煤矿生产技术与顶板事故预防

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1、 煤矿生产技术与顶板事故预防煤矿生产技术与顶板事故预防第一节第一节 煤矿生产技术煤矿生产技术一、岩石一、岩石地球有内向外分三层：地核、地球有内向外分三层：地核、地幔、地壳地幔、地壳地球最外一层厚约地球最外一层厚约40km左右的左右的硬壳叫地壳硬壳叫地壳地壳由岩石组成地壳由岩石组成岩石按生成原因分三大类岩石按生成原因分三大类1.岩浆岩岩浆岩如：花岗岩、橄榄岩等如：花岗岩、橄榄岩等2.沉积岩沉积岩如：媒、泥岩、页岩、砂岩、石灰岩等如：媒、泥岩、页岩、砂岩、石灰岩等沉积岩有两大特征沉积岩有两大特征（1）层理（）层理（2）化石）化石3.变质岩变质岩如：石灰岩大理岩如：石灰岩大理岩 花岗岩片麻岩花岗岩片

2、麻岩二、煤的形成二、煤的形成n地球已形成地球已形成46亿年亿年n中国有三个成煤时期中国有三个成煤时期n新生代的第三纪新生代的第三纪(距今距今0.3亿年亿年)n中生代的侏罗纪中生代的侏罗纪(距今距今1.9亿年亿年)n古生代的二叠纪和石炭纪古生代的二叠纪和石炭纪(距今距今2.9亿年亿年)n平顶山煤田形成于平顶山煤田形成于2亿年前古生亿年前古生代的石炭纪和二叠纪代的石炭纪和二叠纪煤由古生植物遗体转变而成煤由古生植物遗体转变而成高等植物高等植物-泥炭泥炭-褐煤褐煤-烟煤烟煤-无烟煤无烟煤成煤条件成煤条件:1.气候条件气候条件2.植物条件植物条件3.地形条件地形条件4.地壳运动条件地壳运动条件煤的主要元

3、素成分：煤的主要元素成分： 炭、氰、氧、氮、磷炭、氰、氧、氮、磷煤质的衡量指标：煤质的衡量指标： 水分、发热量、胶质层厚水分、发热量、胶质层厚度、灰分、挥发分度、灰分、挥发分 平顶山煤系与煤成概况平顶山煤系与煤成概况 平顶山煤田成煤时代为石炭二叠纪。平顶山煤田成煤时代为石炭二叠纪。煤系厚约煤系厚约800米，含煤米，含煤7组组88层。其层。其中：中： 甲组甲组12层煤层煤 乙组乙组16层煤层煤 丙组丙组7层煤层煤 丁组丁组11层煤层煤 戊组戊组18层煤层煤 己组己组7层煤层煤 庚组庚组17层煤层煤特别编号特别编号23层：层：甲甲1乙乙2丙丙3丁丁4、5、6、7戊戊8、9、10、11、12、13己

4、己14、15、16、17庚庚18、19、20、21、22、23 规划主要开采规划主要开采10层：层： 丙丙3 丁丁5、6 戊戊8、9、10 己己15、16、17 庚庚20（其中规划局部开采（其中规划局部开采6层：乙层：乙2、丁丁4、7、戊、戊11、己、己14、庚、庚21） 韩梁矿区甲、乙、丙煤层剥蚀韩梁矿区甲、乙、丙煤层剥蚀 平顶山矿区东部庚组煤存在较差平顶山矿平顶山矿区东部庚组煤存在较差平顶山矿区煤层呈东西走向为向斜构造，称李口区煤层呈东西走向为向斜构造，称李口向斜，该向斜构造对一矿向斜，该向斜构造对一矿十二矿安全生十二矿安全生产很大产很大 1954年年4月平顶山煤矿筹备处成立月平顶山煤矿筹

