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1、第五章第五章 煤矿生产知识与新技术煤矿生产知识与新技术第一节 班组长煤矿地质知识须知第二节 矿井开拓方式及生产系统第三节 采掘技术第四节 机电运输与安全第五节 矿井通风第六节 煤矿生产新技术综述第一节第一节 班组长煤矿地质知识须知班组长煤矿地质知识须知 一、煤层的形态结构一、煤层的形态结构 1、煤层的形态 煤在地下通常是呈层状埋藏的，但由于沉积环境不同以及后期地质作用力的影响，煤层的形态发生了变化，一般有层状煤层、似层状煤层和非层状煤层。如图5-1所示。（1）层状煤层：煤层在一定范围内具有显著的连续性，层位稳定，煤层厚度变化有一定的规律。（2）似层状煤层：煤层有一定的连续性，层位比较稳定，煤层
2、厚度变化较大，形状像藕节或串珠等。（3）非层状煤层：煤层连续性不明显，层位极不稳定，常有分叉现象，形状像鸡窝或扁豆等。2、煤层结构 煤层的结构是指煤层中夹矸的数量和分布特征（在多数煤层中，含有厚度较薄且有时不稳定的岩层，称为夹矸）。根据煤层中有无较稳定的夹矸，将煤层分为两类。（1）简单结构煤层：简单结构煤层是指煤层中不含有夹矸或含有夹矸很少的煤层 （2）复杂结构煤层:复杂结构煤层是指煤层中含有夹矸较多的煤层，且夹矸层的层数、层位、厚度和岩性变化大，影响采掘工作面机械破煤，同时也会影响煤质，使煤的灰分增高。如图5-2所示。3、煤层厚度 煤层的厚度是指煤层顶、底板之间的垂直距离。由于成煤条件的不同
3、，煤层的厚度差异也很大，薄的仅数厘米，厚的可达上百米。煤层太薄时就失去了开采价值。通常把煤层分为3类:薄煤层 1.5m 在实际工作中，习惯上将厚度大于6 m 的煤层称作特厚煤层。3、煤层的产状要素 煤层的产状要素是指煤层的走向、倾向及倾角（简称煤层产状三要素），如图5-3所示：（1）走向：煤层走向线是指煤层层面与水平面相交的线。（2）倾向：煤层层面上与走向线垂直的线叫倾斜线。倾斜线由高向低在水平面投影所指的方向称为倾向。（3）倾角：煤层层面与水平面所夹的最大锐角称为倾角。倾角大小反映煤层在空间的倾斜程度。二、煤层的顶、底板 顶板：位于煤层上面的岩层。底板：位于煤层下面的岩层。煤层顶底板一般是由
4、砂岩、粉砂岩、泥岩、页岩、黏土岩或石灰岩等组成。按顶板与煤层相对位置及垮落难易程度，可将煤层顶板分为伪顶、直接顶和老顶（又称基本顶），把底板分为直接底和老底。如图5-4所示。（1）伪顶：伪顶是紧贴在煤层之上，极易垮落的薄岩层。（2）直接顶：由一层或几层厚度不定的泥岩、页岩、粉砂岩等比较容易垮落的岩层所组成，一般能随回柱放顶在采空区及时垮落。（3）老顶：老顶又叫基本顶，一般指位于直接顶之上（有时也直接位于煤层之上）厚而坚硬的岩层。（4）直接底：直接底是指位于煤层之下厚度较薄（约0.20.4m）的岩层。（5）老底：老底位于直接底或煤层之下，一般由砂岩或石灰岩等坚固岩层所组成。三、矿井地质构造及分类
5、三、矿井地质构造及分类 地质构造可分为单斜构造、褶皱构造和断裂构造三大类型。（一）单斜构造 岩（煤）层受地质作用力的影响，产生向一个方向倾斜的形态，这样的构造形态称为单斜构造。（二）褶皱构造 岩（煤）层在地质作用力的作用下发生变形，呈现波状弯曲，但仍保持了岩层的连续性和完整性，这种构造形态称为褶皱。1、褶皱的基本形态 （1）背斜：在形态上是岩（煤）层向上弯拱的褶曲，其特点是两翼岩层倾向相背，核心部位是老岩层，两翼是新岩层。（2）向斜：在形态上是岩（煤）层向下弯曲，特点是两翼岩层倾向相向，核心部位是新岩层，两翼是老岩层，如图5-5所示。2、褶曲构造的基本类型 可分为大型褶曲、中型褶曲和小型褶曲三
6、类。（1）大型褶曲：是指影响井田划分和整个矿井开拓系统的褶曲构造，它是矿井设计考虑的主要问题。（2）中型褶曲：是指影响采区布置的褶曲，它是大型褶曲构造的次一级伴生构造。（3）小型褶曲：是指采面准备过程中在巷道中见到的小褶曲。3.褶曲构造对煤矿生产及安全的影响 （1）褶曲构造影响巷道布置。如果掘进巷道在煤层中布置，前方出现褶曲后不能保持巷道的水平状态。（2）大型背斜的轴部煤层中瓦斯含量大。（3）大型向斜的轴部顶板压力大，易发生顶板冒落事故。（4）对于矿井水大的矿井，向斜的轴部会积存大量水，不利于安全生产。（5）有煤与瓦斯突出的矿井，向斜的轴部又是煤与瓦斯突出的危险区。（三）断裂构造 岩（煤）层受
