【正文】 45～90176。一般來講，煤層傾角越大，開采越困難。緩傾斜煤層采下的煤需用機械裝運；傾斜煤層可利用溜槽向下運輸而不用動力；急傾斜煤層，煤塊會自動滾落，簡化了采場內(nèi)的裝運工作，但在技術(shù)上需采取安全措施。3. 煤層頂?shù)装鍘r石直接位于煤層下面的巖層，稱為煤層的底板；直接覆蓋于煤層上面的巖層，稱為煤層的頂板。由于沉積環(huán)境的差異，煤層頂?shù)装鍘r石性質(zhì)各不相同。常見的煤層頂?shù)装鍘r石有碳質(zhì)頁巖、砂質(zhì)頁巖、砂巖、石灰?guī)r和粘土巖。煤層頂?shù)装鍘r石的性質(zhì)、節(jié)理發(fā)育程度、強度、含水性、可塑性等，直接關(guān)系到煤礦的采掘生產(chǎn)，確定巷道支護方式、頂板管理方法的重要依據(jù)，同時還影響到機械化采煤設備的選型。三、地質(zhì)構(gòu)造沉積巖層開始形成時，一般呈水平和連續(xù)完整狀態(tài)，在地殼運動的作用下，產(chǎn)生了變形和變位，改變了原先的賦存狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為構(gòu)造變動。由此而形成的巖層空間狀態(tài)，叫做地質(zhì)構(gòu)造。構(gòu)造變動形狀主要分為兩類：褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造。1. 褶皺構(gòu)造巖層受水平力的作用，被擠壓成彎曲狀，但仍保持巖層的連續(xù)性和完整性的構(gòu)造形態(tài)叫褶皺。巖層褶皺構(gòu)造中的每一個彎曲叫褶曲。巖層層面凸起的褶曲叫背斜，凹下的叫向斜。（見圖2） 圖2 褶曲基本類型示意圖2. 斷裂構(gòu)造巖層受力后遭到破壞，失去了連續(xù)性和完整性的構(gòu)造形態(tài)叫斷裂構(gòu)造。如斷裂面兩側(cè)的巖層沒有發(fā)生明顯的相對位移，叫做裂隙或節(jié)理；如斷裂面兩側(cè)的巖層發(fā)生了明顯的相對位移和錯動，叫做斷層。 巖層斷裂后，兩個斷塊發(fā)生相互錯動的錯動面叫做斷層面。位于斷層面上面的斷塊叫上盤，位于斷層面下面的斷塊叫下盤。根據(jù)斷塊相對錯動的方向，將斷層分為正斷層、逆斷層、和平推斷層（見圖3）。在實際生產(chǎn)中遇到的主要是前兩種。正斷層為上盤相對下降、下盤相對上升，逆斷層為上盤相對上升、下盤相對下降。 圖3 按斷層兩盤相對位移方向劃分的斷層類型示意圖 （a）正斷層； （b）逆斷層； （c）平推斷層斷層往往成組發(fā)育而形成斷層破碎帶。地下采掘工作接近斷層破碎帶時，會突然發(fā)生大量涌水和有害氣體，甚至造成重大災害。因此，在較大的斷層兩側(cè)必須留設一定寬度的煤柱，將斷層與開采區(qū)隔離。這樣，較大斷層常常被作為劃分礦井或采區(qū)的邊界。即使一般斷層，采掘工作通過它時，有時也會發(fā)生涌水或頂板巖石突然垮落事故，使采掘工作復雜化。因此，斷層對煤礦生產(chǎn)有較大的影響，在地質(zhì)工作中必須特別注意查清斷層的確切位置和產(chǎn)狀。復習思考題？它們各代表什么含義？，將煤層分為哪幾類？、逆斷層在實際生產(chǎn)中如何區(qū)別？第二節(jié) 礦井開拓一、煤田、井田1. 煤田劃分為井田在同一地質(zhì)時期生成的大面積含煤地帶稱為煤田。煤田的范圍很大，面積由數(shù)十至數(shù)千平方公里，煤的儲量由幾億到幾百億噸。一個大的煤田通常由幾個或十幾礦開采，劃歸一個礦井進行開采的煤田通常稱為井田（或礦田）。井田的邊界多以大斷層等自然條件進行劃分。2. 礦井儲量與可采儲量井田范圍的大小，決定了礦井的煤炭儲量和開采條件，是建設礦井的基本根據(jù)。井田范圍內(nèi)煤炭的埋藏量稱為礦井儲量，礦井儲量中工業(yè)儲量只有一部分能夠采出，這部分儲量叫做可采儲量。