5、备处成立 1955年年9月月8号二矿破土动工，依次：三矿、号二矿破土动工，依次：三矿、四矿、五矿、一矿、七矿、六矿、十二矿、四矿、五矿、一矿、七矿、六矿、十二矿、马道矿、九矿、十矿、十一矿、高庄矿、马道矿、九矿、十矿、十一矿、高庄矿、八矿、大庄矿、十三矿、首山相继开工，八矿、大庄矿、十三矿、首山相继开工，已开采地质储量已开采地质储量30亿吨。亿吨。 描述煤层产状的三要素：走向、倾向、倾角。煤层的分类：煤层的分类：1、按煤层倾斜程度分类：、按煤层倾斜程度分类：近水平煤层：近水平煤层：45 2、按煤层厚度分类：、按煤层厚度分类：薄煤层：薄煤层：3.5m三、地质构造*煤（岩）层受力后呈构造变化的形态

6、叫地质构造*煤矿地质构造的基本类型有：单斜构造褶皱构造断裂构造*地质构造对安全生产和开采设计有很大影响1、单斜构造、单斜构造*煤（岩）层朝一个方向煤（岩）层朝一个方向倾斜倾斜*单斜构造影响巷道设计单斜构造影响巷道设计和顶板管理和顶板管理2、褶皱构造、褶皱构造*煤煤(岩岩)层受到水平方向的外力挤压作用层受到水平方向的外力挤压作用后而呈弯曲状态后而呈弯曲状态*特征：煤层仍保持完整性及连续性特征：煤层仍保持完整性及连续性*褶皱构造影响井田划分、井筒布置、采褶皱构造影响井田划分、井筒布置、采区布置、巷道施工方向控制、坍塌冒区布置、巷道施工方向控制、坍塌冒顶、瓦斯突出等顶、瓦斯突出等*褶曲：褶皱构造中每

7、一个弯曲为一个褶褶曲：褶皱构造中每一个弯曲为一个褶曲曲*褶曲又分褶曲又分背斜褶曲背斜褶曲向斜褶曲向斜褶曲3、断裂构造、断裂构造*煤（岩）层在地壳运动作煤（岩）层在地壳运动作用下产生断裂用下产生断裂*特征：煤层失去了完整性特征：煤层失去了完整性和连续性和连续性*断裂改造包括：断裂改造包括：裂隙裂隙断层断层裂隙裂隙*断裂后断裂面两侧煤（岩）断裂后断裂面两侧煤（岩）体没有产生明显的位移体没有产生明显的位移*裂隙分类：风化裂隙、构裂隙分类：风化裂隙、构造裂隙、成岩裂隙造裂隙、成岩裂隙*裂隙会诱发爆破、透水、裂隙会诱发爆破、透水、冒顶、瓦斯等事故冒顶、瓦斯等事故断裂断裂*特征：断裂后断裂面两侧煤（岩）体

8、产生特征：断裂后断裂面两侧煤（岩）体产生了明显位移了明显位移*地震产生断层地震产生断层*断层影响井田及采区划分、煤炭回采，诱断层影响井田及采区划分、煤炭回采，诱发透水、瓦斯、冒顶事故发透水、瓦斯、冒顶事故*断层分类断层分类正断层：上盘下降，上盘上升正断层：上盘下降，上盘上升 逆断层：上盘上升，下盘下降逆断层：上盘上升，下盘下降 平推断层：两盘水平位移平推断层：两盘水平位移四、煤层开采划分四、煤层开采划分煤田矿区井田煤田矿区井田阶段（水平）采区阶段（水平）采区采面采面五、矿井开拓方式五、矿井开拓方式1、立井开拓、立井开拓2、斜井开拓、斜井开拓3、平硐开拓、平硐开拓4、综合开拓、综合开拓六、矿井生

9、产系统六、矿井生产系统*1、运输系统、运输系统*2、通风系统、通风系统*3、供电系统、供电系统*4、供、排水系统、供、排水系统*5、瓦斯监测、抽放系统、瓦斯监测、抽放系统七、巷道分类、形状和支护方式七、巷道分类、形状和支护方式1、巷道分类、巷道分类*按围岩性质分类按围岩性质分类煤巷煤巷岩巷岩巷半煤岩巷半煤岩巷*按倾斜程度分类按倾斜程度分类直立巷道直立巷道倾斜巷道倾斜巷道水平巷道水平巷道*按服务范围分类按服务范围分类开拓巷道开拓巷道准备巷道准备巷道回采巷道回采巷道2、巷道形状、巷道形状梯形巷道梯形巷道拱形巷道拱形巷道不规则巷道不规则巷道3、巷道支护方式、巷道支护方式*根据支护材料不同巷道支护方式

