第三講煤礦開采基本知識DWY

2015年1月第三章煤礦開采基本知識第一節(jié)礦井開拓與生產(chǎn)系統(tǒng)一、礦井開拓方式

煤炭資源埋藏在山里或地下，必須從地面開掘一系列的井筒和巷道通達煤層，才能進行資源的開采。這些井筒和巷道構(gòu)成礦井開拓系統(tǒng)。這些井筒和主要巷道在井田內(nèi)的總體布置方式，稱為礦井開拓方式。通常按井筒形式將礦井開拓劃分為立井開拓、斜井開拓、平硐開拓和綜合開拓4種方式，如圖3-1所示。圖3-1礦井開拓系統(tǒng)1—平硐；2—立井；3—斜井；4—斜巷

1.立井開拓當(dāng)煤層埋藏較深，表土層厚，瓦斯、水文情況復(fù)雜等情況下廣泛應(yīng)用的一種開拓方式。2.斜井開拓根據(jù)井筒位置和開拓巷道布置方式的不同，可分為片盤斜井和斜井分區(qū)式開拓。當(dāng)煤炭儲量較少時可采用片盤斜井開拓；斜井分區(qū)式開拓又分單水平分區(qū)式開拓和多水平分區(qū)式開拓。

3.平硐開拓采用平硐開拓時，一般以一條主平硐擔(dān)負(fù)運煤、出矸、進風(fēng)、排水、設(shè)置管路和行人等任務(wù)，在井田上部回風(fēng)水平開掘回風(fēng)平硐或回風(fēng)井。當(dāng)煤層賦存位置在較高的山嶺、丘陵、溝谷中時可采用平硐開拓。

4.綜合開拓如立井+斜井、平硐+斜井、立井+平硐以及立井+斜井+平硐等開拓方式。如果只采用單一的井硐形式開拓井田，可能遇到技術(shù)上的困難或在經(jīng)濟上不合理，因此要應(yīng)用兩種或兩種以上井硐開拓井田。二、礦井生產(chǎn)系統(tǒng)（一）井下生產(chǎn)系統(tǒng)煤礦井下生產(chǎn)系統(tǒng)主要有采煤系統(tǒng)、掘進系統(tǒng)、運煤系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、運料排矸系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、動力供應(yīng)系統(tǒng)等。在煤礦生產(chǎn)過程中這些系統(tǒng)擔(dān)負(fù)提升、運輸、通風(fēng)、排水、人員安全進出、材料設(shè)備上下井、矸石出運、供電、供氣、供水等任務(wù)，生產(chǎn)系統(tǒng)的暢通和安全是礦井安全生產(chǎn)的前提和保證。圖3-2礦井主要井巷示意圖1－主井；2－副井，3－井底車場；4－主要運輸石門；5－階段運輸大巷；6－回風(fēng)井；7－回風(fēng)石門；8－回風(fēng)大巷；9－采區(qū)運輸石門；10－采區(qū)下部車場底板繞道；11－采區(qū)下部車場；12－采區(qū)煤倉；13－行人進風(fēng)巷；14－運輸上山；15－軌道上山；16－上山絞車房；17－采區(qū)回風(fēng)石門；18－采區(qū)上部車場；19－采區(qū)中部車場；20－區(qū)段運輸平巷；21－下區(qū)段回風(fēng)平巷；22－聯(lián)絡(luò)巷；23－區(qū)段回風(fēng)平巷；24－開切眼；25－采煤工作面1.采煤系統(tǒng)煤礦生產(chǎn)的中心環(huán)節(jié)是利用各種采煤方法進行采煤作業(yè)。采煤系統(tǒng)包括合理的巷道布置和適宜的采煤工藝（包括破煤、裝煤、運煤、支護、采空區(qū)處理等）。如圖3-2所示24、252.掘進系統(tǒng)掘進系統(tǒng)就是按照井田開采規(guī)劃的總體部署和采煤設(shè)計要求，開掘各種類型的巷道，合理而有序地開采煤炭資源的準(zhǔn)備系統(tǒng)。采掘銜接是礦井生產(chǎn)均衡的重要保證，掘進作業(yè)是其中的重要環(huán)節(jié)。如圖3-2所示213.運煤系統(tǒng)：將井下煤炭運輸提升到地面的設(shè)備設(shè)施及井巷布置統(tǒng)稱為運煤系統(tǒng)。擔(dān)負(fù)煤炭運輸和提升的重要任務(wù)。圖3-2所示的煤炭運輸線路為：工作面煤炭25→20→14→12→10→5→4→3→1。4.通風(fēng)系統(tǒng)：新鮮空氣由進風(fēng)井進入礦井后，經(jīng)過井下各用風(fēng)場所，然后從回風(fēng)井排出礦井，風(fēng)流所經(jīng)過的整個路線及其配套的通風(fēng)設(shè)施稱為礦井通風(fēng)系統(tǒng)。礦井通風(fēng)系統(tǒng)是煤礦井下生產(chǎn)中重要的系統(tǒng)之一，它負(fù)責(zé)向煤礦井下提供新鮮適宜的空氣，并營造一個舒適的氣候環(huán)境。圖3-2所示的風(fēng)流線路為：新鮮空氣從地面→2→3→4→5→11→15→19→20→25；污風(fēng)→23→17→8→7→6→排出。5.運料排矸系統(tǒng)：擔(dān)負(fù)井下需要材料、設(shè)備和矸石的運輸、運送井下人員的系統(tǒng)稱為運料排矸系統(tǒng)，又稱為輔助運輸系統(tǒng)。圖3-2所示的材料和設(shè)備的運送線路為：地面→2→3→4→5→9→11→15→23→25。6.排水系統(tǒng)：抽排礦井地下水的系統(tǒng)稱為排水系統(tǒng)。它的作用就是將礦井水不斷抽排到地面，防止礦井被淹沒，保證人身安全和正常生產(chǎn)。礦井排水系統(tǒng)包括泵房、水倉、水泵、管路等設(shè)施。采掘工作面涌水，由區(qū)段運輸平巷、采區(qū)上山排到采區(qū)下部車場，經(jīng)運輸大巷、石門等巷道的排水溝，自流到井底車場水倉，由中央水泵房排到地面。7.動力供應(yīng)系統(tǒng)：供電和供應(yīng)壓氣的系統(tǒng)統(tǒng)稱為動力供應(yīng)系統(tǒng)。供電系統(tǒng)主要是為井下機械設(shè)備提供動力。常用的煤礦供電系統(tǒng)是：地面變電所→井下中央變電所→采區(qū)變電所→（移動式變電站）→工作面配電點。煤礦井下除以上主要生產(chǎn)系統(tǒng)外，還有一些輔助系統(tǒng)，如煤礦安全避險系統(tǒng)、灌漿系統(tǒng)、瓦斯抽排系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等，都為煤礦安全生產(chǎn)提供技術(shù)、設(shè)施設(shè)備保障。（二）工業(yè)廣場及地面生產(chǎn)系統(tǒng)

