煤矿开采工艺与顶板管理.docx
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煤矿开采工艺与顶板管理
煤矿开采工艺与顶板管理
第一节：
煤矿开采安全的基本条件
一、概述
我国煤矿的安全生产状况在党和政府的高度重视下得
到不断改善。
我国煤矿约90%以上是井工开采，地下“五大”自然灾害是与地面作业的根本区别。
了解灾害发生和发展的规律，鉴别其发生前的征兆，掌握防治的主要措施，对于预防和减轻事故带来的深度和范围得到很大的控制，是煤矿管理、工程技术人员以及广大煤矿职工必须掌握的专业知识，也是煤矿安全培训的主要内容。
二、煤矿开采安全的基本条件
煤矿生产是地下作业，环境条件复杂。
由于生产过程中
会产生大量有害气体和矿尘，以及进入井下空气的成分、温度、湿度等发生了一系列的变化，水分的蒸发和散热作用等因素的影响，形成恶劣的气候条件。
因此，为了保护职工的身体健康和生命安全，减少或杜绝“一通三防”而引发各类事故的发生，保证正常生产，必须对矿井实行科学、合理、经济、减能的通风系统。
同时必须满足下列要求：
（4项）
除了满足通风要求外，为了保证安全生产还必须满足下列要求：
A:
必须建立安全可靠的排水系统。
水泵在20h内排出矿井24h内排出的最大涌水量。
B:
必须建立安全可靠的供水、供电系统；运输、提升系统；防灭火及照明通讯系统。
C:
必须建立安全可靠防“五害”的日常管理制度、措施以及灾变预防及处理计划。
分别论述以上三项科学的防治措施。
执行都是安全生产
的基本条件。
三、煤矿生产的其他管理
1）采掘工作面遇地质变化（断层、褶曲、断层构造、过老
塘、工作面初采、末采等。
）在编制作业规程时，应制定安全技术措施。
2）根据《规程》相关规定，并结合实际条件，编制通常（支、回柱、移架、设备的操作，“五害”的预防与处理，防止放炮事故及避灾路线等）的作业措施和执行。
3）高度重视提升、运输系统。
它战线长、环节多，要建立健全规章制度，确保提升、运输安全。
4）采掘工作面严禁超采和破坏安全煤柱。
注意工作面上、下端头出口处的维护和支护。
第二节：
煤系地层
一、煤系地层
1、煤系地层：
在一定历史时期形成的具有成因联系的
大致连续沉积的一套含煤岩系。
（厚度几十米—几千米不等。
）构成煤系的岩层：
泥岩、页岩、粉砂岩、砂岩及煤层。
煤系地层呈灰白色、灰色、黑色。
2、煤层：
是植物残体大量堆积，经成煤作用形成的层
状固体可燃矿产。
是煤系地层的重要组成部分，它的厚度及其变化是评价工业价值的主要指标，也是选择采煤方法的主要依据。
A:
煤层的分类
Ⅰ：
煤层的形态按其成层的连续程度分为：
1）层状煤层：
连续性、层位稳定、厚度变化小，有一定规律性。
2）似层状煤层：
层位比较稳定，有一定连续性、厚度变化大，无一定规律性。
（藕节、串珠状。
）
3）非层状煤层：
层位极不稳定、连续性很差、尖灭与分叉、厚度变化很大、无规律。
（鸡窝、扁豆状。
）
煤层厚度：
煤层顶底板之间的垂直距离。
（煤层层面间的法线距离。
）
Ⅱ：
按煤层厚度分
（1薄煤层：
煤层厚度＜1、3M；（2中厚煤层：
1、3M—3、5M;
（3厚煤层：
3、5—6M;（4特厚煤层：
厚度为6M以上；
Ⅲ：
按煤层倾角分
（1近水平煤层：
煤层倾角＜8°；（2缓倾斜煤层：
8—25°；
（3倾斜煤层：
25—45°；（4急倾斜煤层：
＞45°；
Ⅳ：
按煤层稳定性分
按煤层厚度、结构在井田范围内变化情况分为：
稳定、较稳定、不稳定、极不稳定四个类别。
B:
煤层的顶板、底板
Ⅰ：
顶板（伪顶、直接顶、老顶、复合顶板）
Ⅱ：
底板（直接底、老底）
二、地质构造
1、定义：
