煤矿开采学1111.ppt

第一章煤矿开采的基本概念1.煤田开发的概念一、煤田和矿区1、煤田：在地质历史发展过程中，在一定地质时期生成的大致连续的含煤地带2、富量煤田：煤田范围很大，储量可达数亿、数百亿、数千亿吨；面积可达数百到数千平方公里。对这种储量丰富、面积大、连续的煤田称为富量煤田。1,4、矿区：统一规划和开发的煤田或其一部分成矿区。矿：开采矿物的场所。区：地域。,3、限量煤田：由于煤田形成过程中或形成后的地质变化等原因，使煤田的面积较小，储量有限，只适用一个矿井开采的煤田称限量煤田。,二、井田1、井田：划归一个矿井开采的那部分煤田称为井田。,2,2、井田范围：是指井田内沿煤层走向的长度和倾斜方向的水平投影宽度。小井：井田走向长1500m；中型井：井田走向长4000m；大型井：井田走向长7000m。,3,三、矿井生产能力和井型1、生产能力：单位时间内生产煤炭的数量。2、矿井生产能力：一般指矿井设计生产能力。以年为单位。Mt/a万t/a（1Mt/a=100万t/a）,四、露天开采与地下开采的概念1、露天开采：从敞露的地表直接采出有用矿物的方法称露天开采。2、剥采比：每采一吨煤需要剥离出多少立方米的岩石量称剥采比。4,3、井型分类小型井：9、15、21、30万t/a中型井：45、60、90、万t/a大型井：120、150、180、240、300、400、500万t/a,3、最大经济合理剥采比：开采的煤炭成本不大于地下开采的煤炭成本。我国最大经济合理剥采比：褐煤6m3/t.烟煤8m3/t.煤层厚度较大，直接露出地表或覆盖层较薄，剥采比经济上有利时，可考虑用露天开采。最大经济合理剥采比是确定是否用露天开采的主要依据。4、露天开采的优缺点优点：机械化程度高、产量大、效率高、成本低、工作安全。缺点：受气候条件影响较大，基建投资大。适用条件：覆盖层较薄，煤层厚度较大。5,2、矿山井巷名称和井田内划分一、矿山井巷名称,6,6,6,矿井巷道：为了在井田内有计划的进行开采，就要开掘一系列巷道通入矿体。这些巷道统称为矿井巷道。巷道类型：按巷道所处空间位置不同分三大类。1、直立巷道：巷道的长轴线与水平面垂直。立井：有出口直接通往地面的垂直巷道，主、付井。暗立井：没有出口直接通往地面的垂直巷道。溜井：没有提升设备，煤炭由上向下溜放为溜井。7,2、水平巷道：巷道的长轴线与水平面近似平行平硐：直接与地面相通的水平巷道。主、付平硐。平巷：不直接与地面相通的水平巷道。煤巷、岩巷。石门与煤门：不与地面直接相通，并与煤层走向成直交或斜交的水平巷道。位于岩石中的叫石门；位于煤层中的叫煤门。8,3、倾斜巷道：巷道的长轴线与水平面有一定夹角的巷道。斜井：与地面直接相通的倾斜巷道。主、付井。上山：没有直接通往地面的出口，并位于开采水平之上，煤炭向下运输的倾斜巷道,主要上山;采区上山。下山：没有直接通往地面的出口，位于开采水平之下，煤炭向上运输的倾斜巷道,主要下山,采区下山。暗斜井：不直接通地面的倾斜巷道。斜巷：不直接通地面且长度较短的倾斜巷道。4、硐室：空间三个轴线长度相差不大，又不直通地面的地下巷道。9,二、井田内划分井田范围很大，走向长可达数千米到万余米，斜长可达数千米（一）井田划分为阶段和水平,必须划分若干小的部分进行开采。,10,1、阶段：在井田范围内，沿煤层倾斜方向，按一定标高把煤层划分为若干个平行于煤层走向的长条形部分，每一个长条形部分为阶段。阶段范围：阶段走向长：等于井田的走向长；阶段倾斜长：与采区倾斜长相等；阶段上部：设回风巷，为回风水平；阶段下部：设运输巷，为运输水平。11,2、水平：运输平巷和回风平巷所在的水平面为水平。水平常用标高、用途、开采顺序来表示。如：-50、-150、-250；运输水平，回风水平；一水平，二水平，三水平。3、开采水平：设有井底车场和主要运输大巷的水平称开采水平。（二）阶段内的再划分井田划分为阶段后，阶段的范围仍很大，常进行再划分，以适应开采的要求。12,1、采区式划分1）采区：在阶段范围内，沿走向把阶段划分为若干块，每一块有独立的生产系统，这个块称为采区。采区的斜长与阶段斜长相等，一般为6001000m；采区走向长一般5002000米不等。采区斜长较大，不能用一个工作面进行回采，还必须根据采煤机械设备（运输机、采煤机等）工作组织形式等要求，将斜长进一步划小。13,14,2）区段：在采区范围内，沿煤层倾斜划分若干长条形部分，每一部分为区段,每一区段布置一个采煤工作面。区段上部：设区段回风巷；区段下部：设区段运输巷。各区段巷道通过采区上山与水平大巷连接，构成生产系统。,2、分段式划分1）分段：在阶段内不划分采区，沿煤层倾斜划分成若干可布置一个回采工作面的走向长条带。每个长条带即为分段。这15,2）分段式与采区式相比优点：减少了采区上（下）山及硐室的工作量。工作面连续推进，减少了搬家次数；回采集中在少数工作面，生产系统简单。缺点：适应性不如采区式强，有倾斜断层，不能连续推进，同时生产工作面数少，生产能力受到限制。一般用于小型井；很少采用。16,种划分方式称为分段式划分。分段的走向长：与井田的走向长相等；分段的倾斜长：与区段的倾斜长相等。,17,3、分带式划分1）分带（条带）：在阶段内沿煤层走向划分若干可布置一个回采工作面的倾斜长条带。