一、煤礦生產(chǎn)
(一)煤的形成
煤是由古代植物遺體變化而成的。在礦區(qū)煤層和頂?shù)装鍘r層中經(jīng)常見到植物枝葉等化石。煤的形成過程大致分為三個階段。
1、泥炭化階段
該階段是由植物遺體變成泥炭的階段。在古代泥炭沼澤中,植物生長十分茂盛。植物不斷地繁殖、生長和死亡,其遺體倒在水中,被水淹沒而隔絕了空氣,不斷聚積加厚;同時又不斷分解、化合,形成了泥炭。
2、煤化階段
該階段是由泥炭變成褐煤的階段。泥炭層形成以后,由于地殼下降,被泥沙等沉積??復(fù)蓋掩埋,在壓力和地?zé)岬淖饔孟?,泥炭層開始脫水、壓緊,體積縮小,密度和硬度增加,碳含量逐漸增加,氧含量進(jìn)一步減小,從而形成褐煤。
3、變質(zhì)階段
該階段是由褐煤變成無煙煤的階段。褐煤形成以后,如果地殼繼續(xù)下沉,則在溫度和壓力更大的條件下,褐煤內(nèi)部成份將進(jìn)一步變化,最終變成了煙煤,煙煤繼續(xù)變質(zhì)就形成了無煙煤。
(二)煤的埋藏特征
1、煤層結(jié)構(gòu)
根據(jù)煤層中有無夾石層,可把煤層分為簡單和復(fù)雜結(jié)構(gòu)兩種。簡單結(jié)構(gòu)煤層不含夾石層;復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層含夾石層。夾石層有的為一層,有的有多層,而且夾石層厚度也不一樣。
2、煤層厚度
煤層厚度是指煤層頂?shù)装逯g的垂直距離。煤層厚度差別很大,從幾厘米,到幾十厘米,有的厚達(dá)幾十米,甚至百余米。根據(jù)采煤方法的需要,將煤層厚度分為三類:
(1)薄煤層:煤層厚度小于1.30米。
(2)中厚煤層:煤層厚度在1.30-3.50米
(3)厚煤層:煤層厚度大于3.50米。
在生產(chǎn)工作中,習(xí)慣將厚度在6米以上煤層稱為特厚煤層。
3、煤層傾角
煤層傾角是指煤層傾斜面相對水平面的夾角。根據(jù)煤層傾角大小將煤層分為四類:
(1)近水平煤層:煤層傾角小于8度。
(2)緩傾斜煤層:煤層傾角在8-25度。
(3)傾斜煤層:煤層傾角在25-45度。
(4)急傾斜煤層:煤層傾角在于45度。
(三)煤層頂?shù)装?br>
位于煤層上面的巖層稱為頂板,煤層下面的巖層稱為底板。
煤層頂板自下而上分為偽頂、直接頂和基本頂;
煤層底板自上而下分為直接底和基本底。
煤層頂?shù)装鍘r性及賦存條件與頂板安全管理關(guān)系十分密切。頂板破碎容易冒頂;頂板過于堅硬,放頂時不冒落,采煤工作面形成很大的壓力,常常將工作面摧垮,使附近巷道塌冒,甚至造成礦毀人亡。對這些特殊的頂板必須采取有效的技術(shù)措施,確保頂板安全。
(四)地質(zhì)構(gòu)造
煤層形成以后,由于受到地殼運(yùn)動作用力的結(jié)果,使其形態(tài)發(fā)生變化,形成多種多樣的地質(zhì)構(gòu)造。煤田地質(zhì)構(gòu)造主要有以下三大類。
1、單斜構(gòu)造
單斜構(gòu)造就是在一定范圍內(nèi),煤層大致向同一方向傾斜。煤層傾斜的方向稱為傾向;煤層傾斜面與水平面的交線方向稱為走向。
2、褶皺構(gòu)造
褶皺構(gòu)造指的是煤層因受地殼運(yùn)動的作用力,被擠成彎彎曲曲的狀態(tài),但仍保持完整性。其中每一個彎曲部分稱為“褶皺構(gòu)造”,褶曲又分為背斜和向斜。背斜指的是煤層向上凸起的褶曲;向斜指的是煤層向下 的褶曲。
3、斷裂構(gòu)造
斷裂構(gòu)造就是煤層因受地殼運(yùn)動的作用力而遭到斷裂,失去了原來的連續(xù)完整性。斷裂構(gòu)造又可分為裂隙和斷層。
裂隙指的是斷裂面兩側(cè)的煤層沒有發(fā)生顯著的錯動。
斷層指的是斷裂面兩側(cè)的煤層已經(jīng)發(fā)生了顯著的錯動。
斷層對采掘安全影響極大。
斷層根據(jù)斷裂面兩側(cè)煤層錯動的方向分為三種類型
(1)正斷層:上盤相對下降,下盤相對上升。
