近水平煤层的开采技术.ppt

第三章 近水平、缓倾斜和中斜采煤方法 第一节 采煤方法概念 1. 采煤工作面 煤矿开拓和掘进必需的巷道之后，形成了进行采煤作业 的场所。如图图5-1所示。 图5-1 工作面空间和采空区 a-开切眼；b-在开切眼附近；c-正常回采时 2. 采煤工艺： 采煤工作面各工序所用方法、设备及 其在时间、空间上的相互配合称为采煤工艺 。 回采工艺过程包括破煤、装煤、运煤 、支护和处理采空区等五道主要工序。这些 工序按破煤、装煤运煤、移输送机、支护、 处理采空区的顺序依次进行。 3. 采煤工艺方式： 爆破采煤工艺、普通机械化采煤工 艺和综合机械化采煤工艺三类。 4. 采煤方法： 采煤工艺与回采巷道布置及其在时间 上、空间上的相互配合叫采煤方法。 5. 壁式体系采煤法： 走向长壁采煤法：长壁工作面沿煤层走向推进的采 煤方法，即为走向长壁采煤法； 倾斜长壁采煤法：长壁工作面沿煤层倾斜推进的采 煤方法，即为倾斜长壁采煤法。如图5-2所示。 图5-2 两种采煤方法示意图 第二节 长壁工作面采煤工艺 一、 采煤工作面矿山压力 （一）顶板与底板 图5-3 煤层、顶板、底板的相对位置关系 （二）采动后顶板活动的一般规律 长壁工作面如图图5-4所示。 图5-4 直接顶初次垮落 1. 直接顶顶初次垮垮落： 2. 岩石碎胀系数：岩石破碎后与破碎前体积的比值叫 岩石碎胀系数。 3. 直接顶充填系数：直接顶厚度与煤层采高的比值。 如图图5-5所示。 图5-5 直接顶垮落后 的岩石充填情况 图5-6 基本顶呈双 固定支点梁状态 4. 基本顶初次来压：基本顶初次破断在采煤工作面 引起的矿压显现称为初次来压（如图5-7所示）。 5. 基本顶周期来压：基本顶周期折断在采煤工作面 引起的矿压显现称为周期来压；基本顶岩梁周期性折断的 距离叫做基本顶周期来压步距（如图5-8所示）。 图5-7 基本顶初次来压 图5-8 基本顶周期来压 （三）采煤工作面顶板分类 表5-1 直接顶类别代号及名称 类别类别 1类类 2类类 3类类 4类类 1a 1b 不稳稳定 中等稳稳定 稳稳定 非常稳稳定 岩性和 结结构特 征 泥岩、泥页页 岩，节节理裂 隙发发育或松 软软。 泥岩、碳质质 泥岩，节节理 裂隙发发育。 致密泥岩、粉 砂岩、砂质质泥 岩，节节理裂隙 不发发育。 砂岩、石灰 岩，节节理 裂隙很少。 致密砂岩、 石灰岩， 节节理裂隙 极少。 （四）采煤工作面围岩支承压力及其 变化 1. 原岩应力：天然存在于原岩内的应力叫 做原岩应力。 2.支承压力：采煤后，由于采掘空间原被 采物承受的载荷转移到周围支承体上而形成的 压力，叫支承压力。如图5-9所示。 3. 矿压：存在于采掘空间围岩内的力叫做 矿山压力，简称“矿压”。 4. 应力集中系数：工作面周围岩体内最高 应力与原始应力的比值叫做应力集中系数。 图5-9 工作面周围岩体内应力 重新分布概况 5. 支承压力分布: （1）工作面：（图5-9所示） （2）底板传递：（图5-10所示） 煤体上的支承压力还会传递到底板岩层中，如 图5-10所示。 图5-10 底板应力升高区示意图 二、爆破采煤工艺 爆破采煤工艺，又称“炮采”，指在长壁工作面用爆破方 法破煤和装煤、人工装煤、输送机或溜槽运煤和单体支柱支 护采空区的采煤工艺。 1. 破煤：（如图图5-11所示） 图5-11 炮采工作面炮眼布置图 2. 装煤：爆破装煤、人工装煤和机械装煤三种。 3. 运煤：可弯曲刮板输送机和溜槽运煤。 4. 支护：单单体液压压支柱和铰铰接顶顶梁支护护采空区。 图图5-12、图图5-13 图5-12 单体液压支柱结构 图5-13 金属铰接顶梁结构图 5. 处理采空区：全部垮落法、充填法和煤柱支撑法等三种 。 6. 炮采工作面回采工艺过艺过 程如图图5-15所示。 图5-15 回采工艺过程 7. 采煤循环：循环就是采掘工作面周而复始地完成一整 套工序的过程。采煤工作面的循环，即完成落煤、装煤、运 煤、支护和处理采空区的全过程。以放顶为标志，称为一个 循环。 图5-16 炮采工作面循环作业图表 8. 循环 图表：循环 图表表示工 作面各工序 进行的时间 和空间位置 关系。 