煤矿安全生产技术知识(教案)

第一章概况

第一节我国的煤矿建设与发展

一、煤炭在国民经济中的重要地位

1、煤炭是中国工业生产的动力基础；被伟大的无产阶级革命导师列宁称为“工业的真正粮食”。

2、煤炭是我国的主要化工原料之一；通过炼焦及干馏科得到焦炭及化工原料煤焦油、煤气。

3、煤炭是我国人民生活的重要物质；

4、煤炭是我国出口创汇的主要物资。

第二节矿井地质

一、煤的形成及埋藏特征

（一）、煤的形成

煤是一种可燃烧的“石头”。它是由古生物遗体沉积在沼泽环境后，在高温、高压条件下再经过一系列物理变化和化学变化而生成的。煤的形成可分成两个阶段：

1、泥炭化阶段

古生物遗体被搬运到地表较低的湖泊沼泽环境中沉积。由于被水淹没、浸泡、大大地减少了与空气中氧气的接触，在厌氧细菌的分解活动下逐渐形成泥炭。

2、成煤阶段

当泥炭形成后，由于地壳继续发生沉降，泥炭层很快被其它沉积物所掩盖。这样，泥炭才能保存下来。随着地壳的进一步沉降，泥炭层下降到地下较深的地方，它上面覆盖的沉积物愈来愈厚。在压力和地温的共同作用下，原来疏松、多水的泥炭爱到紧压、脱水、胶结、聚合、体积大大缩小，结果地壳变成最初的煤——褐煤。

（二）煤的埋藏特征

煤层是我们的开采对象，我们最关心的是煤层的埋藏特征。煤层埋藏特征包括煤层的厚度、结构、倾角及稳定性等，这些特征和我们的采煤方法及安全有很大的关系。

1、煤层的结构

根据煤层中有无较稳定的矸石层，可将煤分为两类，即简单结构和复杂结构层。

（1）简单结构层。这类煤层中没有呈层状出现的稳定的矸石层，但仍然可能夹有较少的矿物质或结核。简单结构煤层反映出当初形成时，沼泽中植物遗体的沉积基本上上连续的。

（2）复杂结构层。复杂结构煤层中常含有较稳定的夹石层，少则一层，多则几层。简单结构煤层反映出当初形成时泥炭沉积曾为间歇性，即在泥炭沉积又沉积了泥砂，再后来又沉积了泥炭，而沉积的泥砂则形成夹矸。

2、煤层的厚度

煤层的厚度指煤层顶底板之间的垂直距离。根据开采技术特点，煤层按厚度分为以下3类：薄煤层 <1.3m

中厚煤层 1.3m～3.5m

厚煤层 >3.5m

3、煤层的倾角

煤层的倾角是指煤层相对水平面的夹角。根据倾角大小将煤层分为以下4类：

近水平煤层 <8°

缓倾斜煤层 8°～25°

倾斜煤层 25°～45°

急倾斜煤层 >45°

4、煤层的稳定性

任何煤层的厚度，实际上都是变化的，有时厚有时薄，甚至尖灭。根据厚度变化情况可将煤层分为下列四类：

（1）稳定煤层。

这种煤层在整个矿井开采范围内厚度均大于最小可采厚度，且厚度的变化有一定的规律性。

（2）较稳定煤层。

在矿井开采范围内绝大多数煤层基本上可采，而只有局部煤层不可采。

（3）不稳定煤层。

这样的煤层厚度变化很大，有薄有厚，甚至尖灭。经常出现不可采区域。

（4）极不稳定煤层。

煤层常驻呈鸡窝状，断断续续分布，在井田范围内仅局部可采。

二、地质构造

煤层在形成时，一般是水平或近水平的，在一定的范围内是连续完整的。但是，后来长期的地质历史中，地壳发生了各种运动，使煤层的空间形态发生了变化。我们把由地壳运动而造成的岩层的空间形态叫地质构造。

