煤礦安全生產(chǎn)技術(shù)

1、煤礦安全生產(chǎn)技術(shù) 七臺河技師學(xué)院 齊永新 第一節(jié)第一節(jié) 煤礦地質(zhì)基礎(chǔ)知識煤礦地質(zhì)基礎(chǔ)知識 一、煤的形成 煤是由古代植物遺體演化而成的。在煤層附近的頂、底板巖層中，常?？梢钥吹街参锏母?、枝、葉等化石，將煤放在顯微鏡下，也可以看到植物結(jié)構(gòu)。 煤層的形成受古植物、古氣候、古地理及古構(gòu)造等條件控制。 1、古植物條件 植物是成煤的原始物質(zhì)，沒有植物生長就不可能有煤形成。因此，在漫長的地質(zhì)歷史中，成煤時期是有植物大量繁殖的時代。例如，我國最主要的石炭二疊紀、侏羅紀和第三紀三個聚煤時期，就分別是植物界的孢子植物、裸子植物和被子植物繁殖的極盛時代。 2、古氣候條件 植物生長直接受氣候影響。只有在溫暖潮濕的氣候

2、條件下，植物才能大量繁殖。同時，植物遺體只有在沼澤地帶才能被水淹沒免遭完全氧化而逐漸堆積。沼澤的發(fā)育則要求有潮濕的氣候，因此，溫暖和潮濕的氣候是成煤的重要條件。 3、古地理環(huán)境 要形成分布面積較廣的煤層，必須有能夠適于植物大面積系列和遺體堆積的古地理環(huán)境，存在大面積沼澤化的自然地理條件。通常，濱海平原、海灣瀉湖、內(nèi)陸湖泊、山間盆地、寬闊的河漫灘、河口三角洲等廣闊平坦的地方，受地殼升降的影響，容易發(fā)育大片的沼澤地帶。 4、古構(gòu)造條件 古構(gòu)造條件對煤的形成影響是多方面的。泥炭層的積聚要求地殼發(fā)生緩慢下沉，而下沉速度最好與植物遺體堆積大致平衡，這種狀態(tài)持續(xù)時間越久，形成的泥炭層越厚。泥炭形成以后，地

3、殼出現(xiàn)較大幅度和較快的沉降，則有利于泥炭層的保存和轉(zhuǎn)變成煤的過程。地殼在總的下降過程中，若發(fā)生多次升降和間歇性下沉，則可能在同地區(qū)形成多煤層。 在地球發(fā)展的歷史過程中，只要某個地區(qū)同時具備了上述4個方面的條件，配合良好，持續(xù)時間較長，就可能形成很厚的煤層或多層煤層，如我國華北地區(qū)的石炭二疊紀聚煤期。否則不可能有煤形成。如果這4個條件出現(xiàn)是短暫的，雖然有煤生成，但不一定具有開采價值。 古植物從死亡、堆積到轉(zhuǎn)化為煤要經(jīng)過一系列的演化過程，這一過程稱為成煤作用。成煤作用大致可分為泥炭化和煤化兩個階段。 第一階段第一階段泥炭化。泥炭化。在古代成煤時期，地球上的氣候溫暖而潮濕，植物生長茂盛，特別是湖泊沼

4、澤地帶密布著茂密的森林和水生植物。死去的植物遺體堆積在湖泊沼澤底部，隨著地殼緩慢下沉逐漸被水覆蓋與空氣隔絕，在細菌參與的生物化學(xué)作用下，植物遺體開始腐爛分解，有的變成氣體跑掉，有的變成液體流失，被保留下來的部分變成泥炭層。 第二階段第二階段煤化階段。煤化階段。隨著時間的推移，地殼繼續(xù)緩慢下沉，泥炭層被水?dāng)y帶來的泥沙等物質(zhì)覆蓋，并且覆蓋層逐漸加厚，在壓力和溫度的作用下，泥炭層逐漸脫水、壓緊、碳的含量也逐漸增加，這時泥炭就變成了褐煤。如果地殼繼續(xù)下沉，覆蓋巖層不斷加厚，褐煤在高溫、高壓的作用下，引起內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)的變化，含碳物質(zhì)進一步富集，氧和水分含量進一步減少，密度增大，顏色變深，硬度增

