第三章--急倾斜煤层采煤方法

第三章急倾斜煤层采煤方法,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,1,第一节采煤方法发展及围岩破坏特征一、一般特点煤层，急斜煤层开采的特点均由煤层倾角增大引起。1、地质构造复杂，煤层赋存不稳定煤层由原水平状态，经过多次地质变动，变成急斜煤层。地质构造复杂；煤层不稳定；在尺寸相同、煤层数目相同的井田内，煤的储量相对下降。2、采下的煤和垮落矸石会自动下滑简化煤的运输；带来不安全因素3、采煤工作面行人，运料及操作等各工序均较困难4、顶板沿倾斜方向的分力增大，垂直于层面方向的分力减小，矿压显现缓和，同时引起：工作面支架不稳定底板岩层稳定性下降顶板、底板均会滑动5、机械化采煤一般比较困难,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,2,二、急倾斜煤层开采的特点,1、矿井常采用立井（斜井）多水平集中运输大巷和采区石门开拓方式开采水平垂高：80150m。采区走向长：6001000m2、采区用一组上山眼的布置方式，或用伪斜折返上山。3、采区一般不设上、中部车场，设下部车场。4、采煤方法多样,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,3,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,4,伪斜折返上山,1-运输石门2-溜煤眼3-运料眼4-行人眼5-回风石门,2,3,4,1,5,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,5,三、急倾斜煤层采煤法的发展,表急倾斜煤层采煤法的发展,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,6,1、特点：采面呈伪斜直线布置，沿走向推进；水平分段密集切顶、挡矸、隔离采空区与采面工作空间；采面分段爆破采煤，煤自溜。为了满足煤炭自溜又方便人员行走，工作面伪倾斜角度（工作面线与水平面夹角）一般为3035，工作面斜长可达到8090m。为了溜煤、通风、行人和溜煤眼掘进方便，工作面下部的溜煤眼不少于3个。掘成漏斗状，并铺有溜槽。,第二节俯伪斜走向长壁采煤法,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,7,1-密集，2-人字溜煤眼，3-单边钢板溜槽，4-点柱,2、采煤系统：,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,8,3、回采工艺：正常支护金属支柱加铰接顶梁密集支柱沿倾斜45m设置一排密集支柱，一般为点柱，支柱间距0.20.3m，每排密集支柱沿走向长约45m，密集支柱随面前移前添后回，相邻两排密集支柱沿煤层走向保持1.01.5m错距。密集支柱除起切断顶板作用外，主要用于挡矸、隔离采空区和工作面空间。,分段水平密集：切顶、挡矸、隔离采空区和工作面空间,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,9,（1）工作面初采a、工作面又开切眼与区段回风巷交接处开始，按工作面伪倾角要求自上而下推进，工作面长度逐渐增大，如图所示。b、为便于初采时工作面出煤和人员通行，开切眼沿伪倾斜方向布置。,c、随着工作面向下推进，开切眼自上而下逐段报废。d、当工作面下端距回风巷4m时，开始支设分段密集支柱。e、当第一分段密集支柱长度达到5m而直接顶仍不垮落时，采用强制放顶措施。f、随着工作面的继续推进，不断增设新的分段密集支柱。g、当工作面煤壁到达图中6的位置时，储采工作结束。,1-区段运输巷；2-区段回风巷；3-开切眼；4-溜煤行人眼；5-调整中的工作面煤壁；6-好的工作面煤壁,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,10,（2）工作面正常回采采面分段爆破，一般由下向上装煤一般由上向下，装入搪瓷溜槽采空区采用全部垮落法管理。当回风巷下方采空区出现大面积悬顶时，除采用人工强制放顶外，可将上区段采空区冒落矸石放入本区段采空区。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,11,（3）采面收尾当工作面上端推进到距收作眼4m时，工作面开始进入收尾阶段，这时工作面长度逐渐缩短，如图所示。为满足工作面收尾时的通风、运料和行人需要，收作眼影始终保持畅通。为此，在收作眼靠工作面一侧应留有保护煤柱，其尺寸宽为4m，倾斜长5m。,1-区段运输巷；2-区段回风巷；3-收作眼；4-联络巷；5-收尾中的工作面煤壁；6-收作眼煤柱,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,12,分段水平密集,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,13,俯伪斜分段单体液压支柱密集采煤工作面布置,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,14,4、评价及适用：,优点：采面伪斜直线布置，减少了煤、矸下滑速度，安全顶底板受力改善，相对稳定，采面利用率高，单产高缺点：支回柱工作量大，操作不方便分段密集下方“三角区”通风条件差，易积CH4顶如有淋水，劳动条件差适用：4075顶板中等稳定，煤壁易片帮M2m低瓦斯不适宜采用柔性掩护支架采煤法的不稳定急斜薄及中厚煤层,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,15,第三节伪倾斜柔性掩护支架采煤法,一、采煤系统伪斜柔性掩护支架采煤法伪斜柔性掩护支架采煤法是把采工作面布置呈伪斜直线，用一定结构形式的掩护支架，将回采工作空间遮掩起来隔离采空区，使之不受冒落岩石的影响；随着回采工作面沿走向的推进，掩护支架在其自重和冒落岩石压力的作用下，紧随工作面移动，采煤工作在掩护支架下进行的一种采煤方法。