现代采矿技术

现代化矿井开采技术,综采技术袁海涛,所谓现代化矿井是指具有高素质人才队伍、先进的装备和设施、先进的技术和管理，在给定自然条件下能够在安全、产量、效率、效益（经济效益、社会效益、环境效益）等方面取得先进指标的矿井。1.现代化矿井的硬件条件：人才、装备(全部机械化)、设施2.现代化矿井的软件条件：技术、管理3.现代化矿井的衡量指标：安全、产量、效率、效益等,第一章综采面采煤工艺,一、综采的概念,1综采的定义综采是综合机械化采煤工艺的简称，因依靠采煤机、可弯曲刮板输送机和自移液压支架三种机械装备有机配合来完成工作面落煤、装煤、运煤、支护和（采空区处理）五项工作（工序），实现了采煤工作的完全机械化而得名。具体说综采就是利用采煤机落煤和装煤，利用可弯曲刮板输送机运煤，利用自移液压支架进行支护和采空区处理的一种采煤工艺。综采是在炮采、普采的基础上逐步发展而来的，炮采、普采、综采是长壁采煤由运煤机械化，落、装、运机械化到全部工作机械化发展所经历的三个重要阶段，目前在我国炮采、普采和综采三种工艺并行，分别用于不同煤层条件、不同经济条件和不同规模的矿井。综采是长壁采煤方法中机械化程度最高的一种采煤工艺。,2综采面主要装备及布置我国使用最多、效果最好的综采装备是由双滚筒采煤机、可弯曲刮板输送机和自移式液压支架组成的配套装备。最常见的综采面布置形式如图1所示。3综采面采煤工作（1）落煤与装煤。沿工作面往复行走的采煤机依靠前后两个滚筒的旋转、截齿不断切入煤体而破煤；破落的煤炭依靠采煤机滚筒的旋转，在与滚筒同轴的弧形挡煤板配合下将其沿滚筒上的螺旋沟槽顺滚筒轴线方向向外抛出，装入可弯曲刮板输送机上。（2）运煤。沿工作面布置的可弯曲刮板输送机将采煤机破落并装入其上的煤炭沿工作面运至端头，并装入运输顺槽中的运输装备上。,图1走向长壁综采面主要装备及布置1一运输平巷；2一胶带输送机；3一转载机；4一破碎机；5一电缆车；6一磁力开关；7一泵站；8一回柱绞车；9丛柱；10刮板输送机；11一液压支架；12采煤机；13一回风平巷；14一超前支护,ZFS4000/15/32L放顶煤支架,ZZF5200/19/32S放顶煤支架,ZTZ14400/18/30型放顶煤端头支架,最大的采煤机,最大的刮板输送机,SGZ1500/2000小时运量5000t/h,MG900/2210-WD最大采高6.0m,（3）支护与回收支架。沿工作面全长布置的自移式液压支架，依靠液压系统实现升降和移动，完成支架支设回收重新支设的周期性工作，将支护与回收支架合二为一，实现机械化。4综采面采煤工艺过程综采面落煤与装煤作业都由采煤机完成，简称为割煤；煤炭运输作业由刮板机完成，简称为移溜；支护与支架回收作业均由液压支架完成，简称为移架。因此综采面的五项采煤工作被简化为割煤、移溜和移架三项作业。这三项作业按一定顺序进行就形成了综采面的采煤工艺过程。常见的采煤工艺过程有以下两种安排方式：（1）按照割煤移架移溜的顺序安排。（2）按照割煤移溜移架的顺序安排。,二、综采面采煤工艺技术,1双滚筒采煤机割煤方式通常把采煤机沿工作面将煤层全厚割完一次称为进一刀。将一刀割煤的深度称为截深。把采煤机在工作面往返行走时的状态和进刀数相结合称为割煤方式。双滚筒采煤机在正常工作时，一般前滚筒沿顶板割煤，后滚筒沿底板割煤（如图2所示），行走一趟就可完成一刀割煤任务。如果采煤机在往返中都在割煤，那么一个往返就可以完成两刀割煤任务，这种割煤方式称为双向割煤往返进两刀。如果采煤机在往返中只有一趟在割煤，一趟空行，那么一个往返就只能完成一刀割煤任务，这种割煤方式称为单向割煤往返进一刀。