7、到地质作用力后遭到破坏，在一定部位沿一定的方向产生断裂，这种失去连续性和完整性的构造形态称为断裂构造。根据岩（煤）层断裂后断裂面两侧岩块的显著位移情况，断裂构造可分为裂隙和断层两种基本类型。1、裂隙 是指岩（煤）层断裂后断裂面两侧岩块未发生显著位移的断裂构造。它对煤矿安全生产的影响有以下几方面:（1）裂隙影响钻眼与爆破效果；（2）裂隙影响回采效率；（3）裂隙影响顶板管理方法；（4）裂隙影响工作面的布置。2、断层 断层是指岩（煤）层断裂后，断裂面两侧岩块发生显著位移的断裂构造。（1）断层要素：包括断层 面、断层线、断盘及断距等，如图5-6所示：断距可分为垂直断距（落差）和水平断距，如右图5-7所
8、示：（2）断层分类 根据断层两盘相对位移的方向分为三种基本类型，如图5-8所示：正断层:上盘相对下降，下盘相对上升的断层；逆断层:上盘相对上升，下盘相对下降的断层；平移断层:断层两盘岩块沿断层面作水平方向相对移动的断层。根据断层走向与岩层走向关系分为:走向断层:断层走向与岩层走向平行或基本平行的断层。倾向断层:断层走向与岩层走向垂直或基本垂直的断层。斜交断层:断层走向与岩层走向斜交的断层。矿井开拓是指在矿井范围内，从地面向地下开掘一系列巷道，进入煤层，建立矿井提升、运输、通风排水和动力供应等系统。一、矿井开拓方式一、矿井开拓方式 矿井开拓方式是指为开采煤炭在井田内布置巷道的方式。一般根据井筒形
9、式划分开拓方式，可分为斜井开拓、立井开拓、平硐开拓和综合开拓四类。（一）斜井开拓 斜井开拓是我国煤矿广泛采用的一种开拓方式，根据井筒位置及开拓巷道布置方式的不同，斜井开拓又有许多种形式，主要分为片盘斜井开拓和斜井分区开拓。第二节第二节 矿井开拓方式及生产系统矿井开拓方式及生产系统 （1）片盘斜井开拓 片盘斜井开拓是斜井开拓的一种最简单的形式，多用于煤田的浅部，井田的范围比较小。它是将整个井田沿倾斜方向划分成若干个阶段,每个阶段倾斜宽度可以布置一个采煤工作面。在井田沿走向的中央地面向下开凿斜井井筒,并以井筒为中心由上而下逐阶段开采。图5-9是一片盘斜井开拓的示例。井田沿倾斜方向分为四个阶段,阶段
10、内工作面按整个阶段布置,即每一阶段斜宽布置一个工作面。开拓程序如下:在井田中央沿煤层倾斜,平行间隔3040m 开掘主斜井及副斜井,每掘进一定距离用联络巷将井筒贯通。当井筒掘到第一片盘边界时,开掘片盘车场,同时自井筒两侧向两翼开掘第一片盘运输巷及回风巷,一直到井田边界上,上、下平巷用开切眼贯通并安装设备,即可从井田边界向井筒方向进行回采。为保证工作面生产的正常接替，在第一片盘采完之前，应按计划延深井筒，开掘第二片盘巷道，依次进行回采。煤炭的运输线路：采煤工作面 运输平巷 片盘车场 主斜井 地面。通风线路：主斜井 片盘车场 运输平巷 采煤工作面 回 风平巷 副斜井(为了避免新风与乏风相遇，在主井和
11、回风巷交叉处设置风桥，副井中也要设立风门)地面。特点：系统简单，建井工程量小；投产快，投资少；每一片盘服务年限短，需要经常进行井筒延深工作；而且在遇到地质条件发生变化时，难以保证正常生产。因而在煤田浅部地质构造简单时，可采用这种方式。（2）斜井分区式开拓 当井田划分为阶段或盘区时，利用斜井来集中分区式开拓。当井田划分为一个水平时，就叫斜井单水平分区式开拓；当井田划分为多水平时，就叫斜井多水平分区式开拓。图5-10是一典型的斜井单水平分区式开拓方式。井田划分为两个阶段,每个阶段沿走向划分为六个采区。开采水平在上、下两阶段分界面。上山阶段每个采区沿倾斜划分为五个区段,下山阶段分为四个区段。开拓程序
12、如下：在井田中部由地面平行开掘主斜井1和副斜井2(相距3050m)。主斜井安装输送机提升煤炭,副斜井安装绞车用作辅助提升。斜井井筒掘至开采水平,掘出井底车场3、阶段运输平巷4和辅巷5。到达采区中部位置后，在采区下部车场开掘采区运输上山6和轨道上山7，当采用中央分列式通风时，在主副斜井施工同时，在井田浅部中央开掘回风井口至上山阶段上部车场、区段运输平巷和回风平巷，并掘进开切眼布置工作面回采。第 二阶段为下山开采，由水平运输大巷在采区中部布置采区上部车场并沿煤层向下做采区运输下山13和轨道下山14，然后在采区内掘区段平巷，构成采煤工作面。煤炭运输线路：采煤工作面 区段运输平巷8 采区运输上山6 采