工業(yè)廣場是布置地面生產(chǎn)系統(tǒng)、建筑物、構(gòu)筑物和井筒位置的場所。工業(yè)廣場建筑物最主要的是主井、副井，其他工業(yè)建筑的位置取決于主、副井的位置；在工業(yè)廣場內(nèi)，有辦公樓、修配廠、絞車房、礦燈房、變電站、電車房、材料庫、電工房、油庫、煤倉、金屬支架廠等工業(yè)建筑和設(shè)施；有食堂、宿舍、招待所、醫(yī)院等民用建筑和生活設(shè)施；還有各種管線、軌道等。工業(yè)廣場中還包括地面煤炭深加工系統(tǒng)（原煤的篩分、破碎、揀選、地面儲裝運）、地面排矸系統(tǒng)和地面管線系統(tǒng)等。第二節(jié)煤礦地質(zhì)基本知識一、煤層的形成與賦存特征1.煤層的形成在成煤的古地質(zhì)年代，大量的植物死亡后，堆積在停滯水體中的植物遺體經(jīng)泥炭化作用，轉(zhuǎn)變成泥炭或腐泥；泥炭或腐泥被埋藏后，由于盆地基底下降而沉埋至地下深部，經(jīng)成巖作用而轉(zhuǎn)變成褐煤；溫度和壓力逐漸增高，再經(jīng)變質(zhì)作用后轉(zhuǎn)變成煙煤至無煙煤。2.煤層的形態(tài)與結(jié)構(gòu)煤在地下通常是呈層狀埋藏的，煤層在空間的展布特征，稱為煤層形態(tài)。根據(jù)煤層在空間的連續(xù)情況，可分為層狀、似層狀、不規(guī)則狀、馬尾狀等煤層形態(tài)。煤層結(jié)構(gòu)是指煤層中夾矸的數(shù)量和分布特征。按是否含有夾矸層，常將煤層分為以下2種：（1）簡單結(jié)構(gòu)煤層，是指不含夾矸的煤層。（2）復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層，是指含有夾矸的煤層3.煤層的頂板與底板（1）頂板。正常層序的含煤地層中覆蓋在煤層上面的巖層稱為頂板。根據(jù)巖層相對于煤層的位置和垮落性能、強度等特征的不同，頂板可分為偽頂、直接頂和基本頂3種如圖3-3所示。在采煤過程中，直接頂是頂板管理的重要部位。偽頂是指位于煤層之上，隨采隨落的極不穩(wěn)定巖層。其厚度一般在0.5m以下，多由頁巖、碳質(zhì)頁巖組成，不易支護。直接頂是指位于煤層或偽頂之上，具有一定的穩(wěn)定性，移架或回柱后能自行垮落的巖層。其厚度一般為1～2m，多由頁巖、泥巖、粉砂巖及少量的石灰?guī)r組成。基本頂是指位于直接頂或煤層之上，通常厚度及巖石強度較大且難以垮落的巖層。基本頂一般只發(fā)生緩慢下沉，在采空區(qū)上方懸露一段時間，達到相當(dāng)面積之后才垮落一次，其巖性多為砂巖、礫巖和石灰?guī)r等堅硬巖石。（2）底板。正常層序的含煤地層中賦存于煤層之下的巖層稱為底板。底板可分為直接底和基本底（又稱老底）2種，如圖3-3所示。直接底是指位于煤層之下硬度較低的巖層，厚度一般幾十厘米至幾米左右，通常為泥巖、頁巖或黏土巖。基本底是指位于直接底或煤層之下較硬巖層，通常為厚層砂巖、石灰?guī)r等。4.煤層的厚度煤層厚度是指煤層頂、底板之間的垂直距離。根據(jù)礦井開采的技術(shù)特點，煤層厚度可大致分為以下3類：（1）薄煤層，是指厚度為1.3m以下的煤層。（2）中厚煤層，是指厚度為1.3～3.5m的煤層。（3）厚煤層，是指厚度為3.5m以上的煤層。在實際工作中，習(xí)慣上把厚度大于8m的煤層稱為特厚煤層。在復(fù)雜結(jié)構(gòu)的煤層中，煤層厚度可分為總厚度和有益厚度?？偤穸仁侵赴▕A矸在內(nèi)的全厚度；有益厚度是指除去夾矸的純煤厚度。5.煤（巖）層的產(chǎn)狀煤層產(chǎn)狀是指煤層在空間的位置及特征。煤層產(chǎn)狀要素有走向、傾向和傾角，如圖3-4所示。ab——走向線；cd——傾向線；ce——傾斜線；α——煤層傾角；1——煤層層面；2——水平面（1）走向。煤層走向線是指煤層層面與水平面相交的線。走向線兩端所指的方向稱為走向。走向代表煤層在水平面中的延伸方向。（2）傾向。煤層層面上與走向垂直的線稱為傾斜線。傾斜線由高向低在水平面投影所指的方向稱為傾向。（3）傾角。煤層層面與水平面所夾的最大銳角稱為傾角。根據(jù)礦井開采技術(shù)的特點，煤層按傾角大致可分為4類：①近水平煤層，是指傾角為8°以下的煤層。②緩傾斜煤層，是指傾角為8°～25°的煤層。③傾斜煤層，是指傾角為25°～45°的煤層。④急傾斜煤層，是指傾角為45°以上的煤層。二、地質(zhì)構(gòu)造地質(zhì)構(gòu)造是指煤巖體在地殼運動作用下發(fā)生變化留下的形態(tài)或跡象。礦井地質(zhì)構(gòu)造包括井田范圍內(nèi)的褶皺、斷層、節(jié)理和層間滑動等。礦井地質(zhì)構(gòu)造是影響煤礦生產(chǎn)和安全最重要的地質(zhì)條件，也是巖體失穩(wěn)的重要地質(zhì)因素。（一）常見的構(gòu)造形態(tài)1.褶皺構(gòu)造巖層或煤層在地應(yīng)力作用下形成的一系列連續(xù)的彎曲形態(tài)稱為褶皺構(gòu)造。每一個單獨的彎曲稱為褶曲。