区段高度一般30m。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,16,伪斜柔性掩护支架采煤法是我国在开采急倾斜煤层过程中目前最为经济、安全、操作简单的一种采煤方法，也是2007年被国家煤矿安全监察局重点推广的一种采煤方法。在目前煤矿安全、经济压力较大的情况下，作为开采急倾斜煤层的矿井更是应优先选用此种采煤法进行开采。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,17,在区段范围内，区段运输巷和回风巷掘到边界后，距采区边界5m处掘进一对斜巷，两巷相距58m，并沿倾斜每隔1015m用联络巷贯通。斜巷贯通回风巷后，在回风巷中安装掩护支架。利用这两条斜巷逐步把水平铺设的掩护支架下放到与水平面成2530夹角的伪倾斜位置，即形成了伪倾斜采煤工作面。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,18,正常回采时，为保证工作面的运煤和通风，随着工作面的推进，在区段运输巷内沿走向每隔5m掘进溜煤小眼。为了使溜煤、通风和行人互不干扰，同时维持的小眼应不少于3个。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,19,二、柔性掩护支架结构,1-工字钢；2-钢丝绳；3-荆笆；4-压木；5-撑木,平板型柔性掩护支架是使用最早和最广的一种，主要由钢梁和钢丝绳构成。,3,4,1,2,5,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,20,1、钢梁：长度比煤厚小0.20.4m，便于支架下放平行排列，每米宽度排放4根（间距200300mm）。2、钢丝绳：直径2535mm旧钢绳掩护支架上钢绳的宽度按架宽确定，一般架宽3m以下时用23根，架宽3m以上时用45根。3、钢夹板和螺栓：夹板用60mm12mm的扁铁；螺栓用12mm16mm的圆钢做成用钢夹板和螺栓将钢梁固定在钢丝绳上联成整体，梁间用撑木保持间距并固定。4、荆笆：在钢梁上交错铺设，23层，用铁丝与钢梁联紧，以隔离采空区矸石。荆笆宽度应比钢梁的长度稍短，以避免支架下放时，荆笆挂住顶底板矸石被拉开而发生漏矸现象。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,21,三、采煤工艺,1、准备回采主要是在回风巷里安掩护支架，并逐步下放支架式工作面成伪斜工作面，为正常回采做准备。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,22,掩护支架的安装位置：回风平巷工作面上出口前方15m扩巷：将回风巷扩宽到煤层顶底板运料：柔性掩护支架的全部材料运至工作面回风平巷挖地沟：在上出口前方5m处的底板开挖地沟，地沟底部最小宽度不小于0.8m，并铺设搪瓷溜槽。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,23,掩护支架的安装地沟挖好一段后，即可安装掩护支架。其一端紧靠顶板并垫高，使梁有35的倾斜，便于连接钢梁和钢丝绳，而且也有利于支架下放改为伪倾斜时转动方便。,顶板；底板；地沟；钢梁；钢丝绳；竹笆；压木；垫木；撑木,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,24,钢梁从初采斜巷以外35m处就开始铺设。随着铺梁，不断地挖地沟并接长钢丝绳。钢丝绳接头处的搭接长度应不小于2m，并要用5个绳卡夹紧。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,25,掩护支架安装超过一定距离后，将平巷支架拆除，使上面的煤柱自行冒落或放炮崩落，使掩护支架上面有23m厚的煤、矸垫层，用以保护掩护支架。为了防止支架在下放过程中下滑，应使煤和矸石冒落点距伪斜工作面上部拐点经常保持在5m以上。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,26,支架安装长度超过15m，并冒好矸石垫层以后，即可调整支架下放。用放炮方法开沟落煤，放炮后在工作面内由下向上开沟，搪瓷输送槽出煤，用手镐将梁头的煤台找下。使支架依次平稳下落,支架下放时，使支架的尾端（安装支架的一端为头部）由水平状态逐步调斜下放，支架与水平面成2530的夹角（必要时使用点柱控制支架，一般沿沟面的伪斜方向每12m使用一棵点柱，使支架保持与煤层顶底垂直）。在支架下放到工作面下端时，再调整回水平位置。如图所示。,初次下放,2,1,4,3,6,5,7,1-区段运输巷；2-区段回风巷；3-初采斜巷；4-掩护支架；5-支架移动轨迹线；6-支架放平位置；7-溜煤小眼,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,27,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,28,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,29,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,30,2、正常回采,1）接长掩护支架采煤溜煤眼上留巷拆支架在回风巷接长掩护支架，超过上出口810m2）采煤炮采打眼-装药-联线-放炮（全采面一次爆破或分段爆破）-出煤（铺溜槽）-调支架等。3）拆支架在采面下端将支架放平，将巷道断面扩大，露出钢梁两端，并及时打上点柱托住钢梁，并留出空间1.2m高，然后拆除支架。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,31,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,32,3、收尾,1）在停采线一侧掘两条收尾上山走向间距810m，用联络眼贯通2）支架安装到收尾上山处，不再接长3）随采煤下放前端支架，伪斜角逐渐变小，并拆除上端多余的支架，放平支架。