5、加，逐漸地變成了煙煤。 隨著變質(zhì)程度的進一步增高，煙煤會變成無煙煤。在個雖情況下，無煙煤可能進一步變質(zhì)成為一種不能燃燒的礦產(chǎn)石墨。 二、煤系的概念 在煤的形成過程中，煤層上下同時形成許多巖層，這些夾有煤層的巖層是在同一個成煤時期形成的，通常稱為某一地質(zhì)時代的煤系地層。煤系是指含有煤層的沉積巖系，它們彼此間大致連續(xù)沉積，并在成因上有密切聯(lián)系。 煤系一般按其形成的時代命名，如我國華北的石炭二疊紀煤系、東北的侏羅紀煤系、華南的晚二疊世煤系等。此外，也可采用煤系發(fā)育良好、研究較早的地區(qū)來命名，例如華南的晚二疊世煤系，在江蘇龍?zhí)?、江西樂平等地研究較早，所以被稱為龍?zhí)睹合祷驑菲矫合?。因此，同一地質(zhì)時代形成

6、的煤系在不同的地區(qū)常有不同的地區(qū)性名稱。安全第一第二節(jié)第二節(jié) 煤的性質(zhì)及工業(yè)分類煤的性質(zhì)及工業(yè)分類 由于成煤的原始物質(zhì)、生成環(huán)境及所受的變質(zhì)作用不同，煤的種類很多，其物理性質(zhì)和化學(xué)組成也有差別。性質(zhì)不同的煤在工業(yè)上的用途是不相同的。因此，研究煤的性質(zhì)，正確地對煤進行分類，是合理開發(fā)煤炭資源的重要前提。 一、煤的性質(zhì) 1、煤的物理性質(zhì) 光澤、顏色、條痕、硬度、脆度、密度和容重、導(dǎo)電性等。煤的物理性質(zhì)與煤中所含雜質(zhì)有關(guān)，成分相同的煤的物理性質(zhì)是隨變質(zhì)程度而改變的。少量磷少量磷有機硫有機硫氮氮氧氧氫氫碳碳有機質(zhì)有機質(zhì) 2、煤的化學(xué)組成 煤的化學(xué)組成主要是有機質(zhì)和無機質(zhì)兩大類。無機質(zhì)包括無機礦物質(zhì)和水

7、分。 二、煤的工業(yè)分類 1、常用的煤質(zhì)指標(biāo)含矸率含矸率膠質(zhì)層膠質(zhì)層厚度厚度Y Y發(fā)熱量發(fā)熱量Q Q揮發(fā)分揮發(fā)分V V灰分灰分A A水分水分W W煤煤 2、煤的工業(yè)分類 煤的工業(yè)用途很廣，各工業(yè)部門對煤質(zhì)均有特定的要求，而各地所產(chǎn)的煤種很多，性質(zhì)差別很大，要使煤炭資源得到合理開發(fā)和充分利用，就必須對煤進行工業(yè)分類。 按工業(yè)用途分：動力煤、化工用煤、煉焦用煤等幾類。 按照煤的變質(zhì)程度和結(jié)焦性能，我國現(xiàn)行的工業(yè)分類是以煉焦煤為主的分類方案，主要用可燃基揮發(fā)分和膠質(zhì)層的最大厚度為指標(biāo)劃分和種類，從無煙煤到褐煤分為12大類別，或稱10大煤種。安全第一第三節(jié)第三節(jié) 煤層的埋藏特征煤層的埋藏特征 由于成煤時

8、期的原始條件和受地殼運轉(zhuǎn)的影響不同，埋藏在地下的煤層賦存狀態(tài)、煤層頂板巖石性質(zhì)及含水性、煤層的含瓦斯性及自燃傾向以及受地質(zhì)構(gòu)造影響的程度等都有明顯的差別，而這些問題都與采礦工程有密切關(guān)系，因此有必要進行較詳細的研究。 一、煤層賦存狀態(tài) 煤層是工采的對象，與采礦工程密切相關(guān)的是煤層的厚度、結(jié)構(gòu)、傾角及穩(wěn)定性。 1、煤層的厚度 是指煤層頂?shù)装逯g的垂直距離。 在實際工作中，根據(jù)開采技術(shù)條件的特點，按厚度將煤層分為以下幾類： 薄煤層： 3.5m 有時習(xí)慣將煤層厚度大于6.0m的煤層稱為特厚煤層。 2、煤層的穩(wěn)定性 （1）穩(wěn)定煤層。 （2）較穩(wěn)定煤層。 （3）不穩(wěn)定煤層。 （4）極不穩(wěn)定煤層。 3、煤

