7、8、9普通机械化采煤工艺与选择

1、学习情境学习情境7 7 普通机械化采煤工艺与选择普通机械化采煤工艺与选择学习目标学习目标 能正确选择滚筒位置、旋转方向； 能正确选择采煤机割煤方式、进刀方式； 能正确选择支架布置方式； 能正确选择工作面端头支架； 掌握工作面支护技术要点； 能正确进行工作面工艺参数分析； 能正确选择中厚煤层普采设备； 能正确绘制机采工作面布置图。任务任务7.1 7.1 普通机械化采煤工艺普通机械化采煤工艺 普通机械化采煤工艺，简称普采，其特点是用采煤机械同时完成破煤和装煤工序，而运煤、顶板支护和采空区处理与炮采工艺基本相同。 普采工作面的下切口长度一般为34 m。单滚筒采煤机:上切口长度一般为610 m；双滚筒

2、采煤机、大宽度平巷，可以不开切口。普采工作面端部切口的深度，一般为截深的23倍；截深0.8 m和1.0 m时，切口深度应不小于2倍截深；截深0.5 m和0.6 m时，应大于3倍截深，以确保迈步式端头抬棚的顺利前移。一、普采工作面工艺参数确定一、普采工作面工艺参数确定 采煤机斜切方式进刀时，输送机机头完全布置在平巷时，斜切段长度等于采煤机机身长度加输送机弯曲段长度。几种输送机弯曲段长度见表7-1。表7-1 几种国产输送机弯曲段可达最小长度输送机型号机槽尺寸（长宽）/mm槽间水平可转角/(0)输送机弯曲段长度/mB=500mmB=600mmB=800mmB=1000mmSGB-764/264150

3、0767213.515.015.016.5SGB-630/1501500630310.510.512.013.5SGB-630/1801500630213.515.515.016.5SGB-630/801500630310.510.512.013.5二、普采工作面的设备配套二、普采工作面的设备配套1普采工作面设备横向配套尺寸图7-1 普采面设备横向配套尺寸2端面距的确定采用正悬臂支架时，端面距T值可表示为：1lDT采用倒悬臂支架时，端面距T值可表示为：LlDT1112lDT（无立柱顶梁时）任务任务7.2 7.2 普通机械化采煤工艺的选择普通机械化采煤工艺的选择 普采设备价格便宜，一套普采设备的

4、投资只相当一套综采设备的1/4，而产量可达到综采产量的1/31/2。对推进距离短、形状不规则、小断层和褶曲较发育的工作面，综采的优势难以发挥，而采用普采则可取得较好的效果。 与综采相比，普采操作技术较易掌握，组织生产比较容易。因此，普采是我国中小型矿井发展采煤机械化的重点。学习情境学习情境8 8 综合机械化采煤工艺与选择综合机械化采煤工艺与选择 学习目标学习目标 能正确选择采煤机滚筒转向和位置； 能正确选择采煤机割煤方式、进刀方式、移架方式； 熟悉移架方式对移架速度的影响； 熟悉顶板管理受移架方式的影响 ； 能正确选择及时支护与滞后支护方式 ； 能正确选择综采工作面端头支护方式； 熟悉综采工作

5、面平巷相对位置与端头作业； 能正确选择综采设备配套参数； 能正确绘制综采工作面布置图。任务任务8.1 8.1 综合机械化采煤工艺综合机械化采煤工艺 综合机械化采煤工艺，简称综采，破、装、运、支、处五个主要工序全部实现机械化。一、综采工作面主要设备的布置一、综采工作面主要设备的布置1滚筒采煤机；2可弯曲刮板输送机；3液压支架图8-1 综采工作面三机布置立体图1采煤机；2刮板输送机；3支架；4下端头支护；5上端头支护；6转载机；7带式输送机；8配电箱；9乳化液泵站；10设备平板列车；11移动变电站；12喷雾泵站；13液压绞车；14集中控制台图8-2 综采工作面设备布置图二、双滚筒采煤机工作方式二、

