《井下电钳工》全部书稿.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流井下电钳工全部书稿.精品文档.井 下 电 钳 工 2 0 0 7 . 3第二章 矿井通风与灾害防治第一节 煤矿生产技术一、矿井开拓我国煤矿多为井工开采,作业地点时刻受到水、火、瓦斯、矿尘、光照不足、有害气体和破碎顶板的威胁。井工煤矿的特点是:作业地点空间狭窄、阴暗潮湿、环境条件恶劣,地下开采技术复杂,生产环节多,工作面不断移动,地质条件常有变化,不安全因素很多。矿井开拓是指在一个井田范围内,从地面进入煤层为开采水平服务所进行的井巷布置。煤矿安全规程第18条规定:每个生产矿井必须至少有2个能行人的通达地面的安全出口,各个出口间的距离不得小于30
2、m。(一)矿井开拓方式矿井开拓巷道在井田内的布置方式称为矿井开拓方式。通常以井筒形式为依据,将矿井开拓方式划分为立井开拓、斜井开拓、平硐开拓和综合开拓种方式。1立井开拓立井开拓是指从地面开凿一对立井直接到达地下,并开掘一系列巷道到达煤层的开拓方法。立井开拓是我国矿井广泛应用的一种开拓方式。当煤层埋藏较深、表土层厚或水文情况比较复杂,井筒需要特殊施工,或多水平开采急倾斜煤层,都可以采用立井开拓。斜井开拓斜井开拓是指利用一对斜井由地面进入地下,并通过一系列巷道到达煤层的一种开拓方法。斜井开拓也是我国矿井广泛采用的一种开拓方式。当煤层埋藏较浅而且地质条件又不复杂时,多采用斜井开拓方式。与立井开拓比较
3、,斜井开拓井筒掘进技术简单,开凿井筒需要的设备少,井筒装备简单,投资少,建井快。可以采用强力带式输送机运输,生产能力大。但斜井开拓井筒长,维护工作量大,提升能力受到限制(除皮带输送机外)。平硐开拓平硐开拓就是利用水平巷道由地面到达煤层进行开采的一种开拓方式。它适用于开采埋藏在山岭和丘陵地区的煤层,是一种方便经济的开拓方式,只要条件适合,应尽量采用。综合开拓矿井开拓中,通常主、副井都采用同一种井筒形式。但是,在某些条件下,可采用主、副井井筒形式不同的综合开拓方式。根据不同的地质与生产条件,综合开拓可以有多种形式,如斜井与立井、平硐与立井、平硐与斜井等。其中,以斜井作为主井,安装带式输送机运煤,立
4、井作副井,以利于辅助提升的综合开拓方式,是一些大型矿井的发展方向。(二)矿井生产系统走向长壁采煤法矿井生产系统,如图21所示。图21 走向长壁采煤法矿井的生产系统1主井;2副井;3井底车场;4主要运输石门;5运输大巷;6风井;7回风石门;8回风大巷;9采区运输石门;10采区下部装煤车场;11采区下部材料车场;12采区煤仓;13行人入风巷;14运输上山;15轨道上山;16上山绞车房;17采区回风石门;18采区上部车场;19采区中部车场;20区段运输平巷;21下工作面回风平巷;22联络眼;23区段回风平巷;24开切眼;25采煤工作面;26采空区;27运输下山;28轨道下山;29下山回风联络巷;30
5、风硐;10下山采区上部装煤车场;11 下山采区上部运料车场1运煤系统从工作面采落的的煤炭经刮板输送机运到区段运输平巷20,由平巷内的带式输送机或刮板输送机将煤运至采区运输上山14,由上山内的带式输送机运至采区煤仓12,在采区下部车场10装车,煤车由电机车牵引经运输大巷5、主要运输石门4运至井底车场煤仓,然后通过主井1内的箕斗提升到地面。2运料和出矸系统采掘工作面生产所需的材料和设备,由副井2下放到井底车场3,用材料车沿轨道线路经主要运输石门4、运输大巷5、采区下部材料车场11、轨道上山15、区段回风平巷23或采区中(上)部车场送往采煤工作面或其他使用地点。掘进工作中所出的煤或矸石,用矿车按与运
