煤矿开采学课件第四篇矿井其它开采方法第二十一至二十六章其他采煤法

第二十二章水力充填采煤第二十三章“三下一上”采煤第二十四章深矿井采煤第二十五章水力采煤第二十六章煤炭地下气化第四篇其他开采方法第二十二章水砂充填采煤法一、概述实质：充填法是一种采空区处理的方法，它是利用砂子、碎石或炉渣等 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 充填采空区，借以支撑围岩，防止或减少围岩垮落和变形。充填方法：自溜充填、机械充填、风力充填、水力充填。二、充填材料的选择（一）对充填材料的要求总体要求：数量足，取材容易，质量好，安全可靠，价格低，易加工。具体要求：1、充填材料的质量应适合于管路水力输送2、为避免堵管，最大粒径应小于管径的五分之二3、充填材料中应有适当的含泥量和合理的粒径配比，以使充填体致密、沉缩率小4、具有较好的透水性，以使充填体易脱水5、充填材料中不应含有可燃物成分6、充填材料应便于运输和贮存，冬季不易冻结。（二）充填材料的需要量1、充填材料的总需要量应根据井田内采用充填采煤法的煤炭可采储量和每采一吨煤所需充填材料的数量来确定。2、充填材料的年消耗量由井田内用水力充填采煤法的年产量来确定。三、水力充填系统及设施几个概念：静压充填、加压充填、临界流速、压头、充填倍线、水砂比、充填能力、砂门子。（一）贮砂及水砂混合系统由砂仓和注砂室组成1、砂仓分为地面和地下两种，我国多用地下砂仓。地下砂仓按断面形状分为：圆形、矩形及盆型。砂仓容积以能贮存一昼夜以上的耗砂量为宜，一般为日耗砂量的1.5-2.0倍。2、地下注砂室3、断面注砂室（二）砂浆输送的基本参数1、倍线与压头水力坡度：砂浆通过单位长度的总能耗即单位长度管路的阻力损失。充填倍线：单位压头所需负担的输砂距离。我国常将其控制在2-6之间。2、水砂比、充填能力水砂比：在一定体积砂浆中，水的体积与充填材料的体积之比。充填能力：水砂充填每小时输送充填材料的松散体积。3、输砂参数的确定方法4、充填管路及布置管路布置以顺利输砂、充填能力大和经济上有利为原则。具体应注意以下几个问题：1）尽量利用已开巷道，非不得已不另开管子道；2）由喇叭口到采区至少有一条管路，必要时再增设备用管路，管路应选择最短线路，以降低充填倍线；3）避免上坡管路，并使所有管路均在水坡线以下；4）减少转弯次数，避免拐急弯。（三）供水与污水处理系统1、供水一般以井下涌水为水源。2、污水处理沉淀池：工作面临时沉淀池、采区沉淀池和中央沉淀池沉淀池清理方式：人工扫泥、机械扫泥和压气水力排泥四、水砂充填采煤法倾斜分层走向长壁上行充填采煤法及倾斜分层V形倾斜长壁上行充填采煤法。（一）倾斜分层走向长壁上行充填采煤法1、准备方式及采煤系统与垮落法采煤采准巷道相比有以下特点：1)分层巷道布置及煤柱形式同样有水平式、倾斜式和垂直式三种。2）区段集中巷的布置均采用分层同采，所以要设集中平巷，由于充填法采用上行开采顺序，多将集中平巷布置在顶分层或顶板岩层中。3）充填管路布置材料道兼做管子道、材料道与管子道分开。4）流水巷道布置煤水在分层运输平巷内分家、煤水同向。2、采煤工艺大部分采用炮采，由于采用充填法管理顶板，采场矿压活动不明显，所以工作面控顶面积可适当加大，支护密度可以减小，能够采用点柱等简单支护方式，但增加了充填工艺和污水处理等措施。