在矿井范围内，地质构造是多种多样的。简单概括起来可分为三种基本构造类型，即单斜构造、褶皱构造和断裂构造。

（一）单斜构造

煤层产状包括煤层以下三方面：

倾斜煤（岩）层层面与水平面的交线称为走向线。走向线的方向代表煤层的走向。

（2）倾向

在煤层层面上和走向线垂直向下的线叫倾斜线。倾斜线在水平面上的投影线代表煤层的倾向。

（3）倾角

煤层倾斜线和水平面的夹角叫煤层的倾角。

在一个井田范围内，煤层大致向同一方向倾斜，称为单斜构造。

（二）褶皱构造

当水平煤层受到水平方向的挤压力后，煤层产生弯曲，但没有丧失其原有的连续性。这种构造叫褶皱构造。褶皱构造有以下两种：

（1）背斜

在形态上是一个中间向上凸起的弯曲，煤层从中心向两侧倾斜。

（2）向斜

在形态上是一个中间向下凹去的弯曲，煤层从两面侧向中心倾斜。

（三）断裂构造

当煤层受力后，作用力超过煤层的强度，煤层所产生的错位、断裂叫断层。断裂后，如果两侧煤层没有明显的位移叫作裂隙；如果发后了明显的位移则叫做断层。

（1）裂隙。煤层受到作用力后，发生断裂但没有明显的位移，只是产生了许多裂缝，导致煤层破碎。

（2）断层。断裂出现后，煤层则完全丧失了原来的连续性和完整性。根据断裂后煤层的形态，可将断层分为（1）正断层（2）逆断层（3）平推断层三种。

（四）陷落柱

在煤层底板以下的石灰岩中，由于酸性水的作用会形成许多溶洞。而且随酸性水的不断补给，溶洞不断增大。最后导致其上部岩层的整体陷落，形成一个下部大，上部小的破碎柱体叫陷落柱。

第三节矿井开拓

一、巷道掘进

在煤（岩）体中采用一定的破岩手段将部分岩石破碎下来，形成掘进空间，接着对这个空间进行支护的工作叫巷道掘进。根据掘进中的机械化程度，可将巷道掘进分为以下两种：（一）钻爆法掘进

钻爆法掘进是利用打眼爆破的方式将岩石破碎下来的掘进方法。其掘进方式工艺如下：

1、钻眼放炮

（2）装药、放炮

2、通风排烟

3、装岩

4、掘进岩石运输

5、掘进巷道支护

（二）综合机械化掘进

1、综掘工艺

（1）破岩

（2）装岩及运输

（3）掘进机的行走机构

2、综合机械化掘进中的安全注意事项

综合机械化掘进在掘进效率上有很大的提高。但是，由于在使用过程中的各种失误，曾发生过绞人、倒柱、冒顶以及摩擦火花引燃瓦斯等事故。所以，综掘安全问题应引起我们的重视。

为了综掘机的安全运行，防止事故的发生，要求综掘机必须是经专门培训、经考试合格的人员持证上岗。在工作中，必须严格执行《规程》中使用掘进机掘进的规定。工作面其他人员不能开动掘进机，当综掘机发出启动后要远离掘进机，决不能在综掘机前方停留，防止绞人事故发生。

第四节矿井生产系统

一、煤矿运输、提升系统

1、运煤系统

2、排矸系统

3、材料运输系统

二、通风系统

矿井通风系统是煤矿井下生产中最重要的系统。通风系统合理、正常运行，才能保证井下有毒气体的稀释和排放，才能保证人员呼吸所需的新鲜空气，才能创造井下良好的气候条件。否则，就无法生产。

三、供电系统

供电系统是给矿井提供动力的系统。由于煤矿企业的特殊性，对矿井的供电系统要求绝对可靠，不能出现随意断电事故。为了保证可靠供电，要求必须有双回路电源，同时保证矿井供电。如果一路电出故障，另一路电必须立即供电。否则，就会发生重大事故。