6、送材料和设备相反的方向运出采区,直至井底车场3,煤由主井1中的箕斗提升到地面,矸石由副井2中的罐笼运出矿井。3供电系统高压电缆从地面变电站引出,经井筒、井下中央变电所、运输大巷、到达采区变电所降压后,由低压电缆经工作面配电点送至各用电设备。4通风系统新鲜风流由副井2进入井底车场3,经由主要运输石门4、运输大巷5、运输上山14、采区中部车场19、区段运输平巷20到达工作面25,清洗工作面后的污浊空气,经区段回风平巷23、采区回风石门17汇集到回风大巷8,然后经回风石门7由主要通风机排至地面。二、采掘技术(一)采煤方法采煤方法是采煤系统和采煤工艺的总称。采煤系统是指采区巷道的布置形式;采煤工艺是指
7、在采场中所进行的落煤、装煤、运煤、支护和采空区管理工作的安排和配合方式。不同的巷道布置与采煤工艺相配合,就形成不同的采煤方法。目前走向长壁式采煤工艺主要有爆破采煤、普通机械化采煤、综合机械化采煤和综采放顶煤采煤等。1. 爆破采煤爆破采煤简称“炮采”,其工艺特点是采用打眼放炮的方法落煤。爆破落煤的生产工艺过程包括电钻打眼、装药、填炮泥、连炮线和起爆等工序。爆破采煤的生产工艺流程为爆破落煤、人工装煤、刮板输送机运煤、推移输送机、架设支架和回柱放顶等工序。爆破采煤所需设备简单,技术易于掌握,对地质条件变化适应性较强,目前仍在小型煤矿和地质条件复杂的矿井使用。2. 综合机械化采煤综合机械化采煤简称“综
8、采”。综采工艺是指采煤工作面中采煤的全部生产工序,如落煤、装煤、运煤、支护和顶板管理等工艺过程全部实现了机械化的采煤工艺。如图22所示,采煤工作面的主要设备有采煤机、可弯曲刮板输送机和自移式液压支架等;平巷主要设备有转载机、带式输送机、破碎机、乳化液泵站、喷雾泵站和液压安全绞车。电气设备包括移动变电站、馈电开关及控制各机械设备电动机的磁力启动器。综采工作面采煤工艺过程比较简单,一般为:采煤机落煤及装煤移置刮板输送机移设液压支架(承压移步或降柱移步、升柱支撑顶板);或采煤机落煤或装煤移设液压支架移置刮板输送机。这种工艺由于使用了液压支架支护顶板,解决了支护与回柱放顶人工操作的难题,实现了支护与采
9、空区处理的机械化。其优点是劳动强度低、产量高、效率高、安全条件好,是我国煤炭工业的发展方向。图22综采工作面设备布置1采煤机;2可弯曲刮板输送机;3液压支架;4下端头液压支架;5上端头液压支架;6转载机;7带式输送机;8配电箱;9乳化液泵站;10设备列车;11移动变电站;12喷雾泵站;13液压安全绞车3. 普通机械化采煤普通机械化采煤简称“普采”,其工艺系统是指利用滚筒式采煤机或刨煤机与单体支柱配套进行采煤的工艺系统。普采的主要特点是用滚筒式采煤机或刨煤机采煤和装煤,可弯曲刮板输送机运输,工作面采用单体液压支柱和铰接顶梁或摩擦式金属支柱和铰接顶梁配套支护。它与综采工艺的差别是支护、放顶工序需人