每一个长条带称分带（条带）。46个分带组成一个带区。2）工作面布置工作面沿煤层走向布置，,工作面沿煤层倾斜推进仰采俯采18,（三）井田直接划分为盘区,19,1、盘区：在近水平煤层中，沿煤层主要延展方向布置大巷。在大巷两侧划分若干块；每一块为一盘区，盘区有独立生产系统。2、盘区形式上山盘区、下山盘区、石门盘区、上山和石门混合盘区。3、矿井开采顺序前进式：从井底向井田边界方向推进；后退式：从井田边界向井底方向推进。国内外普遍采用前进式。20,3、矿井生产的基本概念一、矿井生产系统,21,（一）矿井巷道开掘顺序：（二）矿井主要生产系统1、运煤系统：2、通风系统：3、运料排矸系统：4、排水系统：二、矿井开拓、采区准备和工作面准备按矿井巷道的作用和服务范围的不同,开拓巷道：1030a分为准备巷道：35a回采巷道：0.51.0a左右,22,第二章采煤方法的概念和分类1、采煤方法的概念1、采场：用来直接大量采取煤炭的场所。2、采煤工作面：在采场内进行回采的煤壁。3、回采工作：在采场内为了采取煤炭所进行的一系列工作。4、采煤工艺：在采场内，按照一定顺序完成各项工序的方法及其配合称采煤工艺。23,5、采煤系统：回采巷道的掘进工作一般是超前于回采工作进行的，它们之间在时间上的配合以及在空间上的相互位置关系，称为回采巷道的布置系统，即采煤系统。6、采煤方法：就是采煤系统与采煤工艺的综合及其在时间和空间上的相互配合；两者间相互影响和相互制约的。缓倾斜煤层各种采煤方法产量：87.39倾斜煤层采煤方法产量：8.88急倾斜煤层产量：3.73,24,2、采煤方法的分类及应用概况我国煤层赋存条件多样，开采技术条件各异。因而使用的采煤方法也繁多，是世界上采煤方法种类最多的国家。采煤方法分类见书表21一、壁式体系采煤法1、薄及中厚煤层单一长壁采煤法“单一”表示整层开采；“长壁”表示工作面长度。一般40m。1）走向长壁采煤法：工作面沿倾斜布置，沿走向推进；25,2）倾斜长壁采煤法：工作面沿走向布置，沿倾斜推进。3）单一长壁刀柱式采煤法当煤层顶板坚硬，采用强制放顶处理采空区有困难。有时可用煤柱支撑法，简称刀柱法或称单一长壁刀柱式采煤法；工作面推进一定距离（4060m）留煤柱支撑顶板。工作面搬家频繁，不利于机械化，回采率低。4）单一长壁俯伪斜走向长壁采煤法开采急倾斜煤层，为便于生产及安全，工作面可沿俯伪斜布置，沿走向推进。26,2、厚煤层分层开采的采煤方法1）倾斜分层：将厚煤层划分成若干个23m厚且与煤层层面相平行的分层，每一个分层即为倾斜分层。2）水平分层：在急倾斜厚煤层中，将煤层划分成若干个与水平面相平行的分层。每一个分层即为水平分层。3）斜切分层：在急倾斜厚煤层中，将煤层划分成若干个与水平面成一定角度的分层。每一个分层即为斜切分层27,4）分层开采顺序：下行式垮落法；上行式填充法。5）水平分段放顶煤采煤法,90年代初在急倾斜水平分层采煤法的基础上采用了水平分段放顶煤采煤法。煤层厚度（急倾斜）25m，分段高度可为1012m，底部工作面高3m，放顶煤高度79m。3、厚煤层整层开采的采煤方法1）厚度5m缓倾斜厚煤层一次采全厚。2）厚度5m的缓倾斜厚煤层采用放顶煤采煤法，或分层放顶煤采煤法。,3）厚度6m的急倾斜厚煤层，赋存稳定，结构简单，可采用伪倾斜柔性掩护支架采煤法。28,4、壁式采煤法的特点1）工作面长度大2）工作面两端至少有一条巷道用于运输和通风；3）随工作面推进，有计划的处理采空区；4）采出的煤沿平行于回采工作面方向运出采场。二、柱式体系采煤法1、分类1）房式采煤法：只采房不采柱。,2）房柱式采煤法：先采煤房后采煤柱。3）巷柱式采煤法：将煤切割成662020m2煤柱。29,2、柱式体系采煤法特点1）工作面长度小，数目多，采房及回收煤柱设备共用；2）矿压显现减弱，支护及处理采空区工作简单；3）采场内煤的运输方向垂直于工作面；4）工作面通风条件差，回采率低。3、壁式采煤法的优缺点优点：煤炭损失少，单产高，采煤系统简单，对地质条件适应性强，回采连续性强。,缺点：回采工艺装备较复杂。我国广泛采用壁式采煤法30,第三章单一走向长壁采煤工艺1、爆破采煤工艺爆破采煤回采工艺简称炮采。96年采煤机械化达71.91，其中综采达47.18.一、炮采特点爆破落煤；爆破及人工装煤；机械化运煤；单体柱支护顶板。31,二、炮采发展过程经历三个主要发展阶段。1、建国初期工作面用可拆移式运输机，效率低，工作繁重，条件差。2、60年代中期工作面整体推移式可弯曲刮板输送机，摩擦支柱，铰接顶梁支护。3、进入80年代运输机装有铲煤板和可移动式挡煤板，单体液柱，毫秒爆破，产量大大提高。32,三、爆破落煤爆破落煤由打眼、装药、放炮等工序完成。1、爆破参数,炮眼排列炮眼角度钻眼爆破参数包括炮眼深度装药量一次爆破炮眼数爆破次数33,2、炮眼排列,34,1）单排：用于薄煤层及煤质软、节理发育的煤层；,对眼:煤质中硬，采高较小中厚煤层。2）双排三花眼：煤质软采高较小中厚煤层。三角眼：煤层上部煤质软或顶板较破碎，采高较小中厚煤层。,3）三排：五花眼：煤质坚硬或采高较大的中厚煤层。,35,3、炮眼角度炮眼与煤壁水平夹角5080，软煤偏大，硬煤偏小，水平方向最小抵抗线朝向两柱间空挡。顶眼仰角510，根据煤质软硬及粘顶情况而定。