巖層向上凸起，并且核部是老地層、兩側(cè)為新地層者稱為背斜；巖層向下凹陷，并且核部是新地層、兩側(cè)為老地層者稱為向斜，如圖3-5所示。1——背斜；2——向斜2.斷裂構(gòu)造煤（巖）層受力后發(fā)生斷裂，出現(xiàn)斷裂面，失去了連續(xù)完整性的構(gòu)造形態(tài)稱為斷裂。斷裂面兩側(cè)煤（巖）層沒有發(fā)生明顯位移的斷裂構(gòu)造稱為裂隙或節(jié)理；斷裂面兩側(cè)煤（巖）層產(chǎn)生明顯位移的斷裂構(gòu)造稱為斷層。為了描述斷層的性質(zhì)及其在空間的位置和形態(tài)，可用斷層要素來表示。斷層要素包括斷層面、斷層線、上盤、下盤和斷距等，如圖3-6所示。α——傾角；ab——走向；cd——傾向；1——斷層面；2——上盤；3——下盤根據(jù)斷層上、下盤相對運動的方向，斷層可分為正斷層、逆斷層和平推斷層。（1）正斷層，是指上盤相對下降，下盤相對上升的斷層，如圖3-7（a）所示。（2）逆斷層，是指上盤相對上升，下盤相對下降的斷層，如圖3-7（b）所示。（3）平推斷層，是指兩盤沿斷層面作水平方向相對位移的斷層，如圖3-6（c）所示。（a）正斷層；（b）逆斷層；（c）平推斷層3.沖蝕、陷落柱和巖漿侵入（1）沖蝕，是指成煤后水流侵蝕了煤層、頂板甚至底板，而過后又被砂石充填的現(xiàn)象，又稱沖刷帶。有的還在煤層內(nèi)形成包裹體，如圖（a）沖蝕；（b）沖刷包裹體（2）陷落柱，是指煤系地層下部可溶性巖石在地下水溶蝕和重力作用下產(chǎn)生的坍塌現(xiàn)象。由于坍塌呈圓形或不甚規(guī)則的橢圓形柱狀體，所以稱為“陷落柱”，如圖3-9所示。陷落柱內(nèi)有大小不等的煤塊、巖塊和其他雜質(zhì)膠結(jié)在一起，不堅硬，有的有積水、瓦斯等。在水文地質(zhì)復(fù)雜的礦井中，陷落柱常是地下水的良好通道。陷落柱頂板難于管理。（3）巖漿侵入體。含煤區(qū)域內(nèi)的巖漿活動，無論是侵入、穿插或接觸煤層，均可導(dǎo)致煤層的破壞和煤的變質(zhì)，有的巖漿巖體還直接破壞煤層頂?shù)装?，使頂?shù)装迨ゾ恍?，如圖3-10所示。巖漿侵入體的存在，是影響煤礦正常生產(chǎn)和安全的地質(zhì)因素之一。1——頂板；2——煤層；3——巖漿巖；4——底板（二）地質(zhì)構(gòu)造對煤礦安全生產(chǎn)的影響1.褶皺的影響大型背、向斜軸部附近頂板壓力常有增大現(xiàn)象，必須加強支護，否則容易發(fā)生冒頂事故，給頂板管理帶來困難。有瓦斯突出傾向的礦井，向斜附近往往是瓦斯突出易發(fā)區(qū)域。2.斷層的影響（1）斷層帶巖石破碎，裂隙發(fā)育，易冒落，頂板管理困難。（2）較大的斷層破碎帶充滿水后，可形成一個較大的儲水構(gòu)造；同時，斷層破碎帶還可以溝通若干個含水層，形成導(dǎo)水構(gòu)造。當(dāng)施工至這類含水構(gòu)造時，容易造成水災(zāi)。（3）斷層破碎帶透氣性能較好，在高瓦斯礦井中，瓦斯極易在此積聚，可能會造成瓦斯突出，給安全生產(chǎn)帶來威脅。斷層的開放性、封閉性對附近瓦斯涌出形式有較大影響。（4）斷層破壞了煤層的連續(xù)性，給采區(qū)劃分、工作面布置帶來難度。較大斷層可形成較寬的無煤帶，既損失寶貴的煤炭資源，又使采煤工藝復(fù)雜化，給煤礦安全生產(chǎn)帶來不利影響。第三節(jié)煤礦采掘基本知識一、礦井爆破（一）爆破器材1.炸藥炸藥是在一定條件下，能夠發(fā)生快速化學(xué)反應(yīng)、放出大量熱量、生成大量氣體產(chǎn)物，顯示爆炸效應(yīng)的化合物或混合物。炸藥爆炸后，在巖體內(nèi)產(chǎn)生瞬時高壓沖擊波，沖擊波從爆源向巖體內(nèi)傳播，并對周圍煤巖體發(fā)生作用，把煤炭或巖石破碎下來。礦用炸藥分為煤礦許用炸藥和非煤礦許用炸藥，準(zhǔn)許在地下有瓦斯和煤塵爆炸危險的工作面使用的安全炸藥稱為煤礦許用炸藥。煤礦井下的所有爆破作業(yè)工作面，必須使用煤礦許用炸藥。2.雷管雷管是一種裝有起爆藥的小管，用來起爆炸藥的專用材料。雷管按起爆方式分為火雷管和電雷管兩種，電雷管由電能來起爆。電雷管又分為瞬發(fā)雷管、秒延期雷管和毫秒延期雷管。煤礦井下廣泛使用毫秒延期電雷管。3.發(fā)爆器發(fā)爆器是用來供給電爆網(wǎng)路的電雷管起爆電能的儀器?！睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定，井下爆破必須使用發(fā)爆器。（二）爆破技術(shù)1、掘進工作面爆破（1）炮眼分類及布置掘進工作面的炮眼，按其所起作用不同，可分為以下三類，如圖3-11所示：①掏槽眼（又名掏心眼）。掏槽眼的作用是首先將工作面上某部分巖石破碎下來，為工作面形成第二個自由面，為其他炮眼的爆破創(chuàng)造有利條件。掏槽眼應(yīng)比其他炮眼深15～20厘米，叫做超深。超深的作用是使其他炮眼利用率提高。掏槽眼又分斜眼掏槽法、直眼掏槽法、混合式掏槽法。圖3-11炮眼布置示意圖Ⅰ-掏槽眼Ⅱ-輔助眼