1）充填准备及充填工艺2）充填作业方式轮换式和平行式（二）倾斜分层V形倾斜长壁上行充填采煤法。四、适用条件与倾斜分层下行垮落采煤法比较，具有以下特点：1）开采引起的岩层移动及地 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下沉量小；2）回采工作面顶板压力小；3）如充填致密，采空区一般不易引起自然发火；4）采煤工作面空气湿润，煤尘少，可减少煤尘危害。倾斜分层走向长壁上行充填采煤法适用条件：①、倾角5°～35°特厚煤层；②、对地表变形要求严格的建（构）筑物、铁路下和水体下开采区域；③、顶板极破碎，有煤与瓦斯突出及冲击地压的特厚煤层以及极易自燃的煤层。第二十三章“三下一上”采煤“三下一上”采煤——在建筑物下、铁路下、水体下和承压水体上采煤时，既要保证建筑物和铁路不受到开采影响而破坏，又要尽量多采出煤炭。一、岩层与地表移动的一般特征（一）岩层移动的一般特征就煤层的开采来说，采空区周围的岩层移动和变形，一般表现为采空区上方顶板的弯曲下沉、断裂、垮落，底板岩层鼓起、开裂、滑动、以及采空区周围煤壁的压出、片帮，等等。（二）地表移动的一般特征（1）地表移动盆地（2）裂缝（3）台阶状塌陷盆地（4）塌陷坑二、建筑物压煤开采(一)地表移动和变形对建筑物的影响1.地表下沿的影响建筑物主要管路的坡度会发生变化，四周的防水坡也可能造成破坏。特别是由于地表下沉造成潜水位相对上升，造成建筑物长期积水或过度潮湿时，就会影响建筑物的强度，以至影响建筑物的使用。2.地表倾斜的影响地表倾斜后，建筑物也随之歪斜，重心偏移，影响其稳定性，而且承重结构内部将产生附加盈利，基础的承压也会发生变化。3.地表曲率的影响建筑物的基础底面出现悬空状态。4.地表水平变形的影响使建筑物受到附加的拉伸和压缩应力。(二)减少地表移动和变形的开采措施1.防止地表突然下沉措施：在一定的开采深度下，进行建筑物下采煤；开采急斜煤层时，在煤层露头处应留设足够的煤柱，以防止突然塌陷；在缓斜或倾斜厚煤层浅部开采时，应尽量采用倾斜分层长壁式采煤法，并适当减少第一、第二分层开采煤厚。2、减少地表下沉的措施（1）采用充填采煤法（2）使用分带开采法。（3）使用房柱式采煤。（4）减少一次采出煤厚。3、消除或减少开采影响的不利叠加的措施（1）分层间隔开采（2）合理布置各煤层（分层）的开采边界（3）尽量使用较长的采煤工作面，实行全柱开采（4）尽量不残留尺寸不适当的煤柱（5）协调开采4、消除或减少开采边界的影响三、铁路压煤开采（一）铁路压煤开采的特点和要求（二）开采技术措施1、在采区布置上，应尽量使采动线路处于盆地主断面附近，避免线路处于移动盆地的边缘。2、严禁使用非正规的采煤方法。3、选择合适的采煤方法和顶板管理方法。4、在缓斜和倾斜厚煤层浅部开采时，应尽量采用倾斜分层采煤法，适当减小分层开采的厚度，禁用一辞采全稿采煤法。5、开采急斜煤层时，应尽量采用沿走向推进的小姐端伪倾斜掩护支架采煤法，水平分层采煤法。6、煤层顶板坚硬，不易冒落时，应进行人工放顶，以防止空顶面积达到极限时突然冒落而引起地表突然下沉。7、铁路位于煤层露头附近，或在其下方浅部有煤层或石灰岩时，需调查铁路下方是否有老空区、废巷道发、岩溶等，如果在这些空硐充水，则采前应将水排干，并用注浆法填是空硐。8、浅部非正规采过的老空区，在开采过程中要划定范围，派专人巡视，监督地表移动情况，做好相应的应急准备。