10、分类如下：根据支护材料不同巷道支护方式分类如下：木支护木支护 砌碹支护砌碹支护 喷浆支护喷浆支护 金属钢金属钢支护支护锚杆（锚索、锚网）支护锚杆（锚索、锚网）支护*锚杆支护是先进的支护方式，是巷道支护技锚杆支护是先进的支护方式，是巷道支护技术的发展方向。术的发展方向。*锚杆支护作用的原理：锚杆支护作用的原理：悬吊作用悬吊作用 组合梁作用组合梁作用 挤压加固作用挤压加固作用减少跨度作用减少跨度作用八、采煤工艺八、采煤工艺*采煤工艺：采煤工作面落煤、装煤、运煤、采煤工艺：采煤工作面落煤、装煤、运煤、顶板支护、采空区处理五大工种。顶板支护、采空区处理五大工种。*采煤工艺的选择应考虑地质、技术、经济采

11、煤工艺的选择应考虑地质、技术、经济等因数等因数*平煤集团采用的采煤工艺有三种：平煤集团采用的采煤工艺有三种：1、爆炮采煤（炮采：含单体柱放顶煤）、爆炮采煤（炮采：含单体柱放顶煤）2、普通机械化采煤（机采）、普通机械化采煤（机采）3、综合机械化采煤（综采：含综采放顶煤）、综合机械化采煤（综采：含综采放顶煤） 巷道布置应满足以下要求：巷道布置应满足以下要求： 1、有利于集中生产、有利于集中生产 2、通风稳定可靠、通风稳定可靠 3、回采率高、回采率高 4、技术和经济合理、技术和经济合理 5、有利于机械化生产、有利于机械化生产 爆炮采煤工艺爆炮采煤工艺*爆炮采煤工艺：爆炮采煤工艺： 爆破落煤、人力装煤

12、、刮板爆破落煤、人力装煤、刮板输送机运煤、单体支架支护输送机运煤、单体支架支护顶板、顶板、 采空区自然垮落采空区自然垮落*三矿、七矿、九矿、高庄、大三矿、七矿、九矿、高庄、大庄、天力、朝川、香山、梨庄、天力、朝川、香山、梨园、新峰、白庙、方山等矿园、新峰、白庙、方山等矿均使用炮采均使用炮采*普通机械化采煤工艺：普通机械化采煤工艺： * 采煤机滚筒落煤、采煤机滚筒落煤、 滚筒装煤、滚筒装煤、 刮板输送机刮板输送机运煤、运煤、 单体支架支护顶板、单体支架支护顶板、 采空区自然垮落采空区自然垮落*1958年二矿使用康拜因机组年二矿使用康拜因机组*1965年四矿首次使用年四矿首次使用MLQ64型单滚筒

13、采煤机型单滚筒采煤机*1981年年8月八矿使用月八矿使用MLS170采煤机首次上高档采煤机首次上高档机采机采*二矿、四矿、五矿、六矿、七矿、八矿等曾使用二矿、四矿、五矿、六矿、七矿、八矿等曾使用机采机采*二矿、五矿曾使用刨煤机采煤二矿、五矿曾使用刨煤机采煤*二矿、七矿目前采用普通机械化采煤工艺二矿、七矿目前采用普通机械化采煤工艺*综合机械化采煤工艺综合机械化采煤工艺（简称综采）：（简称综采）：*采煤机滚筒落煤、滚筒采煤机滚筒落煤、滚筒装煤、装煤、 刮板输送机运刮板输送机运煤、液压支架支护顶板、煤、液压支架支护顶板、采空区自然垮落采空区自然垮落*世界首台综采设备世界首台综采设备20世纪世纪50年