Ⅲ-周邊眼②輔助眼。輔助眼又稱崩落眼，其作用是大量崩落巖石和進一步擴大掏槽的炮眼。輔助眼要均勻布置在掏槽眼與周邊眼之間，其眼距一般為500~700㎜。③周邊眼。周邊眼是爆落巷道周邊巖石，最后形成巷道斷面設(shè)計輪廓的炮眼。有頂眼、幫眼、底眼和水溝眼。（2）主要爆破參數(shù)巷道掘進的爆破參數(shù)主要包括炮眼直徑、炮眼深度、炮眼數(shù)目、單位炸藥消耗量的具體規(guī)定。巷道掘進爆破作業(yè)要按照《煤礦安全規(guī)程》及爆破參數(shù)執(zhí)行。2、回采工作面爆破（1）炮眼種類及布置炮眼布置方式（見圖3-12）單排眼：用于薄煤層、煤質(zhì)較軟及節(jié)理發(fā)育的煤層。雙排眼：包括對眼、三角及三花眼。一般用于采高較小的中厚煤層及煤質(zhì)中硬的工作面。三排眼：即五花眼。用于煤層堅硬和采高較大的中厚煤層工作面。（2）主要爆破參數(shù)炮采工作面的爆破參數(shù)主要包括炮眼布置、間距、炮眼深度、炮眼數(shù)目、單位炸藥消耗量的具體規(guī)定。炮采工作面爆破作業(yè)要按照《煤礦安全規(guī)程》及爆破參數(shù)執(zhí)行。二、巷道施工巷道施工方法包括鉆眼爆破法和機械化掘進法。其主要工序有破巖、裝巖、運巖和支護等。（一）破巖1.鉆眼爆破法鉆爆破巖法是指利用電鉆或風(fēng)鉆進行打眼、裝藥爆破的方法。為了提高打眼的速度可以使用專門的鉆眼機械打眼。鉆爆破巖法推廣光面爆破。光面爆破（簡稱光爆）是指在鉆眼爆破過程中，通過采取一定措施，使爆破后的巷道斷面形狀、尺寸基本符合設(shè)計要求，并盡量使巷道輪廓以外的圍巖不受破壞的一種破巖方法。光面爆破是一種合理利用炸藥能量的控制爆破技術(shù)，爆破后巖壁無明顯的爆震龜裂，保護了圍巖的整體性，提高了圍巖的穩(wěn)定性與自承能力。2.機械化破巖法機械化破巖是指利用綜掘機對煤巖體進行切割和破碎的方法。具有掘進速度快、效率高、巷道成形好、施工質(zhì)量好等優(yōu)點，在煤巷掘進中得到廣泛應(yīng)用。采用綜合機械化掘進機可與自卸車、梭車、皮帶運輸機等配套，實現(xiàn)掘進、運輸連續(xù)作業(yè)，實現(xiàn)全自動鑿巖機一次成巷施工。（二）裝巖與運巖裝運巖煤有人工裝運和機械裝運2種方法。常用的裝巖機有耙斗式、鏟斗式、蟹爪式裝巖機等設(shè)備。運輸普遍采用礦車，用人或電機車調(diào)車。掘進煤巷時可以直接用刮板輸送機或帶式輸送機運煤，綜掘設(shè)備本身連接有裝煤運煤設(shè)施。（三）巷道支護維持巷道的有效斷面，保持巷道安全使用空間的工作稱為巷道支護，其目的是阻止圍巖變形和垮落，防止頂板事故發(fā)生。巷道支護材料有水泥、石料、混凝土、木材和金屬材料（如輕便鋼軌、礦用工字鋼、特殊工字鋼、礦用特殊型鋼等）。支護的形式有架棚支護（金屬拱形支護、木支護）、錨桿支護、錨噴支護、砌碹支護等。其中，錨噴支護和砌碹支護屬于巷道永久支護，其服務(wù)年限較長。

