煤矿生产知识教案.docx
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煤矿生产知识教案
煤矿生产知识
学习要点:
了解煤的形成和分类;熟悉煤层的埋藏特征;掌握矿井的巷道分类;掌握矿井的开拓方式;熟悉矿井的生产系统;掌握井下作业安全常识。
培训学时:
8学时。
第一节煤的基础知识
一、煤的形成和分类
1.煤的形成
煤是由古代植物的遗体变化而成的。
在煤层中找到过保存很完整的树干,不过这些树干已经变成亮晶晶的煤炭了。
在煤层及顶、底板岩层中常见到植物的枝叶等化石。
在显微镜下对煤的薄片进行观察,还可以看到植物的细胞组织及孢子、花粉、树脂等植物结构。
植物遗体变化成煤的过程是极其缓慢和复杂的,需经几千万年甚至几亿年,并且要有多种有利的自然条件相配合。
地质学家认为,煤的形成过程大致分为三个阶段:
第一阶段:
泥炭化阶段,即由植物遗体变成泥炭的阶段。
植物遗体在沼泽中被水淹没后隔绝了氧气,在缺氧的条件下,由于厌氧细菌的作用,植物遗体经过复杂的生物化学变。
化,分解产生二氧化碳和沼气等气体逸散出去,剩下的形成褐色多水疏松的物质,即为泥炭。
第二阶段:
煤化阶段,即由泥炭变成褐煤的阶段。
由于地壳缓慢下沉,泥炭不断堆积而形成泥炭层,并且被泥沙等物质层层覆盖掩埋。
在上覆逐渐加厚的泥沙沉积物的压力和地热作用下,泥炭层逐渐被压紧、失去水分并致密起来,体积缩小,密度和硬度增加,氢、氧含量进一步减少,含碳量相对增加而形成褐煤。
第三阶段:
变质阶段,即由褐煤变成烟煤和无烟煤的阶段。
随着地壳的运动和下沉,上层覆盖物加厚,褐煤在地壳深处进一步受温度和压力的作用,逐渐变质形成烟煤。
烟煤继续变质,就形成无烟煤。
我国的主要成煤时期为石炭纪、二叠纪、侏罗纪和第三纪。
在这些地质历史时期,形成了许多有开采价值的大面积含煤地层,称为煤田。
2.煤的分类
煤的种类很多,性质差别很大。
衡量煤炭质量的指标主要是煤中的水分、灰分、挥发分、固定碳、胶质层厚度、发热量及含矸率等。
挥发分和固定碳是煤中可燃部分,随着变质程度增加,挥发分减少,固定碳相对增加。
胶质层厚度反映煤的黏结性能,胶质层越厚,煤的黏结性越强。
灰分是煤完全燃烧后剩余的固体残渣。
灰分超过40%的煤层,一般认为没有工业开采价值。
(1)我国煤炭分类主要是以煤的挥发分、黏结性指数、胶质层厚度为依据,把煤分为14个大类29个小类。
14个大类是褐煤、长焰煤、不黏煤、弱黏煤、l/2中黏煤、气煤、气肥煤、l/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫瘦煤、贫煤及无烟煤。
(2)按照工业用途,煤又可以分为以下三类:
①动力煤。
动力煤主要是通过煤直接燃烧来利用其热量。
②化工用煤。
化工用煤多是对煤进行气化和回收炼焦时的副产品,仅从这种副产品中就可以提取几十种化工原料,如医药、糖精、汽油、塑料、橡胶等,煤也是生产化肥的主要原料。
③炼焦煤。
炼焦煤主要是把煤炼成焦炭,用焦炭冶炼钢铁。
二、煤层的埋藏特征
煤是古代植物遗体经成煤作用后转变成的一种层状可燃矿产,煤层是沉积岩的重要组成部分。
煤层的顶底板岩石性质、形态与结构、厚度、产状等埋藏特征,是评价煤田经济价值的主要内容,也是影响煤矿生产技术和生产安全的重要因素。
1.煤层分类
按不同的要素,煤层有不同的分类方法。
(1)按煤层厚度分类。
煤层厚度差别很大,薄者仅几厘米(一般称为煤线),厚者可达到200m以上。
根据开采技术条件的特点,煤层可分以下三类:
①薄煤层:
厚度<1.3m;
②中厚煤层:
厚度1.3~3.5m;
③厚煤层:
厚度>3.5m。
在生产工作中,有时称厚度大于6m的煤层为特厚煤层。
厚煤层和中厚煤层在我国煤田中所占比例较大。
以产量论,厚煤层和中厚煤层大约各占40%,薄煤层仅占20%。
(2)按煤层倾角分类。
①近水平煤层:
倾角<8°;
②缓倾斜煤层:
倾角8°~25°;
③倾斜煤层:
倾角25°~45°;
④急倾斜煤层:
倾角>45°。
煤层倾角变化在0°~90°之间,倾角越大,开采难度越大。
(3)按煤层稳定性分类。
按煤层厚度、结构在井田范围的变化情况,通常可分为稳定、较稳定、不稳定和极不稳定煤层四类。
2.煤层的顶、底板
位于煤层上面和下面的邻近岩层称为煤层的顶、底板,如图l所示。
煤层的顶、底板岩层一般由砂岩、粉砂岩、泥岩、页岩、黏土岩或石灰岩等组成。
煤层顶、底板岩层的岩石性质、结构与构造、强度、含水性等,是选择顶板管理方法和采煤工艺的重要依据。
(1)顶板。
根据顶板自然层位的岩性、厚度、与煤层的相对位置及垮落难易程度,可分为伪顶、直接顶和老顶(又称基本顶)三种类型。
①伪顶。
伪顶是指直接位于煤层之上,随采随落的极不稳定岩层,厚度一般在0.5m以下。
通常由炭质页岩、泥质页岩等强度较低的岩层组成,对顶板维护和煤炭质量有一定影响。
②直接顶。
直接顶是指位于煤层或伪顶之上具有一定稳定性,在支架前移或回柱后能自行冒落的岩层。
一般为页岩、砂质页岩和粉砂岩等,是采煤工作面顶板管理的直接对象。
③老顶。
老顶是指位于直接顶或煤层之上,通常为厚度及岩石强度较大,难以垮落的岩层。
常由砂岩、砾岩或石灰岩等组成。
(2)底板。
底板可分为直接底和老底两种类型。
①直接底。
直接底是指直接位于煤层之下的岩层,一般由泥岩组成。
其主要特点为容易遇水膨胀,引起底鼓现象。
②老底。
老底是指位于直接底或煤层之下的岩层,一般由砂岩或石灰岩等坚固的岩层组成。
3.煤层的形态与结构
煤层的形态是指煤层赋存的空间几何形态。
根据其成层的连续程度,以及可采面积与不可采面积比例的大小,煤层形态分为层状煤层、似层状煤层和非层状煤层。
层状煤层的层位稳定,连续性好,厚度变化也小;似层状煤层的形态像藕节、串珠、瓜藤等,层位有一定的连续性,但厚度变化较大;非层状煤层的形状像鸡窝、扁豆、透镜等,层位极不稳定,连续性很差,厚度变化很大,无规律可循。
造成煤层形态变化的因素很多,其中最主要的是沉积条件和地壳运动的影响。
煤层的结构是指煤层中是否含有夹石层。
不含夹石层的煤层称为简单结构煤层;含有夹石层的煤层称为复杂结构煤层。
4.煤层的厚度
煤层的厚度是指煤层顶底板之间的垂直距离。
煤层有薄有厚,差别很大,薄的仅数厘米,厚的可达上百米。
煤层的厚度是决定煤层开采价值和选择不同采煤方法的主要因素。
5.煤层的产状
煤层在地壳中赋存的空间状态,称为煤层的产状。
煤层产状通常是用煤层的走向、倾向和倾角三要素来表示的,如图2所示。
倾斜煤层层面与水平面的交线称为走向线,走向线的方向称为走向。
走向代表了倾斜煤层在平面上的延伸方向。
煤层层面上与走向垂直的线称为倾斜线。
倾斜线由高向低的水平投影所指的方向,称为倾向。
倾斜煤层层面与水平面所夹的最大锐角,称为倾角。
倾角的大小,反映了煤层的倾斜程度。
煤层倾角越大,开采的难度也就越大。
第二节矿井开拓
根据煤层的赋存特征和开采技术条件,煤矿的开采方法有露天开采和地下开采两种。
露天开采的叫露天煤矿。
我国煤矿大部分是地下开采。
一、矿井巷道分类
煤矿生产需要从地面向井下开掘一系列巷道,统称井巷。
井即井筒,泛指立井和斜井,也包括暗井,一般指地面有直接出口(不包括暗井);巷即巷道,指服务于地下开采,在岩体和矿层中开凿的不直通地面的水平或倾斜巷道。
根据这些巷道的用途、服务范围的不同,把全矿井的巷道分为开拓巷道、准备巷道和回采巷道三类;在每一类巷道中,根据巷道的形态不同,又可分为垂直巷道、水平巷道、倾斜巷道三类。
1.根据巷道的用途、服务范围分类
(1)开拓巷道。
为井田开拓而开掘的基本巷道称为开拓巷道,即为全矿井、一个水平或若干采区服务的巷道。
例如,井筒、井底车场、主要石门、运输大巷、回风大巷(或总回风道)及主要风井等都是开拓巷道。
开拓巷道是从地面到采区的通路,为全矿井或阶段服务,服务年限长。
开拓巷道的作用是形成矿井新的或扩展原有的阶段或开采水平,构成矿井完整的生产系统。