6、双滚筒采煤机工作方式1滚筒的转向和位置（a） “前顶后底”、“右顺左逆”； （b） “前底后顶”、“右逆左顺”；（c） 薄煤层“前底后顶”（俯视图）；（d） “前底后顶”、“右顺左逆”图8-3 综采面采煤机滚筒的转向和位置 2双滚筒采煤机割煤方式 往返一次割两刀(穿梭割煤 ) 往返一次割一刀 3采煤机的进刀方式 工作面端部斜切进刀 综采面中部斜切进刀 滚筒钻入法进刀（a） 起始；（b） 斜切并移直输送机；（c） 割三角煤；（d） 开始正常割煤1综采面双滚筒采煤机；2刮板输送机图8-4 工作面端部割三角煤斜切进刀 （a） 采煤机割煤至工作面左端部；（b） 返回中部斜切；（c） 移直输送机，采煤机

7、割右半段；（d） 输送机右半段移近煤壁，采煤机重新割左半段图8-5 综采面中部斜切进刀（a） 停止牵引，滚筒继续旋转；（b） 推移机槽；（c） 钻进煤壁，移直输送机；（d） 向端部牵引；（e） 正常割煤图8-6 采煤机钻入法进刀三、综采面液压支架的移架方式三、综采面液压支架的移架方式1移架方式 单架依次顺序式 分组间隔交错式 成组整体依次顺序式 （a） 单架依次顺序化；（b）、（c） 分组间隔交错式；（d）（e） 成组整体依次顺序化图8-7 液压支架的移架方式2移架方式对移架速度的影响 移架速度取决于泵站流量及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因素。而当

8、这些因素相同时，决定移架速度的关键因素则是移架方式。支架的移架速度vz（m/min）可用下式表示：dezzzzNttNLtNLv3顶板管理受移架方式的影响 选择移架方式既要考虑移架速度，又要考虑对顶板管理的影响。单架依次顺序移架适于稳定性差的顶板。由于顶板状况多变，还要依照具体情况考虑移架方式：四、液压支架支护方式四、液压支架支护方式 综采面割煤、移架、推移输送机三个主要工序，按照不同顺序有及时支护方式（图8-9）和滞后支护方式（图8-10）两种配合方式。（a）割煤；（b）移架；（c）推移输送机图8-9 及时支护方式（a）割煤；（b）推移输送机；（c）移架图8-10 滞后支护方式1. 及时支护

9、方式 采煤机割煤后，支架依次或分组随机立即前移、支护顶板，输送机随移架逐段移向煤壁，推移步距等于采煤机截深。 优点：工作空间大，有利于行人、运料和通风；若煤壁容易片帮时，可先于割煤进行移架，支护新暴露出来的顶板。 缺点：增大了工作面控顶宽度，不利于控制顶板。 为此，有的综采设备，支架和输送机采用插底式和半插底式配合方式，如图8-11所示。（a） 全插底式支架； （b） 半插底式支架 图8-11 插底式和半插底式支架2. 滞后支护式 割煤后输送机首先逐段移向煤壁，支架随输送机前移，二者移动步距相同。 优点：适应周期压力大及直接顶稳定性好的顶板。 缺点：对直接顶稳定性差的顶板适应性差。 任务任务8

10、.2 8.2 综合机械化采煤工艺的选择综合机械化采煤工艺的选择 综采适用条件：煤层地质条件较好、构造少，上综采后能很快获得高产、高效。 综采工艺方式有：缓斜中厚、薄煤层、单一长壁综采、缓斜厚煤层倾斜分层综采、缓斜厚煤层一次采全最大采高综采、缓斜厚煤层放顶煤综采。因此，应根据不同的条件和其他因素合理选择。如表8-1和表8-2所示。 表8-1 优先装备综采的条件 序号使用条件井型/Mta-1煤层厚度/m煤层倾角/（0）地质构造基本顶（级别）直接顶（类型）备注1中厚煤层1.1.33.515比较简单、1、2、3大型矿井2厚煤层开采1.2515比较简单、1、2、3大型矿井3厚煤层一次采全高1.23.54

