煤 礦 采 掘 基 本 知 識一、礦井爆破〔一〕爆破器材炸藥炸藥是在肯定條件下，能夠發(fā)生快速化學反響、放出大量熱量、生成大量氣體產物，顯示爆炸效應的化合物或混合物。炸藥爆炸后，在巖體內產生瞬時高壓沖擊波，沖擊波從爆源向巖體內傳播，并對四周煤巖體發(fā)生作用，把煤炭或巖石裂開下來。礦用炸藥分為煤礦許用炸藥和非煤礦許用炸藥，準許在地下有瓦斯和煤塵爆炸危急的工作面使用的安全炸藥稱為煤礦許用炸藥。煤礦井下的全部爆破作業(yè)工作面，必需使用煤礦許用炸藥。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。發(fā)爆器發(fā)爆器是用來供給電爆網路的電雷管起爆電能的儀器。《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，井下爆破必需使用發(fā)爆器。〔二〕爆破技術1、掘進工作面爆破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：〔又名掏心眼。掏槽眼的作用是首先將工作面上某局部巖石裂開下來，為工作面形成其次個自由面，為其他炮眼的爆破制造有利條件。掏槽眼應比其他炮眼深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-關心眼 ②關心眼。關心眼又稱崩落眼，其作用是大量崩落巖石和進一步擴大掏槽的炮眼。500~700③周邊眼。周邊眼是爆落巷道周邊巖石，最終形成巷道斷面設計輪廓的炮眼。有頂眼、幫眼、底眼和水溝眼。主要爆破參數巷道掘進的爆破參數主要包括炮眼直徑、炮眼深度、炮眼數目、單位炸藥消耗量的具體規(guī)定。巷道掘進爆破作業(yè)要依據《煤礦安全規(guī)程》及爆破參數執(zhí)行。2、回采工作面爆破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、煤質較軟及節(jié)理發(fā)育的煤層。雙排眼：包括對眼、三花眼。一般用于采高較小的中厚煤層及煤質中硬的工作面。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。主要爆破參數炮采工作面的爆破參數主要包括炮眼布置、間距、炮眼深度、炮眼數目、單位炸藥消耗量的具體規(guī)定。炮采工作面爆破作業(yè)要依據《煤礦安全規(guī)程》及爆破參數執(zhí)行。3-12工作面炮眼布置a—單排眼 b—雙排對眼 c、d--雙排三花眼 e--三排五花眼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〕破巖鉆眼爆破法鉆爆破巖法是指利用電鉆或風鉆進展打眼、裝藥爆破的方法。為了提高打眼的速度可以使用特地的鉆眼機械打眼。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，通過實行肯定措施，使爆破后的巷道斷面外形、尺寸根本符合設計要求，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掌握爆破技術，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)定性與自承力量。機械化破巖法機械化破巖是指利用綜掘機對煤巖體進展切割和裂開的方法。具有掘進速度快、效率高、巷道成形好、施工質量好等優(yōu)點，在煤巷掘進中得到廣泛應用。承受綜合機械化掘進機可與自卸車、梭車、皮帶運輸機等配套，實現掘進、運輸連續(xù)作業(yè)，實現全自動鑿巖機一次成巷施工。〔二〕2輸普遍承受礦車，用人或電機車調車。掘進煤巷時可以直接用刮板輸送機或帶式輸送機運煤，綜掘設備本身連接有裝煤運煤設施。〔三〕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，其目的是阻擋圍巖變形和垮落，防〔如輕松鋼軌、礦用工字鋼、特別工字鋼、礦用特別型鋼等〕。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，其效勞年限較長。架棚支護架棚支護按棚式支架的材料構成，可分為木支架、金屬支架和鋼筋混凝土支架3分為梯形支架和拱形支架，如圖3-13所示；按支架構造可分為剛性支架和可縮性支架。3-13金屬支架a--梯形支架b--拱形支架砌碹支護3-14火、通風阻力小等優(yōu)點。缺點是施工簡單、勞動強度大、本錢高和進度慢等。直墻拱頂支護由拱、墻和根底33-14砌碹支護1--碹胎 2--工作臺3--風筒4、5—線纜6—供水管錨桿支護、噴射混凝土與噴漿支護錨噴支護。錨桿支護就是將錨桿預設在圍巖中，使巖體得以加固，形成一個完整的支護構造，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分散硬化而成的一種支護形式。3-15錨桿支護原理示意圖1—錨桿 2---巖層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。在采煤工作面內依據肯定挨次完成各項工序及其協(xié)作方式，稱為采煤工藝。采煤工藝與回采巷道布置及其在時間上、空間上的相互協(xié)作總稱為采煤方法。我國常見的采煤工藝有爆破采煤〔簡稱炮采、一般機械化采煤〔簡稱普采〕、綜合機械化采煤〔簡稱綜采〕、綜采放頂煤等。