路，分段回柱的距离不得少于15米，对不符合质量要求的支架要重接支设，缺柱的补齐，压力大要加强支护，对工作面上，下出口和机头、机尾的支护要重新加固；

2）回柱时必须两人一组作业，一人回柱，一人观山，不准单独回柱，回柱人员必须站在所撤支柱的倾斜上方，保证退路畅通无阻，回柱必须按由里向外、自上而下的顺序进行；

3）分段回柱时，必须在分段处打两棵以上的揽头（临时）支柱；

4）回柱后要及时挂矸帘。

5）撤下的支柱（顶梁）要按号放整齐，打在新放顶线内侧梁下。

三、《煤矿安全规程》对采煤工作面支架架设的规定

1、采煤工作面必须按照作业规程的规定及时支护，严禁空顶作业，所有支架都必须架设牢固，并有防倒柱措施。

2、严禁在浮煤或浮矸上架设支架

使用磨擦式金属支柱时，必须使用液压开柱器架设，初撑力不得小于30KN，使用单体液压支柱时，初撑力不得50KN小于，底板松软时必须穿柱鞋。

3、严禁在控顶山内，提前摘柱。

碰倒，损坏或失效的支架，必须立即恢复或更换移输送机机头、机尾或其他原因需要拆除附近的支架时，必须先打好临时支架。

四、采煤工作面支护材料的使用和管理应遵守的规定：

1、采煤工作面严禁使用折损的坑木，损坏的金属顶梁，失效的磨擦式金属支柱和单体液压支柱，如果顶梁变形，焊缝开裂，磨擦式金属支柱，顶盖丢失，柱体弯曲，楔组错位，锁箍变形和弹簧失效，单体液压支柱液压密封件失效，漏液，阀体损坏或失灵，柱休弯曲等，都必须立即更换。

2、在同一采煤工作面中，不得使用不同类型或不同性能的支柱，在地质条件复杂的采煤工作面中必须使用不同类型或不同性能的支柱时，必须报矿总工程师批准。

3、摩擦式金属支柱或单体液压支柱入井前必须逐根进行压力试验，并编号登记注册。

4、每一采煤工作面回采结束后或使用时间超过8个月的摩擦式金属支柱，金属顶梁和单体液压支柱，都必须进行检修，检修好的支柱。

五、切顶支架特点，其操作注意事项

1、切顶支架特点

1）工作阻力大，切顶效果好

2）支柱的支设，回撤和刮板输送机的推移，能全部实现机械化，保证采煤工作面切顶线的安全。

3）对底板比压较小，不易插入底板。

2、操作切顶支架注意事项

1）新下井或新检修的支架，初次使用时，应反复升降3－4次，排队缸体内的空气。

2）支柱应排列整齐，符合作业规程要求

需要调整柱距时，应用绳子或长铁钩勾住底座把手防止下滑，并由两人进行操作。

3）切顶支架的推移千斤顶尽量和溜子垂直，若因倾角增大，下滑超0过0.2米时，要及时调整。

4）推溜时，应清除机道内的大块煤矸，并保持保持平整，防止推溜时损坏支柱和千斤顶的连接杆件。

5）降柱时工作人员应撤到人行道，防止降柱时，矸石喷出伤人，顶板压力较大时，可将降柱和拉柱同时进行，以缩短空顶时间。

6）升柱时应使柱顶中心受力，若顶板不平，顶盖偏斜超过15度时，应加垫不楔，防止活柱偏载受力。

7）在采高较高和倾角较大的采煤工作面中，操作支柱时，应使支柱擦顶前移，以利于顶板完整和防止下滑。

8）采高必须大于切顶支柱最低高度0.2米，如煤层厚满足不了这一要求，必须拉底保持高度。

9）严禁用锤和其他金属物敲砸千斤顶和各种阀件。

第四节　液压支架

一、分类

根据液压支架与围岩相互作用关系及特点可分为：

支撑式，掩护式，支撑掩护式三种类型

二、支撑式液压支架的结构特点及适用

1、特点

工作阻力高，支撑、切顶能力强，坚固耐用。

一般刚性或铰接式宽面顶架，整体或分体式箱型底座，立柱通常为4－6根，整个支架形成一整体结构。

2、适用

适用于支护顶板为坚硬或极为坚硬的煤层。

三、掩护式液压支架的结构特点及适用

掩护式支架一般由顶梁、掩护梁、底梁、立柱、推移装置和操作装置等组成。

这种支架的顶梁较短，掩护梁的上、下端，分别与顶梁与顶梁与底座铰接，而立柱一般是倾斜地支承在掩护梁与顶梁与底座之间，依靠顶梁和掩护梁来支护顶板和维持一定的工作空间。

