采矿学第三章长壁工作面工艺参数管理及设计

1、中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学中国矿业大学矿业工程学院主讲：屠世浩教授中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学第三章第三章 采煤工艺技术管理、设计及发展采煤工艺技术管理、设计及发展第一节 综采工作面调斜与旋转第二节 工作面过断层第三节 综采工作面过陷落柱第四节 综采工作面搬迁第五节 采煤工艺主要技术参数第六节 综采工作面的设备配套第七节 回采工作面作业规程编制中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学第一节第一节 综采工作面调斜与旋转综采工作面调斜与旋转一、工作面调斜目的一、工作面调斜目的二、工作面调斜方法二、工作面调斜方法三、综采面旋转开采实例三、综采面旋转开采实例中 国

2、 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学 调斜目的调斜目的：适应煤层等高线变化、地质构造、：适应煤层等高线变化、地质构造、边界限制。通常转角小于边界限制。通常转角小于45 叫调斜，大于叫调斜，大于45 叫旋转。叫旋转。旋转中心位置应选择在围岩稳定区域，最好以输送旋转中心位置应选择在围岩稳定区域，最好以输送机机头为中心，旋转机尾机机头为中心，旋转机尾 。一、工作面调斜目的一、工作面调斜目的中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学1、实中心调斜、实中心调斜旋转中心旋转中心O1点停移输送机点停移输送机另一端移够一个截深，将另一端移够一个截深，将输送机调成一直线割煤。输送机调成一直线割煤。问题：问题

3、：顶板反复支撑，顶板反复支撑，O1处顶板和煤壁管理困难。处顶板和煤壁管理困难。措施：措施：煤壁预先加固。煤壁预先加固。二、工作面调斜方法二、工作面调斜方法oCDL 111中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学2、虚中心调斜、虚中心调斜工作面两端都有一个前工作面两端都有一个前移量。移量。把调斜角把调斜角 分成若干个分成若干个小角小角，的大小取决的大小取决于刮板输送机的最大转于刮板输送机的最大转角。角。采煤机割过一组长刀和采煤机割过一组长刀和短刀后工作面转过短刀后工作面转过角，角，完成了一个调斜循环。完成了一个调斜循环。C ARLOBFDD E(b )中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大

4、 学mA3支 架C 21 m 3m 2m m12m12虚虚中中心心调调斜斜采采煤煤机机割割煤煤方方式式中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学 庞庄煤矿庞庄煤矿2443工作面与工作面与-520西二煤柱垂直相西二煤柱垂直相交，采用综采旋转连续推进，旋转前和旋转区交，采用综采旋转连续推进，旋转前和旋转区面长面长97m，旋转后面长，旋转后面长135m，煤厚，煤厚1.8m。设计。设计采用的转采斜巷长采用的转采斜巷长30m，与旋转前后运输巷成，与旋转前后运输巷成45，旋转区回风巷分三段折线布置。，旋转区回风巷分三段折线布置。2443工工作面回风巷在实体煤中布置，运输巷和作面回风巷在实体煤中布置，运输

5、巷和-520西西二煤柱段两巷均沿空掘进。二煤柱段两巷均沿空掘进。三、综采面旋转开采实例三、综采面旋转开采实例中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学mm III西煤柱运输巷煤柱运输巷煤柱轨道巷轨道巷采空区采空区转采斜巷工作面旋转区巷道布置旋转区巷道布置中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学（2）旋转工艺及参数确定）旋转工艺及参数确定2443工作面设备配置工作面设备配置 序序 号号设备名称设备名称型号型号数量数量/台台1采煤机采煤机MG200-W12液压支架液压支架ZFZ-2000/16/24A803刮板输送机刮板输送机SGB-630/22014转载机转载机SZB-730/7515胶带