1、架棚支護架棚支護按棚式支架的材料構(gòu)成，可分為木支架、金屬支架和鋼筋混凝土支架3種；按巷道斷面形狀可分為梯形支架和拱形支架，如圖3-13所示；按支架結(jié)構(gòu)可分為剛性支架和可縮性支架。圖3-13金屬支架a--梯形支架b--拱形支架2.砌碹支護砌碹支護的主要形式是直墻拱頂式,是一種被動支護形式，如圖3-14所示。該支護具有堅固、耐久、防火、通風(fēng)阻力小等優(yōu)點。缺點是施工復(fù)雜、勞動強度大、成本高和進度慢等。直墻拱頂支護由拱、墻和基礎(chǔ)3部分組成。圖3-14砌碹支護1--碹胎

2--工作臺

3--風(fēng)筒

4、5—線纜

6—供水管

3、錨桿支護、噴射混凝土與噴漿支護

錨噴支護。錨桿支護就是將錨桿預(yù)設(shè)在圍巖中，使巖體得以加固，形成一個完整的支護結(jié)構(gòu)，是一種主動支護形式，支護原理如圖3-15所示。錨桿的種類有鋼筋或鋼絲繩砂漿錨桿、金屬錨桿、木錨桿、樹脂錨桿等。

噴射混凝土與噴漿支護：噴射混凝土是將一定配合比的水泥、砂、石子和速凝劑等混合攪拌均勻，裝入噴射機，以壓縮空氣為動力，使拌合料沿管路吹送至噴頭處與水混合，并以較高的速度噴射在巖面上凝結(jié)硬化而成的一種支護形式。

錨噴支護是錨桿支護、噴射混凝土支護和錨桿+噴射混凝土聯(lián)合支護的總稱。圖3-15錨桿支護原理示意圖1—錨桿2---巖層三、采煤工藝在采煤工作面內(nèi)按照一定順序完成各項工序及其配合方式，稱為采煤工藝。采煤工藝與回采巷道布置及其在時間上、空間上的相互配合總稱為采煤方法。我國常見的采煤工藝有爆破采煤（簡稱炮采）、普通機械化采煤（簡稱普采）、綜合機械化采煤（簡稱綜采）、綜采放頂煤等。（一）爆破采煤工作面采煤工藝炮采工藝的主要特點是采用爆破落煤。

1.落煤。用鉆眼爆破的方法把煤從煤壁上崩落下來，稱為爆破落煤，它包括鉆眼、裝藥、連線和爆破等工序。

2.裝煤、運煤。裝煤一般采用爆破拋擲裝煤和人工裝煤2種方式。運煤方式主要有自重運輸和刮板輸送機運輸2種。刮板輸送機可分為拆移式和可彎曲式2種。可彎曲式刮板輸送機采用液壓千斤頂或其他類型的千斤頂移置。

3.工作面支護。工作面的支護方式一般采用單體液壓支柱和鉸接頂梁支護，液壓支柱在傾斜方向上呈直線狀排列，支護方式有齊梁直線柱與錯梁直線柱兩類，如圖3-16所示。圖3-16工作面的支護方式a—齊梁直線柱b—錯梁直線柱

4.采空區(qū)處理。采煤工作面控頂距以外的空間稱為采空區(qū)。采空區(qū)處理是指對采空區(qū)空間及頂板的處理。采空區(qū)的處理方法有全部垮落法、充填法、煤柱支撐法和緩慢下沉法等，如圖3-17所示。爆破采煤工作面采空區(qū)處理一般采用全部垮落法。圖3-17采空區(qū)處理示意圖（二）普通機械化采煤工作面采煤工藝普通機械化采煤工作面布置如圖3-18所示，普采工藝的主要特點是用采煤機落煤。采煤機主要有刨煤機和滾筒采煤機2類。滾筒采煤機主要有單滾筒和雙滾筒2種。