底眼俯角1020，不丢底煤，不崩翻运输机。4、炮眼深度根据每次进度而定,0.8m每次进度一般1.0m1.2m36,5、装药量根据煤软硬、炮眼位置、深度及爆破次数而定。一般150600g。爆破：采用串联法联线。6、每次起爆的炮眼数根据顶板的稳定性、运输机能力、工作面安全情况而定。条件好时，顶板不稳定，每次起爆几个炮眼。37,四、装煤与运煤,38,1、装煤爆破装煤：爆破装煤率可达31%37%；人工装煤：安息角以下的的煤，崩、撒采空区侧的煤；机械装煤：铲煤板或挡煤板装煤；移动式挡煤板、固定式挡煤板。2、运煤运输机：移溜6m千斤顶；机头、尾3台千斤顶。搪瓷溜槽：自溜：39,40,五、炮采工作面支护和采空区处理1、工作面支护1）支护设备金属摩擦支柱与铰接顶梁；单体液压支柱与铰接顶梁。2）支护形式带帽点柱；,棚子支护齐梁直线柱；正悬臂梁错梁错柱；正悬梁，采用较少,41,3）工作面特种支架（1）特种支架有周期来压的工作面，当工作空间达到最大控顶距时，为了加强对放顶处顶板的支撑作用，在回柱之前，常在放顶线处另外架设一些加强支架。称特种支架。（2）支架形式,丛柱密集支柱木垛斜撑、斜抬棚切顶墩柱,42,2、采空区处理随着回采工作面不断向前推进，顶板悬露面积越来越大，为了工作面的安全及正常生产就需要及时对采空区进行处理。1）采空区处理方法（1）全部垮落法有步骤人为使直接顶垮落下来即放顶，以减轻直接顶对采场压力，并利用垮落岩石支撑上部没垮的岩体。（2）全部充填法（3）局部充填法（4）缓慢下沉法老顶初次来压步距2035m，老顶周期来压步距615m。43,直接顶初次垮落步距：1620m，稳定顶板915m，中等稳定顶板8m，不稳定顶板。初次垮落：冒落高度11.5m，为工作面长12.2）采场控顶宽度（1）最大控顶宽度：工作面推进一次或两次之后，工作空间达到允许的最大宽度。（2）最小控顶距：在采场内沿工作面推进方向工作空间达到回采工作需要的最小宽度。（3）放顶步距：放顶步距=最大控顶距-最小控顶距；人工回柱或用回柱绞车回柱44,2普通机械化采煤工艺普通机械化回采工艺简称普采。一、普采特点：采煤机完成落煤和装煤。运煤和支护、采空区处理与炮采相同。二、普采发展过程解放初普采很落后，使用引进苏联的康拜因深截式采煤机。进入60年代以后，我国普采经历三个发展阶段。1、第一代普采装备（60年代）浅截式滚筒采煤机MLQ64,MLQ80采煤机落煤。整体推移可弯曲刮板输送机运煤。摩擦金属支柱和铰接顶梁支护顶板。45,2、第二代普采装备（70年代后期）第一代采煤机技术更新，能力增大，性能可靠，配套水平提高。单体液压支柱与铰接顶梁支护顶板。3、第三代普采装备，80年代中期开始无链牵引双滚筒采煤机。双速侧卸封底式刮板输送机。单体液压支柱和型长钢梁支护顶板。46,三、普通机械化采煤工艺过程实例,47,面长140m，煤厚2.1m，=68.f=1.5顶板中等稳定：全部垮落法处理采空区。使用MDY150采煤机，截深1.0m，滚筒直径1.25m。上行割顶煤，下行割底煤并装煤。上行时随机挂梁，滞后采煤机1015m，移溜打柱。柱距0.6m，沿煤壁方向。排距1.0m，沿走向方向，到下缺口后直接推入法进刀。工作面34排控顶，放顶后完成一个循环。48,四、普采面单滚筒采煤机工作方式（一）滚筒的位置和旋转方向1、滚筒位置单滚筒采煤机的滚筒位置一般位于机体靠运输机平巷一端。缩短下缺口长度，使煤流尽量不通过机体下方。2、滚筒旋转方向滚筒旋转方向对采煤机运行中的稳定性装煤效果、煤尘产生量及安全生产影响很大；滚筒旋转方向与工作面方向有关。左工作面：当面向回风平巷站在采场时，若煤壁在左侧为左工作面。右工作面：当面向回风平巷站在采场时，若煤壁在右侧为右工作面。49,左工作面时，安装右螺旋滚筒，割煤时顺时针旋转。右工作面时，安装左螺旋滚筒，割煤时逆时针旋转。,50,（二）采煤机割煤方式割煤方式：采煤机割煤以及与其它工序的合理配合称割煤方式。,1、双向割煤往返一刀上行割顶煤，下行割底煤、装煤。煤层倾角大时，为补偿运输机下滑量，可下行割顶煤，上行割底煤，推溜打柱。51,52,特点：工作面中部运输机设弯曲段，中部开始上行割顶煤，到上部后下行割底煤，到中部后下行割顶煤，到下端后上行割底煤、装煤，依此重复。,2.“,”字形割煤往返一刀,3、单向割煤往返一刀上行割煤；下行装煤，推溜打柱。4、双向割煤，往返两刀。,53,54,（三）单滚筒采煤机的进刀方式进刀：滚筒采煤机每割一刀煤之前，必须使其滚筒进入煤体，这一过程称进刀。（1）直接推入式,55,（2）中部斜切进刀（“,沿弯曲段自行进刀，没有单独进刀过程。有利端头作业和顶板支护。（3）斜切进刀（端头）端头斜切进刀分割三角煤和留三角煤两种形式。斜切进刀范围2025m，往返一次。并要等待移机头和重新支护端头支架。56,”字形割煤时）,57,58,五、普采面单体支架（一）支架布置方式1、带帽点柱：顶板完整时使用外，用的较少。2、棚式支架1）单体液柱与铰接顶梁组成悬臂式支护齐梁直线柱：正悬臂错梁直线柱：正、倒悬臂混合，梁长为2倍截深。错梁错柱：使用较少。2）单体液柱与型钢梁支护对棚梁迈步式支护。缩短梁端距，使机道顶板及时支护。59,60,61,（二）普采面端头支护上下端是工作面与平巷交会处。