煤礦生產技術 １
第一節煤礦地質基本知識 １
第二節礦井開拓 ５
第二章工作面炮眼布置 ９
第三章鑽眼爆破安全 １２
鑽眼操作安全 １２
第二節鑿岩作業常見事故的預防和處理 １４
第三節爆破安全 １５
第四章巷道掘進與頂板管理 ２９
第一節巷道掘進方法 ２９
第二節巷道礦壓 ４３
第三節巷道支護 ４７
（二） 拱形支架 ４９
第四節巷道頂板事故及防治 ６０
一、 煤層埋藏特徵
⒈ 煤層頂、底板
煤層頂板和底板是指煤系中位於煤層上、下一定距離的岩層。
1） 煤層的頂板。通常把煤層上部一定範圍內的岩層稱為頂板。按其與煤層的相對位置不同以及垮落的難易程度不同，煤層頂板可分為偽頂、直接頂和老頂，如圖2-1所示。
⑴ 偽頂。偽頂是緊貼在煤層之上，極易垮落的薄岩層，厚度一般小於0.5m，常由炭質頁岩等岩層所組成，採煤時，隨著落煤而同時冒落。
⑵ 直接頂。直接頂一般是位於偽頂或煤層（無偽頂時）之上，由一層或幾層泥岩、頁岩、粉砂岩等比較容易垮落的岩層所組成，常在回柱或移架後而垮落。
⑶ 老頂。老頂一般是位於直接之上或直接位於煤層之上（煤層沒有直接頂時）的厚而堅硬的難以垮落的岩層，常由砂岩、砂礫巖、石灰岩等組成。老頂不隨直接頂垮落，能在採空區維持很大的懸露面積。
⒉) 煤層的底板。位於煤層下部一定距離的岩層稱為底板。底板岩層一般是由砂岩、粉砂岩、泥岩、砂質頁岩、粘土巖或石灰岩等組成。
由於岩性和厚度等不同，在採煤過程中破裂、鼓起的情況也不一樣，為此，把煤層底板岩石分為直接底和老底，如圖2—2所示。
⑴ 直接底。直接底是位於煤層下部與煤層直接接觸的強度較低的岩層，通常由泥岩、頁岩、粘土巖等岩層所組成，當直接底為鬆軟岩石時，易發生底鼓和支柱陷入底板的情況。在急傾斜煤層中，直接底還可能出現沿傾斜滑動的現象，造成巷道支護困難。
⑵ 老底。老底位於直接底的下部，一般多為砂岩或粉砂岩，有的煤可能有石灰岩作煤層的老底。
⒉ 煤層形態與結構
煤層的賦存狀況由於受成煤時期的條件和地殼運動的影響，在不同地層的形狀、結構差別是很大的。
⑴ 煤層的形態。煤層的形態同其他沉積岩一樣，在地下通常是呈層狀埋藏的，但也有類似層狀和非層狀的煤層，如圖2—3所示。因此，煤層的形狀可分為層狀、似層狀和非層狀3類。
層狀煤層其層位有顯著的連續性，厚度變化莫測有一定的規律；似層狀煤層，形狀像藕節、串珠或瓜藤等，層位有一定的連續性，厚度變化較大；非層狀煤層，形狀像雞窩或扁豆等，層位連續性不明顯，常有大範圍尖滅。
⑵ 煤層的結構。煤層結構是指煤層中所含夾石的情況，有的煤層中只含有少量的夾石，但有的煤層含有夾石層（又稱「夾矸」）。煤層中的夾矸以富含炭質的粘土巖或粉砂岩最常見，有的含有植物化石。
煤層中夾石層多，對開採影響很大，直接關係到採煤速度和煤炭質量。在採煤工藝中，要充分考慮到煤層中的夾石層。根據煤層中有無穩定的夾石層，將煤層分為簡單結構煤層和複雜結構煤層。
⒊煤層厚度
煤層厚度是指煤層頂底板之間的垂直距離。煤層厚度差異很大，有的煤層只有幾厘公尺，有的煤層厚度可達200多公尺。在目前經濟技術許可的條件下，可以開採的煤層厚度稱為可採厚度。
國家或地區規定的可採厚度的最低標準稱為最低可採厚度。複雜結構煤層的厚度分為總厚度與有益厚度。煤層總厚度是指煤層頂底板之間，各個煤分層及夾石厚度的總和。
有益厚度是指在技術、經濟上達到最低可採厚度的各分層煤厚度的總和，其中的夾石厚度及低於最低可採厚度的煤分層不計算在內，如圖2—4的示，有益厚度=ⅰ+ⅱ+ⅲ。
根據煤層對開採技術的影響到，在地下開採時，將煤層分為3類：
薄煤層1.3m
中厚煤層1.3～1.5m
厚煤層3.5m
在生產工作中，習慣上將厚度大於6m的煤層稱為特厚煤層。
在我國已探明的煤田儲量中，厚煤層和中厚煤層所佔的比重較大。
⒋ 煤層產狀
煤層產狀是指煤層在地殼中空間位置和產出狀態，一般用產狀要素來表示。煤層產狀要素包括走向、傾向和傾角，如圖2—5所示。
⑴ 走向：煤層層面與水平相交的線稱為走向線，走向線的方向稱為走向。走向表示煤層在水平面上的伸展方向。
⑵ 傾向：煤層層面上與走向垂直的線叫傾斜線，傾斜線由高向低的水平投影所指的方向稱為傾向。
⑶ 傾角：煤層層面與水平面所夾的最大銳角，也就是傾向線與傾斜線之間的夾角，或稱為傾角。傾角的大小反映煤層傾斜的程度。
煤層傾角越大，開採難度也就越大。煤層對開採技術和裝備選擇有較大的影響。煤層按傾角可分為4類：
近水平煤層8°
緩斜煤層8°～25°
傾斜煤層25°～45°