3. 礦井井型與服務年限礦井生產(chǎn)能力指礦井一年內(nèi)能生產(chǎn)煤炭的產(chǎn)量，又稱為礦井年產(chǎn)量或井型。礦井范圍內(nèi)可采儲量按礦井設計生產(chǎn)能力計算其可生產(chǎn)年限，稱為礦井設計服務年限。我國目前按設計生產(chǎn)能力把煤礦分為大、中、小三種類型，每種類型又分為若干個等級，目前我國井型系列如下表21。表21 礦井井型和服務年限井 型礦井設計生產(chǎn)能力（萬t/a）礦井設計服務年限（a）小 型中 型大 型9 15 21 3045 60 90 120 150 180 240 300 400及以上 15～2530～5060～90二、井田再劃分煤田劃分為井田后，每一個井田的面積仍然比較大，為便于開采，還必須將井田再劃分為若干較小的區(qū)、段，以便有計劃的按一定順序進行開采。開采緩傾斜、傾斜和急傾斜煤層時，通常沿煤層傾斜方向，按一定標高，將井田劃分為若干長條部分，每一個長條部分稱為階段，如圖21所示。階段大小一般用階段斜長或階段垂高來表示，它的走向長度等于井田走向全長。階段與階段之間以水平面分界，分界面又稱為水平面。布置有主要運輸大巷和井底車場，擔負該水平開采范圍內(nèi)主要運輸和提升任務的水平稱為開采水平。水平常用該處標高、開采順序和用途來表示，如圖21中的150、300、500、800水平，又稱為第一水平，第二水平以及運輸水平、回風水平等。階段的開采順序一般是自上而下依次進行的，在開采第二階段時，第一階段的運輸水平可變?yōu)榈诙A段的回風水平。一個井田如果只有一個開采水平，稱為單水平開拓，它適用煤層傾角在16176。以下，井田傾斜長度較小的礦井；當用兩個以上開采水平來開采井田時，稱為多水平開拓。從技術(shù)經(jīng)濟的角度考慮，一個礦井最好用一個開采水平來保證礦井的年產(chǎn)量，這樣生產(chǎn)組織、技術(shù)管理簡單，技術(shù)經(jīng)濟指標較好。圖21 井田劃分為階段H階段垂高；h階段斜長階段內(nèi)的布置有連續(xù)式、分區(qū)式和分帶式三種。（1）連續(xù)式當階段內(nèi)的走向長度和傾斜長度都較小時，可在井田的每一翼沿階段傾斜全長布置一個回采工作面，并且回采工作面可以由井田中央向井田邊界推進（連續(xù)前進式開采），或者從井田邊界向井田中央推進（連續(xù)后退式開采），這種布置稱為連續(xù)式布置如圖22所示。圖22 階段內(nèi)的連續(xù)式布置方式a連續(xù)前進式開采；b連續(xù)后退式開采（2）分區(qū)式當階段的走向長度和傾斜長度都較大時，在階段范圍內(nèi)，沿走向把階段劃分為若干部分，每部分長度約為600～1200m，沿傾斜的長度等于階段斜長，在其中有獨立的通風和運輸系統(tǒng)，這樣的每個部分稱為采區(qū)，這種布置稱為分區(qū)式布置，如圖23所示。由于采區(qū)斜長仍然較大，有時長達1000～1500m以上，實際生產(chǎn)中又將采區(qū)沿傾斜劃分成若干長條部分，稱為區(qū)段，在區(qū)段內(nèi)布置回采工作面。采區(qū)的開采順序一般是從井田中央向邊界依次開采，稱為采區(qū)前進式。圖23 階段內(nèi)的分區(qū)式布置方式H階段垂高；h階段斜長（3）分帶式在階段內(nèi)不再劃分采區(qū)，而沿煤層走向劃分成許多個可以分別布置一個采煤工作面的傾斜長條，稱為分帶。在分帶內(nèi)，采煤工作面沿煤層傾斜方向由下而上（仰采）或由上而下（俯采）連續(xù)推進，這種布置稱為分帶式布置，如圖24所示。圖24 階段內(nèi)的分帶式布置方式J上、J下上、下山階段；D1～D6分帶三、礦井開拓方式在每個井田范圍內(nèi)，為了合理地把煤炭從地下開采出來，從地面向井下開掘一系列通向煤體的井筒和巷道，稱為礦井開拓。