三、普通机械化 采煤工艺 普通机械化采煤 工艺，简称“普采”， 是用机械方法破煤和 装煤、输送机运煤、 单体支柱和铰接顶梁 支护采空区顶板的采 煤工艺。普采工作面 布置如图5-17所示。 图5-17 普采工作面布置示意图 1. 工作面主要设备：采煤机、输送机、单体液压支柱、 铰接顶梁。 图5-21 单滚筒采煤机端头进刀工艺过程 2. 采煤工艺： （1）采破、 装、运：由采煤机和 输送机完成。 （2）控支护 、处理采空区。 3. 普采工作面的 采煤工艺过程为： 图5-21所示为单 滚筒采煤机斜切进刀 的工艺过程。 4. 图5-22是普采工作面循环图表。 图5-22 普采工作面循环作业图表 四、综合机械化采煤工艺 综合机械化采煤，简称“综采”。在长壁工作面用 机械方式破煤和装煤、输送机运煤和液压支架支护顶板 的采煤工艺。 1. 综采工作面配备的主要设备有：双滚筒采煤机 、可弯曲刮板输送机、自移式液压支架。 综采工作面使用的液压支架有：支撑式、支撑掩护 式、掩护式等三种。 （1）支撑式自移式液压支架如图5-23所示。 （2）掩护式自移式液压支架如图5-24所示。 （3）支撑掩护式自移式液压支架如图5-25所示。 图5-23 支撑式液压支架 图5-24 掩护式液压支架 图5-25 支撑掩护式液压支架 2. 综采工 作面布置如图 5-26所示。 图5-26 综采工作面 布置 3. 采煤工艺： （1）采破、 装、运：由采煤机、 输送机完成。斜切进 刀方式，图5-27。 （2）控液压 支架：及时支护 采煤、移架、推溜； 滞后支护采煤、 推溜、移架。 图5-27 采煤机端部斜切进刀工艺过程 4. 图5-28是综采工作面典型循环图表 图5-28 综采工作面循环作业图表 第三节 放顶煤采煤工艺 放顶煤采煤工艺实质是，在开采煤层的底 部（沿底板或在煤层中某一高度范围的底部 ）布置一个回采工作面，用常规的机械化采 煤方法进行回采，工作面上方的顶煤，利用 矿山压力的作用或辅以人工松动方法使其破 碎，并随工作面推进在后方放出。这种采煤 工艺称为放顶煤采煤工艺。 1. 放顶煤综采工作面设备布置如图5-29 所示。 2. 放顶煤采煤工艺 （1）综采（底煤）； （2）放顶煤：顶煤破碎；放煤步距；放 煤方式 3. 优缺点： 放顶煤综采工艺与分层综采工艺相比具有 工艺简单、产量高、效率高、材料消耗少、巷 道掘进工程量少、工作面搬家次数少、成本低 等优点。 目前顶煤损失相对较多、自然发火控制 难度大、工作面煤尘大、瓦斯易积聚等问题依 然较为突出。 图5-29 放顶煤综采工作面设备布置 图5-30 放顶煤综采工作面 放顶煤支架类型 第四节 回采巷道布置系统 形成采煤工作面及为其服务的巷道叫回采巷道。主要有 开切眼、工作面运输巷、工作面回风巷等。 一、回采巷道的布置方式 图5-31 回采巷道 的布置形式 （1）单巷式； （2）双巷式； （3）一条半布置； （4）多巷式布置。 如图5-31所示。 二、几种布置方式的优缺点和适用条件 三、回采巷道布置特点 图5-32 区段平巷的坡度及方向 四、区段平巷的布置 巷道布置的内容：巷道用途、数量、位置和 巷道之间的时空关系 1、普采或炮采区段平巷布置 1）区段回风平巷（轨巷）： （1）功用：轨道运输、回风、行人。 （2）要求：与采面上出口相连，必须沿煤层 掘进； 断面要符合运输、通风、行人、安全等 要求； 1）区段回风平巷 轨道要求 ： i、坡度i =3 5%0 ，有时6 10 %0 ，以利于 矿车运输、流水； ii、能适应弯道。1t矿车 ， R 6 m ， 1.5t矿车 ， R 9m iii、轨距与全矿一致 （3）施工措施：（working） 轨道要求巷道按腰线沿煤层走向掘进。 两端安绞车时也可以按中线掘进，分段取直。 2）区段运输平巷（机巷） （1）功用：铺输送机，运煤或物料，行人。 （2）要求： 与采面下出口相连，必须沿煤层掘进。 位置、断面利于装运煤。 方向要求直或分段取直，利于运煤。 链板输送机每部长200m，允许弯度值 12m2 风巷：铺轨。以设备最大外廓尺寸定，S 10m2 。 （1）机巷、风巷定向取直、平行布置，保持采 面等长； （2）机巷、风巷分段定向取直、平行布置，保 持采面等长； （3）施工技术：沿中线定向取直或分段取直。 