〔一〕炮采工藝的主要特點是承受爆破落煤。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。裝煤、運煤。裝煤一般承受爆破拋擲裝煤和人工裝煤2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承受液壓千斤頂或其他類型的千斤頂移置。工作面支護。工作面的支護方式一般承受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3-163-16工作面的支護方式a—齊梁直線柱 b—錯梁直線柱采空區(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)處理一般承受全部垮落法。3-17采空區(qū)處理示意圖〔二〕一般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。落煤、裝煤。普采工作面的落煤與裝煤由采煤機完成。運煤。普采工作面運煤承受可彎曲刮板輸送機。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。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。采空區(qū)處理。采空區(qū)處理與炮采工藝一樣，一般承受全部垮落法。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。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〕綜采工藝的主要特點是承受采煤機落煤，用整體自移式液壓支架支護頂板，落煤、裝煤、運煤、支護全部工序實現了機械化，綜采工作面設備布置如圖3-19機、刮板輸送機和液壓支架這三大設備均符合工作面的條件，并在生產力量、設備強度、空間尺寸等方面配套。落煤、裝煤。由采煤機完成。綜采工作面主要承受雙向割煤，來回一次進兩刀，斜切式進刀。運煤。承受可彎曲刮板輸送機運煤。支護。綜采工作面支護主要承受自移式液壓支架，工作面兩端一般承受端頭支架支護。按支架與圍巖3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，互為支點進展推、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。采空區(qū)處理。綜采工作面主要用垮落法處理采空區(qū)。3-19綜采工作面設備布置圖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—轉載機；7—膠帶輸送機；8—配電箱；9—乳化液泵站；10—設備平板列車；11—移動變電站；12—噴霧泵站；13—液壓絞車；14—集中掌握臺〔四〕綜采放頂煤工藝的主要特點是承受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，煤壁承受采煤機割煤，頂煤從支架后部放煤口放煤，用前后2綜采放頂煤與綜采工藝根本相像，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動過后裂開，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〕礦山壓力概述礦山壓力的根本概念礦山壓力是由于采掘活動的影響，在采掘空間四周巖體上及支護物上所產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現象稱為礦壓顯現。礦壓是礦壓顯現的緣由，礦壓顯現是礦壓作用的結果，礦壓存在是確定的、不行掌握的，礦壓顯現是相對的、有條件的、可以掌握的。影響礦山壓力顯現的根本因素有巖石力學性質、開采深度、煤層傾角、節(jié)理、裂隙、斷層與褶曲、擠壓與裂開帶等；巷道位置、開采程序、支護方法、頂板掌握方法、工作面推動速度、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也有很大的影響。采煤工作面直接頂的初次垮落和老頂的周期來壓〔1〕直接頂的初次垮落：工作面自開切眼向前推動一段距離后〔8-25米〕，假設沒有支護，直接頂懸露到達肯定距離，在其重力的作用下，就要開頭跨落，稱為工作面直接頂的初次垮落，這時直接頂的跨距稱為初次垮落步距。《規(guī)程》規(guī)定：采煤工作面必需按作業(yè)規(guī)程的規(guī)定準時支護，嚴禁空頂作業(yè)。直接頂不能任其自然垮落。當工作面推動距離到達初次垮落距時，要進展初次放頂。采煤工作面初次放頂時必需制定安全措施，采煤區(qū)〔隊〕長要親臨現場進展指揮。〔2〕工作面老頂的周期來壓：隨著回采工作面的推動，在老頂初次來壓以后，裂隙帶巖層形成的構造，將始終經受“穩(wěn)定-失穩(wěn)-再穩(wěn)定”的變化，這種變化將呈現周而復始的過程。由于構造的失穩(wěn)導致了工作面頂板的來壓。這種來壓也將隨著工作面的推動而呈周期性消滅。因此，由于裂隙帶巖層周期性失穩(wěn)而引起的頂板來壓現象稱之為工作面頂板的周期來壓。周期來壓的主要表現形式是：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