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1、煤矿安全生产,顶板管理,一、煤矿基本条件 (一)基础知识 1、煤层厚度 煤层厚度是指煤层顶底板岩层之间的垂直距离，也称为真厚度。 2、煤层结构 煤层结构是指煤层中是否含有夹矸层。 简单结构煤层：煤层中一般没有夹矸或偶有12层稳定夹矸。 复杂结构煤层：煤层中夹矸层数较多或很多，层数、层位、厚度及岩性变化大。 3、煤层分类 按煤层厚度分类。 极薄煤层 0.3m0.5m 薄煤层 0.5m1.3m 中厚煤层 1.3m3.5m 厚煤层 3.5m6.0m,特厚煤层 6.0m 按煤层倾角分类： 近水平煤层 45 煤层倾角变化在090之间，倾角越大，开采难度越大。 按煤层稳定性分类： 可分为稳定、较稳定、不稳
2、定和极不稳定煤层四类。 4、煤层三要素：走向、倾向、倾角。 走向：就是同一层面上等高两点的连线，走向线延伸的方 向即为岩层的走向。 倾向：在岩层层面上与走向线相垂直并沿斜面向下的一条 线叫倾斜线。倾斜线在水平面上的投影所指方向即 为倾向。 倾角：倾斜线与它在水平面上投影的夹角称为倾角。,5、煤层的顶底板 伪顶：是紧贴煤层之上的，极易随煤炭的采出而同时垮 落的较薄岩层，厚度一般为0.3m0.5m，多由页岩、碳 岩页岩等组成。 直接顶：是直接位于伪顶或煤层(如无伪顶)之上的岩层，常随着 回撤支架而垮落。厚度一般为1m2m，多由泥岩、页 岩、粉砂岩等较易垮落的岩石组成。 基本顶（老顶）：是位于直接顶
3、之上或直接位于煤层之上的厚而 坚硬的岩层。通常由砂岩、砾岩、石灰岩等坚硬岩石组 成。 伪底：直接位于煤层之下的薄层软弱岩层，多为炭质页岩或泥 岩，厚度一般为0.2m0.3m。 直接底：直接位于伪底或煤层之下硬度较低的岩层，厚度一般由 几十厘米至1m左右，通常为泥岩、页岩或粘土岩。 老底：指位于直接底下面比较坚硬的岩层，多为砂岩、石灰岩等。,6、地质构造 单斜构造 在一定范围内、煤层或岩层大致向一个方向 倾斜，这样的构造形态称为单斜构造。 褶皱构造 背斜：在形态上一般是一个中间向上凸起的 弯曲，岩层自中心向两侧倾斜。 向斜：在岩石形态上一般是一个中间向下凹 陷的弯曲，岩层自两侧向中心倾斜。,褶皱
4、构造,背斜,褶曲对安全生产的影响：褶曲构造对煤矿生产安全同样会造成一定影响。在褶曲构造的转折端，煤层顶板常较破碎，裂隙发育，压力增大，容易发生冒顶、片帮事故，给顶板维护带来困难；背斜转折端可能煤层瓦斯含量较高，掘进巷道接近时工作面瓦斯涌出量增大，通风管理不善容易发生瓦斯事故；向斜转折端还可能成为储水构造，巷道掘进接近时出现工作面涌水现象，给正常生产造成影响。 柳林县以三川河为界，属向斜构造，以河为界，河两边的同德、贺昌等煤矿瓦斯浓度较高，向南北延伸后瓦斯涌出量逐渐降低。 裂隙 走向裂隙 裂面走向与岩层走向一致 倾向裂隙 裂面走向与岩层走向垂直 斜交节理 裂面走向与岩层走向斜交,节理对煤矿生产的
5、影响 炮眼布置与节理 尽量垂直为宜。 割煤机前进方向与节理 最好与较发育的一组节理倾向一致。 煤层顶板节理与支护方式 节理发育、顶板破碎，宜用复合支护。 掘进及工作面回采方向最好与主要裂隙方向有一定交角（瓦斯）。,岩溶陷落柱 由于岩溶塌陷作用形成镶嵌于地层中的岩石碎块堆积体，叫岩溶陷落柱，一般常称作无炭柱。 岩溶陷落柱形成原因： 煤系之下可溶性岩层被地下水长期潜蚀，形成溶洞，溶洞不断扩大，在重力作用下，并因地下水水位升降吸蚀等诱导，洞顶岩层塌陷，并经地下水潜蚀及搬运，不断产生塌落空间和塌落作用，形成地层中的碎石碓积体岩溶陷落柱。,陷落柱对煤矿生产的影响： 破坏可采煤层，减少煤炭储量； 影响正规