控顶面积大，设备、人员、材料的出入口，要重点支护。1）单体支柱与铰接顶梁支护；2）单体支柱与长钢梁组成迈步式抬棚支护；3）基本支架与迈步式抬棚支护。平巷内用顺向托梁加单体柱或十字铰接顶梁与单体柱支护。62,六、普采面工艺参数分析普采面工艺设计中除合理选择支架布置方式外，还要正确确定工作面支护密度。支护密度既是支护参数又是确定生产组织管理方式和经济技术指标的重要参数。1）支护密度支护密度：控顶范围内，单位面积顶板所支设的支柱数量；棵,单液柱0.85,单液柱0.85,单液柱0.85,63,工作面支护强度。Kpa.KN/m2Kg/m2,单液柱0.85,Rt支柱额定工作阻力。KN/棵,单液柱0.85,支柱额定工作阻力实际利用系数,摩擦柱0.40.5,64,2、柱距可根据支护密度n和排距b求出。,N工作面支柱排数F机道上方梁端到煤壁距离mS每根支柱的支护面积。,65,S是支护密度n的倒数。故,普采面排距：0.6,0.8,1.0,1.2.m上缺口：单滚筒610m。下缺口：单滚筒34m。缺口深度为截深的23倍。,66,七、普采面的设备配套（一）中厚煤层普采设备表33普采面采煤机参数1MG170双滚筒采煤机MDY150单滚筒采煤机表34普采面刮板输送机参数SGB630150（275KW）SGD630180（290KW）,67,（二）普采面设备横向配套尺寸普采面无立柱空间宽度为机道宽加截深。机道宽=铲煤板宽+中部槽宽+导轨宽+电缆槽宽铲煤板距煤壁50150mm，以防采煤机割铲煤板。电缆槽与前排柱间隙50100mm，以防挤坏电缆、水管。,68,69,无立柱空间宽度R为：R=F+G+J+V+Z+X+,F铲煤板宽Z铲煤板与煤壁间隙G中部槽宽X电缆槽与前排柱间隙J导轨宽d支柱钢体直径V电缆槽宽B截深根据地质情况和顶板稳定性选择不同型号设备和采煤机截深。（三）端面距（T）的确定前探梁到煤壁的距离取决于顶梁长度、截深、支架结构形式。正悬臂时：T=D-L1L1前探梁长70,倒悬臂时：1）T=D-L1-L,L顶梁长2）T=D-L1为缩小端面距，要选择合适的支架结构形式，如错梁直线柱支护形式。（四）普采设备的最新发展80年代中期后普采面设备更新换代1）双滚筒无链牵引采煤机2）封底式双链侧卸式刮板输送机3）型钢梁对梁迈步式支护4）转载机和可伸缩式胶带输送机由于设备更新换代，产量可提高46%，生产效率可提高26%（条件相同情况下）71,3综合机械化采煤工艺综合机械化采煤工艺简称综采。一、综采面双滚筒采煤机工作方式（一）滚筒的转向和位置1、滚筒转向当面向煤壁站在采场时，采煤机的右滚筒（右螺旋）割煤时顺时针转，左滚筒（左螺旋）割煤时逆时针转。2、滚筒位置一般为双滚筒采煤机，滚筒安装在采煤机的两头。朝向那侧割煤，那侧为前滚筒，另侧为后滚筒。一般前滚筒割顶煤，后滚筒割底煤。72,73,3、滚筒螺旋在工作面布置图上，若滚筒螺旋叶片方向是自右上方到左下方为右螺旋，自左上方到右下方为左螺旋。,74,（二）综采面双滚筒采煤机的割煤方式综采面采煤机割煤方式是综合考虑顶板管理、移架、进刀方式、端头支护等因素确定的。1）往返一次割两刀：赋存稳定、倾角缓、端部进刀。2）往返一次割一刀：顶板稳定性差，煤层倾角大，上行移架、移溜补偿下滑量；采高大，滚筒直径小，不能一次割全高；采煤机装煤效果差，单独牵引装煤；煤尘大，降尘差，移架工不能在回风侧工作。75,（三）综采面采煤机的进刀方式1、直接推入式进刀：需开缺口，推移困难，使用较少。2、工作面端部斜切进刀：割三角煤、留三角煤进刀，机头机尾伸到上下平巷中。76,77,割三角煤端部斜切进刀,3、工作面中部斜切进刀：工作面中部设弯曲段，半段割煤，半段空牵引返回。,78,79,4、滚筒钻入法进刀：采煤机割到距端部35m处停止牵引，滚筒继续转动，推移运输机，钻进煤壁。滚筒端部（面）有截齿和排煤口，不能用挡煤板。,0,二、综采面液压支架的移架方式（一）移架方式支架形式：支撑式；掩护式；支撑掩护式1、单架依次顺序式操作简单，易保正质量，使用较多。适应不稳定顶板。2、分组间隔交错式移架速度快，适用于顶板较稳定的高产面。3、成组整体依次顺序式按顺序每次移一组，一组23架。由大流量电液阀控制；适用于地质条件好，牵引速度快。1,（二）移架方式对移架速度的影响移架速度取决于泵站流量。阀组和管路的乳化液通过能力，支架所处状态及操作方便程度，人员操作技术水平等。这些因素相同时，决定移架速度关键是移架方式。如单架前移和同时多架前移，操作时间相同，故同时多架前移速度快。2,3,（三）移架方式对顶板管理的影响同时推移支架数不能超过3架，以防顶板状态恶化。1）依次顺序移架在采煤机工作范围内移架，割煤和移架同时进行。悬顶面积大，对顶板管理不利。采煤和移架要保持合理距离。2）分组间隔交错式移架支架能较快达到额定工作阻力，矿压显现较依次顺序式为缓和。3）单双向割煤对应的单、双向移架单向移架间隔时间长，支架易达到额定工作阻力，对顶板管理有利。84,双向移架端头间隔时间短，支架两次移动间隔时间短，支架长时间处于初撑状态，对顶板管理不利。,4）带压移架和卸压移架带压及部分卸压移架对控制顶板有利，尽量采用。5）分段依次顺序移架段与段之间的结合部位在时间和空间上交叉，导致顶板下沉量叠加，易造成顶板破碎、煤壁片帮和倒架。