11、.015比较简单、1、2、3大型矿井4经济型综采0.63.0以下25比较简单、1、2、3大型矿井表82 可以装备综采的特殊条件序号使用条件井型/Mta-1煤层厚度/m煤层倾角/（0）地质构造基本顶（级别）直接顶（类型）1厚煤层一次采全高1.204.0 4.515简单、1、2、32坚硬难冒顶板1.20中厚煤层15简单、3、43薄煤层0.601.1 1.315简单、1、2、34急斜特厚煤层放顶煤0.451545简单、1、2、3学习情境学习情境9 9 综合机械化放顶煤综合机械化放顶煤采煤工艺与选择采煤工艺与选择学习目标学习目标 熟悉放顶煤采煤法及其基本特点； 能正确选择放顶煤采煤法类型； 能正确选择

12、放顶煤开采的支护设备； 能正确描述顶煤的变形和破坏发展规律； 能正确进行放顶煤综采采煤工艺分析； 能正确进行初采和末采放顶煤工艺分析； 能正确确定放煤步距； 能正确确定放煤方式、端头放煤方式； 能正确进行选择放顶煤采煤法。 任务任务9.1 9.1 综合机械化放顶煤综合机械化放顶煤基本特点及类型基本特点及类型 综合机械化放顶煤采煤法的实质就是在厚煤层中，沿煤层(或分段)底部布置一个采高23m的长壁工作面，用常规方法进行回来，利用矿山压力的作用或辅以人工松动方法，使支架上方的顶煤破碎成散体后由支架后方(或上方)放出，并经由刮板输送机运出工作面，如图9-1所示。 1采煤机；2前输送机；3放顶煤液压支

13、架；4后输送机；5平巷带式输送机；6配电设备；7安全绞车；8泵站；9放煤窗口；10转载破碎机A- 不充分破碎煤体;B- 较充分破碎煤体;C-待放出煤体图9-1 综合机械化放顶煤工作面设备布置 综合机械化放顶煤工艺过程：采煤机1割煤后，液压支架3及时支护并移到新的位置推移工作面前部输送机2至煤帮操作后部输送机专用千斤顶，将后部输送机4相应前移采过1-3刀后，按规定的放煤工艺要求.打开放煤窗口，放出已松碎的煤炭，待放出煤炭中的矸石含量超过一定限度后，及时关闭放煤u。 一、一次采全厚综合机械化放顶煤开采一、一次采全厚综合机械化放顶煤开采 沿煤层底板布置机采工作面，如图9-2（a）所示，一次采出煤层的

14、全部厚度。这种方法一般适用于厚度6-12m的缓斜厚煤层，是我国目前使用的主要方法。二、预采顶分层网下综合机械化放顶煤开采二、预采顶分层网下综合机械化放顶煤开采 首先沿煤层顶板布置一个普通长壁工作面，而后沿煤层底板布置放顶煤工作面，将两个工作面之间的顶煤放出，如图9-2（b）所示。这种方法一般适用于厚度大于12m，直接顶板坚硬或煤层瓦斯含量高，需要预先排放瓦斯的缓斜煤层。 三、倾斜分段综合机械化放顶煤开采三、倾斜分段综合机械化放顶煤开采 当煤层厚度超过15-20m以上时，可自煤层顶板至底板将煤层分成8-10 m的分段， 依次进行放顶煤开采，如图9-2中(c)所示。这种方法一般适用于厚度大于15m

15、的缓斜煤层。 （a）一次采全高放顶煤； (b) 预采顶分层网下放顶煤 ；(c)倾斜分段放顶煤；图9-2 放顶煤开采工艺类型任务任务9.2 9.2 综合机械化放顶煤开采支护设备综合机械化放顶煤开采支护设备 综合机械化放顶煤工作面设备布置如图9-3所示。其工艺过程：在煤层（或分段）底部布置的综采工作面中，采煤机割煤后，液压支架及时支护并移至新的位置，随后将工作面前部刮板输送机推移至煤壁。操作后部刮板输送机使用千斤顶，将后部刮板输送机前移至相应位置。图9-3 YFY2000-16 /26型一、放顶煤液压支架的特点及性能一、放顶煤液压支架的特点及性能1放顶煤液压支架有液压控制的放煤机构。2放煤机构具有