6、机胶带机SDJ-15027乳化液泵站乳化液泵站MRB-200/3152中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学机头gfedcba20m40m60m80m0h采煤机向上割煤采煤机空行下放SGB-630/220输送机，允许的弯曲角度输送机，允许的弯曲角度 2，工作面长，工作面长L=97 m，采煤机截深，采煤机截深b=0.63 m，可计算出，可计算出N6。据此设计工作面两端按据此设计工作面两端按1：6调斜。即将工作面分调斜。即将工作面分5段，分别段，分别距工作面机尾距工作面机尾20 m、40 m、60 m、80 m、97 m处进刀依次向处进刀依次向机尾方向割煤，最后工作面全长割煤一刀。机尾方向割

7、煤，最后工作面全长割煤一刀。111af( N) btantanLL中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学循 环 作 业 图 表夜班（同中班）检修推溜移架割煤例图02 04 06 0长（m ）面间 （ h )8 09 70班 次时246空刀早 班8图5 - 1转采期间循环作业图表转采期间循环作业图表短刀短刀斜切、斜切、单向单向割煤、割煤、先零先零后整后整割煤割煤方式方式中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学100m80m60m20m(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)40m1.2m0.6m1.8m2.4m3.0m3.6m中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学第二节第二节

8、工作面过断层工作面过断层一、断层落差大于或等于采高一、断层落差大于或等于采高二、断层落差小于二、断层落差小于1/2 1/3采高采高中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学炮采、普采面可利用改变方向、变长避开；炮采、普采面可利用改变方向、变长避开；综采工作面重开切眼搬家。综采工作面重开切眼搬家。一、断层落差大于或等于采高一、断层落差大于或等于采高中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学 硬过：硬过：满足综采设备爬坡要求；满足综采设备爬坡要求；通过采煤机割顶、底板通过采煤机割顶、底板或爆破方法；或爆破方法；控制断层带顶板，防止控制断层带顶板，防止漏垮。漏垮。二、断层落差小于二、断层落差小于

9、1/2 1/3采高采高中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学（2）综采工作面快速过断层技术综采工作面快速过断层技术 选择合理的推进方向选择合理的推进方向l 夹角越大，断层带暴露面积小，但过断层时间长；夹角越大，断层带暴露面积小，但过断层时间长；l 夹角越小，断层带暴露面积大，但过断层时间短；夹角越小，断层带暴露面积大，但过断层时间短；l 一般工作面与断层线夹角以一般工作面与断层线夹角以2030为宜；不稳定为宜；不稳定顶板可选顶板可选3045。中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学研究断层带附近煤岩破坏情况，改善断层研究断层带附近煤岩破坏情况，改善断层区支护；区支护；预掘巷道，实现工

10、作面无矸快速通过。预掘巷道，实现工作面无矸快速通过。回采到断层前，提前将断层岩石部分挖出，回采到断层前，提前将断层岩石部分挖出，对挖出的空间进行支护，实现回采工作面快对挖出的空间进行支护，实现回采工作面快速通过。速通过。中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学工作面过断层工作面过断层断层类型断层类型正断层正断层逆断层逆断层推进推进方向方向由上盘由上盘到下盘到下盘由下盘由下盘到上盘到上盘由上盘由上盘到下盘到下盘由下盘由下盘到上盘到上盘推进推进方式方式先仰后俯先仰后俯先俯后仰先俯后仰先俯后仰先俯后仰先仰后俯先仰后俯L1计算式L2计算式图例1hLtan111Lhtantan111Lhtantan

11、1hLtan21mLLtan21mLLtan21mLLtan21mLLtan中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学 工作面布置时，根据陷落柱分布和性质，选择合理的巷道工作面布置时，根据陷落柱分布和性质，选择合理的巷道布置，减少工作内陷落柱数量。布置，减少工作内陷落柱数量。 陷落柱陷落柱直径大于直径大于30m时，位于工作面中部，塌落柱岩石硬时，位于工作面中部，塌落柱岩石硬度大于度大于6，另一侧有较大可采储量时，可采用，另一侧有较大可采储量时，可采用重开切眼重开切眼跳跳过陷落柱开采。过陷落柱开采。 陷落柱陷落柱直径大于直径大于20m时，岩石硬度系数大于时，岩石硬度系数大于6，且位于工，且位于