6、开采； 影响采掘施工，制约矿井机械化作业； 影响安全。陷落柱附近煤层顶板一般较为破碎，容易发生冒顶、片帮事故；高瓦斯矿井在接近陷落柱处工作面瓦斯涌出量可能发生变化，管理疏忽易发生瓦斯事故；带压开采的矿井，遇导水陷落柱时可能发生矿井突水事故。 断裂构造 岩层受力后遭到破坏，形成断裂，失去了连续性和完整性的构造形态叫断裂构造。,正断层,断层对煤矿生产的影响 1）断层影响井田和采区的划分 2）断层影响开拓系统布置 3）断层造成巷道掘进的无效进尺和采掘接续紧张 4）断层造成煤炭资源储量损失 5）断层存在使矿井生产成本增加 6）断层对煤矿生产安全产生影响 我县沿聚财塔方向有一条大断层，该断层以北4、5号
7、煤层均为肥煤，以东3、4、5号均为焦煤。 兴无煤矿掘进巷道时因4号煤层上升，沿着4号煤层掘进时，揭露5号煤层并沿着5号煤层掘进100多米，后经煤质指标化验，确认为5号煤层，对所掘巷道进行了充填，花费了大量的人力物力财力，这也就是断层惹的祸。 其他煤矿都有不同程度的断层出现。 7、煤层沿倾斜的开采顺序 由于煤层在地下大多为倾斜赋存，对同一层煤，一般都是由上而下(由浅入深)地逐步开采。 8、水平分层采煤法,水平分层采煤法就是把煤层沿水平面划分成若干分层，并在每个分层中布置准备巷道及采煤工作面，然后顺次进行采煤，采煤工作面一般沿走向推进。 9、矿井储量、生产能力 9.1、矿井储量 矿井储量是指井田范
8、围内煤炭的埋藏量。矿井储量有远景储量和工业储量两种。其中工业储量是矿井建设、设计的重要依据。矿井的生产能力、服务年限都必须以经批准的精查地质报告提出的工业储量为依据确定。 矿井工业储量中只有一部分能够采出，这部分储量叫做可采储量。 9.2、矿井生产能力 矿井生产能力系指矿井一年内能生产煤炭的数量，又称矿井年产量或井型。 大型矿井120、150、180、240、300、400及以上万 中型矿井 45、60、90 万 小型矿井 6 9、15、21、30 万 近年来，随着开采技术的不断发展，煤矿井型有不断扩大的趋势，出现了500万以上甚至1000万的矿井。,（二）巷道分类 按空间特征分类 1、垂直巷
9、道 2、水平巷道 (1)平硐：有出口直接通到地面的水平巷道，是进入煤体的方式 之一。 (2)平巷：没有出口直接通到地面，与岩层走向开掘的水平巷道。 (3)石门：没有出口直接通到地面，与岩层走向垂直或斜交的水 平岩石巷道。 (4)煤门：与煤层走向垂直或斜交的煤层平巷。 3、倾斜巷道 斜井：有出口直接能到地面的倾斜巷道，也是进入煤体的方式之 一。 暗斜井：没有出口直接通到地面，用来联系上、下两个水平并担 负提升任务的斜巷。 上山：没有出口直接通到地面，位于开采水平之上，连接阶段运 输平巷和回风平巷的倾斜巷道。,用途分类开拓巷道：为全矿井、一个开采 水平或阶段服务的巷道，如井筒、井底车 场、阶段(或
10、水平)运输大巷和回风大巷等。 准备巷道：为整个采区服务的巷道，如采区上 (下)山、采区上(下)车场、采区石门等。 采煤巷道：为工作面采煤直接服务的巷道，如区段平巷 和开切眼等。 水平、阶段和区段：水平是指沿煤层走向某一标高布置 运输大巷或总回风巷的水平面。比如兴无的760水 平布置有760水平运输大巷，760行人副巷，5#专 用回风巷等。 阶段是指沿一定标高划分的一部分井田。区段（分阶段、 小阶段）是指在阶段内沿倾斜方向划分的开采块段。,掘进工作面顶板支护，掘进工作面现场检查及验收标准要求以下几方面的内容： 1、锚杆、锚索、托盘、锚固剂的材质、长度符合作业规程规定。 2、锚杆扭矩、锚固力、网的
11、铺设、连接符合规定；锚杆(索)安装牢固,托盘紧贴巷壁面,未接触部位要楔紧，锚杆必须用机械或力矩扳手拧紧；锚杆角度应与巷道轮廓线的角度或与层理面、节理面、裂隙面垂直（规程第44条）。 【规程第44条解读】：打锚杆眼前，必须首先敲帮问顶，将活肝处理掉。遇到大块活石一时处理不掉时，可采取先打顶子或架棚，后打锚杆或先喷后锚，或打浅眼、放小炮的办法除掉大块活石，确保安全的条件下进行作业。 使用锚固剂(如水泥砂浆、快硬水泥卷、树脂药卷等)固定锚杆时，应将孔壁冲洗干净，否则，孔壁上的灰尘、碎屑将妨碍锚固剂与孔壁的粘结而降低锚固力。砂浆锚杆主要是靠砂浆将杆体与孔壁粘结成一体的，因此，必须灌满填实。,3、锚杆（