4）全部拆除支架,1-区段回风巷；2-区段运输巷；3-收作眼；4-掩护支架；5-溜煤小眼；6-支架放平位置；7-支架移动轨迹线,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,33,四、改进支架结构，扩大使用范围,八字形掩护支架适用：M=1.31.6m当煤层厚度为1.31.6m时，由于掩护支架下地沟断面小，操作不方便，而且工作面通风情况不良，因此不能采用平板型支架。为防止支架切入底板，支架底脚成斜面。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,34,四、改进支架结构，扩大使用范围,“”形支架适用：，4.6m单支撑式支架适用：；M=1.454.6m赋存稳定,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,35,四、改进支架结构，扩大使用范围,七字形掩护支架适用：M1.3m,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,36,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,37,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,38,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,39,五、评价及适用,优点：安全、劳动条件好；巷道布置简单，掘进率低；工序简单，可全天连续采煤；材料消耗低；采面较长，利于高产；技术经济指标较好。,缺点：支架结构不完善，不能调节宽度；如有淋水，劳动条件差；采面仅一组工人工作，工艺待改进；煤尘大；支架拆除费事。,适用：(8使用效果好，在厚度超过10m和倾角小于60的煤层中使用比较困难。）M=26m,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,40,第四节长孔爆破无人作业工作面空场采煤法,一、采煤系统工作面开切眼为双开切眼，双开切眼之间用横川联系。如图所示，回采工作面上巷回风，下巷入风运煤。在上巷与下巷之间布置一条打眼道。打眼道与上巷之间是一个长壁工作面。打眼道与下巷之间是宽度为68米的区段保护煤柱，在区段保护煤柱内沿走向每间距46米布置1个溜煤眼，溜煤眼下面设放煤口；打眼道和溜煤眼一般是同时掘出。工作面无人作业，工人只在打眼道打眼、装药、放炮即可。沿走向间隔一定距离沿煤层倾向布置1条运输斜巷（将被利用为下一开采块段的开切眼）。工作面采至距运输斜巷一定距离时停止回采，留设一条倾向煤柱。再利用运输斜巷为开切眼继续向前开采。,1-打眼道；2-爆破装药眼；3-区段运输平巷；4-区段回风平巷；5-运输斜巷；6-放煤口；7-隔离煤柱；8-区段保护煤柱；9-密闭；10-空场,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,41,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,42,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,43,二、回采工艺长孔爆破无人作业工作面空场采煤法回采工艺特别简单，人员不进入回采工作面，工作面无支护。打眼道即是钻场，在打眼道内向巷道上帮上方打眼，长孔爆破落煤，采落的煤自放煤口放到下巷，通过设在下巷内的刮板运输机运走，经斜井井筒提升至地面。三、通风方式工作面无人作业，工作面和空场全负压通风。一部分风流经由工作面下巷和运输斜巷，进入打眼道1，冲洗无支护工作面；一部分风流经由工作面下巷，从靠近空场软帮的放煤口进入空场，还通过外侧开切眼进入内、外开切眼之间的横川进入空场；工作面及空场的回风汇入工作面上巷。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,44,四、采空区处理这种采煤方法工作面内不进行支护，采煤工只在区段打眼道内进行钻孔和装药等操作。但是，为了防止采空区顶板悬露面积过大，冒落时产生冲击，可选择多种方法对采空区进行处理：在工作面推进一段距离后，在距运输斜巷510m时停止回采，留设一条倾斜煤柱支撑采后空间。也可从下巷向已开采完毕的空场的上方打长钻孔，装药爆破进行强制放顶。用井下矸石经过胶结后倾倒进入采后空场，进行采后充填。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,45,五、优缺点及适用条件：优点：1、回采工作面无人作业。一改现有采煤方法回采工作面有人进行打钻、装药、爆破、溜煤、支护、回撤的工艺方式，在回采工作面实现了无人化作业，降低了工人的劳动强度，提高了劳动生产效率。2、更加安全。减少了回采作业人员，几乎杜绝了急倾斜回采工作面内的顶板事故和活动物体滑落造成人员伤亡的事故，显著改善了工人的安全作业环境。钻场和回采工作面具有良好的通风空间。3、回采工作面不设支护装备。大幅度降低了坑木、单体支柱、铰接顶梁、柔性掩护支架、金属网等材料的使用量和消耗量，成本大为降低，实现低碳化开采。4、落煤方式采用深孔爆破。克服了传统的短孔爆破钻孔数目多、钻机移动次数多、工人劳动强度大、功率低、效率低、钻孔作业时间长、炸药雷管消耗量大、钻孔装药作业环境艰苦、安全隐患大等缺点。5、工艺简单。整个工艺工序只有钻孔、装药、爆破、放煤、运煤等，没有工作面支护、回撤等工序，且钻孔、装药、爆破等工序是在巷道的保护下进行。6、很容易实现高产高效。钻孔、装药、爆破等工序与放煤、运煤等工序可实现平行作业，工艺简单，增产潜力大。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,46,缺点：与倒台阶采煤法、俯伪斜分段水平密集采煤法、普通机械化走向长壁采煤法、柔性掩护支架采煤法相比，回采率略低。