12、工作面尾部时，作面尾部时，可掘绕巷，甩掉陷落柱可掘绕巷，甩掉陷落柱。 陷落柱陷落柱直径小于直径小于20m时，且位于工作面中部，陷落柱岩石时，且位于工作面中部，陷落柱岩石松软，含水量小，可考虑松软，含水量小，可考虑直接推过直接推过，硬度大时，辅以松动，硬度大时，辅以松动爆破手段。爆破手段。第三节第三节 综采工作面过陷落柱综采工作面过陷落柱中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学第四节第四节 综采工作面搬迁综采工作面搬迁一、液压支架的组装方式一、液压支架的组装方式二、综采工作面设备的搬运与安装二、综采工作面设备的搬运与安装三、综采工作面的拆除三、综采工作面的拆除中 国 矿 业 大 学中 国 矿

13、 业 大 学综采设备多，尺寸大，重量大，搬迁费用大；综采设备多，尺寸大，重量大，搬迁费用大；由煤矿准备队专门完成；由煤矿准备队专门完成；涉及：运载工具、起吊、牵引装置、运输移动涉及：运载工具、起吊、牵引装置、运输移动路线、调向、设备调试、运转。路线、调向、设备调试、运转。中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学1、地面组装，整架下井，运到工作面、地面组装，整架下井，运到工作面要求井巷断面满足整架运输要求。要求井巷断面满足整架运输要求。2、地面解体工作面附近组装、地面解体工作面附近组装井下在回风平巷附近要求有组装硐室，一般井下在回风平巷附近要求有组装硐室，一般长长 宽宽 高为高为8 5 3m

14、一般一般 ： 棚子支护棚子支护 起吊钢梁起吊钢梁 双轨调车线双轨调车线一、一、液压支架的组装方式液压支架的组装方式中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学地面组装，整架下井中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学1、沿运输平巷运入的设备及顺序、沿运输平巷运入的设备及顺序工作面刮板输送机机头工作面刮板输送机机头破碎机破碎机转载机转载机乳化液泵站乳化液泵站水泵水泵电气设备电气设备管路管路2、沿工作面回风平巷运入的设备、沿工作面回风平巷运入的设备液压支架液压支架刮板输送机中部槽及铲煤板、挡刮板输送机中部槽及铲煤板、挡煤板煤板采煤机及管路采煤机及管路刮板输送机机尾刮板输送机机尾二、二、综采工作

15、面设备的搬运与安装综采工作面设备的搬运与安装中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学3、设备安装顺序、设备安装顺序一般顺序：一般顺序： 液压支架液压支架 输送机溜槽输送机溜槽 采煤机采煤机 输送机机头输送机机头 机尾机尾有时先安装刮板输送有时先安装刮板输送机的中部槽机的中部槽作为支架等作为支架等的运送轨道。的运送轨道。(a)(b)中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学4、安装需要的设备、安装需要的设备绞车沿煤层底板直接拖入工作面到位后，两台或三绞车沿煤层底板直接拖入工作面到位后，两台或三台小绞车调度台小绞车调度;底板软时，铺轨道，轨道上铺滑板。底板软时，铺轨道，轨道上铺滑板。231(

16、a)(b)中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学5、支架安装顺序、支架安装顺序1）前进式安装）前进式安装安装顺序与支架的运安装顺序与支架的运送方向一致，安装始送方向一致，安装始终在支架掩护下进行，终在支架掩护下进行，架尾朝前，边扩巷边架尾朝前，边扩巷边安装，每段安装，每段30 50m。缺点缺点：导向差，转向：导向差，转向困难，用在顶板破碎困难，用在顶板破碎的条件下。的条件下。中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学2 2）后退式安装）后退式安装开切眼一次掘好，支架由里向外安装开切眼一次掘好，支架由里向外安装中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学1、综采工作面设备拆除顺、综采工作