(2)准备巷道。
为准备采区而掘进的主要巷道称为准备巷道,即为一个采区或数个区段服务的巷道。
例如,采区上(下)山、采区车场、采区硐室等都是准备巷道。
准备巷道是在采区范围内从已开掘好的开拓巷道起到区段的通路,为全采区服务。
准备巷道的作是用来准备新的采区,构成采区的生产系统。
(3)回采巷道。
形成采煤工作面及为其服务的巷道称为回采巷道,也称采煤巷道。
例如,区段运输平巷、区段回风平巷、开切眼等都是回采巷道。
回采巷道服务年限较短。
回采巷道的作用在于切割出新的采煤工作面,并进行生产。
2.根据巷道的形态分类
矿井巷道的布置形式如图3所示。
(1)垂直巷道。
垂直巷道有立井、小井和暗井(盲井)三种。
①立井。
有通达地面的出口,是进入地下的主要垂直巷道,一般位于井田中部。
担负矿井主要提煤任务的称为主井;担负人员升降、下料和提矸等辅助提升任务的称为副井。
②小井。
它也是通达地面的出口,但断面和深度都较小,一般在井田上部边界地点,只作为地质勘探或临时提升以及通风等用。
③暗井(盲井)。
没有直接通达地面的出口的垂直巷道。
根据其所负担的任务不同,可分为主暗井(下一水平的煤炭提升井)、副暗井(下水平的矸石提升、物料及人员的升降等)和溜煤井。
(2)水平巷道。
水平巷道有平硐、平巷、石门和煤门四种。
①平硐。
有一个通达地面的出口,是进入地下的主要水平巷道。
一般除运煤外,还兼作运料、行人、通风、供电和排水等用。
若开掘两条子硐,根据用途的不同,也可分成主平硐和副平硐。
②平巷。
没有通达地面的出口,在地下的煤层中或岩层中沿其走向所开掘的水平(5°以下坡度)巷道。
一般有集中运输平巷、主要运输平巷、区段运输与回风平巷等。
③石门。
没有通达地面的出口,在岩层中开掘的垂直或斜交于岩层走向的水平巷道。
一般有联络石门、运输石门、回风石门等。
④煤门。
没有通达地面的出口,在煤层中开掘的垂直或斜交于煤层走向的水平巷道。
一般在厚煤层中较为常见。
(3)倾斜巷道。
倾斜巷道有斜井、上山、下山、溜煤眼和开切眼五种。
①斜井。
有一个通达地面的出口,是进入地下的主要倾斜巷道。
其用途与立井相同,并有主、副井之分。
②上山。
没有通达地面的出口,且位于开采水平之上,沿煤层或岩层从主要运输大巷由下向上开掘的倾斜巷道。
根据其服务范围不同,可分为阶段上山、采区上山等;根据其用途不同,可分为运输上山和轨道上山;有的采区布置有通风或行人上山、集中溜煤上山等。
③下山。
它的位置和开掘方向与上山相反。
除溜煤下山、运输下山是向上运煤和轨道下山是从上向下运料以外,其他与上山相似。
④溜煤眼。
专作溜煤用的小斜巷。
⑤开切眼。
连接区段运输平巷和区段回风平巷的斜巷。
二、矿井的开拓方式
矿井开拓方式主要是指开拓巷道在井田内的布置形式。
通常主要以井筒形式为主要依据,将矿井开拓方式划分为斜井开拓、立井开拓、平硐开拓和综合开拓。
1.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。
主、副井均为斜井的开拓方式,斜井开拓时,根据井筒位置及开拓巷道布置方式不同,可分很多类型,其中最主要的有两种,即片盘斜井和斜井分区式开拓方式。
(1)片盘斜井开拓。
片盘斜井开拓是斜井开拓的一种最简单的形式,属于斜井多水平分段式开拓方式。
它是将整个井田沿倾斜方向按一定标高划分成若干个阶段,每个阶段倾斜宽度布置一个采煤工作面。
这种布置方式的每个阶段习惯上称为片盘。
在井田走向的中央沿煤层由地面向下开凿斜井井筒,依次开采各个片盘。
片盘斜井开拓方式的优点:
初期工程量小,技术装备简单,建井工期短,出煤快,投资少;井筒沿煤层掘进,容易施工,能进一步补充矿井的地质资料;矿井巷道布置和生产系统简单可靠,管理方便等。
片盘斜井开拓方式的缺点:
每一个阶段最多只能布置两个回采工作面,矿井生产能力一般,阶段服务年限短;随着生产需要不断延深井筒,影响生产;由于井筒、平巷都沿煤层布置而且是连续推进,因而