井筒的形式（立井、斜井、平硐）、開拓巷道的布置和礦井的通風運輸方式，叫做礦井開拓方式。通常以井筒形式為主要依據(jù)，將礦井開拓方式分為斜井開拓、立井開拓、平硐開拓和綜合開拓。（一）斜井開拓斜井開拓是指主、副井均為斜井，并通過一系列巷道到達煤層的一種開拓方式。斜井開拓是目前常用的一種開拓方式。根據(jù)井筒位置和開拓巷道布置方式的不同，斜井開拓主要分為片盤斜井開拓和斜井分區(qū)式開拓兩種。片盤斜井開拓是斜井開拓中最簡單的形式，它是將整個井田沿傾斜方向劃分成若干階段，每個階段為一個片盤，片盤內(nèi)沿傾斜布置一個采煤工作面。在井田走向的中央由地面向下沿煤層開鑿一對斜井，并以井筒為中心由上向下分片盤逐段開采。當井田劃分為階段或盤區(qū)時，利用斜井集中開拓，稱為斜井分區(qū)式開拓，也稱集中斜井開拓。若斜井劃分為一個水平開采，稱斜井單水平分區(qū)式開拓；若井田劃分為多個水平開采，稱為斜井多水平分區(qū)式開拓。（二）立井開拓立井開拓是指主、副井均為立井，并通過一系列巷道到達煤層的一種開拓方式。通常主井用箕斗提升，副井用罐籠。我國煤礦多采用立井單水平分區(qū)開拓和立井多水平分區(qū)開拓。兗礦集團除外省開發(fā)礦井外，大都是采用立井開拓方式。立井單水平開拓是將井田沿傾斜方向劃分為成兩個階段，在兩個階段之間設置一個水平，為整個井田的兩個階段服務，在水平以上的階段為上山階段，在水平以下的階段為下山階段。立井多水平開拓是利用兩個或兩個以上水平來開采整個井田。按開拓水平服務的階段布置方式不同，可分為多水平上山開拓、多水平上下山開拓和多水平混合式開拓。（三）平硐開拓平硐開拓是指利用水平巷道由地面直接進入 ，通過一系列巷道到達開采煤層的開拓方式。平硐的布置取決于地形條件與煤層賦存狀態(tài)。平硐沿煤層走向掘進的稱走向平硐；與走向斜交（或垂直）稱斜交（或垂直）平硐。（四）綜合開拓一般情況下，礦井開拓的主、副井都是用同一種井硐形式。為充分發(fā)揮上述三種開拓方式優(yōu)點，可以采用其中的兩種或三種方式來開拓一個井田，這種開拓方式稱為綜合開拓。綜合開拓的方式是多種多樣的，可能的組合方式有：平硐—立井、平硐—斜井、斜井—立井、立井—斜井—平硐等幾種形式。四、礦井巷道的分類（一）按巷道在生產(chǎn)中的用途劃分礦井巷道按其作用和服務范圍可分為開拓巷道、準備巷道和回采巷道三類。開拓巷道是為全礦井、一個開采水平或兩個以上采區(qū)服務的巷道。礦井的開拓巷道的類型有以下幾種：（1）平硐：直接與地面相通的水平巷道。（2）斜井：直接與地面相通的傾斜巷道。（3）立井：直接與地面相通的直立巷道。（4）井底車場：井下主要運輸巷道和井筒連接處的一組巷道和硐室的總稱。（5）石門：穿過各巖層掘進的并與煤層走向垂直或斜交的水平巷道。（6）主要運輸及回風大巷：沿走向掘進，供全礦井或某一個水平運輸、回風用的水平巷道，多數(shù)開掘在巖層內(nèi)，也可開掘在煤層內(nèi)。準備巷道是為一個采區(qū)服務的巷道，主要有以下幾種類型：（1）采區(qū)上山：在運輸大巷向上沿煤、巖層開鑿的傾斜巷道。按用途和裝備分為：運輸機上山、軌道上山、通風上山和人行上山等。（2）采區(qū)下山：在運輸大巷向下沿煤、巖層開鑿的傾斜巷道。按用途和裝備分為：運輸機下山、軌道下山、通風下山和人行下山等。（3）聯(lián)絡巷：貫通大巷和順槽或貫通兩個順槽的巷道。（4）溜煤眼：溜煤小井、采區(qū)煤倉?；夭上锏朗菫橐粋€采煤工作面服務的巷道，主要有以下幾種：（1）回風巷道：一般指供采煤工作面回風和運煤用的巷道。（2）進風巷道：一般指供采煤工作面進風和運料用的巷道。（3）切眼：為布置采面設備，形成生產(chǎn)系統(tǒng)而掘出的貫通回風與進風的巷道。各種巷道的位置關(guān)系如圖2－5所示。