10、工进行。使用金属摩擦支柱支护的采煤称为普采;使用单体液压支柱支护的采煤则称为高档普采。普采工作面的布置如图23所示。图23普通采煤工作面布置1采煤机;2可弯曲刮板输送机;3移溜千斤顶;4油泵;5回柱绞车3.综采放顶煤采煤法综采放顶煤采煤法,适用于缓倾斜及倾斜特厚煤层。它是在厚煤层的底部布置采煤工作面,并利用顶板压力及其他措施将顶煤冒落从该工作面一并采出的采煤方法。其采煤分两步完成,第一步是工作面采煤,第二步是放顶煤。缓倾斜长壁综采放顶煤工作面的采煤通常分为一次采全厚放顶煤综采(是我国目前使用的主要方法)和预采顶分层煤的放顶煤综采。综采放顶煤工作面的布置如图2-4所示,综采放顶煤采煤,沿工作面布
11、置2部输送机,即前部输送机和后部输送机。工作面采用放顶煤支架,放顶煤支架除具有普通液压支架支护顶板的功能外,支架上还有放顶煤天窗或放煤插板,具有放顶煤功能。图24 综采放顶煤工作面布置示意图我国综采放顶煤工艺主要包括割煤、移架、移前部输送机、移后部输送机、放顶煤5道基本工序。其中放顶煤工作多从工作面下部向上部,也可从上部向下部,逐架或隔一架或隔数架依次进行。一般放顶煤沿工作面全长一次进行完毕,即一轮放完;如顶煤较厚,也可以两次放完。(二)巷道掘进巷道掘进的主要方法有钻眼爆破法掘进和机械化掘进2种。目前,在岩层中主要采用钻眼爆破法进行掘进;在煤层中既有钻眼爆破法掘进,也有机械化掘进。在采用钻眼爆
12、破法掘进巷道时,主要的工序有:破岩、装岩、运输和支护。对于机械化掘进,其工序主要由破岩(煤)、运输和支护等组成。机械化掘进具有高产、高效和安全等特点,因此,这种方法越来越广泛地在井下掘进中采用。1.破岩(煤)在巷道掘进施工中,破碎煤岩是一道主要工序。用钻眼爆破破岩时,一定要根据岩石性质、巷道断面形状、所使用的炸药等实际情况,灵活地布置炮眼和确定各类炮眼的装药量,才能获得良好的爆破效果。机械破岩法主要是通过掘进机的切割头将煤岩切割下来,并直接装入矿车或其他运输设备中,目前主要在煤巷和半煤岩巷掘进时使用。为了保证巷道断面的规格、尺寸、巷道的坡度、方向符合设计要求,必须按巷道的中心线、腰线进行施工。
13、2.装岩(煤)装岩可分为人工装岩和机械装岩2种。装岩与运输是岩巷掘进中比较繁重的工作。人工装岩的劳动强度大、效率低,因此,在能够采用机械装岩的施工巷道中尽可能采用机械装岩。一般情况下,装岩时间约占掘进循环的35%50%。因此,提高装、运机械化水平及其生产率,对于实现快速掘进和减轻工人的劳动强度都具有重大的意义。运输煤矿掘进运输一般采用种方法:一是人力推车运输;二是机械运输。人力推车是把煤岩装入矿车中,用人力把矿车推到规定地点。机械运输即采用轨道运输和刮板输送机、带式输送机、绞车等把煤矸运到规定的地点。机械运输效率高、人员安全,是目前中大型矿井的主要运输方法。支护巷道支护的目的是改善围岩稳定状况
14、和控制围岩运动的发展速度,以维护安全生产的工作空间。巷道支护分巷道临时支护和巷道永久支护种。按煤矿安全规程规定,掘进工作面严禁空顶作业。爆破崩倒崩坏的支架,必须先行修复之后,方可进入工作面作业。掘进工作面严禁空顶作业。靠近掘进工作面10m长度以内的支架在放炮前必须加固。我国巷道掘进常采用的支护形式有木支架支护、金属支架支护、钢筋混凝土支护、砌碹支护、锚喷支护、联合支护等。在实际工作中,这些支护的选择,需根据地压的大小、巷道年限的长短、巷道断面的大小等因素来确定。如:巷道地压不大、巷道服务年限短、断面不大的采区巷道或开拓的临时巷道可选用木支架支护。第二节 矿井通风 一、矿内空气 (一)地面空气由