四、供、排水系统

另处，矿井水必须排到地面，否则会淹没采掘工作面。为此，矿井都建有供、排水系统。

1、矿井供水系统

矿井地面蓄水池通过管道→井筒→井底车场→水平运输大巷→采区上（下）山→区段集中巷→工作面两巷。

在供水管道系统中，有大巷洒水、喷雾、防尘水幕。煤的各个转载点都有洒水灭尘喷雾装置，采掘工作面机械设备供电系统等。

2、矿井排水系统

矿井水主要来自于地下含水层水、顶底板水、断层水、采空区水及地表水的补给。在生产中必须排到地面。为了排出矿井水，矿井一般都在井底车场处设有专门的水仓及主水泵房。主水泵房一般都有两个，其中一个储水、一个清理。

水仓中的水则是由水平大巷的水沟流入的。在水平运输大巷行人道一侧挖有水沟，水会流向井底车场方向。排水沟需要经常清理，保证水的顺利流动。

除矿井大的排水系统处，井下采掘工作面有时积水无法自动流出，还需要安装水泵排出。根据水量随时开动水泵排水。

五、其它系统

1、瓦斯监控及抽放系统

2、注氮防灭火系统

3、通信系统

4、压风系统

第五节采煤方法

采煤方法是采煤系统和回采工艺这两项内容的总称。不同的采煤方法所采用的采煤巷道布置系统及回采工艺不同。以下是几种常见的的巷道布置系统和采煤工艺：

一、采煤工作面巷道布置

1、走向长壁采煤法工作面巷道布置

走向长壁采煤中的“走向”是指工作面的两巷顺煤层走向布置，工作面沿走向向前推采。而“长壁”是指工作面煤壁较长。

2、倾斜长壁采煤工作面巷道布置

倾斜长壁采煤工作面的进风巷和回风巷是沿煤层的倾斜方向布置的。工作面也是沿煤层倾斜方向推进。

3、急倾斜煤层采煤工作面巷道布置

方法方面和缓倾斜煤层差异很大。下面是目前常见的几种急倾斜煤层采煤方法及巷道布置。

（1）台阶采煤法工作面巷道布置

台阶式采煤方法是我国用于开采急倾斜薄及中厚煤层的一种走向长壁采煤法。根据上下台阶间的相对位置关系，台阶式采煤方法又可分为①正台阶、②倒台阶2种，这两种台阶采煤法工作面巷道布置是根据煤层倾角大，把工作面煤壁设计为台阶状。

（2）水平分层采煤法工作面巷道布置

水平分层采煤法是开采急倾斜厚煤层的常用方法。它是将急倾斜煤层划分成若干个厚2~3m 的水平分层，每一分层布置一个回采工作面。

（3）伪斜柔性掩支架采煤工作面巷道布置

伪斜柔性掩支架采煤工作面呈伪斜布置，沿走向推进。

二、采煤工作面回采工艺

1、炮采工作面回采工艺

炮采工作面是指以钻爆法落煤、人工装煤、金属磨擦支柱或单体液压支柱配合金属铰接顶梁或π型梁支护的工作面。

（1）工作面破煤

①工作面炮眼布置

②装药放炮

（2）装煤

（3）运煤

（4）支护

（5）采空区处理

2、普通机械化采煤工作面回采工艺

（1）破煤

（2）装煤

（3）运煤

（4）支护

（5）采空区处理

3、综合机械化采煤工作面回采工艺

综合机械化采煤工作面是在工作面配备了大功率的双滚筒采煤机、大功率的可弯曲刮板输送机、液压自移支架及转载机、可伸缩胶带输送机，实现了工作面破煤、装煤、运煤、支护及采空

工艺：由于采用了大功率双滚筒采煤机，可在工作面实现一次采全高。采煤机首先由工作面下顺槽处完成斜切进刀割入煤壁后，开始向上割煤。割煤同时滚筒上的螺旋叶片和挡煤板配合将煤装入工作溜槽中运出。在采煤机割煤同时滞后一段距离拉架并推输送机，支架后方的顶板在拉架中自然垮落。