13、区下部煤仓 阶段运输平巷4 井底煤仓 斜井 地面。下山采区工作面出煤运输线路：下山采区工作面 区段运输平巷 采区运输下山13 采区煤仓 井底车场 地面。通风线路：新鲜风由主、副斜井 井底车场 水平运输平巷 采区下部车场 运输上山 采煤工作面 区段回风平巷 水平回风大巷 地面。下山采区通风线路：新鲜风由采区上部车场 采区轨道下山 区段运输平巷 工作面 回风平巷 采区运输下山 水平辅巷 水平回风大巷地面。特点：斜井的井筒掘进技术和施工设备相对简单，掘进速度快，一般无需大型提升设备，因而初期投资较少，建井期较短；在多水平开采时，掘进石门的工程量和沿石门的运输量较少；延深斜井井筒的施工比较方便，对生产
14、的干扰少。（二）立井开拓 立井开拓是采用垂直巷道由地面进入地下，并通过一系列巷道到达煤层的一种开拓方式。立井开拓除井筒形式与斜井开拓不同外，其他基本都与斜井开拓相同。如在井田和阶段的再划分、阶段内的巷道布置和开采方式以及矿井生产系统等方面，都没有明显的差别。由于开采水平设置的不同，立井又可分为立井单水平上、下山开拓和立井多水平分区式开拓。1 1、立井单水平上、下山开拓、立井单水平上、下山开拓 井田采用立井开拓，沿倾斜划分两个阶段，在两个阶段之间设置一个开采水平，为整个井田的两个阶段服务,在水平以上的阶段称为上山阶段，水平以下的阶段称为下山阶段。开拓程序如下:在井田中央，平行间隔3040m 向下
15、开掘立井及副立井，到达设计深度的水平时，开掘井底车场、运输大巷，运输大巷掘过中央采区上山50100m 后，从运输大巷向上开掘采区运输上山的轨道上山,直到井田的上部边界与风井贯通，构成通风系统,即可开掘其他巷道准备采煤工作面。在井底车场的水平面上，除运输大巷以外，还有为生产服务的各种硐室和联络各个煤层的石门。它们担负着整个矿井的运输、提升、通风、排水动力和材料供应、指挥调度等任务,是井下的生产中心。这种开拓方式多用于在煤层倾角较小或近水平煤层中。当煤层倾角较大时,要用多水平开拓。2、立井多水平分区式开拓 立井多水平开拓是用两个或两个以上的水平开拓整个井田，按开采水平服务的阶段布置方式不同，可分为
16、立井多水平上山开拓、立井多水平上、下山开拓及立井多水平混合式开拓等。（1）立井多水平上山开拓 即将井田分为多个水平，每个阶段的煤炭均向下运到相应的水平，通过主井提到地面。这种方式，每一水平只为一个阶段服务，具有上山开拓的优点。当第一个水平尚未采完，即可延深主、副井到下一个水平，为下一个水平的开拓和采区作准备。这种方式的井巷工程量较大,只适用于较大倾角的煤层。特别是急倾斜煤层。（2）立井多水平上、下山开拓 每一个水平均为上、下山服务。与上山开拓方式相比，相应减少了水平数目和井巷工程量。但这种方式增加了下山开采，下山采区的排水、通风及采区辅助提升较为困难。这种方式适用于斜长较大且倾角较小的井田。（
17、3）立井多水平混合开拓 即在整个井田中，上面的某几个水平只开采上山阶段，而最下一个水平采用上、下山的布置的方式。这种方式既发挥了单一阶段布置方式的特点，又适当减少了开拓工程量和运输工程量。总之，立井开拓可以适应各种水平的划分方式和阶段内的布置形式。立井开拓的优点是：井筒短、提升速度快、提升能力大、管线敷设短、通风阻力小、维护较容易。此外，立井开拓对地质条件适应性强，不受煤层倾角、厚度、瓦斯等条件的限制。立井开拓的缺点是：井筒掘进施工技术要求高，开凿井筒所需设备和井筒装备复杂，井筒掘进速度慢,基建投资大，等等。（三）平硐开拓 平硐开拓是利用水平巷道由地面进入地下，并通过一系列巷道通达矿体的一种开
18、拓方式。平硐开拓井田最简单、最经济，是山岭、丘陵地区广泛采用的矿井开拓方式。下图为平硐开拓示意图 平硐就是水平的岩石巷道，因为它通达地面又为全矿井服务，所以叫平硐。平硐的硐口主要根据地形和交通条件选择，平硐的布置方式与地表地形和煤层产状有关。平硐的数目应根据具体条件而定，可以只开掘一个主平硐，而在浅部地另开掘小平硐或小风井，也可以开掘主、副两个平硐。平硐一般位于煤层的底板或顶板，并且交叉于煤层的走向开掘，有时也可沿煤层走向开掘，这主要决定于煤层的赋存条件和地形条件。平硐的掘进方向与煤层的走向平行，叫走向平硐。它一般在底板岩石中开掘，条件适合时，也可以沿煤层掘进。走向平硐工程量小、投资少、出煤快
19、,但是只能单翼开采，限制了矿井的生产能力。平硐的掘进方向与煤层的走向交叉或垂直，叫交叉平硐或垂直平硐。它是平硐开拓中应用较多的一种。沿煤层或底板岩石向井田两侧掘运输大巷，并准备采区。根据地形和煤层相互关系的不同，平硐可以从煤层顶板进入断层，也可以从煤层底板进入煤层。交叉和垂直平硐初期工程量大、投资多、出煤慢，但可以两翼开采，因而矿井生产能力大。总之，平硐开拓是最简单、经济的开拓方式。它可以省去立井或斜井的开拓工程量，电机车可以从地面进入矿井，运输简单而经济，井下水可以沿井下巷道、平硐流到井外，节约了大量排水费用。一般来说，平硐开拓投资少，占用设备少，施工容易，出煤快，成本低，只要条件适合，应尽