9、層結(jié)構(gòu) （1）簡單結(jié)構(gòu)煤層。 （2）復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層。 二、煤層頂?shù)装?三、地質(zhì)構(gòu)造對煤層的影響三、地質(zhì)構(gòu)造對煤層的影響 沉積巖層和煤層在其形成時，一般都是水平或近水平的，且在一定范圍內(nèi)是連續(xù)完整的。后來受到地殼運動的影響，使巖層的形態(tài)發(fā)生了變化，甚至產(chǎn)生裂縫和錯動，使巖層失去了完整性。這些由地殼運動造成的巖層的空間形態(tài)，稱為地質(zhì)構(gòu)造。地質(zhì)構(gòu)造的形態(tài)多種多關(guān)，概括起來可分為單斜、褶皺、斷裂構(gòu)造。 （一）單斜構(gòu)造 由于地殼運動的影響，地殼表層中的巖層絕大部分是傾斜的，極少數(shù)是水平的或接近水平的。在一定范圍內(nèi)，煤層或巖層大致向一個方向傾斜，這樣的構(gòu)造形態(tài)稱為單斜構(gòu)造。單斜構(gòu)造往往是其他構(gòu)造形態(tài)的一部分

10、，或是褶曲的一翼，或是斷層的一盤。巖層的產(chǎn)狀是指巖層的空間位置及特征。為確定傾斜巖層的產(chǎn)狀，常用3個產(chǎn)狀要素，即走向、傾向、傾角來表示，如圖所示。如圖：煤層的產(chǎn)狀要素 aa-走向；AA-走向線；CO-傾斜線；a-傾角；OB-傾向 煤層的傾角在0度90度之間變化，按煤層傾角的大小分為以下4類： 近水平煤層 8度 緩傾斜煤層 8度25度 傾斜煤層 25度45度 急傾斜煤層 45度90度 （二）褶皺構(gòu)造 煤層因受地殼運動的作用力，被擠成彎彎曲曲的狀態(tài)，但仍保持連續(xù)完整性，如圖所示。 （三）斷裂構(gòu)造 煤層因受地殼運動的作用力而破裂和錯動，失去原來的連續(xù)性完整性如圖所示。 裂隙 斷裂構(gòu)造分為 斷層 正斷

11、層 斷層分為 逆斷層 平移斷層正斷層正斷層 逆斷層逆斷層 平移斷層平移斷層 斷層要素：斷層各組成部分叫斷層要素。主要有斷層面、斷層線、斷盤、方向線（斷層交線）。如圖所示： 四、巖溶塌陷及巖漿侵入對煤層的影響 當(dāng)煤層下部分布有可溶性的石灰?guī)r、白云巖且發(fā)生巖溶時，巖溶可引起上覆煤層和巖石塌落形成陷落柱，從而破壞煤層的完整性，給開采工作帶來困難。 當(dāng)巖漿侵入煤層時，灼熱的巖漿可能吞蝕大面積的煤層，并切割煤層引起煤變質(zhì)，使煤層的穩(wěn)定性和連續(xù)性遭到破壞。 五、影響開采工作的其他因素 煤層的自燃傾向性、煤和巖層的含瓦斯性對開采工作都有重要影響。另外，煤系地層的一些含水層會對礦井開采帶來影響。安全第一第四節(jié)

12、第四節(jié) 礦井開拓方式礦井開拓方式 開拓方式：開拓方式：就是開拓巷道在井田范圍內(nèi)的布置形式。 開拓巷道：開拓巷道：從地面開掘通入煤層的一系列巷道。 以井筒形式為主要依據(jù)將礦井開拓方式分為以下四種： 一、平硐開拓一、平硐開拓 平硐開拓平硐開拓：是利用水平巷道由地面進入，并通過一系列巷道通達煤層的一種開拓方式。 適用范圍：適用范圍：山嶺、丘陵。 優(yōu)點：優(yōu)點：簡單、運輸環(huán)節(jié)少，建井速度快、投資低。 二、斜井開拓（掛圖演示）二、斜井開拓（掛圖演示） 斜井開拓：斜井開拓：利用斜井巷道由地面進入井下的開拓方式。 種類：種類：集中斜井（階段斜井）和片盤斜井。 適用范圍：適用范圍：煤層露頭上沖積層不太厚、煤層埋

13、藏不深時廣泛采用的一種開拓方式。 優(yōu)點：優(yōu)點：掘井技術(shù)較簡單，掘進速度較快，初期投資較少，建井期較短。 缺點：缺點：圍巖不穩(wěn)固時，維修費用較高；采用絞車提升時，能力較低、轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)較多、事故較多；井巷長度大時，井巷內(nèi)的管路、電纜、通風(fēng)風(fēng)路都較長；當(dāng)表土層為富含水層時，施工技術(shù)較為復(fù)雜。 斜井 三、立井開拓（堅井）三、立井開拓（堅井） 立井開拓：立井開拓：利用垂直巷道由地面進入井下的方式。 主井提煤 種類及作用種類及作用 副井提升人員、矸石、材料 缺點：缺點：技術(shù)要求較高，基本建設(shè)投資較大，掘進速度較慢，井筒裝備較復(fù)雜。 適用范圍：適用范圍：煤層埋藏較深、表土層厚或水文地質(zhì)條件較復(fù)雜時。 優(yōu)點：優(yōu)