16、强力可靠的二次破煤性能。3放煤支架采用两部刮板输送机。4支架结构具有较强的抗扭和抗侧向力的功能。5支架的控顶距较大，顶梁较长。 6支架全封闭顶板，能控制端面冒顶和防止架间漏矸。7不需使用双伸缩立柱或带加长段的立柱。8支架具有较大的拉架力，拉架速度快，能够带压擦顶移架。二、放顶煤液压支架分类二、放顶煤液压支架分类 放顶煤支架可分为掩护式、支撑掩护式、支承式和简易式四种类型。在这四种类型中，根据放煤窗口的位置不同，又有高、中、低三种放煤方式；按输送机数目可分为单输送机和双输送机两类。 图9-3为YFY2000-16/26型放顶煤支架。这类 支架的特点是：（1）支架结构简单。（2）支架稳定性和封闭性

17、较好。（3）掩护梁有利于顶煤的放出，但丢煤多，采出率较低，煤尘大，支架通风断面较小。（4）对煤层冒放性的要求较高。（5）放煤槽放煤不流畅。（6）不能平行作业，影响工作面产量的提高。1单输送机高位放顶煤支架2. 双输送机中位放顶煤支架 指双输送机运煤，在掩护梁上开放煤口，中位放煤的支撑掩护式液压支架。图9-4为FYS300019/28型放顶煤支架。 1伸缩梁；2伸缩梁千斤顶；3侧推千斤顶；4顶梁；5摆杆千斤顶；6摆动杆；7掩护梁；8放煤千斤顶；9底座；10后输送机千斤顶；11立柱；12推移千斤顶及框架；13放煤板图9-4 FYS300019/28型放顶煤支架这类支架的特点如下：（1）支架稳定性和

18、密封性好。（2）放煤口远，有助于工作面前方顶煤的维护。（3）可以实现采放平行作业，实现高产高效。（4）丢煤多，采出率较低，煤尘较大。（5）大块煤通过困难，移架阻力较大。（6）掩护梁不能摆动，二次破煤能力差。表9-1 我国典型放顶煤液压支架的技术特征分类支架型号工作阻力(初撑力)kN支护强度MPa推输送机力(拉架力)lkN外形长m结构特点放煤口尺寸m碎煤机构质量t睫用地点高位单输送机FYD440026/32YFY300016/26ZFD400017/234315(2925)l960(1254)4000(1623)0.550.890.520.710.763157.6(325)270(480)4.2

19、3.555.38单铰放煤槽1.91.91.20.82.030.82破煤筋13.37.717平顶山辽源潞安中位双输送机ZFS440016/26FYS300019/28ZFS450016/26ZFS440019/28BC480020/304400(4000)2940(2522)4312(3920)4260(4400)4704(3920)0.811.670.752.85O.55O.88120(362)157(382)157(324)308(483)182(462)5.74.93.265.175.0单铰1.70.90.9O.7摆动放煤插板14.21113.31216.2阳泉乌鲁木齐沈阳邵州抚顺低位双输

20、送机ZFS256014/24ZFS400014/28FY280014/2熔FZ300015/30ZFS520017/32BC600014.2/282560(1932)3921(2508)2746(1961)2940(2509)5200(4552)5880(4704)O6lO62O.66O.720.500.52O44O500.760.71O78121(260)340(480)123(254)158(331)155(395)3.33.834.515.634.46中四连杆插板式无脊背摆动尾粱6.511.29.211.11816豫西沈阳窑街鹤壁兖州晋城3. 双输送机低位放顶煤支架 指双输送机运煤，在掩