,图2综采面双滚筒采煤机割煤,（1）单向割煤。采煤机上（下）行割煤，滞后采煤机23个液压支架进行移架，直至端头；采煤机下（上）行清理浮煤，滞后采煤机10l5m进行移溜，采煤机往返一次进一刀，工作面推进了一个截深。单向割煤方式适用于：煤层倾角大，只能自下而上移架或自下而上移溜的综采面；煤层厚度大，采煤机不能一次采全高的综采面；采煤机装煤效果差的综采面。（2）双向割煤。采煤机上（下）行割煤，滞后采煤机23个液压支架进行移架，滞后采煤机1015m进行移溜，直至端头；采煤机在端头进刀后，下（上）行割煤、移架、移溜。往返一次进两刀，工作面推进了两个截深。这种割煤方式多用于煤层赋存稳定、倾角较缓和厚度适合于采煤机一次采全高的条件。,2采煤机进刀方式把采煤机割完一刀煤后，滚筒重新进入煤体的过程称为进刀，把完成这个过程的方式叫进刀方式。常用的采煤机进刀方式有斜切进刀、钻入进刀、预做缺口推入进刀等。综采面双滚筒采煤机多采用斜切进刀方式，常用的斜切进刀方式有以下两种：（1）端部割三角煤斜切进刀。其进刀过程如图3所示。采用端部斜切进刀、双向割煤时，要求工作面上、下顺槽要有足够宽度，能使刮板机机头、机尾尽量伸向顺槽内，以保证采煤机能在无人工缺口的情况下割通工作面。（2）中部斜切进刀。其进刀过程如图4所示。,图3综采工作面双滚筒采煤机割三角煤斜切进刀过程（a）起始；（b）上行切入煤壁并移直输送机；（c）下行割三角煤；（d）上行准备正常割煤1双滚筒采煤机；2一刮板输送机,图4综采面中部斜切进刀过程（a）采煤机向左割煤至左端；（b）采煤机空返至工作面中部后切入煤壁；（c）采煤机向右正常割煤至右端头，同时将左半段刮板机移近煤壁；（d）采煤机空返至中部后向左割煤至左端，同时将右半段刮板机移近煤壁,中部斜切进刀的特点是：刮板机的弯曲段在工作面中部，左半段割煤时，右半段移溜；右半段割煤时，左半段移溜。与端部斜切进刀相比，中部斜切进刀可减少进刀作业时间，但只能用于单向割煤，且工程质量不易保证。,3液压支架的支护方式在综采面，把移架与移溜操作的配合方式叫支护方式。一般综采面的移架和移溜是通过在支架底座与刮板机之间的液压千斤顶的伸缩来实现的。支架与刮板机在移动时互为支点。如果在采煤机正常割煤时千斤顶处于完全伸出状态，在支架底座前端与刮板机之间有一个相当于千斤顶一个行程的距离，在割完煤后，可以先进行移架，完成移架后，再进行移溜。由于这种配合方式能够保证在采煤后对暴露的顶板进行及时支护，因此称为及时支护。及时支护适用于煤层顶板条件较差的工作面。相反，如果在采煤机正常割煤时千斤顶处于完全收缩状态，支架底座前端与刮板机之间无间隙，则只能先移溜，移好溜后再移架，这种配合方式称为滞后支护。滞后支护适用于煤层顶板条件较好的工作面。,4移架方式按同时移动的液压支架数目和顺序，液压支架的移架方式可分为依次顺序式、分组交错式和成组整体顺序式三种方式。（1）依次顺序式。按顺序依次移动支架，每次移动一台。这种方式操作简单，质量容易保证，但移架速度慢，适用于采煤机割煤速度慢的工作面。（2）分组交错式。将35台支架分为一组，组内支架按顺序移动，组间平行前移。这种移架方式速度快，适应于顶板较稳定的高产工作面。（3）成组整体顺序式。将23台支架分为一组，组内支架同时前移，组间顺序前移。这种方式移架速度快，对移架技术要求高，适用于顶底板条件好的工作面。,5端头支护工作面端头是指工作面与顺槽连接处附近的区域，这个区域是人员与设备出入工作面的出入口。一般端头设备和人员集中、控顶面积大、矿山压力复杂，而且随工作面推进，需要不断在这里拆除和更新顺槽中的支护，作业量大。