14、點：立井對地質(zhì)條件的適應(yīng)性強，井筒較短，管路、電纜、通風(fēng)風(fēng)路較短；提升速度快、提升能力大。立井開拓的應(yīng)用范圍十分廣泛。副井副井 主井主井 水平石門水平石門 四、綜合開拓四、綜合開拓 綜合開拓：綜合開拓：由于自然條件的變化而出現(xiàn)技術(shù)上困難或經(jīng)濟效益不合理時，主、副井可以采用不同的井筒形式，稱為綜合開拓 立井-斜井 三種主要方式 平硐-立井 平硐-斜井 北京門頭溝煤礦-立井-斜井-平硐 平硐平硐斜井斜井 立井立井二疊紀（Permian period）是古生代的最后一個紀，也是重要的成煤期。二疊紀分為早二疊世, 中二疊世和晚二疊世。二疊紀開始于距今約2.95億年，延至2.5億年，共經(jīng)歷了4500萬年

15、。二疊紀的地殼運動比較活躍，古板塊間的相對運動加劇，世界范圍內(nèi)的許多地槽封閉并陸續(xù)地形成褶皺山系，古板塊間逐漸拼接形成聯(lián)合古大陸（泛大陸）。陸地面積的進一步擴大，海洋范圍的縮小，自然地理環(huán)境的變化，促進了生物界的重要演化，預(yù)示著生物發(fā)展史上一個新時期的到來。 二疊紀是生物界的重要演化時期。海生無脊椎動物中主要門類仍是筳類、珊瑚、腕足類和菊石，但組成成分發(fā)生了重要變化。節(jié)肢動物的三葉蟲只剩下少數(shù)代表，腹足類和雙殼類有了新的發(fā)展。二疊紀末，四射珊瑚、橫板珊瑚、筳類、三葉蟲全都絕滅；腕足類大大減少，僅存少數(shù)類別。 脊椎動物在二疊紀發(fā)展到了一個新階段。魚類中的軟骨魚類和硬骨魚類等有了新發(fā)展，軟骨魚類中

16、出現(xiàn)了許多新類型，軟骨硬鱗魚類迅速發(fā)展。兩棲類進一步繁盛。爬行動物中的杯龍類在二疊紀有了新發(fā)展；中龍類游泳于河流或湖泊中，以巴西和南非的中龍為代表；盤龍類見于石炭紀晚期和二疊紀早期；獸孔類則是二疊紀中、晚期和三疊紀的似哺乳爬行動物，世界各地皆有發(fā)現(xiàn)。 早二疊世的植物界面貌與晚二疊世相似，仍以節(jié)蕨、石松、真蕨、種子蕨類為主。晚二疊世出現(xiàn)了銀杏、蘇鐵、本內(nèi)蘇鐵、松柏類等裸子植物，開始呈現(xiàn)中生代的面貌。 1、容重一般是工程上用的一立方米的重量，即單位容積內(nèi)物體的重量。而密度應(yīng)用范圍很廣，即“單位體積物質(zhì)的質(zhì)量”，液體、固體、氣體都可以用。 2、容重還表示物體由于受地球引力而表現(xiàn)出的重力特性，對于均質(zhì)流體，容重也指作用在單位體積上的重力。教科書中多用希臘字母表示。在國際單位制中，其單位是：牛頓/立方厘米 （如空氣在0攝氏度、絕對標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)下，密度為1.293千克/立方米，即1.293*10-3克/立方厘米，對應(yīng)該狀態(tài)下空氣的容重為12.70*10-3牛頓/立方厘米）。 孢子植物沒有種子的植物,用孢子繁殖。到了夏天,葉的背面會長出許多孢子囊,內(nèi)有很多具有繁殖作用的孢子。生活在樹林、田野、河流或湖泊邊的陰濕環(huán)境中。又包括蕨類植物和苔蘚植物。 裸子植物有種子，但種子裸露的植物，用種子繁殖。有根、莖、葉、種子但無花、果實。生活在干燥的環(huán)境里。有銀杏、水衫等。 被子