安全效益和经济效益：深孔爆破空场采煤法与现有采煤法相比，能有效减少职工伤亡，回采工效提高25倍以上，坑木、单体支柱、铰接顶梁、柔性掩护支架等使用数量减少90以上，火药、雷管消耗降低50以上。直接成本降低60以上。单产提高30以上，一个工作面每年节省成本180万元以上，吨煤直接经济效益50元以上。假使全国每年有0.1的产量是由该采煤方法采出的话，则每年可产生15亿元以上的直接经济效益。安全效益和经济效益非常显著。适用条件：(1)煤层及煤层顶底板硬度为中的以上，比较稳定。(2)低瓦斯矿井。是否适用高瓦斯矿井有待验证。,目前这种方法只能用于顶底板比较坚硬，无煤尘爆炸危险的低瓦斯矿井。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,47,第五节倾斜条带开采方法,一、巷道布置从工作面回采边界开始垂直于运巷沿煤层底板布置三条上山a、b、c，a、b、c之间为回采条带，b、c之间为预留煤壁(宽34m)。见图。上山掘进过程中每隔57m用一横贯连通。作为回采时联络巷,采用木棚支护(穿底梁增加其稳定性)。当三条上山依次与回风平巷贯通后，即可由上至下对回采条带进行回采。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,48,二、回采工艺及顺序回采时,先在最上部横贯上方外侧溜煤上山(a)内打好关门与护身组柱,由回风巷对关门柱以上溜煤上山的支架加以回撤,然后由回风巷用煤电钻加长钎子分别向顶煤及上、下煤壁打眼,散煤体通过关门柱开口经溜煤上山自溜至运巷上部的放煤漏斗。通过溜槽控制装车,大块煤(矸)被关门柱拦截后,经破碎下放装车,当回至距内侧上山23m时,再在内侧上山(b)内关门,在该横贯内撤支架爆破落煤,依次进行。待回采下行到空区倾斜长南翼近15m出现顶底板局部垮落时,留设23m的走向煤壁对上部空区进行隔离,阻挡矸石，再由下部横贯开始回采,直至运巷上方35m处。至此一个回采条带回采完毕,另一个回采条带再从上方开始回采,预留煤壁逐条进入空区。对于回采完毕进入空区的预留条带煤壁,随着又一条带的回采,因顶板压力加大与作业地点爆破震动而屈服酥软散落(多领先于顶板垮落),通过自溜与淋水的冲刷汇集在溜煤眼上方,经反复放仓得以回收,直至出现大块矸石搪塞为止。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,49,本章结束,谢谢！,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,50,第四章薄煤层采煤方法,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,51,第一节我国薄煤层开采现状一、我国薄煤层开采现状我国的煤炭资源丰富，储存量大，且赋存多样化，根据我国煤层厚度划分，厚度0.81.3m属于薄煤层，小于0.8m属于极薄煤层。我国煤炭储量中薄煤层的可采储量约为60多亿，约占全国煤炭总储量的18%。但是薄煤层采出量仅占全国总产量的10.4%：原因1.采煤机械化程度低2.工作面单产和效率低3.掘进率高4.开采成本高5.工人劳动强度大,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,52,二、我国薄煤层开采方法的发展我国薄煤层的开采经历了几个发展阶段：20世纪50年代薄煤层开采主要使用炮采工艺。60年代开始使用深截煤机掏槽，爆破落煤。70年代薄煤层机组得到较大发展，分别研制出不同类型的刨煤机，包括钢丝绳牵引刨煤机、全液压驱动刨煤机和刮斗刨煤机等。,目前，我国薄煤层开采的机械化程度还比较低，大多还是采用炮采，产量低、事故多、工人的工作环境恶劣。薄煤层采煤机作为薄煤层开采机械，由于受其本身结构的限制，0.8已是其开采下限，而且维修、操作不便，工人需在极低的工作面条件下跟机作业。1974年研制成功BM-100型薄煤层滚筒采煤机。在20世纪8090年代，我国曾研制了多种型号的刨煤机（包括滑行刨煤机和拖钩刨煤机），以解决薄煤层的开采问题，并在一些局矿的使用中取得了不俗的成绩。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,53,90年代，天府矿务局和徐州矿务局，分别从俄罗斯和乌克兰引进了螺旋钻采煤机，2003年新汶矿业集团也引进了2台三钻头的螺旋钻采煤机，用于薄与极薄煤层的开采，使一些用传统采煤工艺不能开采的薄煤层、极薄煤层得到有效开采利用。然而由于推广的力度不够大，以及用户对这种形式的采煤机种也有一个逐步认识的过程，因此国内使用螺旋钻采煤机的工作面还不多。,近年来，刨煤机技术的开发取得了很大的进展，国产刨煤机在一些局矿的成功使用以及采用德国DBT公司生产的刨煤机主机与国内设备配套使用，在我国铁法、晋城、西山等地取得的一些成功经验，使国内同行对采用刨煤机开采薄煤层有了许多新的认识。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,54,三、现行薄煤层开采技术,（一）用刨煤机开采薄煤层（二）滚筒采煤机开采薄煤层（三）螺旋钻机采煤法（四）煤锯开采薄煤层（五）无人工作面,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,55,以刨头为工作机构，采用刨削方式破煤。刨煤机的截深较浅(30120mm)，充分利用煤层的压张效应，刨削力及单位能耗小；牵引速度大(2040m/min，快速刨煤机150m/min)；刨煤块度大(平均切屑断面积为7080cm2)，煤尘少；结构简单、可靠，刨头高度低(约300mm)，实现薄煤层、极薄煤层的机械化采煤；工人不必跟机操作，可在顺槽内进行控制。,（一）刨煤机,缺点：对地质条件的适应性不如滚筒式采煤机，调高不易实现，开采硬煤层比较困难，刨头与输送机和底板的摩擦阻力大，电动机功率利用率低。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,56,刨煤机概况及优点1.薄煤层机械化开采的有效途径2.刨煤机动力部位于巷道中3.