17、面设备拆除顺序序双滚筒采煤机双滚筒采煤机工作面刮板输送机工作面刮板输送机可伸缩胶带输送机可伸缩胶带输送机桥式转载机桥式转载机液压支架液压支架三、三、综采工作面的拆除综采工作面的拆除中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学2、拆除液压支架的通道法、拆除液压支架的通道法 工作面割到停采线时将工作面割直，工作面割到停采线时将工作面割直，距停采线距停采线2 3m时，只推输送机不移架，时，只推输送机不移架，留出拆架通道。留出拆架通道。3、拆架前顶板管理、拆架前顶板管理（1）金属网加木板梁）金属网加木板梁（2）金属网加钢丝绳金属网加钢丝绳（3）金属网加钢丝绳加锚杆）金属网加钢丝绳加锚杆中 国 矿 业

18、大 学中 国 矿 业 大 学拆架前顶板管理拆架前顶板管理16371741(a)1234612(b)1523421(c)中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学1）后退式（有利于控顶）后退式（有利于控顶）从运输平巷拆到回风平巷，上端头处刷大，挑高从运输平巷拆到回风平巷，上端头处刷大，挑高 架设吊架架设吊架 挖装卸地槽挖装卸地槽 2）前进式）前进式从回风平巷拆至运输平巷从回风平巷拆至运输平巷当平巷中铺有轨道当平巷中铺有轨道4、液压支架拆除法、液压支架拆除法中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学第五节第五节 采煤工艺主要技术参数采煤工艺主要技术参数一、工作面长度一、工作面长度二、采煤工作面

19、连续推进长度二、采煤工作面连续推进长度三、采煤机截深三、采煤机截深四、采煤机开机率四、采煤机开机率中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学1、地质构造、地质构造 工作面长度方向上应以大的断层、褶曲、煤层工作面长度方向上应以大的断层、褶曲、煤层厚度、倾角变化带为上下边界。厚度、倾角变化带为上下边界。一、一、工作面长度工作面长度中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学2、开采地质条件、开采地质条件 煤层厚度、倾角、顶板条件、瓦斯涌出量等。煤层厚度、倾角、顶板条件、瓦斯涌出量等。V工作面允许的最大风速，工作面允许的最大风速，4m/s； M采高，采高，m；lmin工作面最小控顶距，工作面最小控

20、顶距，m； 容重，容重，kN/m3；Cf风流收缩系数，取风流收缩系数，取0.9 0.95； N日进刀数；日进刀数；qb日产一吨煤所需风量，日产一吨煤所需风量，m3/min；B循环进尺，循环进尺，m 。P煤层单位面积出煤量。煤层单位面积出煤量。6 0m i nfbVMlCLqBPN中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学3、装备与管理水平、装备与管理水平炮采面较短；普采面长度可适当加大；综采面炮采面较短；普采面长度可适当加大；综采面最长（最长（120 300 m ）。）。尽可能将块段划分为整数个等长工作面。尽可能将块段划分为整数个等长工作面。4、经济最佳的工作面长度、经济最佳的工作面长度12

21、3N（刀数/日）L(m)P(t/工)Q(t)1日进刀数，日进刀数，2工作面日产量，工作面日产量，3工作面效率工作面效率中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学二、二、采煤工作面连续推进长度采煤工作面连续推进长度在受大的地质构造限制时，一般以地质构造为分界线；在受大的地质构造限制时，一般以地质构造为分界线；不受地质构造限制时，要考虑设备的大修周期、准备不受地质构造限制时，要考虑设备的大修周期、准备方式、回采巷道掘通风防灭火能力、运输设备能力等。方式、回采巷道掘通风防灭火能力、运输设备能力等。我国最长的综采工作面连续推进长度达我国最长的综采工作面连续推进长度达6000m以上。以上。三、三、采煤