21、护梁后部铰接带有插板的尾梁，低位放顶煤的支撑掩护式液压支架。尾梁可上下摆动45左右，用于松动顶煤，并维持一个破煤空间。尾梁中间有一个液压控制的放煤插板，用于放煤和破碎大块煤。主要型号见表9-1，图9-5为FZ3000-15/30型放顶煤支架。 1前梁；2梁千斤顶；3顶梁；4支柱；5上连杆；6掩护梁；7摆动梁；8支撑板；9后部千斤顶；10底座；11推杆；12操纵阀 图9-5 FZ3000-15/30型放顶煤支架这类支架主要特点是：（1）放煤效果好，采出率高。（2）顶梁反复支撑，对放煤极为有利。（3）浮煤容易排出，移架快，放煤口不易堵塞。（4）低位放煤，煤尘小，有利于降尘。（5）支架的稳定性较差。

22、4. 轻型放顶煤液压支架 放顶煤开采工作面矿山压力显现一般不强烈，支架受力低于分层开采。针对国内普通放顶煤支架一般比较重、外形尺寸大、结构复杂、拆装运输困难且不适应复杂煤层地质条件的煤矿等特点，我国科技人员目前已研制和开发出单摆动杆和单铰接两大类轻型放顶煤液压支架，如图9-6所示。（a） 单摆杆式；（b） 单铰接式；（c） 单铰接四柱支顶梁式 图9-6 轻型放顶煤液压支架该系列支架的主要特点有：（1）支架结构简单、紧凑，重量轻。（2）支架空间大，便于清理浮煤和拆装检修后部输送机。（3）支架稳定性好，造价低。（4）单铰接轻型放顶煤液压支架，具有较高的封闭能力，能较好地解决“三软”煤层和较薄的厚煤

23、层综放开采端面易冒落的问题。该系列支架适用于：（1）煤层普氏系数f2.5，来压强度不大，煤层厚度3-8 m，煤层倾角25。（2）工作面尺寸较小，断层较多，地质条件较为复杂的工作面。（3）边角煤或煤柱的开采，厚度不稳定的煤层，较薄厚煤层。任务任务9.3 9.3 综合机械化放顶煤破碎机理综合机械化放顶煤破碎机理 放顶煤开采是集机械破煤和矿压破煤于一体的开采方法，因此顶煤的破碎过程及其效果是确定放顶煤工艺参数以及综放开采适应性的重要依据。 综放采场上方仍可形成 “砌体梁”式结构，如图9-7所示，但其位置远离采场。上位直接顶也可形成“半拱”式小结构，并与“砌体梁”结构相结合，共同构成综放开采覆岩结构的

24、基本形式。由于松软顶煤的参与，因而支架阻力通常不大于分开采的支架阻力。图9-7 综放工作面顶板结构二、顶煤破碎机理二、顶煤破碎机理 顶煤的破碎主要受开采深度、煤层厚度、强度、夹矸层数和厚度、节理裂隙发育程度、直接顶岩性及厚度、基本顶岩性及厚度以及支架结构等的影响。 煤的普氏系数f越小，支承压力峰值离工作面亦远，顶煤受力作用的时间也越长，利于顶煤的放出；f值越大，支承压力峰值离工作面煤壁越近，顶煤破坏过程越短，顶煤变形、位移越小。煤的普氏系数f3的煤层更适合放顶煤开采。 夹矸影响放出煤的含矸率、顶煤的放出效果。顶煤夹矸对顶煤放出影响较复杂，其影响程度不仅与夹矸的岩性、硬度、层数等有关，还与夹矸层与煤层的胶结性质有关。对于较软而与顶煤胶结性差的夹矸层，则变成了顶煤的一个弱面，夹矸层的存在增加了顶煤的冒放性；而较硬且与顶煤胶结比较好的夹矸层，则对顶煤的冒放性有不利的影响。 顶煤中节理发育，节理延伸性好，开张度大，充填物胶结性差，煤体相对松软，易破碎，冒落块度小，可放性好；相反，可放性差。支承