刨煤机结构简单4.操作安全5.实现无人工作面作业,刨煤机应用条件煤层硬度（2.0以下）：煤块硬度、夹矸、节理围岩条件：底板、直接顶、老顶（较平）煤层赋存情况（稳定单斜）：煤厚、断层、煤厚变化工作面倾斜长度：工作面长度80200m，最好150m,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,57,刨煤机,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,58,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,59,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,60,按刨头工作原理分动力刨煤机和静力刨煤机。动力刨煤机：刨头除受刨链牵引力外，还带有破煤原动力的刨煤机。如刨头带有高压水破煤功能的刨煤机、刨头带动力冲击破煤功能的刨煤机等。动力刨煤机刨头本身带有破煤原动力，结构复杂，未推广使用。静力刨煤机：刨头本身不带动力，单纯凭刨链牵引力工作的刨煤机。结构比较简单,刨煤机的分类,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,61,1-刨链；2-导链架；3-推移液压缸；4-刨头驱动装置；5-输送机；6-刨头,静力刨煤机由输送机两端的刨头驱动装置(电动机、液力偶合器和减速器组成)，使固定在刨头上的刨链运行，拖动刨头在工作面往返移动。刨头利用刨刀从煤壁落煤，同时利用犁面把刨落的煤装进输送机。推移液压缸向煤壁推移输送机和刨头。,刨煤机工作原理,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,62,刨煤部是刨削煤壁进行破煤和装煤的刨煤机部件，由刨头驱动装置、刨头、刨链和附属装置组成。刨头驱动装置组成：电动机、液力偶合器、减速器等。电动机有单速和双速。双速电动机使用在刨头高速运行，需要慢速起动和停止的刨煤机；液力偶合器安装在电动机和减速器之间，改善起动性能，吸收冲击和振动，起到过载保护作用；减速器有展开式和行星式两种。展开式减速器常用于平行布置方式，行星式减速器用于垂直布置方式；刨头有单刨头和双刨头。刨头通过接链座与刨链相联，形成封闭工作链。刨链由圆环链、接链环和转链环组成，用来牵引刨头。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,63,静力刨煤机按刨头的导向方式分拖钩刨煤机、滑行刨煤机和滑行拖钩刨煤机。,(1)拖钩刨煤机刨头以输送部中部槽为导轨，刨链通过在工作面底板上滑行的拖板拖动刨头工作。,1-刨头2-拖板3-输送机溜槽4-牵引链5-导链架6-护罩,拖钩刨只有约1/3左右的装机功率用于刨煤和装煤。底板较软时，刨头容易陷入底板。因此，拖钩刨多在煤层地质构造简单、底板较硬的煤层使用。使用中存在的主要问题：刨头飘刀或啃底，刨刀损耗严重，剪切销损坏，泵压不稳定，通讯困难,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,64,(2)滑行刨煤机刨头以滑架为导轨，刨链在滑架内拖动刨头工作。,1-滑行架2-加高块3-输送机4-平衡架5-导轨6-顶刀座7-刨链8-挡煤板,运行时摩擦阻力小，刨深易于控制，对软及破碎底板适应能力较强。但刨链位于煤壁侧滑架的链槽内(前牵引方式)，维修不方便，结构上增加安装在输送部煤壁侧的滑架，使控顶距离和刨头的最低高度有所增加。刨头高度较高时，安装支撑门架以增加运行时的稳定性。使用中存在的问题是：刨头飘刀或啃底，输送机电动机故障，剪切销损失,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,65,(3)滑行拖钩刨煤机刨头以输送部中部槽为导轨，刨链通过在底滑板上滑行的拖板拖动刨头工作。,1-刨头；2-牵引链；3-拖板；4-推移液压缸；5-底滑板；6-调高千斤顶,使用中存在的问题：刨头座开裂，刨刀合金片脱落，双刨头易卡住，输送机电动机故障等,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,66,输送部将刨头破落下来的煤运出工作面。由两套驱动装置(机头和机尾各一套)、机架、过渡槽、中部槽、联接槽和刮板链等组成。机架的一侧安装刨头驱动装置，另一侧安装输送部驱动装置，组成刨煤机的机头和机尾。刨头驱动装置安装在机架上有固定式和滑槽式两种。滑槽式是在机架侧有滑槽，刨头驱动装置可在机架上滑移并利用液压缸将刨链拉紧。固定式则无此功能。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,67,液压推进系统用于普采工作面。当刨头通过后逐段推进刨煤机，使刨头在下一个行程获得新的刨削深度，同时承受煤壁对刨头的反力。主要包括乳化液泵站、推进缸、阀组、管路和撑柱等。综采工作面由液压支架的推移系统实现刨煤机的推进，不再需要单独的液压推进系统。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,68,铁法小青煤矿刨煤机应用简介,工作面走向长度905m，面长150m，煤厚1.3m，倾角8伪顶为0.77m厚的泥岩，直接顶为粉砂岩，底板为泥质粉砂岩2000年煤科总院北京开采所与德国DBT公司等厂家合作为铁法小青煤矿装备了国内第一个薄煤层全自动化刨煤机工作面工作面采用国产ZY6400/09/20D液压支架与引进刨煤机系统配套，采用电液控制系统实现顺槽集中控制，正常生产条件下，工作面无人化。