四、水体压煤开采(一)影响水体下采煤的地质及水文地质因素1.煤层上方水体类型2.岩性及地层结构3.断裂构造4.煤(岩)层赋存状态(二)水体压煤开采的一般途径1、顶水采煤——对水体不做任何处理，只在水体与煤层之间保留一定厚度（或垂稿）的安全煤岩柱情况下进行采煤。2、疏干采煤：先疏后采，或边采边疏3、顶疏结合开采4、帷幕注浆堵水(三)水体下采煤的开采技术措施五、石灰岩水压含水层上带压开采(一)石灰岩水压含水层上带压采煤防治水途径及技术应用特点1、石灰岩承压含水层上带压采煤防治途径（1）疏水开采（2）堵水开采（3）带（水）压开采（4）综合治理2、石灰岩承压含水层上采煤技术应用的特点(二)石灰岩水压含水层上带压开采的技术条件及影响因素1、含水层的富水特征2、断裂构造的导水性3、底板岩柱的阻水能力4、采动影响程度(三)石灰岩水压含水层上带压开采的适用条件及技术措施1、含水层上带压开采的适用条件2、综合治理、带压开采的主要技术措施第二十四章深矿井开采第一节概述一、深矿井开采的主要特征指埋藏在距地表一定深度（一般大于800米）的煤炭。（一）地压大主要表现为：1、原岩应力大包括：自重应力、构造应力、岩体中水和瓦斯对岩体的应力等。2、岩体塑性大静水压力状态3、矿山压力显现剧烈围岩移动量大，移动速度快；冲击地压发生频度高，冲击能量大。（二）地温高温度梯度：每百米上升的度数。（三）矿井瓦斯大1、矿井瓦斯绝对涌出量大原因：煤层埋藏深，煤层瓦斯含量大；煤炭开采强度随采深增加而增大。2、瓦斯（煤与瓦斯）突出频度大，提出物量大但当开采达到一定深度时，瓦斯突出的频度又会减小。二、深矿井开采的发展第二节深矿井井田开拓一、开拓方式（一）立井开拓（使用最多）原因：立井与斜井相比有以下特点：1、井筒短2、井筒开凿工程量小，建井工期短3、提升距离短，一次提升距离短，辅助提升能力大4、管缆敷设距离短，有利于排水、供电、供水、供压气及通讯等5、用做通风井时，通风距离短，风压损失小。（二）主斜井、副立井综合开拓优点：1、主斜井采用胶带输送机运输，运输能力大。。。2、用立井做副井充分利用立井的长处。（三）平硐开拓和斜井开拓应用较少二、井筒位置和数目选择井筒位置时，应尽量减少压煤量。深矿井开采中井筒数目较少：一般一个主井，一个副井，分别兼做进、回风井。三、大巷布置多采用集中布置，位置选择在坚硬而稳定的岩层中。上山布置可视煤层层间距不同采用集中上山或分层（组）上山布置。四、深矿井延深分为直接开凿至深部、经过若干次延深而形成深矿井。第三节深矿井开采的矿压控制一、巷道布置1、开拓和准备巷道应布置在岩石力学性能好的岩（煤）层中。2、巷道应布置在受采动影响小的位置。具体做法：1）在采空区下方掘巷；2）在采空区冒落矸石中成巷；3）加大大巷或上山距煤层底板的垂直距离；4）跨巷道（大巷或上山）采煤；5）沿空掘巷；6）沿空留巷。3、缩短巷道服务年限。主要指缩短准备巷道和回采巷道的服务年限。缩短区段平巷服务年限的措施：1）采用区段集中平巷，分层或分煤层平巷采用超前平巷；2）采用前进式开采；3）减小工作面推进长度。二、巷道支护巷道支护结构应满足的要求：1、支护强度大，能抵抗高地压；2、可缩性能好，可缩量大，能适应围岩的大变形；3、封闭性能好，能够有效地防止底鼓。三、巷道维护（一）卸压法1、超前导硐2、爆破卸压（通常用底板卸压）3、钻孔卸压（在围岩中打钻孔，通过钻孔变形实现卸压）4、宽巷卸压巷道掘进宽度大于使用宽度，仅支护使用宽度，宽掘部分可自由变形。