1.落煤、裝煤。普采工作面的落煤與裝煤由采煤機完成。

2.運煤。普采工作面運煤采用可彎曲刮板輸送機。推移輸送機時，利用液壓千斤頂將輸送機移到目的地，并使輸送機平、直，符合要求。

3.支護。普采工作面使用單體液壓支柱與鉸接頂梁組成的懸臂支架支護頂板。

4.采空區(qū)處理。采空區(qū)處理與炮采工藝相同，一般采用全部垮落法。對極堅硬的頂板，可以利用深孔爆破方法強制放頂以保證工作面的安全生產(chǎn)。圖3-18單滾筒采煤機普采面布置圖1-采煤機；2-刮板輸送機；3-單體液壓支柱；4-鉸接頂梁（三）綜合機械化采煤工作面采煤工藝綜采工藝的主要特點是采用采煤機落煤，用整體自移式液壓支架支護頂板，落煤、裝煤、運煤、支護全部工序?qū)崿F(xiàn)了機械化，綜采工作面設(shè)備布置如圖3-19所示。綜采工作面設(shè)備的配套很關(guān)鍵，尤其應(yīng)使采煤機、刮板輸送機和液壓支架這三大設(shè)備均符合工作面的條件，并在生產(chǎn)能力、設(shè)備強度、空間尺寸等方面配套。

1.落煤、裝煤。由采煤機完成。綜采工作面主要采用雙向割煤，往返一次進兩刀，斜切式進刀。

2.運煤。采用可彎曲刮板輸送機運煤。

3.支護。綜采工作面支護主要采用自移式液壓支架，工作面兩端一般采用端頭支架支護。按支架與圍巖的相互作用方式，支架可分為支撐式、掩護式及支撐掩護式3種基本類型。支架的形式不同則移架和移刮板輸送機的方式也不同。整體式支架移架和推移刮板輸送機共用一個液壓千斤頂連接支架底座和刮板輸送機槽，互為支點進行推、拉刮板輸送機和支架。邁步式自移支架的移動，依靠本身兩框架互為支點，用一千斤頂推拉兩框架分別前移，另用一千斤頂推移刮板輸送機。

4.采空區(qū)處理。綜采工作面主要用垮落法處理采空區(qū)。

圖3-19綜采工作面設(shè)備布置圖

1—采煤機；2—刮板輸送機；3—支架；4—下端頭支護；5—上端頭支護；6—轉(zhuǎn)載機；7—膠帶輸送機；8—配電箱；9—乳化液泵站；10—設(shè)備平板列車；11—移動變電站；12—噴霧泵站；13—液壓絞車；14—集中控制臺（四）綜采放頂煤采煤工藝

綜采放頂煤工藝的主要特點是采用采煤機割煤和放頂煤。綜采放頂煤工藝是在厚煤層中沿煤層底板布置采煤工作面，煤壁采用采煤機割煤，頂煤從支架后部放煤口放煤，用前后2個刮板輸送機運煤的采煤工藝。綜采放頂煤與綜采工藝基本相似，只是綜采放頂煤適用于厚煤層開采，且多一道放煤工序。放煤是利用礦山壓力將工作面頂部煤在工作面推進過后破碎，在支架掩護梁上的放煤窗口放落，并將冒落頂煤通過后部刮板輸送機運出。放頂煤綜采機械由采煤機、自移式液壓支架及2部刮板輸送機所組成。其中，液壓支架與普通支架有所不同，即：在掩護梁上具有一個液控落煤窗口，在掩護梁下安裝第2臺刮板輸送機。（五）礦山壓力概述