急傾斜煤層45°
二、 煤礦地質構造及對安全生產的影響
㈠地質構造
原始形成的沉積岩層和煤層在其形成時，一般都是水平或近水平的，並在一定範圍內是連續完事的。後來受到地殼運動的影響，使岩層的形態發生了變化，出現了傾斜、褶皺、有的還發生了斷裂面產生了位移，使岩層失去了完整性。這種由地殼運動造成的岩層的空間形態（如褶曲、斷層等）稱為地質構造。
地質構造的形態多種多樣，大致可分為單斜構造、褶皺（曲）構造和斷裂構造。
⒈單斜構造
巖（煤）層受地質作用力的影響，產生向乙個方向傾斜的形態，這樣的構造形態稱為單斜構造。單斜構造往往是其他構造形態的一部分，或是褶曲的一翼，或是斷層的一盤。單斜構造同樣用其岩層產狀的走向、傾向和傾角三要素來描述。
⒉褶皺構造
岩層在地殼活動中受水平方向擠壓力作用，呈現波狀彎曲，但仍保持了岩層的連續性和完整性，這種構造形態稱為褶皺構造。褶皺構造中岩層的任何乙個彎曲，稱為褶曲，這是褶皺構造的基本單位（圖2—6所示）。褶曲的基本形態有背斜和向斜兩種，背斜和向斜往往是相互連線。
⑴ 背斜：在形態上是岩層向上彎拱的褶曲，其核心部位是老岩層，兩翼是新岩層。
⑵ 向斜：在形態上是岩層向下彎曲，其核心部位是新岩層，兩翼是老岩層。
背背斜和向斜凹凸部分的頂部稱為褶曲的軸部,兩側稱為褶曲的翼部。
⒊斷裂構造
岩層受力後遭到破壞，在一定部位和一定方向上形成斷裂，失去了連續性和完整性的構造稱為斷裂構造。
根據岩層斷裂後沿斷裂面兩側岩塊有無顯著位移，可將斷裂構造分為裂隙、斷層兩種基本型別。
1）裂隙。
裂隙是指岩層斷裂後，兩側岩塊未發生顯著位移的構造。
若干有規則組合的裂隙將岩石分割成一定幾何開關的岩塊，這種裂隙總稱為節理。
2）斷層。
岩層受地應力的作用而發生變形，當應力超過岩層的強度極限時，發生斷裂，使岩層的連續性和完整性遭到破壞，這種地質構造現象稱為斷層。
⑴ 斷層要素。是指斷層的各組成部分，主要包括：斷層面，即斷開的煤岩體發生相對位移的斷裂面；斷盤，即斷層面兩側的煤岩體。
位於斷層面上方的煤岩體稱為上盤，位於斷層面下方的煤岩體稱為下盤；斷距，即斷層兩盤沿斷層面相對位移的距離，它又分為總斷距、水平斷距和垂直斷距（又稱落差）。
⑵ 斷層的分類。
根據斷層斷層兩盤相對位移的方向分類（圖2—7所示）：
1 正斷層——上盤相對下降，下盤相對上公升的斷層。
2 逆斷層——上盤相對上公升，下盤相對下降的斷層。
3 平移斷層——斷層兩盤岩塊沿斷層面作水平方向相對移動的斷層。
正斷層、逆斷層在煤礦的地質構造中最為常見，在地質構造較為複雜的地帶，斷層常以組合形式出現，成為階梯狀斷層、地塹或地壘。
根據斷層走向與岩層走向關係分類（圖2—8）
1 走向斷層——斷層走向與岩層走向平行或基本平行的斷層；
2 傾向斷層——斷層走向與岩層走向垂直或基本垂直的斷層；
3 斜交斷層——斷層走向與岩層走向斜交的斷層。
實際應用上，各種斷層常常結合起來命名，如走向正斷層、傾向逆斷層、傾向平移斷層斷層等。
（二） 地質構造對煤礦安全生產的影響
⒈ 褶曲的影響
⑴常有大型向斜軸部頂板壓力增大的現象，當採煤工作面接近時，必須加強支護，否則容易發生冒頂、切面等事故，給頂板管理帶來很大的困難。
⑵有瓦斯突出危險的礦井，向斜軸部是瓦斯突出危險區。應預先採取防突措施。
⒉節理的影響
採煤工作面和巷道應盡可能與主要節理面形成乙個銳角，以減少片幫掉矸事故，有利於安全生產；煤層頂板岩石的節理發育時，工作面支架一般不宜用點柱，而應採用棚子。同時，棚子的頂樑布置最好按垂直主要節理面的方向，從而防止頂板沿節理冒落，保證工作面安全生產；節理破碎帶是水和瓦斯的良好通道，所以破碎發育地區的湧水量常會增加，而在有瓦斯礦井中，節理破碎帶的瓦斯湧出量往往會突然增加。
⒊斷層的影響
⑴採煤工作面遇斷層時，由於頂板破碎，會給支護工作和工作面頂板管理帶來困難，應及時採取加強頂板管理的措施，以防發生頂板事故。
⑵斷層既是地下水的貯存場所，又是導通地表水和地下水及其他水源的通道，採煤工作進入斷層範圍內，一旦揭穿，水能沿著斷層帶流入工作面，發生透水事故。因此，工作面在接近斷層時，應採取預防水害的措施。
⑶因為斷層區煤巖破碎，裂隙發育，容易積存承壓瓦斯。尤其在瓦斯含量較大的煤層中，常常在斷層破碎帶積聚很多瓦斯。工作面在接近或通過這些斷層時，必須注意防止發生瓦斯事故。
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