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,69,刨煤机综采工作面布置图,1回风平巷2液压支架3刨煤机4液压支架5刮板运输机6单体支柱7转载机8工字钢支架9乳化液泵站10移动变电站11运输平巷,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,70,ZY6400/09/20型液压支架,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,71,9-34vt/4.7滑行刨煤机,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,72,PF2.30/732刮板输送机,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,73,遥控调整刨煤深和工作面自动调直每3架支架加上安装一台PM4支架控制器，当刨头通过后，按照程序控制的距离推移输送机和刨煤机，在主控台可以监控刨头和支架的运行状态，工作面可以按照设定的刨煤方式自动刨煤。该套装备总投资6000万元人民币，2001年至2002年4月试采期间共创经济效益5238.2万元，实际生产271天，已回收投资的87.3%。,实现了全自动化刨煤机无人工作面工作面体现了机、电、智能一体化的特点提高了劳动效率：直接工效达137t/工无人工作面改善了井下安全生产环境为效率低下的薄煤层长壁工作面开采提供了一条理想的途径。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,74,1、种类煤层的开采先后出现了多种多样形式的采煤机。如今采煤机大都向适应能力强，自动化程度高的方向发展，并取得了很大的成就。当前适合于薄煤层开采的采煤机有下列四种：第一种是MDY-150型采煤机，此机适采高为1.22.5m，煤质中硬（f=23），顶板稳定的煤层，并且煤质较软，倾角在025之间；第二种为BM-100型采煤机，它的适应高度为0.91.3m，f2.5，顶板中等稳定的煤层，倾角也在025之间；第三种为MLS3P-170矮型双滚筒采煤机，该机适合采高为1.22.2m，f=23之间，顶板中等稳定，底板不能过于松软，倾角在030之间；第四种是K-103型爬底板式薄煤层采煤机，该机适应与0.61.2m厚薄煤层的开采，煤质中等稳定以下，倾角小于35。,（二）滚筒采煤机,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,75,2、滚筒采煤机的优点滚筒采煤机与其他采煤机相比具有它独特的优势：a.适应能力强，尤其是煤层厚度变化较大的工作面；b.对煤层顶、底板起伏变化适应能力强，在复杂的地质条件下，可以通过大的装机功率强行通过；c.适用于含有夹矸的煤层回采，煤层中若含有矸石滚筒采煤机可以直接切割矸石回采，不影响回采的时间和产量；d.对工作面的长度要求较低，尤其与刨煤机相比更为突出。总之滚筒采煤机具有适应能力强、切割效益高、对地质条件要求不高等特点，特别适用薄煤层自动虾工作面开采，尤其是当煤层赋存条件变化大、断层多时，滚筒采煤机的优势更为明显，它可以直接切割顶、底板强行通过，免去了搬家的工序，提高了回采效益。3、滚筒采煤机的缺点滚筒采煤机的系统复杂，一般都是采用液压控制，制造困难，造价高，维修不方便，工人不容易掌握；工作面的煤尘大，块煤产出率低，经济效益不高，同时工作面设备多，通风阻力大，严重影响着工人的身心健康。工作空间小。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,76,1螺旋钻杆2中间通风管3轴承座4钻头5变速器6控制箱,（三）螺旋钻机采煤机,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,77,1通风管；2锁紧装置；3减速器；4液压偶合器；5电动机；6传动件；7滑撬；8支撑液压缸；9底架；10液压推进部件；11传动框架；12螺旋采煤机螺旋钻采煤机,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,78,机组的组成及其工作原理,1-螺旋钻机组主机2-托架3-操作台4-液压系统5-动力装置6-控制站7-矿用接线开关8-通风系统9-钻具,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,79,a螺旋钻机钻头割煤,b钻机在顺槽中工作状态1单轨吊2螺旋钻采煤机3固定油缸4调斜油缸5刮板运输机6节式钻杆,螺旋钻机采煤示意图,1-螺旋钻机；2一分节式螺旋钻杆；3-钻头；4-单轨吊,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,81,螺旋钻机工作面生产能力工作面平均每班钻进20m，每天钻进深度60m，回采高度1.2m，钻孔宽度2.105m，钻煤时回采率0.95，则：日产量：Qd=602.1051.21.360.95=195（t）月产量：Qm=19530=5850（t）,工作面设备布置,向上钻深85m，向下钻深45m；,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,82,ML-280螺旋钻采煤机,使用条件：采宽：1.9052.105m。采深：向上85m，向下45m。准备巷道净断面不小于11.2m2，巷道坡30，卧底不小于0.6m，通风依赖于全矿井通风负压。煤层厚度0.60.9m，煤层倾角0150，煤的切割的阻力不大于350KN/m。煤的硬度系数f6。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,83,技术特征：,钻头数量3个防爆钻头直径625mm、725mm、825mm钻头之间的轴距640mm钻杆直径480mm钻杆转速60r/min钻杆推进速度工作状态前进01.0m/min后退01.7m/min调度状态前进02.0m/min后退03.5m/min,钻杆推力前进390KN后退290KN机组总功率280KW工作额定电压（三相、交流）660V外型尺寸长宽高：14840mm3870mm1884mm机组重量：57.5t一次移动机组的距离（两个钻孔之间的距离）为2.63.1m,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,84,1、煤锯的产生及发展1910年首先在德国出现，开采急倾斜煤层，获得成功30年代末前苏联第一次实验，50年代扩大应用我国50年代末60年代初先后在四川鱼田堡煤矿、京西大台煤矿、广东曲仁煤矿、江西乐平矿务局、徐州的旗山等地进行了实验，取得了一些经验,（四）煤锯无人工作面采煤,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,85,2、煤锯采煤的工作原理:煤锯的形式繁多,但工作原理大致相似。