20、量采用。（四）综合开拓 在某些条件下，如为了充分利用地形或考虑煤层埋藏深浅等特点，避免大量提前投资，以及单独用一种开拓方式在技术上和经济上不够合理时，主、副井可采用不同的开拓方式，称之为综合开拓。理论看，综合开拓的形式可以组合成六种:立井斜井、斜井立井、平硐立井、平硐斜井、立井平硐和斜井平硐开拓方式。在实际工作中具体运用哪种开拓方式，应综合考虑多方面的因素，因地制宜，最大限度地考虑地质、设备、人员、开采技术等多方面的因素，合理开发利用煤炭资源，提高经济效益 （一）矿井运输提升系统 井下采煤工作面采出的煤炭要运输提升到地面；井下开掘巷道掘出的矸石要运到井上排矸场；井下各种支护材料、采掘设备也同样
21、要通过运输到使用地点；还有人员进出矿井等，这些都需要依靠矿井的运输提升系统来完成。所以说，运输提升系统是煤矿的一个非常重要的系统。1、运煤系统 矿井的运煤系统如图5-12所示：从采煤工作面采落的煤炭（通过刮板输送机）工作面运输巷（通过转载机和带式输送机）区段溜煤眼区段岩石集中巷（通过带式输送机）采区煤仓石门（用架线电机车）水平运输大巷（用架线电机车）井底车场井底煤仓主井（主井提升绞车）地面。二、矿井生产系统二、矿井生产系统 2、排矸系统 掘进工作面矸石装入矿车（用蓄电池电机车）采区轨道上山（用采区提升绞车）或盘区石门（用架线电机车）水平运输大巷（用架线电机车）井底车场副井底（用提升绞车）地面（
22、用架线电机车）矸石山（用绞车）。3、材料运输系统 地面材料设备库（用架线电机车）副井口（通过副井绞车）井底车场（用架线电机车）水平运输大巷（用架线电机车）采区或盘区车场（用架线电机车）轨道上山（用采区绞车）或盘区石门（用架线电机车）区段集中巷（用蓄电池机车）材料斜巷（用调度绞车）采煤工作面材料巷（用调度绞车）工作面材料存放点。4、电机车在井底车场和装车站的运行调车方式 （1）电机车在井底车场的调车运行路线。图5-13为刀式车场和卧式车场线路图。电机车在车场的运行路线为:电机车牵引重列车进入甩车线2后摘钩,机车头经通过线1进入空车线4等待空列车。重列车由调车绞车牵引进入翻车机,卸煤后进入空车线由
23、机车经空车线4牵引离开车场进入大巷。从副井下来的材料在存车线3处编组,电机车头经空车线到3处材料车牵引到大巷。（2）电机车在采区装车站的调车运行方式。采区装车站有两种形式,一种是大巷装车站,另一种是绕道装车站。大巷装车站电机车运行路线是:电机车牵引空列车进入空车储车线4后摘钩,挂上重车储车线5上的重列车经道岔进入大巷重车线。此时,空列车在调度绞车牵引下装煤进入重车储车线,如图5灢14所示。绕道式装车站电机车的调车运行方式为:电机车牵引空列车由空车线1经道岔4进入重车线后,将空车顶入绕道线3装煤。待列车装完煤后机车头经重车线进入重列车前方,挂钩牵引重车列车运出装车站,如图5灢15所示。（二）矿井
24、通风系统及通风路线 矿井通风系统同样是煤矿井下生产中最重要的生产系统。矿井通风系统包括矿井通风方式、主要通风机的工作方式及井下通风网络三大部分。通风系统合理且正常运行才能保证井下安全生产。否则，就会发生重大伤亡事故。矿井通风路线是：地面新鲜空气副井（进风井）井底车场主石门水平运输大巷（进风大巷）采区石门进风集中巷进风斜巷工作面进风巷采煤工作面工作面回风巷回风集中巷阶段总回风巷出风井地面。除了矿井的通风系统外，还有局部通风地点。如图所示：（三）矿井供电系统 矿井供电系统是给矿井提供动力的系统，由于煤矿生产的特殊性，对煤矿企业的供电系统要求绝对可靠，不能出现随意断电事故，否则会造成矿井重大事故的发
25、生。为了保证矿井的可靠供电，要求每一矿井必须有双回路电源。矿井的供电系统是:双回路电网矿井地面变电所井下中央变电所采区变电所工作面各用电点。对于大型综合机械化矿井，在工作面材料巷内布置有移动变电站，保证采煤工作面供电。（四）矿井供排水系统 煤矿井下生产，如喷雾洒水防尘、灭火等都需要用水，所以必须建立矿井供水系统；同时又必须将矿井涌水排到地面，否则会淹井影响生产，所以矿井要建立供排水系统。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(回风)大巷 采区上下山 区段集中巷 区段斜巷 工作面两巷 工作面采掘设备。在供水管道系统中,有大巷的洒水喷雾、防尘水幕；煤炭的各个转载点有洒水