15、于井下空气来源于地面空气,因此应该了解地面空气的主要成份。地面空气主要是由氧气(O2)、氮气(N2)、二氧化碳(CO2)等组成。 1.氧气(O2) 氧气是一种无色、无味、化学性质很活泼的气体,在地面空气中所占的体积百分比为20.96%,对空气的相对密度为1.11,氧气是人呼吸和物质燃烧不可缺少的气体。当氧气浓度下降到17%时,工作时会出现喘息和呼吸困难;下降到15%时,失去劳动能力;下降到10%时,丧失理智,时间稍长有死亡的危险。因此,煤矿安全规程第100条规定:采掘工作面的进风流中,氧气浓度不低于20%。2.氮气(N2) 氮气是一种无色、无味,在地面空气中所占的体积百分比为79%,对空气中的
16、相对密度为0.97。氮气在正常情况下对人体无害,但含量过多时,减少氧含量造成缺氧。3.二氧化碳(CO2)二氧化碳是一种无色、略带酸味的气体,在地面空气中所占的体积百分比为0.04%,相对密度为1.52。二氧化碳对人的眼、鼻和口腔粘膜有刺激作用。当浓度达到3%时,人的呼吸急促,易感疲劳;当达到5%时,出现耳鸣、呼吸困难;达到10%时,呼吸停止,失去知觉,几分钟内可导致死亡。因此,煤矿安全规程第100条规定:采掘工作面的进风流中,二氧化碳浓度不超过0.5%。煤矿安全规程第139条规定:采掘工作面风流中二氧化碳浓度达到1.5%时,必须停止工作,撤出人员,查明原因,制定措施,进行处理。 (二)井下空气
17、中的主要有害气体 1瓦斯(CH4) 见本章第二节 2一氧化碳(CO)一氧化碳是一种无色、无味有毒的气体,相对密度为0.967。一氧化碳能燃烧,当其浓度达到13%75%时遇火源即发生爆炸。当空气中一氧化碳的浓度达到0.016%时,经数小时仅有头痛、心跳轻微征兆;当浓度达到0.048%时,1小时内即有头晕、耳鸣、两眼冒金花、发黑等中毒症状;当浓度达到0.128%时,经半小时至1小时即有恶心、呕吐、丧失行动能力的中毒症状;当浓度达到0.4%时,短时间内即失去知觉、抽筋、假死,经过20-30分钟死亡。煤矿安全规程对煤矿井下空气中一氧化碳的含量做了严格的规定,最高允许浓度为0.0024%。3二氧化硫(S
18、O2)二氧化硫是无色、有强烈的硫磺味和酸臭味的有毒气体,相对密度为2.32。当空气中二氧化硫的浓度达到0.0005%时,就能嗅到;当浓度达到0.05%时,可能引起急性支气管炎、肺水肿,短时间内死亡。煤矿安全规程对井下空气中二氧化硫的含量做了严格的规定,最高允许浓度为0.0005%。 4二氧化氮(NO2) 二氧化氮是一种具有特殊刺激味的气体。相对密度为1.57,有剧毒。当空气中二氧化氮浓度达到0.006%时,短时间内引起咳嗽、胸痛;当浓度达0.01%时,引起剧烈咳嗽、呕吐、神经系统麻木;当浓度达到0.025%时,短时间内死亡。煤矿安全规程对井下空气中二氧化氮的含量做了严格的规定,最高允许浓度为0
19、.00025%。 5氨气(NH3) 氨气是一种无色、有浓烈氨水臭味的有毒气体,相对密度为 0.9,有爆炸性。炸药的爆炸、用水灭火、有机物腐烂都可产生氨气。氨气对人体有毒害作用。煤矿安全规程对井下空气中氨气的含量做了严格的规定,最高允许浓度为0.004%。 6硫化氢(H2S) 硫化氢是一种无色,带有臭鸡蛋气味的有毒气体,相对密度为1.19,能燃烧和爆炸。爆炸浓度为4.3%4.6%。坑木等有机物的腐烂、含硫矿物的氧化、燃烧都能产生硫化氢气体。硫化氢能使人的中枢神经中毒而损伤神经系统。另外对眼睛及呼吸管的粘膜有强烈的刺激作用。煤矿安全规程对井下空气中硫化氢的含量做了严格的规定,最高允许浓度为0.00