原始沉积的煤系地层，由于后期地壳运动及外力地质作用，岩层产生位移、段层等变化的一系列的构造。
2、分类：
（褶皱构造、段裂构造）
A:
褶皱构造：
岩层受到水平力的挤压而发生波状弯曲，且保持岩层的连续性和完整性的构造。
a:
褶皱构造中每一弯曲为一褶曲，它分为背斜构造和向斜构造两种。
b:
褶皱构造对安全生产的影响：
1）大褶曲使煤层倾角发生变化，工作面压力不明显。
大型向斜轴部压力大，易冒顶。
2）中、小型对安全影响较大。
煤层起伏不平，造成顶板局部破碎，易冒顶，给管理带来困难。
B:
段裂构造：
岩层受力后遭到破坏形成断裂，失去连续性和完整性的构造形态。
a:
断层构造：
岩层的断裂面两侧发生显著位移的断裂构造。
b:
断层要素：
断层面；交面线：
下盘；上盘。
c:
断裂构造对安全生产的影响：
1）通过含水量较大的断层时，造成掘进和支护的困难。
有
时发生透水事故。
2）瓦斯含量较大的煤层，破碎带是瓦斯良好的通道，易
瓦斯积聚。
防止瓦斯事故。
3）顶板破碎，采取安全措施，加强支护，防止冒顶。
4）断层越多，资源损失越大。
必要时，在较大断层两侧，留设安全煤柱。
（宽15—20M.）
第三节：
综采工艺
一、定义：
工作面的落煤、装煤、运煤、支护、移架、推移运输机、采空区处理等主要工序全部实现机械化，且在时间、空间上的分配和布置形式。
二、与普采的区别：
支护与控顶这两种工序自移式液压支架合为一体。
三、适用条件及特点：
适用地质条件较好的地段。
它具有结构少，高产、高效等特点。
四、工作面布置及技术管理（附综采工作面设备布置图）
A:
工作面布置：
a:
工作面主要设备：
液压支架、采煤机、输送机、单体液压支柱。
b:
平巷主要设备：
转载机、带式输送机、破碎机、乳化液泵乳化液泵箱、喷雾站、液压安全绞车。
c:
端头设备：
端头液压支护、单体液压支护、金属铰接顶梁。
d:
电器设备：
移动变电站、馈电开关、照明、通讯等。
B:
技术管理
1）必须编制采区设计，并组织施工；一个采区内同一煤层只准设计2个采煤工作面和4个掘进工作面。
2）必须采用壁式采煤法，形成全负压通风系统，至少保持2个安全出口。
3）必须编制作业规程，经相关部门、领导审核后，向作业人员提前贯彻学习，并签字。
4）工作面情况发生变化时，及时修正作业措施，学习贯彻执行。
5）必须有工作面作业规程和循环作业图，否则不许开工。
6）禁止使用木支柱和金属摩擦支柱。
7）工作面初采时严禁反向开采。
初采、末采时，必须有安全措施。
严禁开采保安煤柱。
（以及切眼安装和撤面的顶板管理和专项措施。
8）工作面不得丢失顶底煤，浮煤要清理干净。
（2平方米内，浮煤堆积厚度不超过30MM）。
五、采煤工艺：
（工作面内各工序在时间、空间上的分配和组织形式。
）
A:
工序（割煤和装煤）
1）采煤机割煤：
（同普采割煤方法相同：
推入式、钻入式、
斜切式）。
工作面倾角达8°时，必须有防滑措施；倾角
达16°，必须有防滑安全绞车。
完成割煤工序的设备：
滚筒式采煤机。
为了适应采高的变化及煤层顶底板的起伏，通常采用可调高双滚筒采煤机进行割煤。
双滚筒采煤机不论上行或下行，一般采用前滚筒割顶煤，后滚筒割底煤。
为了提高装煤效果，在滚筒后部装有弧形挡煤板，加装挡煤板后装煤率从60—70%提高到90%以上。
B:
运煤（这里主要讲工作面运输机运煤。
）
使用刮板运输机的主要事项：
1）推移溜子时，严格掌握弯曲段长度。
（截深0、6M、弯曲长度为8节溜槽。
）
2）两溜槽之间允许垂直弯曲角度为2°--4°。
（底板凸凹不平时，要支垫，保持平直。
）
3）除弯曲断外，其他部分要铺设平直。
支架千斤顶顶端顶溜时脱滑20CM时，要从新调整角度。