26、喷头；采掘工作面洒水灭尘喷雾装置、采掘工作面机械设备供水系统等。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、采空区积水、老窖水、溶洞水及地表大气降水的补给。这些水会影响煤矿的正常生产,甚至造成淹井事故。所以,必须将矿井水排到地面。为了排出矿井水,除平硐开拓方式外,一般矿井都在井底车场下部设有专门的水仓,在水仓上部设有水泵房,井底主水仓一般有两个,一个蓄水,一个清理。水泵房内至少安装有3台多级水泵,保证20h内排除矿井24h的涌水量。矿井主水仓中的水是由设在水平运输大巷内的排水沟自然流入的。排水沟中的水来自于各个采区。上山采区的水会自动流入排水沟内,而下山采区的水则需要水泵
27、排入。在下山采区的下部都设计有采区水仓,各采掘工作面水流入下山采区水仓后通过水泵将水排到大巷水沟内。（五）其他系统 煤矿井下除运输、通风、供电、排水系统外，还有一些辅助系统，如瓦斯监控系统、灌浆防灭火系统、通信系统等。一、煤矿井下巷道的分类 为了开采煤炭，从地面向地下开凿通达煤体的一系列井巷，总称为矿井巷道。（一）按巷道作用和服务范围分类 1、开拓巷道。为全矿井、一个或两个水平以上采区服务的巷道，称为开拓巷道。如井筒（或平硐）、井底车场、运输大巷、总回风巷和主要石门等。（1）平硐。服务于地下开采,在岩体或矿层中开凿的直通地面的水平通道。用于完成井下主要运煤任务的平硐称为主平硐;用于行人、通风、
28、运料的平硐称为副平硐。（2）井筒。井筒泛指立井和斜井,也包括暗井。地表到地下的主要垂直通道叫立井;用于完成全矿主要提煤任务的井筒叫主井;担负升降人员、下料、提矸等提升任务的井筒称为副井。地表到地下的主要倾斜通道叫斜井,担负煤炭提升任务的称为主斜井,用行人、通风、运料的称为副斜井。第三节第三节 采掘技术采掘技术 （3）井底车场。井底车场是在井筒附近的各种巷道与硐室的总称。井底车场位于井底,是连接大巷运输和井筒提升等环节的枢纽站,是井上、下的转动站。（4）运输大巷(包括阶段大巷、水平大巷或主要平巷)。运输大巷是为整个开采水平或阶段运输服务的水平巷道。开凿在岩石中的称为岩石运输巷道;为几个煤层服务的
29、称为集中运输大巷。（5）总回风巷。总回风巷是为全矿井或矿井一翼服务的回风巷道。（6）总进风巷。总进风巷是为全矿井或矿井一翼服务的进风巷道。（7）石门。石门是指与煤层走向正交或斜交的岩石水平巷道,而连接井底车场和大巷的石门称为主石门。2、准备巷道。为准备采区而掘进的主要巷道，称为准备巷道。如采区上、下山及采区车场等。回风巷和主石门等。（1）采区上山。采区上山是为一个采区服务的上山。自运输大巷向上沿煤层或岩层开掘的倾斜巷道叫上山。上山中安装有输送机运煤的称为输送机上山,用绞车作辅助提升的上山称为轨道上山。（2）采区下山。采区下山是为一个采区服务的下山。自运输大巷向下沿煤层或岩层开掘的倾斜巷道叫下山
30、。用其从下往上运煤和矸石,从上往下运送材料和设备。（3）采区车场。采区车场是采区上(下)山与区段平巷或阶段运输大巷连接的一组巷道和硐室的总称。根据所处位置的不同,采区车场可分为上部车场、中部车场和下部车场。采区车场用作采区的运输、通风和行人。（4）采区进风巷。采区进风巷是为一个采区进风用的巷道 （5）采区回风巷。采区回风巷是为一个采区回风用的巷道 3、回采巷道。形成采煤工作面及为其服务的巷道，称为回采巷道。如开切眼、工作面运输巷、工作回风巷等。（1）开切眼。开切眼是沿采煤工作面始采线掘进,以供安装采煤设备的巷道。（2）工作面运输巷。工作面运输巷是主要用于运煤的区段平巷或分带斜巷。（3）工作面回
31、风巷。工作面回风巷是主要用于回风的区段平巷或分带斜巷。2 2、按巷道的不同倾角分类、按巷道的不同倾角分类 按矿井巷道的倾角的不同，可分为垂直巷道、水平巷道、倾斜巷道三大类。（1）垂直巷道：垂直巷道主要有立井、小立风井或小井、暗井及溜井等。（2）水平巷道：水平巷道主要有平硐、石门、煤门、平巷等。（3）倾斜巷道：倾斜巷道主要有斜井、上山、下山等。3 3、按巷道轮廓线的特征分类、按巷道轮廓线的特征分类 按矿井巷道轮廓线的特征分为折边形和曲边形。折边形巷道：折边形巷道主要有矩形、梯形和不规则形等，主要用于服务年限较短的准备巷道和回采巷道。支护材料为金属或木料等。曲边形巷道：曲边形巷道主要有半圆拱形、三