14、代诞生于英国年代诞生于英国*中国首台采煤机中国首台采煤机1970年在大同试年在大同试*目前中国神华集团综采单面产量最高达目前中国神华集团综采单面产量最高达1024万吨万吨*平煤集团平煤集团1974年首次购买三套综采设备在一矿和年首次购买三套综采设备在一矿和十矿使用十矿使用*1978年年10月平煤再次购买二套前苏联综采设备在月平煤再次购买二套前苏联综采设备在四矿和十矿使用，四矿和十矿使用，3个月出煤个月出煤78万吨，较为成万吨，较为成功功*平煤集团的一矿、四矿、五矿、六矿、七矿、八平煤集团的一矿、四矿、五矿、六矿、七矿、八矿、十矿、十一矿、十二矿、十三矿目前有矿、十矿、十一矿、十二矿、十三矿目前

15、有20多多套左右综采设备，每年出煤套左右综采设备，每年出煤2000多万吨多万吨*综采生产受地质条件和管理水平制约综采生产受地质条件和管理水平制约第二节第二节 顶板事故防治顶板事故防治一、矿山压力及矿山压力显现一、矿山压力及矿山压力显现*矿山压力矿山压力采掘后矿层上覆岩体在运动过程采掘后矿层上覆岩体在运动过程 中对支架和围岩产生的作用力。中对支架和围岩产生的作用力。*矿山压力显现矿山压力显现在矿山压力作用下支架和围在矿山压力作用下支架和围岩产生的受力现象。岩产生的受力现象。*矿山压力显现是矿山压力的结果和外部表现。矿山压力显现是矿山压力的结果和外部表现。*矿山压力的存在是绝对地，是不可控制的。矿

16、山压力的存在是绝对地，是不可控制的。*矿山压力显现是相对的，在一定条件下是可矿山压力显现是相对的，在一定条件下是可控制的。控制的。*矿山压力显现和矿山压力大小并不一定成正矿山压力显现和矿山压力大小并不一定成正比。比。二、影响矿山压力显现的因素二、影响矿山压力显现的因素* 1、岩石性质、岩石性质* 2、开采深度、开采深度* 3、煤层倾角、煤层倾角* 4、地质构造、地质构造* 5、巷道布置、巷道布置* 6、开采顺序、开采顺序* 7、支护方式、支护方式* 8、回采高度、回采高度* 9、控顶距离、控顶距离* 10、推进速度、推进速度三、顶板压力的一般规律三、顶板压力的一般规律* 1、 巷道断面越宽，顶

17、板压力越大巷道断面越宽，顶板压力越大* 2、 空顶时间越长，顶板压力越大空顶时间越长，顶板压力越大* 3、 护巷煤柱越小，顶板压力越大护巷煤柱越小，顶板压力越大* 4、 地质构造越多，顶板压力越大地质构造越多，顶板压力越大四、煤层顶板分类四、煤层顶板分类煤层顶底板按层位分类为：煤层顶底板按层位分类为： 1、 伪伪 顶顶 2、 直接顶直接顶 3、 老老 顶顶 4、 直接底直接底 5、 老老 底底伪顶伪顶* 位于煤层之上，位于煤层之上， 由泥岩或页由泥岩或页岩组成，岩组成，* 厚度厚度 0.3 米左右米左右* 一般随采随落一般随采随落* 部分煤层无伪顶部分煤层无伪顶直接顶直接顶*直接顶位于伪顶或煤

18、层之上，由页岩或直接顶位于伪顶或煤层之上，由页岩或砂质页岩组成，厚度几米至十几米不等砂质页岩组成，厚度几米至十几米不等*井下局部冒顶多为直接顶垮落，直接顶井下局部冒顶多为直接顶垮落，直接顶的稳定性对安全生产和支护方式的选择的稳定性对安全生产和支护方式的选择影响很大影响很大*直接顶是采掘工作面所支撑的主要对象直接顶是采掘工作面所支撑的主要对象*直接顶初次放顶是长壁式采煤工作面顶直接顶初次放顶是长壁式采煤工作面顶板管理的关键期，很容易发生冒顶事故板管理的关键期，很容易发生冒顶事故老顶n n老顶位于直接顶之上，由砂岩或石灰岩组成，厚度几米至几十米不等n n老顶对采煤工作面安全生产影响很大，其断裂垮落