4）溜头缷载端与转载机尾搭接高度、距离要合适。
六、工作面支护与顶板管理：
它包括工作面内的支护、两端头支护和回采巷道的超前维护。
同时，综采工作面必须符合《煤矿安全规程》第67条的12项安全规定。
A:
工作面内的支护：
1）.合理选择工作面支护形式，支护方式、支护强度的选择。
（作业规程中，要有根据矿压观测及地质资料进行科学技术依据。
）
2）液压支架（滑移支架）、单体液压支柱支撑范围与采高相附，支架略低于采高。
（一般为100MM左右。
）严禁采高大于支架的最大支护高度；采高不得低于支架的最小支护高度。
3）工作面不得有泄液柱、空载支柱，不出现死柱。
4）工作面控顶范围内，顶底板移进量按采高计算≤100MM/M.否则，立即采取措施。
5）综采工作面支架接顶严实。
支架之间歪斜应小于15°，正负偏差50MM;中心距正负偏差100MM，没有明显交错。
6）采高超过3M时，或片帮严重，支架必须有互帮板。
7）支架与顶板的倾角不大于7°。
否则，用木板梁垫平接顶。
8）工作面倾角大于15°，应有防倒、防滑措施；大于25°时，有防煤（矸）窜出运输机伤人措施。
9）工作面伞檐要求：
长1M以上时，宽为150MM（薄煤层）；宽为200MM（中厚煤层）。
长1M以下时，宽200MM（薄煤层）；宽为250MM（中厚煤层）。
综采工作面的工作空间是用液压支架进行支护的。
液压支架是以高压液体动力，完成对工作面顶板的支撑、切顶、挡矸、护帮、支架前移，以及推移工作面运输机等一整套动作。
目前，我国综采面主要采用全部垮落法处理采空区。
用全部垮落法管理的工作面，采空区冒落高度普遍应大于1、5倍采高，局部悬顶或冒落不充分时，应加强支护，超过2×5M的要进行强制放顶或高压注水。
B:
液压支架的分类及使用条件
一、结构与组成：
1）承压构件（支柱）；2）支撑构件（顶梁或脱梁）
2）掩护构件（掩护梁）4）底座
二、按支撑特点和结构特点把支架分为3类：
1、支撑式（主要由前梁、顶梁、立柱、底座、推移千斤顶、前梁千斤顶及挡矸帘等部件组成）.
1）、结构特点：
呈框型结构、顶梁较长、一般带有前探梁；立柱多（4—6根），且垂直顶梁支设；支架后部有简单的挡矸装置；作业空间和通风断面较大）。
2）、支撑特点：
支撑力大、支撑力作用点靠近支架后部、切顶能力强；对顶板反复支撑次数多；抗水平载荷能力差、不能带压移架；支架间不密封，矸石易窜入工作空间。
优点：
适用于矿压较大，有明显周期来压的中硬和坚硬顶板。
（Ⅲ类、Ⅳ类直接顶）。
缺点：
顶梁长、空顶距大，在控顶区内支撑力的分布很不均匀，集中在控顶区的后半部。
支架会出现前梁低头、主梁上翘、后柱受拉脱窝现象。
对刚暴露的直接顶失去支撑作用，老顶产生剧烈下沉或发生断裂，或造成压死支架。
它不宜在直接顶松软或破碎的工作面使用。
2、掩护式（前梁、顶梁、掩护梁、立柱、底座、四连杆、护帮板及推移千斤顶等组成）。
1）结构特点：
顶梁较短；支柱倾斜布置，调高范围大；挡矸装置完善；工作空间小，通风阻力大。
2）支护特点：
支撑力小，切顶能力弱，但支撑力集中作用于机道上方的顶板上，支护强度大且均匀；对顶板重复支撑次数少；密封掩护性好；能承受较大的水平力，且允许带压移架。
优点：
对新暴露顶板的反复支撑与缷载的次数少，有利于防止顶板的破坏；顶梁支撑力靠近煤壁，新顶板能得到及时有效的支护，有利于减少顶板的离层和下沉。
挡矸效果好。
它适用于顶板比较破碎的工作面；适用于采面老顶来压强度较低，周期来压步距较稳定、顶板压力较小、底板比较坚硬、采高较大，但不易片帮的煤层。
缺点：
工作空间狭小，行人、工作不方便。
断面小，瓦斯大时，受到一定限制。
3、支撑掩护式（前梁、顶梁、前后支柱、掩护梁、前后连杆、底座及推移装置等组成）.