煤锯一般是由双向割煤的碎煤刀组成,碎煤刀每0.51m安装一组，碎煤刀上有截齿,截齿上钳有合金钢片。煤锯与牵引钢丝绳相连接,钢丝绳通过2个出口绕过导向滑轮,与位于巷道中的绞车相连接。绞车带动牵引钢丝绳,使煤锯压紧煤壁,做往复切割运动,煤锯就拉出一个槽沟。随着槽沟的加深,煤壁在矿山压力的作用下,自行垮落破碎,然后靠煤炭自溜运出工作面,再由巷道中的输送机将煤运出。煤锯采煤工人不进入工作面工作,只是在巷道中开动绞车和移动导向滑轮,大大减轻了工人的劳动强度,而且设备简单。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,86,3、采煤工艺以绞车牵引带碎煤刀的钢丝绳,在工作面煤壁往返切割落煤,工作面不支护,采煤过程中工人不进入工作面。工作面设备布置如图所示:在上、下平巷内,距工作面510m处,各设置1台JH-8型回柱绞车,导向滑轮安装在距工作面出口2m左右处,绞车和导向滑轮均随工作面推进而移动。为防止煤炭下落时溜入采空区,应使工作面锯成下部略超前于上部,使之有利于煤自溜,又能控制工作面上部采空区顶板形成滞后冒落。上下平巷内各安装有通信、电声信号及控制系统。工作面3个班出煤。,钢丝绳锯采煤工艺主要用来开采厚度0.35m的围岩稳定的倾斜和急倾斜煤层,如果煤层有软或比较软的夹层,且煤层节理裂隙发育,对使用煤锯采煤更为有利。根据工作面布置方式的不同,煤锯采煤工艺系统可以分为走向长壁和倾斜长壁,走向长壁应用较多,区段斜长为40130m。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,87,工作面设备布置图1上巷2下巷3牵引绳4煤锯5碎煤刀6导向滑轮7绞车8护巷石墙,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,88,4、对煤锯采煤的评价1.优点：设备相对简单,造价低,工人易操作,劳动强度小,材料消耗少，工人作业环境好,巷道内操作机械，曾一度广泛被采用。2.存在问题：煤锯工作性能差，可靠性低，常出现断绳、卡绳现象,处理事故困难。关键问题是顶板管理没解决，除顶板冒落外，底板也会滑落。煤柱支撑法煤损较大，开切眼开切工作量大，仰斜条带也是如些。3.适用条件：煤厚0.35m，围岩稳定，35,煤层较软，煤层节理裂隙发育，不粘顶。4.发展方向:高效、可靠、强动力煤锯，解决断绳问题。大直径、大功率钻机用于开开切眼。新型支护设备的发展，如气垛支架等。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,89,1、无人工作面采煤概念什么叫无人工作面采煤工人不长时间在工作面跟机操作，而是在巷道或其它地点控制或操纵工作面机械，完成采煤、装煤、运煤、顶板管理及采空区处理等工序的一种采煤方法。简称无人采煤或无人开采。,（五）无人工作面采煤概述,2、发展无人工作面采煤技术的必要性（1）生产的需要综采对采煤工艺和煤炭生产技术发展起了很大的推动作用。但煤层厚度小于0.7m时，工人很难操作，故障很难排除，炮采、普采工人的劳动条件也十分艰苦，因此必须把工人从繁重的体力劳动和恶劣的作业环境中解放出来，发展了人不进工作面的无人采煤法,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,90,（2）安全的需要工作面顶板裸露面积大,顶板事故多，难处理，人不进工作面对安全有利。（3）科技发展的趋势无人采煤目前已发展到中厚煤层和厚煤层，程控采煤机、支架、闭路电视监测，机器人处理机械故障已在发达国家开始研制和开发。因此无人采煤技术是标志一个国家煤炭发展技术的尺度，是技术密集型的产物，是代替劳动力密集型的好方法之一，世界各国都十分重视，并相继投入了大批的人力、物力、财力来从事这一领域的研究。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,91,3、我国无人采煤技术现状和发展新技术的迫切性及趋势1我国现状60年代我国在江西、徐州、广东等地试验过煤锯采煤，原始的无人采煤。由于设备可靠性差，顶板管理问题没有解决，仃止了。2.我国发展无人采煤技术的迫切性无人开采目前主要适用于薄煤层中，重点解决工人的劳动环境问题，我国薄煤层约占总储量的20%左右，而产量只占10.4%，而且产量有逐年下降的趋势。我国的薄煤层开采一直不景气。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,92,第五章综合机械化采煤简介,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,93,综合机械化采煤工艺方式采煤工作面破煤、装煤、运煤、支护和处理采空区全部实现机械化的采煤工艺。综采机械化采煤工艺的生产工艺过程：采煤机落煤与装煤、输送机运煤、自移式液压支架前移、推移输送机至新的位置、采空区顶板自行垮落。