第二章顶板管理

一、煤层的顶板

煤层上面的岩层叫顶板。顶板可分为：

1、伪顶

伪顶是在煤层之上，紧贴煤层的一层松软岩层，一般厚度0.3~0.5m。

2、直接顶

直接顶是位于伪顶之上或煤层之上的顶板，它具有一定的稳定性。

3、老顶

老顶是在直接顶上方的岩层，一般由坚硬岩层组成。

二、采掘工作面顶板控制

（一）采煤工作面顶板控制

1、普通机械化及炮采工作面顶板控制

（1）金属磨擦支柱

（2）单体液压支柱

（3）HDJA型金属铰接顶梁

（4）π型梁

（5）单体支柱配合金属顶梁支护方式

2、综合机械化工作面顶板控制

（1）支撑式支架

（2）掩护式支架

（3）支撑掩护式支架

（二）掘进工作面顶板控制

1、砌碹支护

砌式支护是支护形式中最有力的支护形式。支护的材料有料石、砖及混凝土。砌碹支护一般用于服务年限长的开拓巷道及主要硐室。

2、棚式支护

钢及U型钢。架棚的形式是梯形棚和拱型棚等。

3、锚杆支护

煤矿井下使用的锚杆有木锚杆、竹锚杆、废钢丝绳锚杆、金属管缝式锚杆、钢筋锚杆和玻璃钢锚杆。

锚杆支护的配套形式有：锚喷支护、锚网支护、锚网喷支护、锚梁支护、锚杆钢带支护等。

第三章采掘质量标准化标准

一、采煤质量标准化知识

1、顶板管理：

（1）工作面控顶范围内，顶底板移近量按采高≤100mm/m。检查方法：沿工作面选10个点，量取机道及顶板冒落参数，有三点不合格时该小项为不合格。

（2）工作面顶板不要出现台阶下沉，综采工作面支架前梁接顶严实；检查方法：工作面全面检查，出现台阶该小项为不合格，一架支架未接顶扣0.5分，扣完为止。

（3）机道梁端至煤壁顶板冒落高度不大于200mm，综采工作面不大于300mm。检查方法同（1）。

（4）不随意留顶煤，必须留顶煤托夹矸时必须有专项批准的措施。检查方法；工作面全面检查，一处有顶煤该项为不合格。

2、工作面支护

（1）新设支柱初撑力必须满足Φ80mm≥60KN、Φ100mm≥90KN的要求；工作面支柱要打成直线，其偏差不超过±100mm（局部变化地区可加支柱）。柱距偏差不超过±100mm，排距偏差不超过±100mm。检查方法：沿工作面均匀选5点和在各点间任选5个点，共10点。一处不合格扣1分，扣完为止；合格率低于70%不得分；检查直线性时，拉线分段长度小于50m。

（2）支柱全部编号管理，不缺梁、少柱，底板松软时，支柱要穿柱鞋，钻底＜100mm。检查方法：全面检查，一处不合格扣0.5分，扣完为止。

（3）液压支架初撑力不低于规定的80%；支架排列成一条直线，其偏差不得超过±50mm，中心距不超过±100mm。

（4）液压支架顶梁与顶板平行支设，其最大仰、俯角＜7°。

（5）相邻支架间不能出现明显错差（不超过顶梁侧护板的2/3），不挤架、咬架。

3、安全出口与端头支护

（1）工作面上、下端头处正确使用“四组八梁”支护，并保证初撑力满足要求。检查方法：梁柱全部检查，出现一处不合格该小项不得分。

（2）工作面上、下出口的两巷超前支护按要求打设。超前支护支架完整无缺，普采高度不低

10个，一处不合格扣1分，扣完为止。

4、回柱放顶

（1）切顶线支柱数量齐全，无空载和失效柱，挡矸有效，特殊支护符合作业规程要求，放顶时按组配足水平楔（每组不少于3个）。检查方法：全面检查，一处不合格扣1分，扣完为止。