19、会造成长壁采煤工作面的初次来压和周期来压，易造成采煤工作面的大面积冒顶五、巷道易冒顶的地点和原因五、巷道易冒顶的地点和原因*1、巷道易冒顶地点、巷道易冒顶地点 宽断面宽断面 大倾角大倾角 构造段构造段 空顶顶板空顶顶板 复合顶复合顶 淋水顶板淋水顶板*2、巷道易冒顶原因、巷道易冒顶原因 支护方式选择不当支护方式选择不当 巷道布置位置不合理巷道布置位置不合理 交岔等处断面过大交岔等处断面过大 顶板支护不及时顶板支护不及时 支架支设质量差支架支设质量差 地质构造因素影响地质构造因素影响 冲击波等外力作用冲击波等外力作用 除矿山压力作用造成冒顶以外，除矿山压力作用造成冒顶以外，如透水、瓦斯爆炸等都会

20、造成冒如透水、瓦斯爆炸等都会造成冒顶，冒顶增大抢险救灾难度。顶，冒顶增大抢险救灾难度。*平煤集团十矿平煤集团十矿 1996.5.21瓦斯爆炸瓦斯爆炸遇难遇难84人，抢险人，抢险40天天*鲁山红土坡煤矿鲁山红土坡煤矿1997.3.4瓦斯爆炸瓦斯爆炸遇难遇难89人人 ， 抢险抢险16小时小时六、采面易冒顶的地点和原因六、采面易冒顶的地点和原因1、采面易冒顶的地点、采面易冒顶的地点* 上下出口上下出口* 煤壁线煤壁线* 地质构造带地质构造带* 采煤机附近采煤机附近* 切眼处切眼处*2、采面易冒顶的原因、采面易冒顶的原因 * 落煤后支护不及时落煤后支护不及时 *放炮崩倒支柱放炮崩倒支柱 *回柱顺序不合

21、理回柱顺序不合理 *支护质量差支护质量差, 支架支护强度低支架支护强度低 *上、下出口控顶面积大上、下出口控顶面积大 *端面距过大端面距过大 *顶板存在裂隙等构造顶板存在裂隙等构造 *煤层倾角大煤层倾角大 *存在复合顶板存在复合顶板 *顶板十分坚硬顶板十分坚硬,悬顶面积大悬顶面积大 *初次来压和周期来压初次来压和周期来压七、七、 顶板冒顶前的预兆顶板冒顶前的预兆 * 1 响声响声 * 2 裂隙裂隙 * 3 离层离层 * 4 掉矸掉矸 * 5 片帮片帮 * 6 支架突然变形严重支架突然变形严重 * 7 瓦斯涌出突然增大瓦斯涌出突然增大 * 8 淋水加大淋水加大八、判断顶板完整性的方八、判断顶板完

22、整性的方法法*木楔法木楔法*敲帮问顶法敲帮问顶法*震动法震动法九、 冒顶后的自救措施*1、 按正确方向迅速撤离冒顶区按正确方向迅速撤离冒顶区*2、 如撤离不及，可迅速靠煤帮贴身站立如撤离不及，可迅速靠煤帮贴身站立 或躲避到木垛处或躲避到木垛处*3、 遇险后发出求救信号遇险后发出求救信号*4、 加固避灾处顶板，防止冒顶扩大加固避灾处顶板，防止冒顶扩大*5、 坚定信心、团结协作、统一行动坚定信心、团结协作、统一行动*6、 沉着冷静、尽量减少体力和氧气消耗沉着冷静、尽量减少体力和氧气消耗*7、 节约使用饮水、食物和矿灯，做好长节约使用饮水、食物和矿灯，做好长 期避灾准备期避灾准备案例：某矿冒顶堵人事

23、故的营救n n某矿工作面发生冒顶堵人事故，经过 70多个小时营救，使被堵4人全部脱险，其成功经验可供借鉴确定遇险人员最长生存时间n n1 1、被堵巷道空气容量、被堵巷道空气容量n n 17m4.7m217m4.7m279.9m379.9m379900L79900Ln n2 2、被堵巷道实际供氧量被堵巷道实际供氧量n n 79900L( 20% - 10%)79900L( 20% - 10%)7990L7990Ln n3 3、四人每小时耗氧量四人每小时耗氧量n n 0.8L460 0.8L460 192L192L小时小时n n4 4、四人生存时间、四人生存时间n n 7990L192L7990L