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,94,端头液压支架,液压支架,采空区,刮板输送机,双滚筒采煤机,桥式转载机,带式输送机,轨道平巷,运输平巷,一、综采工作面主要设备及布置,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,95,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,96,国内采煤机,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,97,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,98,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,99,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,100,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,101,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,102,二.综采面双滚筒采煤机的割煤方式,考虑因素：顶板管理、移架与进刀方式、端头支护等因素。两种型式：单向割煤和双向割煤。（一）单向割煤主要特点是：割煤机单向割煤，回程装煤或空行，沿工作面往返一次进一刀。根据工作面的条件不同，单向割煤方式分为上行式和下行式两种。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,103,下行式单向割煤,1）采煤机由工作面上切口下行割煤，推移输送机机尾至煤壁，采煤机继续下行直至割通工作面。2）采煤机上行装煤或空行，随即移机头和输送机。3）采煤机上行割煤至上端输送机机尾，沿机尾处弯曲段斜切进刀。4)采煤机从机尾处开始下行割煤,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,104,下行单向割煤，多适用于坚硬煤层。优点：采煤机装煤率高，切割阻力小，有利于减少采煤机牵引部事故，工作面各工种和工序之间相互干扰少;上行时装煤或空行，随即推移输送机和支架，有利于防止液压支架及刮板输送机的下滑。缺点：采煤机利用率低;采煤机司机在回风流中，吸尘量大;割煤后顶板悬露面积大、时间长，空顶范围内的顶板较难维护。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,105,上行式单向割煤,采煤机由工作面下端进刀上行割煤，下行时装煤或空行。优点：采煤机司机吸尘量小。缺点：采煤机效率低；割煤后顶板悬露面积大、时间长，空顶范围内顶板较难维护。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,106,（二）双向割煤A.往返一刀，当煤层较厚时，采煤机上行时贴顶板截割，下行时贴底板截割并清理浮煤。这时，往返一个行程滚筒都截割采煤，但工作面只推进一个截深。B.往返两刀，煤层厚度接近滚筒直径，而且煤不粘连顶板，即可实现往返两刀双向采煤，往返行程各推进煤壁一个截深。特点:采煤机沿工作面不论上行或下行都一次采全高，并同时完成推移输送机、支架等一个采煤循环。在中厚煤层的工作面，一般都采用双滚筒采煤机一次采全高。当工作面条件允许、且生产技术水平较高时，应采用往返两刀双向割煤。优点:能充分发挥采煤机的效能，提高工作面生产效率。存在的问题是：工人劳动强度大，要求各工种操作技术水平高，工作面管理水平高。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,107,三、采煤机进刀方式,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,108,（一）推入法进刀（预开切口进刀法）,需提前开出工作面端部切口。（做机窝）。其进刀过程为：先利用工人或其他方法预先在工作面两端开好切口，即先把刮板输送机机头或机尾部位的煤开采出来形成切口;当割煤至工作面端部时，利用推移装置将采煤机槽推向煤壁，即把采煤机的滚筒推入煤壁口;然后采煤机正常割煤。普采工作面单滚筒采煤机常用这种方式。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,109,（二）钻入法进刀,（a）采煤机割煤至工作面端部距终点35m时停止牵引，但滚筒继续旋转（b）开动千斤顶推移支撑采煤机的输送机槽（c）滚筒边钻进煤壁边上下或左右摇摆，直至达到额定截深并移直输送机（d）采煤机割煤至工作面端头，可以正常割煤,钻入法进刀,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,110,（三）斜切进刀,（a）起始；（b）斜切并移直输送机；（c）割三角煤；（d）开始正常割煤；,综采面端部斜切进刀法工作面端部割三角煤斜切进刀,留三角煤端部斜切进刀,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,111,综采面中部斜切进刀,特点：输送机弯曲度在工作面中部。采煤机割煤至工作面左端空牵引割煤至工作面中部，并沿输送机弯曲段斜切进刀，继续割煤至右工作面右端。移直输送机，采煤机空牵引至工作面中部。采煤机自工作面中部开始割煤至工作面左端，工作面有半段输送机移近煤壁，恢复初始位置,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,112,斜切进刀的特点:简化了进刀工序，工作量均衡，窝工现象少，提高了采煤机的装煤率为移溜、移架创造了有利条件。综采面斜切进刀，要求运输及回风平巷有足够的宽度，工作面输送机机头尽量伸向平巷内，以保证采煤机滚筒能割至平巷的内侧帮，并尽量采用侧卸式机头。若平巷过窄，则需辅以人工开切口方能进刀，这就难以发挥综采的生产潜力。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,113,四、综采面液压支架的支护及移架方式支护,滞后支护（先推溜后移架，与普采基本工艺顺序基本相似）工艺过程：割煤-推溜-移架,2020/6/6,云南煤矿安全监察局安全技术中心,114,滞后支护的优缺点：优点：顶梁短，控顶距小，顶板压力小，特别是适用在周期来压强度较大的情况下；支架结构紧凑，吨位小；底座相对较长，支架稳定性好；缺点：支护不够及时；空间小行人不便；工作面断面小，通风能力较小。,2020/6/6,云南煤矿安全监察局