1）结构特点：
工作空间宽敞；双排力柱支撑顶梁（或顶梁与掩护梁）；挡矸、调架性能好。
2）支护特点：
结构稳定，抗水平能力强；支撑力大，抵抗矿山压力的能力强；可以带压移架。
优点：
工作空间大，挡矸效果好。
初撑力、支护强度高，
效果好、切顶能力强，有利于控制坚硬顶板。
适用工作面老顶来压能力强，也适用于松软底板。
它适用条件比掩护支架宽。
缺点：
顶梁较长，前端支撑能力略低于掩护支架。
可适用
于Ⅰ—Ⅳ的老顶，Ⅱ—Ⅳ类的直接顶板。
C:
液压支架的移架方式
1）单架依次顺序式（支架沿采煤机的割煤方向依次前移，移动步距等于采煤机的截深）。
特点:
操作简单、容易保证支护质量。
移架速度慢，工时长。
适用于不稳定顶板，应用范围广。
2）分组间隔交错式（每组2—3架，组内按顺序前移，组间平行作业）。
特点：
移架速度快，能满足采煤机快速采煤的要求。
支护质量差。
它适用于较稳定的顶板。
3）成组整体依次顺序式（每组2—3架，组内联动，组间按顺序前移）。
特点：
移架速度快。
支护质量差。
它适用于地质条件好顶板稳定的区域。
我国较少运用。
D:
割煤、移架与推移输送机的配合方式
1）立即支护：
采煤机割煤后，先支护后移运输机。
它适用于稳定性较差的顶板。
能及时支护顶板。
2）滞后支护：
采煤机割煤后，先移运输机后移支护。
特点：
支架控顶距小。
机道上方空顶时间长，顶板下沉量增大。
E:
端头支护与超前支护：
1）端头支护常采用端头支架。
（应选择具有一定稳定性、
对顶板有封闭性的支护形式）。
工作面的上下出口处悬顶面积大，机械设备多，又是材料和人员出入的交通口，所以必须加强维护。
溜头多为“一梁三柱”；溜尾多为“一梁四柱”。
两端头压力大时，可配用Ⅱ型钢梁。
两端头巷道综采不低于1、8M；其他采煤法此处不低于1、6M。
目前我国综采面端头支护主要采取端头支架支护、普通液压支架支护和单体支护等几种方式。
ⅰ：
机头：
机头布置两架端头支架（ZZ—14／25型），交错迈步向前移动，移动步距同采煤机截深，一般为0、6M.
移端头架、推转载机和移溜头、移工作面1号、2号架的顺序：
先移端头1号架再移端头2号架，然后移转载机再移溜头，最后及时移工作面1号架、2号架，工作面1号、2号架移过后滞后工作面其他支架30M。
ⅱ：
机尾：
机尾118号、119号架移过架后工作面其他支架30M，移架及机尾的顺序为：
先移机尾后移架。
当119号架距煤柱大于1、5M时，用直径20CM,长2M或3、2M的红松半圆木配单体支柱支护。
2）超前维护:
上下出口超前维护为20M.
七、综采工作面冒顶事故预防
A:
冒顶事故的分类（局部冒顶和大面积冒顶）。
B:
冒顶事故的地点（局部冒顶地点和大面积冒顶地点）。
C:
冒顶事故的预兆（煤壁、顶板、支架、响声、底鼓等）。
D:
冒顶事故的防治（综采工作面）
1）工作面支架保证初撑力，不漏液、不窜液，顶梁升紧升平。
2）进风巷绞车窝推进至超前维护内，在加宽处每相邻两排金属棚中间紧靠帮补套Ⅱ型钢梁棚。
“一梁两柱”，另一根间距1、2M处支设，Ⅱ型梁1、5M长。
3）顶板破碎时，支架梁端距超过规定时，可超前移架。
4）准确监测工作面顶板动态，对矿压仪表，专人做好矿压记录及顶板预测预报工作。
5）所有工作人员必须经常检查附近的顶板、煤壁支护情况，严格敲帮问顶，严禁人员到无支护的空顶区或不安全的地点作业、逗留或信息。
6）工作面上下出口两帮煤层或顶板片帮、离层时，必须打好戗柱或支好柱。
背好顶帮，将活石、片帮处理干净。
7）采空区大面积悬顶，可强制放顶或高压注水。
八、安全设施与文明生产
A:
安全设施：
（各种常用工具、扶手、设施、安全绳齐全）。
B:
文明生产：
（各种图板清晰、规范、美观；闲置设备有序）。
九、综采工作面防止冒顶事故“十句”歌谣
1）割煤过后，及时支护；2）升平升紧，贴帮支护；
3）保质保量，刚度强度；4）泄液空载，超前移柱；
5）敲帮问顶，自我防护；6）π型套梁，超前维护；
7）预测预报，准确无误；8）片帮离层，戗柱支柱；
9）悬顶过大，强放强注；10）遵章守纪，幸福永驻。
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