三、综采工作面工序配合方式按割煤、移架、推溜顺序不同支护方式有两种1、及时支护方式：割煤移架推溜；使用的较多。85,2、滞后支护方式割煤推溜移架四、综采面端头作业（一）综采面端头支护方式1、单体柱加长梁组成的迈步抬棚支护与普采面相同，该方式适应性强，有利于排头支架的稳定，但费工费时。2、自移式端头支架支护推移速度快，对平巷适应性差。3、用工作相同的液压支架支护机头机尾处滞后于工作面支架一个截深，适应于倾角较小的综采面。4、用过渡支架支护86,（二）综采面平巷相对位置与端头作业为割端头煤，机头、机尾伸到顺槽中去。顺槽宽不小于4m，运顺要大些。45m。为使工作面运输机保持一个坡度，运输巷应卧底掘进,87,五、综采设备的配套参数（一）综采设备的尺寸配套关系底托架高度不同，机面高度不同，适应不同的采高。1、采煤机的几何尺寸88,采煤机的采高可用下式计算：,Mm采煤机最大采高A机面高度C机身厚度L摇臂长度,摇臂向上的最大仰角D滚筒直径,89,2、采高与支架高度关系可按下式计算,90,最大、最小支撑高度maximum(max)最大,前、后柱处顶板最大下沉量minimum(min)最小,支架支撑高度富裕量，h=200；支柱伸缩余量，a=50mm3、支架最小支撑高度,与滚筒直径的关系,=D,a,用下式计算,最小采高等于滚筒直径,91,4、支架支撑高度与采煤机机面高度的关系当采煤机处于支架最小支撑高度时，机面到支架顶梁底面，要有一个过机富裕高度,值。,=,（A+,）,顶梁厚度机面高度A过大，超过支架支撑高度时，煤层薄时，采煤机割顶板岩石。若A过小，采煤机下部过煤高度E值过小，煤流通过困难。,一般,92,5、采煤机滚筒能割入底板的深度（卧底量）,计算的值应为负数，表示割至机槽底面以下的深度。若为正值表示不能卧底。一般,=150300mm,6、采煤机底托架高度v,）,S机槽高度,93,升角增大，采高增大。但升角过大，使滚筒中心到机身端部的水平投影距离过小，使较多的割落煤不是在机身端部装入机槽，使煤块落在机面上。操作不安全，装煤效果差。（二）综采面设备横向配套尺寸综采面机道宽度：就是割煤移架后，前柱中心线到煤壁的距离。及时支护的综采面机道宽度应包括一个截深的宽度如下图中的R。铲煤板与煤壁间的间隙Z：一般50150mm，,采煤机机身中心线相对于运输机中心线向煤壁偏移距离e，其值随机而定。电缆放入电缆槽中。94,95,人行道位置：前后柱之间或前柱与运输机之间，因设备而定。人行道M700mm。端面距：为防止运输机不平或斜切进刀时采煤机割梁端，设一端面距T，为梁端距，一般T=150350mm，采高小时取小，反之取大。千斤顶行程：移架千斤顶应比截深大100200mm以保证支架与运输机不垂直时，也能移机、拉架够一个截深。96,（三）综采面设备的选择与生产能力配套1、采煤机的选型与生产能力采煤机是工作面的中心设备，故首先要选好采煤机。选型的主要依据：煤层采高、煤层截割难易程度（f和截割阻力系数A）、地质构造发育程度。主要确定的参数：采高、牵引速度、电机功率，这三个参数决定于采煤机的生产能力。97,2、综采面输送机的选型与生产能力,输送机铺设长度电机功率输送机运输能力的影响煤层倾角机槽和刮板链的结构根据输送机的运输能力确定采煤机牵引速度,输送机实际运输能力。t/hK运输富裕系数（考虑各种运输条件），K=1.11.15C工作面回采率，0.930.97M、B、r为采高、截深、密度。,98,3、液压支架移架方式与综采面生产能力相适应支架的移架速度是液压支架生产能力的体现。一般通过选择合理的移架方式，来适应顶板的特性和工作面生产能力的要求。（1）顶板稳定性好时，单架依次移架，采煤机在端头斜切进刀时，移架工将滞后的距离赶上来。（2）顶板条件差时，对支架分段管理，采煤机割到那，就由那段移架工移架，也可分段追机移架。4、平巷、上（下）山运输系统以及采区车场能力都要和工作面生产能力相适应。整个采区运输系统，只要有一个环节不适应，就会引起停产或降低生产能力。99,5、综采面生产能力要和供风量一致采高和架型一定时，其过风断面也是定值。应按沼气涌出速度，合理确定采煤机割煤时牵引速度。防止采煤机割煤过快，造成沼气超限而停产。截割阻力系数：A1.8KN/cm的软和中硬脆性煤适用刨煤机开采。A=1.82.4KN/cm的中硬煤最有效的机器是采煤机或大功率刨煤机。A2.43.6KN/cm的中硬煤、硬煤及粘性煤宜采用大功率采煤机。100,4、其它条件下机采的工艺特点一、薄煤层机采的特点国有重点煤矿薄煤层可采储量占18.4%，产量占7.32%（96年统计）（一）薄煤层滚筒采煤机采煤的特点1、特点1）采煤机机身矮，功率不低于100200KW2）机身短，以适应煤层的起伏。3）要有足够的过煤和过机空间高度4）尽可能不用人工开缺口5）有较强的破岩和过地质构造的能力101,6）设备结构简单、可靠，便于维护和安装。若采机100KWh=350mm，过煤空间e160200mm，过机空间y90200mm，采高0.8m。2、分类骑运输机式采煤机：开采厚0.80.9m的煤层；爬底板式采煤机：开采厚0.80.9m的煤层（二）刨煤机采煤特点1、特点,1）沿工作面往返落煤和装煤；2）煤刨靠运输机导向；3）截深小（50100mm）只刨煤壁压酥表层；4）司机可不跟机作业，可在平巷内操作。