(2)逆斷層:上盤相對上升,下盤相對下降。
(3)平移斷層:兩側(cè)煤層沿斷層面做水平移動。
(五)巷道掘進(jìn)
為了開采地下煤炭,需要從地面向地下開掘一系列巷道通達(dá)煤層。巷道通達(dá)煤層以后,需要形成采煤工作面,才能對煤炭進(jìn)行開采。開采出來的煤炭需要運(yùn)到井底,然后由井底提升到地面。這些環(huán)節(jié)涉及到礦井一系列系統(tǒng),如開拓系統(tǒng)、采煤系統(tǒng)、運(yùn)輸提升系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、防排水系統(tǒng)等。(詳見掘進(jìn)工藝)
(六)工作面回采
采煤的基本工序是:破煤、裝煤、運(yùn)煤、支護(hù)和回柱放頂。
由于使用的采煤工藝和支護(hù)設(shè)備不同,采煤工作面分為三種類型:
1、炮采工作面。指的是使用煤電鉆打眼、放炮落煤、人工裝煤的工作面。
2、普采工作面。指的是使用采煤機(jī)破煤和裝煤的工作面。
3、綜采工作面。指的是使用液壓自移支架的工作面。其采煤工序為:割煤--降柱--移架--升柱--移溜,全部實現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)。綜采工作面安全好、產(chǎn)量高、效率高、消耗低,是實現(xiàn)煤炭工業(yè)發(fā)展和安全生產(chǎn)的重要技術(shù)途徑之一。
二、頂板災(zāi)害防治
頂板事故是指:在井下建設(shè)和???產(chǎn)過程中,因為頂板意外冒落造成的人員傷亡、設(shè)備損壞和生產(chǎn)中止等事故。任何一個井下作業(yè)人員每時每刻都在和頂板打交道,疏忽了就要挨砸。
頂板事故是煤礦五大自然災(zāi)害之一。它的特點(diǎn)是:占全國煤礦事故總起數(shù)的比例和總死亡人數(shù)的比例最高;在特大事故中所占比例較小和一次死亡人數(shù)較少。據(jù)統(tǒng)計,2005年全國煤礦頂板事故起數(shù)占全國煤礦事故總起數(shù)的52.92%;頂板事故死亡人數(shù)占死亡總?cè)藬?shù)的33.33%;頂板事故一次死亡平均人數(shù)為1.13人。
(一)冒頂原因
井下采掘工作面發(fā)生冒頂?shù)脑蚝芏啵埠軓?fù)雜。但總的來說主要有以下兩個方面的原因。
1、客觀原因
(1)采煤過程中因圍巖應(yīng)力重新分布、采煤方法選擇不當(dāng)和巷道布置位置不合理,所需支承壓力大于支護(hù)的支撐力,從而造成頂板垮落冒頂事故。
(2)工作面遇到突然出現(xiàn)的地質(zhì)構(gòu)造,在按章作業(yè)情況下,因設(shè)計時資料不全,也會發(fā)生冒頂現(xiàn)象。如采煤工作面出現(xiàn)小斷層,工作中沒有注意分析與觀察,采取通常的支護(hù)方法往往發(fā)生冒頂事故。
2、主觀原因
(1)采掘工作面規(guī)格質(zhì)量低劣。作業(yè)時不堅持敲幫問頂,發(fā)現(xiàn)隱患不及時排除;控頂距離掌握不當(dāng);空頂作業(yè);違章放炮;冒險回柱作業(yè)。
(2)管理不善。煤礦生產(chǎn)管理不同于其他行業(yè),井下生產(chǎn)條件隨時有所變化,生產(chǎn)管理者不深入現(xiàn)場,不帶班作業(yè),不嚴(yán)格按三大規(guī)程辦事,盲目開采、違章指揮、紀(jì)律松馳等,常常會造成事故。
(二)冒頂預(yù)兆
(1)響聲:頂板壓力急劇增大時,支架或支柱下縮發(fā)生很大聲響,有時還會出現(xiàn)頂板發(fā)生斷裂的悶雷聲(即煤炮、板炮)。
(2)掉碴:頂板嚴(yán)重破裂時,出現(xiàn)頂板掉碴現(xiàn)象,掉碴越多,說明頂板壓力越大。
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