端头支护即指这个区域的支护。端头支护是工作面顶板管理的重要内容之一，对工作面安全生产和设备能力的发挥有很大影响。常用的综采工作面端头支护方式有以下三种：（1）用单体支柱与长钢梁组成迈步抬棚支护。（2）用专用的自移式端头液压支架支护。（3）用与工作面相同的液压支架支护。,第二章走向长壁综采面采煤系统,一、采煤系统的构成,采煤工作面的采煤系统由直接为工作面服务的巷道系统、煤炭运输系统、辅助运输系统、通风系统、排水系统、供电系统、行人系统等组成。图5所示为一基本的走向长壁综采面采煤系统。,图1.1.5走向长壁综采面采煤系统图1绞车房回风斜巷；2采区回风石门；3绞车房；4采区上部车场；5采区中部车场；6联络巷；7区段运输顺槽；8，10区段回风顺槽；9开切眼,二、采煤系统布置要求,采煤系统的布置，最主要的是巷道系统的布置。巷道系统布置是按照煤炭运输、辅助运输、通风、排水等其他主要系统布置的要求进行的。1巷道系统布置要求巷道的坡度巷道方位巷道断面,2生产及辅助系统布置要求煤炭运输、辅助运输、通风、排水、供电等生产与辅助系统均布置在巷道之中，是巷道系统功能的实现。选择装备和布置这些系统时应该充分考虑巷道空间特点，按照巷道系统设计时的要求进行设备选型和安装。1）煤炭运输系统布置要求2）辅助运输系统布置要求（1）轨道运输系统布置要求。（2）无轨胶轮车运输系统布置要求。3）通风系统布置要求4）排水系统布置要求,第三章综采面设备选型与配套,综采面设备是指采煤机、刮板机和液压支架，即所谓“三机”。为了保证这些设备在工作面有限的空间内相互配合、协调运转、最大限度的发挥各自能力，并取得最好的整体效果，必须认真分析地质条件，做好每一个设备的选型工作，并应保证所选各设备在空间几何尺寸和生产能力等方面按一定要求配套。,一、综采设备选型,（一）影响综采面设备选型的主要地质因素及分析1煤层厚度2煤层倾角3顶板条件4底板条件5煤层硬度6煤层瓦斯条件,（二）综采面设备选型综采面“三机”选型是综采设备选型的重点。1采煤机选型影响采煤机选型的主要因素是煤层条件，包括煤层的厚度范围、煤层结构与构造、煤层及相关岩层的力学特性等。1）对采煤机的基本要求（1）功能全、性能好。（2）适应性强。（3）机电和人身安全保护完善。（4）工作可靠性高。（5）产量高、效率高、能耗低。,2）采煤机的基本参数及其选择（1）采高。2.7-5.4m（2）生产率。2800-3000t/h（3）牵引速度。0-26m/min（4）装机功率。总功率1875kW2刮板机选型（1）生产率。3500t/h（2）铺设长度。（3）功率。3855kW,3液压支架选型在工作面“三机”选型中，液压支架是核心。液压支架选型既要考虑顶板条件，又要考虑采高。1）顶板综采面对支架选型的要求顶板综采面矿压显现特点是老顶来压步距小，来压强度低，直接顶稳定性差，特别是端面难控制，移架影响范围大，因而对支架有以下要求：（1）初撑力高，支撑效率高，以减小顶板早期移动量，提高端面顶板的稳定性。（2）选用四连杆机构，使其双纽线最佳段为支架的工作范围，确保支架对端面有较强的控制能力。,（3）利用伸缩粱或可旋转180挑粱及时支护刚暴露出的顶板，减小顶板早期破坏，并利用顶梁侧护板等装置提高支架护顶能力，防止顶板岩块窜入工作空间。（4）设计有护帮装置和完善的挡矸装置，以减小煤壁片帮深度和面积，防止采空区矸石窜入工作空间。（5）设置灵活快速的操纵阀，保证快速的邻架操作移架。2）大采高综采面对支架选型的要求随着采高加大，老顶初次来压和周期来压步距均有增大，来压强度剧烈。采高加大后，煤壁片帮的深度和面积也随之加大，大采高支架的稳定性和