102,2、刨煤机类型目前国内外主要使用的是静力刨，即刨刀靠锚链拉力对煤壁施以静压力破煤。,103,1）拖钩刨：图342.a、b2)滑行刨：图342c、d3）拖钩滑行刨：图342e刨煤机可用于普采面也可用于综采面。工作面布置与滚筒采煤机工作面布置基本相同。3、使用条件1）软及中硬以下的脆性煤（f1.5软；f2.5中硬2）顶板中等稳定以上，底板平整；3）断层落差0.30.5m,夹矸位置不影响刨煤,4）采高1.4m的煤层。1.4m时顶煤不粘顶。5）倾角15，15时要设锚固装置。,104,二、大采高综采的工艺特点3.55.0m的煤层分层采，采高小，放顶煤采，厚度小，故一次采全厚。特点：1）支架高度大，易歪斜，稳定性差；2）由于底板不平和煤层倾角的影响，支架歪斜移架困难；3）采高大，易片帮，冒顶，管理困难。三、大倾角机采面的工艺特点综采最有利的倾角是012,沿走向倾向均可回采。防滑角度：,1、干燥时：105,金属对金属的摩擦系数小（0.230.3），对应摩擦角为1317.金属对底板的摩擦系数大（0.350.4），对应摩擦角为1820.,12时，采煤机设防滑装置。,16时，支架和运输机设防滑装置。2、潮湿时摩擦系数降低，,8时，采煤机,12时，支架和运输机设防滑装置。,设防滑装置。,106,（一）防止运输机下滑1、下滑的原因1）倾角16时自重下滑；2）推移不当，推移次数过多，引起下滑；3）机头与转载机搭接不当，底链返煤，底板没割平，有复煤和硬矸进入底槽，导致底链与底板摩擦阻力增大，使运输机下窜。2、防止下滑措施1）防止煤矸进入底槽，减少底链运行阻力；2）工作面适当伪斜；,3）严格掌握推移运输机顺序，自下而上推移4）机头机尾用单体柱打上戗顶子。,107,5）不能同时松开机头机尾的锚固装置6）,18时，设防滑千斤顶。每隔6m设于支架底座一个拉拽锚固千斤顶锚固机槽（移架时防滑千斤顶松开）。（二）液压支架防倒防滑1）自下而上移架，防止采空区滚矸冲击支架尾部；2）间隔移架，支架有一定迎山角，以抵消顶板下沉时水平位移量；3）防止运输机下滑牵动支架下滑；4）采取特殊支护措施，确保排头支架的稳定。,108,（三）采煤机防滑煤矿安全规程规定，煤层倾角16时，采煤机必须设安全绞车，除防止断链和下滑外，还可为采煤机上行割煤提供缠绕力，增加割煤牵引力。无链牵引采煤机有可靠的制动器，不需设防滑装置。新型采煤机牵引部都具有下滑闭锁性能。四、综采面调斜与旋转工艺一般在平巷的拐点附近或采区边界，工作面停采线附近为多回收边角煤需要调斜。调斜的旋转中心一般以机头端为中心，旋,109,减少工作面搬家次数。,转机尾，以保证调斜期间运输畅通;当旋转180时为综采面旋转,旋转的目的是为了,旋转式回采应注意的问题：1）旋转时产量、效率低，故要经方案比较后确定；2）旋转中心无地质构造和采动影响，煤厚2.5m，倾角12，顶板稳定，工作面无淋水。3）设备可靠性好，支架转向性能好，设备不需大修。4）工人操作熟练，组织管理水平高。,110,5、回采工艺的选择我国煤田地质条件复杂，故综采、普采、炮采工艺将在相当长的时期内共同存在使用。一、适于采用综采工艺的条件1、综采优点高产、高效、安全、低耗及劳动条件好，劳动强度低等。2、综采缺点投资大，适应性不如普采、炮采强，操作和管理比普采和炮采要求高。111,3、适用条件1）地质条件好，构造少。2）某些地质条件特殊，但上综采仍能取得较好经济效益的。,二、适合普采工艺的条件1、优点投资少，相当于综采的14（一套）,适应性比综采强，搬迁、操作、管理比综采容易、简单。2、缺点比综采产量低，劳动强度大，条件差，安全性差。112,6回采工艺的特殊技术措施一、采煤工作面过地质构造的技术措施（一）采煤工作面过断层（主要是综采）,113,1、综采过断层的方法取决于下列因素断层的落差、煤层厚度、支架最大最小高度、采煤机破岩能力等。1）落差小于煤层厚度和支架最小支撑高度的差2）落差等于煤层厚度，挑顶卧底。2、综采面过断层时，应采取以下措施1）减少断层在工作面内的暴露范围，调整工作面方向；工作面与断层走向夹角30左右，围岩稳定30，不稳定30；,2）按断层性质、落差、顶底板岩石硬度，确定挑顶卧底；3）岩石f4时，可直接割，放炮要保护支柱；114,4）提前减小采高、破岩量，支柱留伸缩量，防压死；,5）过断层时，底板平缓过渡，保持支架、运输机良好工作状态；6）根据断层附近顶板及煤层情况调整割煤方式；7）要采取相应的支护措施。（二）综采面过其它地质构造1、过陷落柱：是含煤地层深部石灰岩溶洞塌陷而形成的。面积大的搬迁绕过，直径30m的硬过。加强预测，在区段巷道用无线电坑透仪进行透测，发现疑点再打钻。115,2、过褶曲使工作面推进方向垂直向、背斜轴适当卧底、留底或割顶，使顶底板形成平缓曲面通过。（三）综采面过旧巷1、过本煤层旧巷时，应先将旧巷内的支架修好，加密支柱或架抬棚。2、过石门时，要在石门口处填满矸石或加木棚支护，并铺上木板，使支架能顺利通过。116,二、综采面的拆迁与安装（一）综采面设备拆迁1、拆除期间的顶板控制在工作面距停采线1015m时，开始铺设双层金属网。