1.礦山壓力的基本概念礦山壓力是由于采掘活動的影響，在采掘空間周圍巖體上及支護物上所產(chǎn)生的力稱為礦山壓力。由于礦山壓力的作用將引起圍巖及支護物的位移、變形、破壞等一系列的力學(xué)現(xiàn)象稱為礦壓顯現(xiàn)。礦壓是礦壓顯現(xiàn)的原因，礦壓顯現(xiàn)是礦壓作用的結(jié)果，礦壓存在是絕對的、不可控制的，礦壓顯現(xiàn)是相對的、有條件的、可以控制的。影響礦山壓力顯現(xiàn)的基本因素有巖石力學(xué)性質(zhì)、開采深度、煤層傾角、節(jié)理、裂隙、斷層與褶曲、擠壓與破碎帶等；巷道位置、開采程序、支護方法、頂板控制方法、工作面推進速度、采高與控頂距、上部煤層殘留煤柱等開采因素對礦山壓力顯現(xiàn)也有很大的影響。2.采煤工作面直接頂?shù)某醮慰迓浜屠享數(shù)闹芷趤韷海?）直接頂?shù)某醮慰迓洌汗ぷ髅孀蚤_切眼向前推進一段距離后（8-25米），假如沒有支護，直接頂懸露達到一定距離，在其重力的作用下，就要開始跨落，稱為工作面直接頂?shù)某醮慰迓?，這時直接頂?shù)目缇喾Q為初次垮落步距?！兑?guī)程》規(guī)定：采煤工作面必須按作業(yè)規(guī)程的規(guī)定及時支護，嚴(yán)禁空頂作業(yè)。直接頂不能任其自然垮落。當(dāng)工作面推進距離達到初次垮落距時，要進行初次放頂。采煤工作面初次放頂時必須制定安全措施，采煤區(qū)（隊）長要親臨現(xiàn)場進行指揮。（2）工作面老頂?shù)闹芷趤韷海弘S著回采工作面的推進，在老頂初次來壓以后，裂隙帶巖層形成的結(jié)構(gòu)，將始終經(jīng)歷“穩(wěn)定-失穩(wěn)-再穩(wěn)定”的變化，這種變化將呈現(xiàn)周而復(fù)始的過程。由于結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)導(dǎo)致了工作面頂板的來壓。這種來壓也將隨著工作面的推進而呈周期性出現(xiàn)。因此，由于裂隙帶巖層周期性失穩(wěn)而引起的頂板來壓現(xiàn)象稱之為工作面頂板的周期來壓。周期來壓的主要表現(xiàn)形式是：頂板下沉速度急劇增加，頂板的下沉量變大；支柱所受的載荷普遍增加；有時還可能引起煤壁片幫、支柱折損、頂板發(fā)生臺階下沉等現(xiàn)象。如果支柱參數(shù)選擇不合適或者單體支柱穩(wěn)定性較差，則可能導(dǎo)致局部冒頂、甚至頂板沿工作面切落等事故。工作面周期來壓時的安全措施：①通過礦壓觀測，準(zhǔn)確判斷周期來壓的時間和位置，做好預(yù)測預(yù)報工作。②做好來壓前的支護工作，保證支架的規(guī)格質(zhì)量，保證一定的支護密度和支架穩(wěn)定性。③合理縮小控頂距，以利于工作面維護。④保證直接頂垮落的質(zhì)量。采空區(qū)冒落的矸石可以減輕老頂?shù)膩韷簭姸取＂菁訌娬?guī)循環(huán)，保持工作面推進速度。第四節(jié)礦井通風(fēng)基本知識一、礦井通風(fēng)概述（一）礦內(nèi)空氣礦內(nèi)空氣是礦井井巷內(nèi)氣體的總稱。它包括地面進入井下的新鮮空氣和井下的有毒有害氣體、浮塵。礦內(nèi)空氣的主要來源是地面空氣，但地面空氣進入井下后，化學(xué)成分和物理狀態(tài)會發(fā)生一系列的變化，因而礦內(nèi)空氣與地面空氣在性質(zhì)上和成分上均有較大差別。地面空氣進入井下后，由于煤巖中涌出各種氣體以及可燃物的氧化，其成分發(fā)生變化。風(fēng)流在經(jīng)過采掘面等用風(fēng)地點之前，氣成分變化不大，稱為新鮮空氣或新風(fēng)；風(fēng)流經(jīng)過采掘工作面等用風(fēng)地點后，其成分發(fā)生較大的變化，稱為污濁空氣或乏風(fēng)。

1、礦內(nèi)空氣主要成分礦內(nèi)空氣與地面空氣的成分盡管不同，但其成分仍是以氧氣和氮氣為主，另外包含少量其它氣體。

2.礦內(nèi)空氣中的有毒有害氣體（1）一氧化碳：一氧化碳是無色、無味、無臭的氣體。一氧化碳毒性很強，吸入人體后會引起中毒、窒息，濃度為0．4％就可使人致命中毒。一氧化碳的主要來源是：火災(zāi)、爆破工作、瓦斯和煤塵爆炸。（2）硫化氫：硫化氫是一種無色、微甜、帶有臭雞蛋味的氣體，能燃燒，有強烈的毒性。對人的眼睛、黏膜及呼吸系統(tǒng)有強烈刺激作用。濃度為0.05%時，半小時內(nèi)人失去知覺、痙攣、死亡。硫化氫的主要來源：有機物腐爛、硫化礦物水解、老空積水中釋放、煤巖中放出。（3）二氧化硫：二氧化硫是一種無色、具有強硫磺臭味的氣體，易溶于水，易積聚在巷道底部。二氧化硫?qū)θ梭w影響較大，能強烈刺激眼和呼吸器官，使喉嚨和支氣管發(fā)炎，呼吸麻痹，嚴(yán)重時會引起肺水腫。二氧化硫的主要來源：含硫礦物氧化、燃燒、在含硫礦體中爆破，以及從含硫礦層中涌出。（4）二氧化氮：二氧化氮是一種紅褐色氣體，極易溶于水，它與水結(jié)合形成硝酸，對眼睛、鼻腔呼吸及肺部組織起破壞作用，引起肺水腫，但起初只感覺到呼吸道受刺激、咳嗽，經(jīng)過6～24小時后才出現(xiàn)中毒征兆。俗稱的炮煙熏人，其實質(zhì)就是二氧化氮中毒。二氧化氮的主要來源是井下爆破。（5）氨氣：氨氣是一種無色、具有強烈的刺激臭味的氣體，易溶于水，毒性很強。氨氣對人體上呼吸道黏膜有較大刺激作用，引起咳嗽，使人流淚、頭暈，嚴(yán)重時可至肺水腫。氨氣主要來源是井下爆破。（二）礦井氣候條件要求煤礦作業(yè)人員在井下工作時，需要一個適宜的氣候條件，包括適宜的溫度、濕度、風(fēng)速。（1）采掘工作面的進風(fēng)流中，氧氣濃度不低于20％，二氧化碳濃度不超過0.5％。（2）礦井有害氣體的最高允許濃度如表3-1所示。瓦斯、二氧化碳和氫氣的允許濃度按《煤礦安全規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。（3）采掘工作面的空氣溫度不得超過26℃，機電硐室的空氣溫度不得超過30℃。采掘工作面的空氣溫度超過30℃、機電設(shè)備硐室的空氣溫度超過34℃時，必須停止作業(yè)。（4）采煤工作面、掘進中的煤巷和半煤巖巷最低允許風(fēng)速為0.25m/s，掘進中的巖巷最低允許風(fēng)速為0.15m/s，最高允許風(fēng)速均為4m/s。（三）礦井通風(fēng)的基本任務(wù)