20、066%。 7氢气(H2) 氢气是一种无色、无味、无毒的气体,相对密度为0.07,具有爆炸性。 二、矿井及采区通风系统 (一)矿井通风的任务 1.供给井下人员足够的新鲜空气。 2.把有害气体和矿尘稀释到安全浓度以下,将有害气体排出井外。 3.为井下人员和设备创造适宜的气候条件。煤矿安全规程规定:采掘工作面的空气温度超过30OCO,机电设备硐室的空气温度超过340C0时,必须停止工作业。(二)对矿井通风的要求1煤矿安全规程规定:矿井必须有完整的独立通风系统。矿井及井下各工作地点、采掘工作面的风量必须满足安全生产要求。2衡量矿井气候条件的指标,如温度、湿度、风速等必须符合要求,各工作地点的风速要符
21、合煤矿安全规程的要求:主要进、回风巷允许最高风速为8m/s;掘进中的岩巷允许最高风速为4m/s,允许最低风速为0.15m/s;采煤工作面、掘进中的煤巷和半煤岩巷允许最高风速为4m/s,允许最低风速为0.25m/s。3.矿井需要的风量应按下列要求分别计算,并选取其中的最大值:按井下同时工作的最多人数计算,每人每分钟供给风量不得少于4m3。按采煤、掘进、硐室及其他地点实际需要风量的总和进行计算,各地点的实际需要风量,必须使该地点的风流中的瓦斯、二氧化碳、氢气和其他有害气体的浓度、风速以及温度,每人供风量符合煤矿安全规程有关规定。4.采掘工作面风量不足时,严禁装药、爆破。5临时停工的地点,不得停风。
22、 6因检修、停电或其他原因停止主要通风机运转时,必须制定停风措施。 (三)矿井通风系统的种类按照进风井、回风井在井田内的布置方式不同分为中央式、对角式、区域式和混合式。 1.中央式 进风井、回风井均位于井田走向中央。按进、回风井沿倾斜方向相对位置的不同又分为中央并列式,如图25(a)和中央分列式如图25(b) 中央并列式适用于井田走向长度不大,瓦斯与自燃发火都不严重的矿井。中央分列式适用于井田走向长度不大,瓦斯与自燃发火比较严重的矿井。a b图2-5中央式通风系统示意图a中央并列式 b中央分列式样2.对角式 对角式又分为两翼对角式和分区对角式。两翼对角式是进风井位于井田走向中央,回风井位于两翼
23、。两翼对角式适用于井田走向长,所需风量大,易自燃,有煤与瓦斯突出危险的矿井。分区对角式是进风井位于井田走向中央,在每个采区各布置一个回风井,不布置总回风巷,适用于煤层赋存浅的矿井。 3.区域式 在井田的每个生产区域均开凿进、回风井,分别构成独立的通风系统。适用于特大型矿井或因地质原因需要将井田划分若干独立生产区域的矿井。 4.混合式 由以上几种通风系统中的两种或两种以上组成的通风系统。 (四)采区通风系统 按进、回风上山选择的不同,采区通风系统可分为输送机上山进风、轨道上山回风和轨道上山进风、输送机上山回风等。 1.输送机上山进风、轨道上山回风 输送机上山即为运煤上山,输送机上山进风,使风流与
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