当顶板稳定性差时可用锚杆将金属网锚固于顶板上，距停采线68m，若用钢丝绳，则在金属网下与煤壁平行铺设钢丝绳，间隔一个截深，即割一刀铺一条，绳两端固定在工作面两端锚杆上，距停采线3m时，（以支架能转90为原则）不再移架，架设木棚，用单层网或木板等背好煤壁。117,2、设备的拆除方法1）拆除顺序a）先拆运输机头或机尾，然后是采煤机和输送机槽。b）拆除支架,118,119,120,2）拆除方式a）后退式：从工作面机巷端向回风巷端拆除，此顺序利于顶板控制，采用较多。b）前进式：若机巷有轨道，顶板条件好，也可由回风巷端向工作面机巷端顺序拆除。121,（二）综采面安装1、开切眼断面扩大及支护形式为减小开切眼变形量和保证顶板完整，安装前开切眼是小断面，安装时要刷大。顶板稳定条件好，一次扩完然后安装。顶板破碎压力大，可分段扩，边扩边装，每段长3050m，扩一段装一段。,棚子加顶网支护形式，视顶板条件锚杆加顶网,122,2、设备组装a）地面组装有条件尽量地面组装，效率高，质量好，速度快，整体试运转。b）地下组装老矿或受提、运限制的不能整体运输的，只好解体下井。在工作面与回风巷交接处设组装硐室。3、设备运进工作面的方法1）绞车拖进，工作面的两端各设一台小绞车，用小绞车拖进、转向、调位；123,124,2）若底板松软，铺轨道上面铺设导向滑板，支架放在滑板上，绞车拖进；3）工作面运输机拖运，先装运输机，但不装采空区侧附件和机尾传动装置。机槽上设滑板。支架设在滑板上。由刮板链带动滑板运到安装地点；4）单轨吊车将设备运到工作面，速度快，效率高；5）设备车运送。4、综采面的安装顺序1）前进式：支架的安装顺序与运输方向一致，支架的运输路线在安装好的支架掩护下进行。该方式可采用边扩面边安装或分段扩面分段安装。125,2）后退式：由里往外倒退式安装。支架装完再铺运输机最后装采煤机。该方式顶板条件好时用，开切眼一次扩成，安装时间短5、位置的确定首先根据转载机与皮带的中心位置，确定工作面运输机机头位置。根据机头的位置确定排头支架的位置，进而确定每架支架的位置。保证支架定位准确，便于支架与运输机连接。,126,7采煤工作面工艺设计一、确定机采工作面开采率1、开机率（采煤机）：就是采煤机运转时间占每日可利用的采煤作业时间的百分比。它反映了工作面的地质条件、管理水平，设备使用情况以及采区内各生产系统的可靠性。2、提高开机率的途径1）提高检修速度和质量，增加采煤机作业时间；2）降低生产事故率；3）缩短端头移机头和端头支架时间；4）合理确定工作面参数，最大限度发挥设备效能。127,二、机采面的生产能力单向割煤往返一刀时，割一刀煤的总时间,双向割煤往返两刀时，,L工作面长度。me工作面端头采煤机斜切进刀长度。m,采煤机割煤时牵引速度。m/min,128,Vk采煤机反向空牵引或清复煤，割底煤时牵引速度。m/min,采煤机反向操作和进刀所需时间，不同进刀方式,值不同,机采面日生产能力Q为,N日割煤刀数,129,M采高L工作面长度B截深C工作面回采率r煤容重双向割煤时,三、确定工作面的合理长度工作面长度受设备、地质条件及沼气涌出量等因素制约。130,=0,（一）影响工作面长度的技术因素1、设备因素运输机运输能力是影响工作面长度的主要因素。目前制造运输机长度大都在150200m.大都在200m以内。2、地质因素地质条件是限制工作面长度的重要因素之一。工作面越长含构造的可能性增加。薄煤层、角度大的煤层工作面不易过长。采高过大管理操作困难不易过长。131,3、沼气因素高沼气矿井通风能力是限制工作面长度的重要因素。通风能力允许的工作面长度用下式计算：,V工作面允许最大风速4msS最小控顶距Cf风流收缩系数。0.90.95,132,N日割煤刀数（二）影响工作面长度的经济因素工作面产量、效率和日割煤刀数的增加只是在工作面长度一定范围内，超过这个范围反而下降。,昼夜产煤一吨所需风量，m3minB每刀截深，mP煤层生产率。单位面积上的出煤量P=Mr,133,134,四、回采工作面作业规程的内容及编制步骤1、作业规程内容,工作面位置，与邻面关系1）自然情况地质情况煤层赋存情况,巷道及工作面布置图机械设备2）采煤方法工艺方式有关参数各生产系统,135,3）编制循环图表4）编写安全技术措施2、有关概念1）循环作业；回采工作面在规定时间内保质、保量、安全地完成采、装、运、支、处这样一个采煤全过程；2）循环标志；普采、炮采以放顶为标志，综采以移架为标志；,3）循环方式单循环多循环,136,4）正规循环作业根据工作面的具体情况，配备一定的工种和定员，在规定的时间内，按照回采工艺顺序，保质保量的完成既定任务，并保证周而复始地不间隔地进行回采工作的作业方法。5）正规循环率用正规循环率衡量正规循环作业完成情况,一般不应低于80%。正规循环作业用循环作业图表示,137,3、循环作业图表示工作面各工序进行的时间和空间位置之间的关系，以昼夜24小时为横坐标，表示各工序进行的时间，以工作面的长度为纵坐标，表示各工序的空间位置，以各种符号的线条表示各种工序的具体安排。4、工作面作业方式作业方式：就是一昼夜内工作面采煤工作与准备工作在时间上的配合关系。作业方式有以下几种：1）两采一准或边采边准；边采边准每班设2小时设备检修，采放平行作业。138,2）两班半采煤半班准备；3）三班采煤一班准备；（四、六制）4）四班交叉作业。