管线吊挂整齐，人行侧宽度不小于0.7m。检查方法：工作面全面检查，一处不合格扣1分，扣完为止。

7、机电设备管理

（1）乳化泵站和液压系统完好，不漏液，压力≥18MPa（综采≥30MPa）乳化液浓度不低于2%—3%（综采3%—5%）；使用乳化液自动配比器，有现场检查手段。

（2）工作面输送机与顺槽输送机搭接合理，底链不拉回煤，顺槽输送机挡煤板、刮板及螺丝齐全完整，工作面输送机铲煤板齐全完整。

（3）顺槽胶带输送机机架、托辊齐全完好、胶带不跑偏，电缆悬挂、管子铺设符合规定，开关上架，电气设备有防水设施。

（4）采煤机完好，不漏油、不缺齿。

以上四点检查方法：工作面全面检查，一处不合格扣1分，扣完为止。

8、安全管理

（1）支柱（支架）高度与采高相符合，不得超高使用。

（2）综采支架不漏液、不串液、不卸载。支架垂直顶底板，歪斜度＜5°

以上两点检查方法：工作面全面检查，一处不合格扣1分，扣完为止。

二、掘进巷道质量标准化标准

（一）可缩性支架支护工程质量标准化标准

1、可缩性支架支护巷道的净宽、净高规格符合以下标准：净宽偏差为0～+100mm，净高偏差为0 ～ +100mm为合格；净宽偏差为0 ～ +50mm，净高偏差为0 ～ +50mm为优良。

2、水平巷道支架的前倾、后仰符合以下标准：偏差±1°（1m垂线不大于17mm）为合格，偏差±0.5°（1m垂线不大于9mm）为优良。

3、倾斜巷道支架的迎山角应符合以下规定：偏差+1°，不退山为合格；偏差+0.5°不退山为优良。

4、支架腿窝深度应符合以下规定：腿窝挖到实底，棚腿架在实底上，其深度不小于设计30mm 为合格；腿窝挖到实底，棚腿架在实底上，其深度符合设计要求为优良。

5其它允许偏差项目

（2）卡缆螺栓扭距：≤5%。用扭距扳手量检查点前一架支架螺栓扭距。

（3）支架间距：±50mm尺量检查点前两架支架间立柱中至中的距离。

（4）支架梁扭距：≤80mm。在检查点前两架支架拱基线水平面上，尺量后一架支架梁的中线点至前一架梁两端与立柱的搭接点的距离，求其差植。

（5）卡缆间距：±20mm。尺量检查点前一架支架的卡缆间距。

（二）锚杆支护工程质量标准化标准

1、锚杆安装牢固，托板紧贴壁面，未接触部位必须用木楔加紧。

2、锚索的钻孔轴线与设计轴线的偏差角不大于2°；安装深度不小于设计的95%；预紧力不小于设计值。

4、偏差标准：

(1）间、排距偏差±100mm；

(2)锚杆方向与井巷轮廓线（岩层层理）夹角≤15°；

(3)锚杆孔深度偏差为0～50mm；

(4)锚杆外露长度（露出托板）≤50mm。

(5)锚索孔距偏差±100mm；

(6)锚索孔深偏差为0～+200mm；

(7)锚索外露长度≤350mm。

（三）其他标准

1、井下作业场所必须实行综合捕尘，岩巷要实行湿式凿岩。

2、巷道内无杂物、无淤泥、无积水（淤泥、积水长度不超过 5m，深度不超过0.1m）、无浮矸，材料工具要码放整齐。

3、作业场所要有施工断面图，（并标明风筒及管线吊挂位置），炮眼布置图及爆破说明书和避灾路线图。

4、永久支护到工作面迎头的距离符合作业规程要求，并使用临时支护，严禁空顶作业。采用支架支护巷道，必须使用拉杆或撑木；炮掘工作面在迎头5～10m以内还必须设置其它防倒装置。