3、高产高效综采工作面区段平巷布置特点 1）巷道布置（坡度及方向等）：同普采、综 采。 2）巷道支护 锚网支护，适应产量高、推 进快的要求。 3）加大工作面连续推进长度 设中切眼。 （1）中切眼 在采面推进方向走向中部开 掘的、连通机巷、风巷且与开切眼长度相近 的联络巷。 （2）中切眼位置 根据采面连续推进长 度及设备性能，避开应力集中区，选择围岩 稳定、无淋水的地段。 与区段平巷交角为85O为宜。 （3）中切眼断面及支护 断面 10m2；支护 锚网支护 平六矿：煤巷锚杆间距0.7m， 锚杆长1.8m， 冷拔钢丝网，14#钢丝，网孔40*40mm （4）中切眼作用： q解决掘进期间局部通风问题 如：JBT局扇或 JBD622局扇 ，有效供风长度 700m 利用中切眼，缩短了供风距离，减少了风筒占 用量，降低了风阻，提高通风效率。 中切眼作用 解决长距离掘进供电问题 综合掘进机容量300kW以上，低压供电困难 ；设中切眼后，可将移动变电站放在中切眼 附近，高压供电 增加安全避灾通道 加快了巷道掘进速度：风巷煤可通过中切眼 从机巷一起运出，材料由风巷运进方便 （5）通过中切眼方法 采面通过中切眼前，提前30 50m（动压 影响之外）加强支护或替换支护。 保持采面与中切眼交角为85o 拆出风门，设临时风帘。 加强中切眼顶板管理。 4、最下区段机巷如何布置？ （三）区段平巷布置方式： 1、双巷布置：上区 段机巷与下区段风巷 统一布置 双巷同时一次掘出， 轨巷超前 优点： 1）掘进通风容易； 2）安全好 进出掘 进面有两个出口，对 回采也有避灾出口； 双巷布置的优点： 3）可超前勘探煤层变化，利于为机巷定向； 4）泄水方便； 5）易送物料到机巷（安装维修）； 6）为上、下采面及时接替创造条件 。 双巷布置缺点： （1）下区段风巷受采动影响，维护时间长且 困难； （2）若设备放在下区段风巷内，需重新移置 电路和油管等。 （3）损失区段煤柱 2、一条半巷布置 上区段机巷掘出，下区段风巷掘一半 优点：同双巷布置，利于接替，一半长巷道 易维护。 3、单巷布置 Fig. 94（b）示，分 巷布置， 10o 时， 下行风，设备在上巷， 可用于低沼矿井。 Fig.94（c）示，设 备在机巷，要求机巷大 断面。 4、高瓦斯矿设瓦斯尾巷的双巷布置 高瓦斯矿：Fig.9 5示，双巷布置设瓦斯尾巷 。 （四）单工作面与双工作面布置 Fig.9 6示，对拉工作面 1、对拉采面生产系统 运煤：上采面下运 下采面上运 通风： （1）1 进风，2、3 回风，下采面下行风； （2）2、3 进风，1 回风，上采面下行风； （3）串联掺新，3、1 进风，2 回风。 1中间运输平巷 2上轨道平巷 3下轨道平巷 2、上、下采面错距： 一般5m ，木垛维护。 3、优、缺点及适用： 优点 减少平巷掘进量和 维护量；采出率高；占用设备少；生产集中 ；管理方便。 缺点 上、下采面交接处难维护。 适用：非综采工作面；顶板中等稳定以 上；瓦斯少。 （五）工作面回采顺序 1、采面后退式： Fig.97（a）示，由采 区边界附近向采区上山 方向推进采煤。 适用： 我国广泛应用 2、 采面前进式： Fig.9 7（b）示， 采面由采区上山附 近向采区边界方向 回采，区段平巷沿 空留巷。 问题：少掘巷；采出率高；要求支护技术和 手段好；要防漏风；留巷困难。 适用： 少用。 3、采面往复式： Fig.97（c）示。 上采面前进式，沿空留巷；下采面后退式， 沿空留巷。 优点：缩短搬家距离；采出率高；少掘巷道 。 适用：鸡西、阳泉、开滦均有用。 4、往复旋转式： Fig.9 7（d）示。 使综采面旋转180， 往复回采，沿空留巷 。 优点：采面不搬家； 少掘巷； 缺点：煤损大；回采 技术复杂；转折点难 维护，设备折损严重 。 适用 ：少。 （六）区段间无煤柱开采的回采巷道布置 1、 沿空留巷（巷帮充填 ）：工作面采煤后沿采空区 边缘维护原回采巷道前进式 沿空留巷：采面前进式回采 ，沿采空区留出平巷。 2）后退式沿空留巷：先掘 区段平巷到采区边界，采面 后退回采，沿采空区留出平