12、索）间排距误差不超过100mm；锚杆螺母外露锚杆丝扣10-40mm,锚索露出锁具150-250mm。 上述内容说白了就是锚杆支护和联合支护。 首先讲解一下锚杆支护： 1、锚杆支护结构形式有单体锚杆、锚梁结构、锚梁网结构、锚梁网索结构等四种结构形式。 锚杆：锚杆是锚固在煤或岩体之内并用于维护围岩稳定的杆状结构物。主承载作用，防止围岩松动破坏，并有一定的可缩性，可随巷道围岩同时变形，而不失去支护能力。 单体锚杆是锚杆支护结构中最简单的支护结构形式，具有巷道支护施工方便，工序简单的优点，但仅仅适宜于岩石稳定、节理裂隙不发育的顶板条件。 2、锚梁结构优点在于把个体锚杆组合成锚杆群共同协调加固巷道围岩，
13、锚杆通过钢筋梯梁或W形钢带扩大锚杆作用力的传递范围，这种组合大大增强了锚杆群体的作用和护表功能,虽然比起单体锚杆来其支护功能有所加强，但对于煤层巷道其适应性还不强； 3、锚梁网结构除具有锚梁结构的支护功能和作用外，由于使用金属网把锚梁间裸露的岩体全部封闭起来，护表功能更强；,4、网的作用 维护锚杆间比较破碎的岩石，防止岩块的掉 落； 提高锚杆支护的整体效果，抵抗锚杆间破碎 岩块的碎胀压力，增强支撑能力； 可提高混凝土的柔性，防止喷射混凝土开裂 掉块。 （2）网的种类 按网格形状可分为经纬网和菱形网，如图2-19所示； 按制作工艺分为焊接网和编织网； 按材料分为铁丝网、钢筋网与塑料网。,5、减摩
14、垫圈 为减少螺母与托板之间的摩擦力，在螺母与托板之间使用圆环形减摩垫圈，可最大限度的把锚杆安装扭矩转化为预紧力，增大锚杆的初锚力。减摩垫圈每组两个：一个为钢质垫圈；另一个为塑料垫圈。 6、W钢带 钢筋梯梁虽然有诸多优点，但护顶面积相对较小，焊接处容易开裂，由于钢筋梯子的宽度很窄，并且两根钢筋之间仅有几根连接筋，柔性太大，实际强度很低，所以钢筋梯子的护顶作用很小，仅适用于巷道压力较小的条件。当巷道压力较大、顶板破碎时，可使用W钢带代替钢筋梯梁。其护顶面积 大、惯性矩较大、刚度大、抗弯性能较好、截面利用率较高，特别适合裂隙比较发育、顶板破碎的情况。 7、锚索：可以使由锚网（梁）支护形成的锚固岩体，
15、悬吊于上部坚硬稳定的岩层中，避免巷道顶板离层及巷道顶板整体下沉或垮落。锚网（梁）索组合支护方式已经逐渐成为近年来对松软岩层巷道重要的支护方式。,锚梁网索结构凸现了锚索对锚梁网的补强作用，支护强度大，护表效果好，适应范围宽，安全可靠性高，改善了巷道受力条件，提高了巷道维护的安全可靠程度，适用于复杂地质开采条件下的巷道支护，包括厚煤层沿底板掘进的煤层顶板以及巷道断面较大的煤层巷道。 一般情况下，对于不稳定围岩，应采用“锚杆+W 形钢带（或钢筋梁）网，或增加锚索”的支护形式，当顶板较破碎时采用“锚杆+W形钢带（或钢筋梯梁）+网，必要时增加锚索”的支护方式。 柳林县4号，5号煤层所掘巷道均采用锚梁网索
16、的支护方式。 其普遍的支护参数是：锚杆长度1.82.2m，锚杆间排距0.70.70.90.9m。 锚杆杆体为左旋无纵筋螺纹钢锚杆，帮锚杆采用直径20mm，长度2000mm的左旋螺纹帮锚杆。螺旋式可回收锚杆有可整体回收、可实现全长锚固、无需锚固剂凝固时间、不存在对采煤机刀具造成损坏的优点。 锚杆、锚萦、托盘、锚固剂的材质、长度不仅作业规程中有明确规定，各煤矿均编制了支护设计，该设计均做了详细的规定，下面以大庄煤矿的设计说明锚杆支护具体要求： 单体锚杆主要由锚头（锚固段）、杆体、锚尾（外露段）、托,盘等部件组成。 树脂锚杆 树脂锚杆是由树脂药包和杆体组成。 下图为树脂锚杆及药包示意图,1树脂、加速剂填料；2固化剂和填料；3玻璃管纤； 4玻璃纸或聚脂薄膜外袋；5左旋麻花；6挡圈,稳定顶板条件下8号煤运输顺槽锚杆支护设计运输顺槽沿8号煤层掘进。矩形断面，宽高=4800mm2800mm，毛断面面积S=13.