5、放炮员持证上岗，引药制做、炸药雷管存放、放炮距离及放炮警戒等符合规程要求。

第四章洗煤知识

一、概述

洗煤就是原煤送入洗煤厂，经过洗选加工，除去煤炭中矸石及杂质，将原煤变成精煤的过程。精煤的种类及成分指标有如下规定：

2号精煤：硫分0.5%；灰分8-9%，平均9.6%；热值26-28%，平均26.8%

3号精煤：硫分0.6%；灰分9-16%，平均136%；热值24-26%，平均25.3%

二、洗煤方法

煤炭洗选是利用煤和杂质（矸石）的物理、化学性质的差异，通过物理、化学或微生物分选的方法使煤和杂质有效分离，并加工成质量均匀、用途不同的煤炭产品的一种加工技术。按选煤方法的不同，可分为物理选煤、物理化学选煤、化学选煤及微生物选煤等。

物理选煤是根据煤炭和杂质物理性质（如粒度、密度、硬度、磁性及电性等）上的差异进行分选，主要的物理分选方法有①重力选煤，包括跳汰选煤、重介质选煤（原理：比介质密度大的煤矸石或中煤下沉，精煤浮在介质上面，从而分离开矸石与精煤）、斜槽选煤、摇床选煤、风力选煤等。②电磁选，利用煤和杂质的电磁性能差异进行分选，这种方法在选煤实际生产中没有应用。

物理化学选煤—浮游选煤（简称浮选），是依据矿物表面物理化学性质的差别进行分选，目前使用的浮选设备很多，主要包括机械搅拌式浮选和无无机械搅拌式浮选两种。

化学选煤是借助化学反应使煤中有用成分富集，除去杂质和有害成分的工艺过程。目前在实验室常用化学的方法脱硫。根据常用的化学药剂种类和反应原理的不同，可分为碱处理、氧化法和溶剂萃取等。

三、洗煤工艺

一般来说，选煤厂由以下主要工艺组成：

（1）原煤准备：包括原煤的接受、储存、破碎和筛分。

（2）原煤的分选：目前国内的主要分选工艺包括跳汰-浮选联合流程；重介-浮选联合流程；跳汰-重介-浮选联合流程；块煤重介-末煤重介旋流器分选流程；此外还有单跳汰和单重介流程。

（3）产品脱水：包括块煤和末煤的脱水，浮选精煤脱水，煤泥脱水。

（4）产品干燥：利用热能对煤进行干燥，一般在比较严寒的地区采用。

（5）煤泥水的处理。

四、煤炭洗选的作用：

（1）提高煤炭质量，减少燃煤污染物排放

煤炭洗选可脱除煤中50%－80％的灰分、30%－40％的全硫（或60%～80%的无机硫），燃用洗选煤可有效减少烟尘、SO2和NOx的排放，入洗1亿t动力煤一般可减排60～70万tSO2，去除矸石16Mt。

（2）提高煤炭利用效率，节约能源

煤炭质量提高，将显著提高煤炭利用效率。一些研究表明：炼焦煤的灰分降低1%，炼铁的焦

发电用煤灰分每增加1%，发热量下降200～360J/g,每度电的标准煤耗增加2～5g；工业锅炉和窑炉燃用洗选煤，热效率可提高3%~8%；

（3）优化产品结构，提高产品竞争能力

发展煤炭洗选有利于煤炭产品由单结构、低质量向多品种、高质量转变，实现产品的优质化。我国煤炭消费的用户多，对煤炭质量和品种的要求不断提高。有些城市，要求煤炭硫分小于0.5%，灰分小于10%，若不发展选煤便无法满足市场要求。

（4）减少运力浪费

由于我国的产煤区多远离用煤多的经济发达地区，煤炭的运量大，运距长，平均煤炭运距约为600公里，煤炭经过洗选，可去除大量杂质，每入洗100Mt原煤，可节省运力9600Mt.km。