（二）围岩加固法目的：提高围岩自支撑能力方法：机械加固（锚杆）、化学加固（化学材料）第四节深矿井开采的地热和瓦斯控制（一）地热控制在矿井或采区安装空调机，进行制冷降温。（二）瓦斯控制一是控制瓦斯涌出量；二是防止煤与瓦斯突出。深矿井开采中瓦斯控制的特点：1、瓦斯赋存条件及作用机理复杂，防止瓦斯突出难度大；2、瓦斯突出的时间和地点不确定，防止瓦斯突出工作量大；3、瓦斯抽放是降低矿井瓦斯涌出量的有效手段。第二十五章水力采煤法利用水力来完成矿井生产中采煤、运输、提升等生产环节的全部或部分工作的开采技术，简称水采。第一节水力采煤的生产系统一、水采矿井的基本类型（一）全部水力化矿井1、全部水力采、运、提的水力化矿井2、分级运提的全部水力化矿井煤的运输与提升采用水旱分级运提方式。（二）水旱结合的部分水力化矿井仅部分产量是利用水力完成的1、水旱两套生产系统的矿井2、用水力完成部分生产环节的矿井二、水采生产系统简介包括：高压供水系统、煤水运提系统、脱水系统。（一）高压供水系统1、供水水源基本要求：水量充足、水中含固体颗粒杂质少、酸度低、取用方便。供水方式：开式供水、闭式供水2、高压供水泵类型：往复式和离心式，我国常用离心式。3、高压供水管路（无缝钢管）4、水枪按操作和移动支设方式分为：手动水枪、液控水枪和自移液控水枪。（二）煤水运提系统按设备及工作方式不同：明槽（无压）水力运输、管路（有压）水力运输。我国水采矿井中，采区内部煤的运输一般都采用明槽（无压）水力运输。（三）脱水系统三种方式：与选煤厂相结合、地面专用脱水车间、简易脱水系统。三、水采矿井的开拓特点1、井田划分井田的开采范围要大，可采储量要多。2、开采水平的划分应适当加大水平高度，但要与煤水泵扬程、排量和矿井生产能力相适应。3、水平大巷的布置与煤水运输方式有关4、井巷断面可比旱采时巷道断面小。第二节水力落煤与水力采煤方法一、射流的破煤作用与破煤能力从水枪喷嘴喷射到空气中的高速水流称为水枪射流。根据出口处水压不同分为低、中、高压和超高压射流，我国常用中、高压射流。射流在单位时间内的破煤量称为破煤能力，俗称水枪生产能力。影响因素：1、煤的力学特性一般煤的抗压、抗剪、抗拉强度愈低，裂隙愈发育则破煤能力愈高。2、射流的力学特性影响因素：工作压力、射程和流量。二、水力采煤方法工艺特点：1、以水射流实现落煤和运输两个主要生产环节，把落煤与运输简化成单一的连续工序。2、这种水采方法对回采空间的煤层顶板不进行支护，作业人员不进入采煤工作面内。简化了采煤工作面的顶板管理，减轻了工人劳动强度，提高了生产的安全性。3、这种水采方法的采煤工作面以短壁形式布置，具有较强的机动性和灵活性。常用的短壁无支护水力采煤方法主要有：倾斜短壁式（漏斗式）采煤法和走向短壁式采煤法。（一）倾斜短壁式采煤法1、采准巷道布置分为双面冲采（双面漏斗）和单面冲采（单面漏斗）两种方式2、采区生产系统见图25-73、采煤工艺包括：水力落煤；拆移水枪、管道及溜槽；支设护抢支架及重新安设水枪。煤垛：水枪每拆移一次在巷道一侧能冲采的范围。冲采煤垛的工作称落垛。最终冲采角一般为70-75度漏斗式采煤法的最小移枪步距不小于3-4米，实际应用中多采用4-8米。煤垛长度一般为8-15米。落垛顺序：开式、闭式、半闭式。（见图25-9）缓倾斜煤层条件下常用（二）走向短壁式采煤法在我国水采井（区）中应用最为广泛。