24、192L小时小时 41.6241.62时时n n 4141小时小时4040分分遇险人员生存时间综合分析n n分析瓦斯、硫化氢、一氧化碳等有毒有害气体存在的可能性n n考虑人员能量消耗（糖、脂肪、蛋白质）n n无水无食可生存 78如果是透水独头巷，要考虑生存空间压力n n天n n有水无食理论计算可生存 38天十、冒顶埋（堵）人时抢救的原则十、冒顶埋（堵）人时抢救的原则* 探明冒顶范围、遇险人数和位置探明冒顶范围、遇险人数和位置* 确定最佳抢救方案确定最佳抢救方案* 设法联络被困人员设法联络被困人员 * 尽快恢复冒顶区通风尽快恢复冒顶区通风* 防防 止止 事事 故故 扩扩 大大 * 严禁放炮处理大

25、块岩石严禁放炮处理大块岩石* 专人观察顶板和专人测量瓦斯专人观察顶板和专人测量瓦斯一、填空一、填空1、煤矿地质构造的基本类型有、煤矿地质构造的基本类型有 单单斜构造斜构造、褶皱构造褶皱构造和和 断裂构造断裂构造。2、矿井开拓方式有、矿井开拓方式有立井开拓立井开拓、斜斜井开拓井开拓、平硐开拓平硐开拓和和 综合开拓。综合开拓。3、煤层顶板按层位划分为、煤层顶板按层位划分为 伪顶伪顶、直接顶直接顶 和和 老顶老顶 。二、判断二、判断1、锚杆支护是先进的支护方式，、锚杆支护是先进的支护方式，是巷道支护技术的发展方向。是巷道支护技术的发展方向。（ ）2、巷道冒顶被堵人员等待营救、巷道冒顶被堵人员等待营救

26、时应沉着冷静，尽量减少体力时应沉着冷静，尽量减少体力和氧气消耗。（和氧气消耗。（ ）三、选择三、选择1、按服务范围划分，井下水平运、按服务范围划分，井下水平运输大巷属于输大巷属于 A 。 A 开拓巷道开拓巷道 B 准备巷道准备巷道 C 回采巷道回采巷道2、巷道顶板越宽，顶板压力、巷道顶板越宽，顶板压力 B 。 A 越小越小 B 越大越大 C 不变不变四、问答四、问答顶板冒顶前有哪些预兆？顶板冒顶前有哪些预兆？答：答： 响声响声 裂隙裂隙 离层离层 掉矸掉矸 片片帮帮 支架突然严重变支架突然严重变形形 瓦斯涌出突然增大瓦斯涌出突然增大 淋水加大淋水加大一、填空一、填空1.煤矿地质构造的基本类型有

27、煤矿地质构造的基本类型有单单斜构造斜构造、褶皱构造褶皱构造和和断裂构造断裂构造。2.矿井开拓方式有矿井开拓方式有立井开拓立井开拓、斜斜井开拓井开拓、平硐开拓平硐开拓和和综合开拓综合开拓。3.煤（岩）层的空间位置及特征煤（岩）层的空间位置及特征通常用产状要素来描述通常用产状要素来描述。产状产状要素有要素有走向走向、倾向倾向和和倾角。倾角。二、判断二、判断1.煤由古生植物遗体转变而煤由古生植物遗体转变而成。（成。（ ）2.煤层是一种沉积岩。煤层是一种沉积岩。 ( )3.锚杆支护是一种先进的支锚杆支护是一种先进的支护方式，是巷道支护技术护方式，是巷道支护技术的发展方向。的发展方向。 （ ）三、选择三、选择1.井下维护生产作业空间所支撑的主井下维护生产作业空间所支撑的主要顶板是（要顶板是（B）A伪顶伪顶 B直接顶直接顶 C老顶老顶2.沉积岩最明显的特征是（沉积岩最明显的特征是（B）A颜色颜色 B层理和化石层理和化石 C结核结核3.按服务范围划分，井下水平运输大按服务范围划分，井下水平运输大巷属于（巷属于（A）A开拓巷道开拓巷道 B准备巷道准备巷道 C回采巷道回采巷道