1.供給井下人員呼吸所需要的氧氣；

2.稀釋和排除井下的各種有害氣體和礦塵；

3.調(diào)節(jié)井下氣候條件，創(chuàng)造良好的作業(yè)環(huán)境；

4.提高礦井的抗災(zāi)能力。二、礦井通風(fēng)系統(tǒng)礦井通風(fēng)系統(tǒng)是指向礦井輸送空氣的通風(fēng)方法、通風(fēng)方式、礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、通風(fēng)構(gòu)筑物的統(tǒng)稱。

1.礦井通風(fēng)方法礦井通風(fēng)方法是指礦井主要通風(fēng)機對井下供風(fēng)的工作方法?！睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定每一礦井必須采用機械通風(fēng)。機械通風(fēng)就是利用通風(fēng)機產(chǎn)生的風(fēng)壓，對礦井和井巷進行通風(fēng)的方法。礦井主要通風(fēng)機對井下供風(fēng)的工作方式可分為抽出式、壓入式和抽壓混合式3種。礦井必須安裝2套同等能力的主要通風(fēng)機裝置，1套工作另1套作備用，備用通風(fēng)機必須能在10min內(nèi)開動。生產(chǎn)礦井主要通風(fēng)機必須裝有反風(fēng)設(shè)施，并能在10min內(nèi)改變巷道中的風(fēng)流方向；當(dāng)風(fēng)流方向改變后，主要通風(fēng)機的供給風(fēng)量不應(yīng)小于正常供風(fēng)量的40％。2.礦井通風(fēng)方式根據(jù)進風(fēng)井與回風(fēng)井之間的相互位置關(guān)系不同，礦井通風(fēng)方式可分為中央式、對角式和混合式3類。

（1）中央式通風(fēng)。中央式通風(fēng)是指進風(fēng)井與回風(fēng)井大致位于井田走向的中央。按進、回風(fēng)井在井田傾斜方向位置的不同又分為中央并列式和中央邊界式2種。

（2）對角式通風(fēng)。對角式通風(fēng)是指進風(fēng)井大致位于井田中央，回風(fēng)井位于井田淺部走向上方的通風(fēng)系統(tǒng)。根據(jù)回風(fēng)井在走向位置的不同又可分為兩翼對角式、分區(qū)對角式2種。

（3）混合式通風(fēng)。混合式通風(fēng)即中央式與對角式的混合布置，常見的混合式有中央并列與雙翼對角混合、中央邊界與雙翼對角混合及中央并列與中央邊界混合等。

3.礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)礦井風(fēng)流按照生產(chǎn)要求在巷道流動時，風(fēng)流分岔、匯合線路的結(jié)構(gòu)形式稱為礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)。礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)有串聯(lián)通風(fēng)、并聯(lián)通風(fēng)和角聯(lián)通風(fēng)三種基本形式。

串聯(lián)通風(fēng)是指兩條或兩條以上的巷道循序底首尾連接在一起的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，又稱一條龍通風(fēng)；

并聯(lián)通風(fēng)是指兩條或兩條以上的通風(fēng)巷道在某一點分開，又在另一點匯合，中間沒有交叉的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)；

角聯(lián)通風(fēng)是指在并聯(lián)的兩條風(fēng)路之間，還有一條或數(shù)條風(fēng)路連通的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)。

4、礦井通風(fēng)構(gòu)筑物在礦井通風(fēng)系統(tǒng)中，用以隔斷﹑引導(dǎo)和控制風(fēng)流的設(shè)施和裝置，叫做通風(fēng)構(gòu)筑物。它們的作用是保證風(fēng)流按計劃的方向和風(fēng)量流動，以保證井下人員在進行正常作業(yè)時所需要的風(fēng)量﹑風(fēng)速。通風(fēng)構(gòu)筑物主要有風(fēng)門、風(fēng)橋、風(fēng)墻、風(fēng)窗和風(fēng)硐等。如圖3-20所示。（1）風(fēng)門。在井下平時行人、行車的巷道內(nèi)設(shè)置的能夠隔斷風(fēng)流和對風(fēng)量進行調(diào)節(jié)的通風(fēng)構(gòu)筑物稱為風(fēng)門。（2）風(fēng)橋。在進、回風(fēng)巷道的交叉點，為避免風(fēng)流短路而建造的通風(fēng)構(gòu)筑物稱為風(fēng)橋。根據(jù)風(fēng)橋的服務(wù)年限，可分為永久性風(fēng)橋和臨時性風(fēng)橋兩大類。永久性風(fēng)橋有繞道式風(fēng)橋和混凝土（或磚石）風(fēng)橋；臨時性風(fēng)橋一般用木板或鐵風(fēng)筒構(gòu)成。（3）風(fēng)墻。風(fēng)墻又稱“密閉”，是為截斷風(fēng)流而在巷道中設(shè)置的隔墻。凡是不運輸、不行人，又需遮斷風(fēng)流的井巷都應(yīng)設(shè)有風(fēng)墻，可用它來封閉采空區(qū)、火區(qū)和廢棄的舊巷等。（4）風(fēng)窗。風(fēng)窗又稱“調(diào)節(jié)風(fēng)門”，是安裝在風(fēng)門或其他通風(fēng)設(shè)施上可調(diào)節(jié)風(fēng)量的窗口。在并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，若一個風(fēng)路中風(fēng)量需要增加，則可在另