32、心拱形、圆弧拱形、封闭拱形、椭圆形和圆形等几种，主要服务年限较长的开拓巷道，特别是井底车场、运输大巷等，都以拱形为主。对于特别松软、具有膨胀的围岩还可以采用封闭形、椭圆形或圆形支护。4、按巷道围岩性质分类 按巷道围岩性质可分为岩巷、煤巷和半煤岩巷。一般开拓巷道都为岩巷，而准备巷道和回采巷道多为煤巷。在选择巷道形状时，应充分考虑巷道围岩的性质，巷道所受地压的大小、方向和性质，巷道的服务年限及用途，巷道的支护材料与支护方式四大基本因素。在实际工作中,一般是根据前两个因素来确定支护材料和支护方式,再根据充分发挥其力学性能的原则最后确定巷道的断面形状。二、巷道矿压 （一）巷道矿压及其形成 地下岩体在采
33、动前，由于自重的作用在其内部引起的应力，通常称为原岩应力。井下采掘活动破坏了原岩应力的平衡状态，使岩体内部的应力重新分布，在应力重新分布过程中促使围岩产生运动，从而导致围岩发生变形、断裂、位移、直至垮落。这种由于进行采掘活动而在采掘空间周围岩体中及支护物上产生的压力叫做矿山压力，简称矿压。在矿山压力作用下，围岩及支护物会产生一系列现象，如顶板下沉、冒顶、片帮、底鼓、煤与瓦斯突出、冲击地压、支架压缩、变形、折断，地表发生移动、塌陷等。这种在矿山压力作用下围岩和支护物上产生的一系列力学现象叫矿山压力显现，简称矿压显现。1、顶压的形成 巷道顶板是受水平拉力的作用，由于岩石抗拉强度很低，很容易超过其强
34、度，顶板岩石就会冒落，范围也不断向上发展，最后形成自然平衡拱。如果巷道开掘后立即支护，支架就以其本身的承载力阻止或减小岩石变形和移动。这部分岩石压在支架上的力就叫顶压。顶压的大小决定于冒落拱的形状和大小，而拱的大小同顶板岩石性质和巷道宽度有关。当巷道两帮岩石松软，受压后产生片帮或破碎，不能支撑顶板压力时，即相当于巷道宽度加大了。由于巷道宽度加大，拱的高度也会加大，拱内破碎的岩石就会增多，所以作用在支架的顶压就会增大。在松软岩层中平衡拱一般为抛物线形；在坚硬有层理的岩石中，平衡拱一般为近似三角形；在中硬岩石中，平衡拱介于上述二者之间。2、侧压的形成 侧压是指巷道两帮对支架的压力，它是由于两帮岩石
35、或煤向巷道内挤压而形成的。巷道侧压的大小与两帮岩石性质及所承受的支承压力的大小有关。巷道所处深度越大,在巷道两帮所产生的支承压力就越大,两帮岩石破坏就越严重,作用在支架上的压力也就越大。而当两帮岩石较软或稳定性较差时,遭受破坏就较严重,作用在支架上的压力也就越大。在采区巷道中,当两帮煤壁松软时,如果不进行支护或支护强度不够大,则两帮煤壁的移近量会很大。在这种情况下,即使对顶板进行了支护,顶板的下沉量也会很大。因此,在采区巷道支护中,特别是锚杆支护的巷道,尤其要重视对两帮的支护。为 了抵抗侧压，要求棚式支护的棚腿要有岔脚。岔脚就是梁腿亲口向下的垂直线到腿窝边的水平距离，如图5-16所示：岔脚（l
36、）一般取棚腿长度（L）的1/41/5。3、底压的形成 在巷道侧压的作用下，底板内部将会产生侧压力，并产生向上的底压，使底板鼓起、离层、弯曲或破坏。有的岩石如凝灰岩、黏土质岩石，当巷道有积水或巷道空气潮湿时，会使岩石吸水膨胀而底鼓产生底压。巷道底鼓的破坏作用很大，主要表现在减少巷道的实际断面，造成通风、行人和运输困难，以致影响安全。底鼓破坏了底板的完整性，挤碎了底板，使支架两帮的柱腿容易插入底板，减少了支架支撑能力，使顶板下沉、破坏，从而给巷道维护带来困难。底鼓会破坏轨道、运输机、水沟等巷道设施，从而影响生产。4、斜巷矿压的形成及特点 在平巷里，顶压的方向是重力线方向，是垂直于巷道顶板的。在倾斜
37、巷道内却不同，顶压虽然是重力线方向，但顶压（P）可分解为两个方向的压力，一个是垂直于顶板的垂直压力（N），另一个是平行于顶板的倾斜压力，即下推力（H），如图5-17所示。斜巷的支架既要承受垂直压力，又要承受下推力。因此，斜巷的支架就不能按垂直于巷道顶、底板方向去架设，而必须向上迎一个角度，人们把棚腿中心线与顶底板垂线之间的夹角，叫做迎山角。支架迎山角是为了克服下推力，防止支架向下倾倒的措施之一。支架的迎山角（）是按照巷道倾角（）来计算的，一般迎山角等于倾角的1/81/6，即=（1/81/6），例如巷道倾角为30，则迎山角为45。迎山角过大、过小都会降低支架的支撑能力。迎山角过大的叫过山，迎山角