1、采准巷道布置见图25-102、采区生产系统见图25-103、采煤工艺煤垛宽度（移枪步距）：4-8米煤垛长度（回采巷间距）：10-15米最终冲采角：65-75度。（三）倾斜短壁式与走向短壁式平煤法的比较倾斜短壁式：两侧冲采，冲采范围大，巷道掘进率低，水枪及管道等拆移工作量少，效率高；但容易窜矸，安全性差，采出率低。走向短壁式：生产安全，采出率较高，对地质条件变化适应能力较强；但冲采范围小，巷道掘进率高。第三节评价及发展趋势一、水力采煤的优点1、生产能力较高、增产潜力较大；2、工艺简单、效率较高；3、设备简单、材料消耗少、吨煤成本较低；4、安全条件好；5、对地质添加变化的适应能力强。二、存在的问题及改进途径1、采出率较低措施：1）适当提高水枪的供水压力或水枪流量，缩短冲采一个煤垛所需的时间，2）根据具体的开采条件合理确定煤垛参数及落垛顺序，3）提高巷道支护质量，减小顶板在煤垛冲采前的破坏，4）进一步完善和改进现有水采方法并研究和发展长壁有支护水采方法。2、巷道掘进率较高今后要大力发展水采矿井的掘进机械化，推广采用快速、高效的机破水运掘进机。3、通风系统不完善措施：改进巷道布置，完善现有水采方法；对高瓦斯煤层进行预先抽放瓦斯及采空区有害气体；健全监测和预警系统等措施。4、电耗较大措施：改进和提高现有水采设备的效率；研制新型高效水采设备；加强用电管理等。三、水力采煤的适应条件应考虑的因素：煤层的倾角、顶板、底板、厚度、硬度及裂隙发育程度、瓦斯含量。水采宜应用于下述条件1、顶板稳定或中等稳定，煤质中硬或中硬以下（不含硬而厚的夹矸），底板泥化、底鼓不严重，倾角7°～35°，煤厚3-8米的缓斜、倾斜中厚和厚煤层。2、旱采机械化开采有困难的倾斜急倾斜煤层以及倾角大于7°以上，地质构造复杂，煤层厚度中厚以上的不稳定煤层。3、煤尘危害较大，工作面淋水严重或丢失残煤较多需复采的井区，若其煤层条件基本符合水采要求，应用水采有利于解决这些特殊问题。四、我国水采的发展趋势结合生产需要，以提高经济效益为中心，提高单产、单进，合理集中生产，实现高产、高效、节能降耗；治理瓦斯，保证安全生产；开发新工艺，研制新设备，使水采技术进一步发展。第二十六章煤炭地下气化一、煤炭地下气化原理首先从地表沿煤层开掘两条倾斜巷道1和2，然后在煤层中靠下部用一条水平巷道将两条倾斜巷道连接起来，被巷道包围的整个煤体，就是将要气化的区域，称之为气化盘区，或称气化发生炉．1.气化带2.还原带3.干馏—干燥带一、煤炭地下气化原理二、煤炭地下气化方法　通常分为有井式和无井式两种。无井式地下气化是应用定向钻进技术，由地面钻出进、排气孔和煤层中的气化通道，构成地下气化发生炉。　无井式气化法是用钻孔代替坑道，以构成气流通道。避免了井下作业和有井式气化的其他问题，使煤炭地下气化技术有了很大提高，目前，它已在世界上被广泛采用。图14－16无井式地下气化法三、适用条件及发展方向一般来说，多孔而松软的褐煤及烟煤厚煤层比较容易气化。稳定而连续的煤层，顶底板的透气性小于煤层的透气性以及倾角超过35°的中厚煤层对气化更为有利。　利用气化去回收报废矿井的煤柱、边角煤也是国外气化的一个方向。作业:1、“三下一上”采煤的特点和安全技术措施。2、我国目前常采用哪些水采方法？各适用什么条件？3、走向长壁水力充填采煤法采区巷道布置有什么特点？4、深矿井开采中地压大主要表现在哪些方面？