圖2－5 礦井各種巷道位置示意圖1－立井；2－小立風井；3－暗井；4－溜井；5－平硐；6－石門；7－煤門；8－平巷；9－斜井；10－上山；11－下山（二）按巷道的空間形態(tài)劃分垂直巷道主要有立井、暗立井、溜井等。水平巷道主要有平硐、平巷、石門、煤門等。傾斜巷道主要有斜井、暗斜井、上山、下山等。復習思考題1. 什么叫階段和開采水平？礦井階段內(nèi)布置形式有哪幾種？2. 礦井的開拓方式有哪幾種？3. 按巷道在生產(chǎn)中的用途，礦井巷道分為哪幾類？4. 按巷道空間的形態(tài)，礦井巷道分為哪幾類？第三節(jié)　礦山壓力與控制一、基本概念地下巖體在受到開挖以前，自重引起的應力（通常稱為原巖應力）處于平衡狀態(tài)。當開掘巷道或進行回采工作時，破壞了原來的應力平衡狀態(tài)，就會引起巖體內(nèi)部的應力重新分布。它表現(xiàn)為巷硐周圍煤、巖體產(chǎn)生位移、變形甚至破壞，直到煤、巖體內(nèi)部重新形成一個新的應力平衡狀態(tài)為止。在此過程中，巷硐本身或安設在其中的支護物會受到各種力的作用。這種由于在地下煤巖中進行采掘活動而在井巷、峒室及回采工作面周圍煤、巖體中和其中的支護物上所施加的力，就叫做礦山壓力。礦山壓力產(chǎn)生的根源是在開掘巷道或工作面回采前原始巖層中已經(jīng)存在的壓力。其來源主要有自重應力和構(gòu)造應力兩個方面。自重應力是由于上覆巖層自重引起的應力，在未受構(gòu)造運動影響的地區(qū)，處于某一深度的巖層中，覆蓋巖層重量所引起的垂直壓應力。構(gòu)造應力是由地質(zhì)構(gòu)造形成和運動在巖層中形成了構(gòu)造應力。構(gòu)造應力來源于地殼運動。地殼運動以水平運動為主，因此構(gòu)造應力主要是水平應力。在礦山壓力的作用下，會引起各種力學現(xiàn)象，如頂板下沉，底板鼓起，巷道變形后斷面縮小，巖體破壞散離甚至大面積冒落，煤被壓松產(chǎn)生片幫或突然拋出，支架嚴重變形或損壞，充填物受到壓縮，以及大量巖層移動地表發(fā)生塌陷等等。這些由于礦山壓力作用，使圍巖、煤體和各種人工支撐物產(chǎn)生的種種力學現(xiàn)象，統(tǒng)稱為礦山壓力顯現(xiàn)，簡稱礦壓顯現(xiàn)。礦山應力顯現(xiàn)的基本形式包括圍巖運動與支架受力兩個方面。圍巖運動包括頂板運動、兩幫運動、底板運動。支架受力主要包括支架承受載荷增減、支架變形（活柱下縮）及支架壓折等現(xiàn)象。煤或巖層采動后，原巖應力平衡狀態(tài)受到破壞，圍巖的各類應力都將發(fā)生變化，這種變化稱應力的重新分布。應力分布的范圍是采動空間的周圍巖體。應力的重新分布則形成了比原巖應力高的應力區(qū)，即支承壓力區(qū)。所謂支承壓力即由于采礦活動導致圍巖應力重新分布在附近煤巖體、煤柱、充填物或冒落矸石上的比原巖應力高的應力?！?。在煤巖中開掘巷道后，巷道上方的頂板巖層失去了支撐，在本層自重和上覆巖層的作用下，就會發(fā)生變形和破壞，應力得到重新分布，最后形成一個相當穩(wěn)定的拱形空間，該空間稱為“冒落拱”，其拱頂輪廓稱為“自然平衡拱”。若設有支架，拱內(nèi)巖石便不會冒落，但也會逐漸松動，對支架產(chǎn)生應力，故稱它為“壓力拱”。平衡拱內(nèi)的巖石不再承受和傳遞巖層的壓力，它本身的重量則由巷道支架支撐。而平衡拱上面的巖層重量則轉(zhuǎn)移到巷道兩側(cè)煤壁上，所以巷道上所受的壓力要比原始壓力小得多，形成了壓力降低區(qū)，或免壓區(qū)。而巷道兩幫煤壁上承受的力除原始壓力外又增高一部分壓力，則形成集中壓力區(qū)或叫支承壓力區(qū)。煤礦沖擊地壓是礦井巷道和采場周圍煤巖體由于變形能的釋放而產(chǎn)生的以突然、急劇、猛烈破壞為特征的礦山壓力的動力現(xiàn)象。通常情況下，沖擊礦壓直接產(chǎn)生將煤巖動力拋向巷道，引起巖體的強烈震動，產(chǎn)生巨大聲響，造成巖體的破斷和