（每班八h，交叉2h）五、采煤工作面劳动组织形式的选择1、分段作业2、追机作业3、分段接力追机作业139,第四章单一走向长壁采煤法采煤系统1、示例,140,单一走向长壁采煤法主要用于缓、倾斜薄及中厚煤层或缓斜3.55.0m的厚煤层。采区条件：一层煤，薄或中厚煤层，埋藏稳定，构造简单，低沼气；划分三个区段，普机采，走向长1200m。一、开掘顺序上山间距20m，区段煤柱815m，薄煤层取下限。回风平巷超前运输平巷100150m掘进；联络巷间距80120m。141,二、生产系统运煤系统：运料系统：通风系统：供电系统：压气和安全用水系统,142,2、采煤系统分析一、区段的参数1、区段斜长工作面长+区段煤柱宽+上、下平巷宽；工作面长：综采160m，普采120150m，炮采80120m。,区段煤柱03.0m(无煤柱)820m（有煤柱,平巷宽普采、炮采：2.53.0m,s=57m2综采：45.0m，s1012m2,143,2、区段走向长区段走向长即采区走向长普采单翼500m.双翼1000m。综采单翼1000m，双翼2000m。二、区段平巷的坡度和方向坡度510，坡度小按平巷对待。（一）普通机械化采煤的区段平巷布置轨道巷沿煤层走向按腰线掘进，要平，走矿车。运输巷要直，按中线掘进，可折线。轨道巷为运输机巷定向，超前掘进。运输机巷有积水，可经联络巷到轨道巷排出。144,145,（二）综合机械化采煤的区段平巷布置综采面要等长，两巷要平行，低洼处积水设小水泵排出。三、区段平巷的单巷和双巷布置1、单巷布置优点：采区回采率高，无区段煤柱，减少联络巷掘进费和密闭费。缺点：采空区漏风大，易发火。掘进通风不利，独头掘进；区段运顺掘进不利，无定向的（尤其综采工作面要等长，上下巷要平行，较困难）。146,2、双巷布置优点：探明煤层变化，便于辅助运输（轨道巷腰线掘进），利于排水，有利于掘进通风。缺点：轨道巷提前掘出维护困难。增加联络巷掘进费及相应密闭费。回采率低（区段煤损失）,适用条件：CH4含量不大，H20涌量不大，煤层赋存稳定，可采用单巷布置。,147,对瓦斯含量大的矿井工作面开采前预先抽放瓦斯，有的工作面后方采空区瓦斯涌出量大，回风巷可用双巷布置。,148,四、单工作面布置和双工作面布置1、对拉工作面利用三条巷道准备出两个工作面。中间平巷铺设运输机，运输上下两个工作面的煤。下工作面可比上工作面短些。2、对拉工作面的通风1）中间巷进风，上下平巷回风。2）中下巷入风，上巷回风，属串联参新风。149,150,3、上下工作面错距当淋水大时，下工作面超前。否则谁超前都可以。错距5m。4、对拉工作面布置的优点减少区段平巷的掘进量和维护量，提高回采率；减少运输设备，生产集中，避免窝工，提高效率。5、适用条件一般用于倾角15顶板中等稳定以上，沼气含量不大的条件下。151,五、回采顺序,152,前进式工作面回采顺序后退式旋转式往复式,前进式、往复式国外应用较多；前进式、后退式，以上山为标志。,153,无煤柱护巷：使区段巷道沿采空区布置，避免支承压力的影响，改善巷道维护状况，减少煤柱损失。（一）沿空留巷缓、倾斜薄及中厚煤层中使用。,密柱、丛柱木垛巷旁支护混凝土块石膏充填粉煤灰充填,154,六、区段无煤柱护巷,（二）沿空掘巷,155,沿已采工作面的采空区边缘掘区段平巷。利用采空区边缘压力较小的特点（上覆岩层垮落稳定），多用于开采缓、倾斜中厚及厚煤层。1、工作面接替关系区段间跳采；两翼交替采；区段依次接替（设有区段集中巷）。2、沿空掘巷位置完全沿空掘巷，留窄小煤柱（23m）掘巷；倾角大时，为便于掘进施工防止窜矸留小煤柱。3、沿空掘进间隔时间一般间隔时间3个月，通常46个月。156,157,采区内区段数较少或矿山压力较大不宜跳采时采用此种形式，,七、采场通风方式和回采巷道布置,回采顺序采场通风方式的选择通风能力巷道布置,有关,通风方式有：U、Z、Y、H、W等几种。,158,159,八、受构造影响时区段平巷布置断层、陷落柱等构造影响。落差大，煤层倾角小，可沿断层布置回采巷道。陷落柱大时，另送开切眼越过；陷落柱小时，硬过或缩短过后再恢复原长。,160,161,3、单一走向长壁采煤法的应用根据我国目前生产情况可归纳为;1、单一走向长壁采煤法是我国应用最多的一种采煤方法；2、顶板坚硬的薄及中厚煤层过去用刀柱式采煤法，现也用单一走向长壁采煤法（高阻力支架强制放顶或注水软化顶板）；3、倾角较小。3.55.0m的煤层用一次采全厚单一走向长壁采煤法；4、,12煤层用倾斜长壁采煤法逐渐增多，使单一走向长壁采煤法的产量呈下降趋势。,162,第五章倾斜分层走向长壁下行垮落采煤法1、倾斜分层：以平行于煤层顶底板的分层面，把厚煤层分成若干个厚度相当于中厚煤层的分层，每一分层叫倾斜分层。2、分层开采顺序：分层同采：上下分层工作面保持一定错距，同时进行回采，叫分层同采。分层分采：上分层采完之后，经过一段时间再掘二分层巷道进行回采，称分层分采。,3、倾斜分层开采的特点：1）二分层以下各分层是在冒落的碎矸石下开采，为生产安全要铺设假顶；163,2）上覆岩层的重量一部分作用在破碎矸石上，故二分层以下各分层顶板压力较小，无周期来压现象；3）二分层以下各分层顶板管理主要是防止漏矸问题。1示例一、采区巷道布置厚煤层分三个分层开采采