38、过小的叫退山，这两种情况都是不允许的 支架的迎山角（）是按照巷道倾角（）来计算的，一般迎山角等于倾角的1/81/6，即=（1/81/6），例如巷道倾角为30，则迎山角为45。迎山角过大、过小都会降低支架的支撑能力。迎山角过大的叫过山，迎山角过小的叫退山，这两种情况都是不允许的。当 巷道倾角（）大于45，并超过底板岩石的自然安息角时，底板岩石有可能下滑，因此巷道底板也要进行支护，如图5-18所示。（二）影响巷道矿压的因素 巷道矿压的大小，主要受巷道所处深度、巷道断面大小、地质构造、围岩性质等因素的影响。1、深度的影响 巷道所处深度大时，上覆岩层质量大，直接影响到巷道围岩中原岩应力的大小。浅部巷道
39、的压力主要表现在顶板，深部巷道的压力来自四周，而且容易出现底鼓现象，有的巷道还有岩石冲击现象。2、巷道断面与支护形式的影响 不同的巷道断面形状与大小，以及采取不同的支护方式，将直接影响巷道围岩应力状态及稳定状态。采用锚杆支护的巷道围岩应力状况优于架棚、砌碹等支护的巷道。而大断面的巷道受力在同等条件下比小断面巷道要大。3、地质构造的影响 在向斜轴、背斜轴、断层附近等构造处应力集中、地压较大，平行于这些构造走向的巷道更难维护。4、围岩性质的影响 围岩强度的大小及稳定程度是影响巷道矿压的主要因素。岩石坚硬、稳定，则产生的矿压小；岩石松软破碎、不稳定，则产生的矿压大。5、巷道相对开采煤层与采煤工作面的
40、位置的影响 巷道与采煤工作面所处位置的关系直接影响着巷道受采动影响的程度。此外，在掘进过程中，如果受到水的影响，则岩石强度会降低，围岩维护难度加大，应特别加强工作面顶板管理工作。（三）冲击地压 冲击地压是井巷或采煤工作面的煤岩体，由于变形能量的释放而产生的一种以突然、急剧、猛烈的破坏为特征的动力现象，是矿山压力的一种特殊显现形式。简单地讲，冲击地压就是井下煤岩体突然的、爆炸式的破坏。冲击地压发生时经常伴随着巨大的声响和强烈的震动，因此又被称为“煤炮”、“岩爆”、“板炮”等。1、冲击地压显现的特征 （1）突然爆发，一般没有明显的宏观征兆，事先难以准确确定发生的时间、地点和强度。（2）发生时，声响
41、巨大，发生过程短暂而急剧，并有强烈的震动。这种震动在地面直径510km 范围内一般都能感觉到。（3）破坏性大，冲击地压有时导致顶板显著下沉或底板鼓裂，煤体移动，大量煤块从煤壁抛出，堵塞巷道。产生的强力冲击波强，能冲倒几十米至几百米内的风门、风墙等设施。2、冲击地压影响因素 （1）自然地质因素 自然地质因素主要包括采深、地质构造及煤岩结构和力学特性。一 般在达到一定开采深度后才开始发生冲击地压,此深度称为冲击地压临界深度。临界深度值随条件不同而变化,一般为200400m。总的趋势是随采深增加,冲击危险性增加。这主要是由于随采深增加,原岩应力增大的缘故。地质构造如褶曲、断裂、煤层倾角及厚度变化也影
42、响冲击地压的发生。在构造应力集中的构造地带,构造应力能促使发生冲击地压;而在构造应力释放的构造地带,因构造应力的释放,降低了冲击的危险性。就断裂构造而言,小断裂发育的部位由于破坏了顶板的完整性和坚固性,冲击地压很少发生。但当采掘接近大断裂构造时,常常会发生强度较大的冲击地压,其原因是顶板岩梁被断裂后,失去或减少了传递力的联系,易于产生应力集中和大范围内的顶板活动,此时发生的冲击地压强度也较大。坚硬、厚度大、整体性强的顶板(基本顶),容易形成冲击地压;直接顶厚度适中,与基本顶组合性好,不易冒落时,冲击危险性较大;煤的强度高、含水量低、变质程度高,一般冲击倾向较大。2.开采技术因素 由于开拓布置不
43、合理或采煤方法不当，容易造成冲击地压的发生。如巷道相向掘进或在采煤工作面前方的支承压力区内开掘巷道；采用短壁式采煤方法，巷道交叉多，容易形成多处支承压力叠加而导致冲击地压的发生。煤柱和开采边界是最主要的应力集中因素，应尽量避免和减少这些因素的影响。（三）冲击地压的防治措施 冲击地压的防治措施主要体现在两个方面:1、降低应力的集中程度 减弱煤层区域内的矿山压力值的方法有以下三种:（1）超前开采保护层。（2）无煤柱开采,在采区内不留煤柱和煤体突出部分,禁止在邻近层煤柱的影响范围内开采。（3）合理安排开采顺序,避免形成三面采空状态的回采区段或条带和在采煤工作面前方掘进巷道,必要时应在岩石或安全层内掘
44、进巷道,禁止工作面间对采和追采。2、改变煤、岩体的物理力学性能 改变煤层的物理力学性能的方法主要有以下三种:（1）高压注水。通过注水,人为地在煤、岩内部造成一系列的弱面,并使其软化,以降低煤的强度和增加塑性变性量 （2）放松动炮。它的作用是可以诱发冲击地压和在煤壁前方经常保持一个破碎保护带,使最大支撑应力转入煤体深处,随后即使发生冲击地压,对采场或掘进工作面的威胁也会大大降低。（3）钻孔槽卸压。用大直径钻孔或切割沟槽使煤体松动,达到卸压效果。卸压钻孔的深度一般应穿过应力增高带。在掘进石门揭开有冲击危险的煤层时,应距煤层58m 处停止掘进,使钻孔穿透煤层,进行卸压。此外,在有冲击地压危险的煤层中