优点：

1、支护性能好

2、支架的稳定性较好

3、顶梁短，控顶距小，支撑力集中

缺点：

1、输送机底下需设底托架，与常用的输送机配套困难

2、使输送机抬前，装煤困难，要使采煤机双向采煤需另加辅助装煤机构

适应：

1、厚度变化不大的煤层

2、薄煤层或顶板不很破碎的中厚以上的煤层

3、顶板中等稳定，底板平整的煤层

四、支撑掩护式液压支架的结构特点及适用

特点：

它是支撑式和掩护式相结合的一种架型，它以支撑为主，但同时又具有掩护作用，因而在结构和支护性能上也兼有二者的特点。

支撑掩护式支架一般采用宽面顶梁，刚性或半刚性的整体底座，立柱大多为两排，可直立或倾斜地支撑在顶梁与底座之间，而掩护梁则通过四连杆机构与底座相连，上端与顶梁和后部铰接。

优点：

支撑能力大，顶梁受力好，切顶性、防护性与稳定性较强，安全可靠，同时，有较大的通风断面，因而对坚硬或较为破碎的种类顶板均能适应。

缺点：

结构比较复杂。

适用：

对坚硬或较为破碎的种类顶板均能适应。

五、液压支架有哪些主要构造

1、承载结构件

1）顶梁

直接与顶板相接触，承受顶板载荷的部件，它也承受顶板压力，下边由立柱支撑，煤墙侧与前梁铰接，老塘侧与掩护梁或挡矸装置连接，顶梁与顶板接触情况的好坏和顶梁的支护能力，在很大程度上影响到支架的支护性能。

2）掩护梁

阻挡采空区冒落矸石穿入工作面，并可承受冒落矸石载荷及顶板水平推力的部件，除支撑式支架没有掩护梁仅有挡矸板或矸帘外，其余种类支架均有掩护梁。

3）底座

它是支架的基础部件，直接与底板相接触，传递顶板压力到底板，底座除与掩护梁、立柱相联接外，还与推移千斤顶相联接，它起着支架的稳固作用。

2、动力油缸

其工作机构包括立柱及各种千斤顶

1）立柱

它是支撑的顶梁和底座之间，直接或间接承受顶板载荷，支架的支撑高度和支撑力主要取决于立柱的结构和性能。

2）千斤顶

支架上除立柱外的各种液压油缸和活柱，都叫千斤顶，如前梁千斤顶，推移千斤顶，护壁复位千斤顶。

3、控制操作部件

用来控制和操纵液压支架的各种动作，保证支架具有足够的支撑力和良好的工作性能的部件。

包括操纵阀，各种控制阀和管件，这些部件的作用是油路，保证支架获得足够的支撑力，良好的工作状态和实现各种动作。

4、辅助装置

除上述三项主要结构部件外的其他构件均属辅助装置。

如推移装置，复位装置，挡矸装置，防倒防滑装置及其它附属装置。

六、液压支架的工作原理

1、支架的升降

支架的升降动作是依靠操纵立柱的控制阀来实现，液压支架从开架到降架的工作过程。

1）初撑

当操纵阀打到“升”位时，由泵站来高压浮化液经过的高压主管路，操纵阀，液控单位阀进入支柱下腔（活塞腔）的乳化液经操纵阀，采面低压主管路流回泵站，支架升至顶梁接触顶板后，立柱下腔的压力升高达到泵站的工作压力时，使泵站停止供液，液控单向阀关闭，使立柱下腔，液体被封闭，这是支架的初撑阶段，此时，支架对顶板产生的支撑力称为初撑力。

2）增阻

支架初撑阶段完成后，活塞腔油液被封闭，随着顶板的下沉，对支架的压力随着增加，支架顶梁承载的压力传给立柱，使立柱活塞腔增阻阶段，起到安全阀开启前这一阶段称为增阴阶段，此阶段液压支架依靠立柱活塞腔乳化液的压缩变形和缸体的弹性变形来适应顶板压力的增大。

3）恒阻

因为液体的压缩性和支架缸体的弹性，变形都很小，所以，随着顶板对支架压力的增大，立柱活塞液体压力很快升高。

当活塞腔液体压力超过支架安全阀开启压力时，安全阀开启，高压液体经安全阀溢出，顶板对支架的压力减少，这就是液压支架的让压性。

当活塞腔压力小于安全阀的关闭压力时，安全阀开启，高压液体经安全阀溢出，立柱下缩，顶板对支架的压力减少，这就是液压支架的让压性，当活塞腔压力小于安全阀的关闭压力时，安全阀关闭，支架恢复正常工作，液压支架就是这样在安全阀动作压力限制下，立柱活塞腔的压力保持恒定，支架对顶板的下沉呈现恒定的阻力，因此称之为支架的恒阻性。

在恒阻阶段，液压支架对顶板的支撑力称为支架的工作阻力。