45、掘进爆破时,为避免爆破诱发冲击地压,应适当加长躲避时间。大量事例表明,爆破诱发的冲击地压,大多发生在爆破后几分钟至半小时内。（四）在生产过程中防治冲击地压事故 1、学习冲击地压的基本知识，熟悉撤人路线，注意观察和总结冲击地压发生规律。2、加强支护，搞好工程质量管理。有冲击地压危险的地点不能采用混凝土棚子、金属梯形棚子等刚性支架。3、冲击地压在多数情况下是紧接着爆破而发生的，所以要严格执行对躲炮距离（半径100m 以上）和躲炮时间（30min以上）的规定。4、认真搞好综合预测和防治，即在有冲击地压危险的地区采取预测方法判别冲击危险程度，发现危险后，立即采取防治措施，经检查确认安全后再进行正常生产
46、。三、巷道掘进技术 在煤岩体中，采用一定破岩手段将部分岩石破碎下来，形成设计的掘进空间，接着对其空间进行支护的工作叫巷道掘进。根据掘进中采用的机械化程度，可将掘进分为钻爆法掘进和综合机械化掘进。（一）钻爆法掘进工艺 钻爆法掘进是利用钻眼爆破的方法将岩石破碎下来的掘进方法。其掘进工艺如下:1、打眼爆破 根据煤（岩）的硬度选定打眼机具，并严格按照煤矿安全规程及爆破说明书要求作业，防止爆破事故的发生。（1）打眼。首先根据煤(岩)的硬度选定打眼机具。一般在煤层中用煤电钻打眼,在岩层中采用岩石电钻或凿岩机、凿岩台车、液压钻车和钻装机。利用煤电钻和风钻打眼时,要严格执行钻眼安全操作规程,防止钻眼中发生事故
47、。（2）装药爆破。要严格按照煤矿安全规程及爆破说明书要求作业,防止爆破事故的发生。2、通风排烟 掘进工作面爆破后，必须利用局部通风机通风排除烟尘后，才能开始装岩工作，否则会造成炮烟熏人中毒事故。3、装岩 掘进工作面炮烟排除后,才能进入工作面。首先对放炮后的顶板及支架进行安全检查、敲帮问顶处理活石后才能开始装岩工作。钻爆法掘进工作面的装岩有人工装岩和机械装岩。人工装岩是用人力将岩石装入矿车或刮板输送机中。现在一般都采用机械装岩。装岩机有耙斗装岩机、铲斗装岩机和装煤机等。4、岩石（煤）的运输 在煤巷掘进中可利用刮板输送机或矿车运输；在岩巷掘进中，一般用矿车运输。矿车的运行方式有人力推车、调度绞车牵
48、引、蓄电池机车牵引等。钻爆法掘进中的调车和运输是一项费时的工作。调车、运输速度直接影响到掘进的速度。（1）双轨大巷掘进调车 在双轨大巷掘进,为了加快掘进速度,一般采用浮放道岔调车法。浮放道岔有两种,一种是钢板对称浮放道岔,另一种是扣道式浮放道岔。钢板对称浮放道岔如图519所示,其调车方法如图520所示。道岔一端搭在原轨上,另一端搭在装岩机轨道上,装满岩石的重车经道岔进入重车线,空车经过道岔进入装岩机后的轨道进行装岩。道岔随着轨道接长,由装岩机拖拉牵引孔向前移动。扣道式浮放道岔如图521所示,其调车方法如图522所示。上列的重车经浮放道岔进入重车线,下列的重车不经浮放道岔直接进入重车线。空车经翻
49、框式调车进入工作面装岩。（2）单轨运输巷调车 单轨运输巷调车方法如图523所示。在装岩机后不远的地方铺设一个尽头错车道,可存放一个矿车。尽头错车道用固定道岔时,可以采用小型蓄电池机车调车;若用特制的浮放道岔时,需用人力推车调车。用小型电机车调车时,由机车拉一空车过尽头错车道的道岔后,把空车顶入错车道。机车甩掉空车后,驶入工作面拉重车到错车场前方摘钩,电机车进入错车场空车线拉空车。甩下的重车用人力推入重车线。之后,电机车拉一个空车顶入尽头错车场,在此之前,错车场的空车用人力推到工作面装岩,如此反复调车。当矿车全部装完后,电机车经空车线驶入重车前拉重车驶出掘进工作面。采用人力推车时的安全事项 采用
50、人力推车时一次只能推一辆车。严禁在矿车两侧推车。同向推车的间距在轨道坡度小于或等于5度时,不得小于10m；坡度大于5度时不得小于30m。人力推车时必须时刻注意前方。在开始推车、停车、掉道、发现前方有人或有障碍物，以及从坡度较大的地方向下推车或接近道岔、弯道、巷道口、风门、硐室出口时,推车人必须及时发出信号。巷道坡度大于7度时严禁人力推车。5.巷道支护 井下巷道掘出后，必须根据巷道围岩的性质对巷道进行支护。否则，随时间的推移巷道会发生变形、冒顶，影响安全使用。巷道支护的形式有以下几种:（1）砌碹支护 砌碹支护是支护形式中最坚固的形式。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