22、机截深采煤机截深滚筒采煤机截深主要有：滚筒采煤机截深主要有：0.6m、0.8m、1.0m等几种。等几种。采煤机截深的选择主要与煤层硬度、顶板条件、采高、采煤机截深的选择主要与煤层硬度、顶板条件、采高、配套设备等有关。配套设备等有关。普采、炮采与顶梁长度和布置有关。普采、炮采与顶梁长度和布置有关。目前国内有加大截深的趋势。目前国内有加大截深的趋势。中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学割煤时间准备时间空行时间采煤机运行时间停机旋转时间地质因素机电因素工序匹配不当端头、进刀等交接班误工工艺原因组织管理因素采区外部系统采煤班时间每日时间采煤机停机时间四、采煤机开机率四、采煤机开机率中 国 矿

23、业 大 学中 国 矿 业 大 学开机率开机率采煤机实际运转的时间占可利用的采煤机实际运转的时间占可利用的采煤作业时间的百分比。采煤作业时间的百分比。有班开机率、日开机率两种。班开机率为：有班开机率、日开机率两种。班开机率为：T采煤作业时间；采煤作业时间；t1进刀时间；进刀时间；t2纯割煤时间；纯割煤时间；t3跑空刀时间。跑空刀时间。12310060tttK%T中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学兖州南屯煤矿综采面各环节故障实测统计资料，得各环节的故障比重如图所示。中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学一 、一 、 综 采综 采工 作 面 设工 作 面 设备 选 型 与备 选 型

24、与配 套 的 程配 套 的 程序序 第六节第六节 综采工作面的设备配套综采工作面的设备配套地质条件分析地质条件分析综采工艺方式选择综采工艺方式选择工作面生产能力确定工作面生产能力确定液压支架选型液压支架选型采煤机选型采煤机选型外部运输设备选择外部运输设备选择刮板输送机选型刮板输送机选型乳化液泵站选择乳化液泵站选择设备配套完毕设备配套完毕三机配套合理三机配套合理? ?否否是是中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学初撑力初撑力根据矿压计算选根据矿压计算选择参数择参数工作阻力工作阻力支护强度支护强度根据煤厚选择支根据煤厚选择支架的支撑高度架的支撑高度支架最小高度支架最小高度底座面积及比压底座面

25、积及比压推溜力、拉架力推溜力、拉架力前探梁长度前探梁长度顶梁长度顶梁长度综采综采支架支架选型选型根据底板选比压根据底板选比压参数及推拉结构参数及推拉结构根据顶板破碎程根据顶板破碎程度选择支架结构度选择支架结构支架最大高度支架最大高度倾角选择防倒防滑结构倾角选择防倒防滑结构通风要求选择支架断面通风要求选择支架断面生产能力选采煤机类型生产能力选采煤机类型割煤量选择运输能力割煤量选择运输能力采煤采煤机选机选型型煤的硬度选择截割功率煤的硬度选择截割功率面长及支架空间选择机身尺寸面长及支架空间选择机身尺寸采煤机选择输送机宽度采煤机选择输送机宽度工作面工作面输送机输送机选型选型工作面长度选择工作面长度选择

26、拉架力选择强度拉架力选择强度综采综采设备设备选型选型平巷输平巷输送机选送机选型型巷道断面选择运输设备宽度巷道断面选择运输设备宽度最大割煤量选择运输能力最大割煤量选择运输能力中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学 2、液压支架选型、液压支架选型 （1）液压支架架型的选择）液压支架架型的选择 主要考虑因素有：直接顶类型、老顶来压主要考虑因素有：直接顶类型、老顶来压等级、底板特性、采高、截深、煤层倾角、等级、底板特性、采高、截深、煤层倾角、煤层强度、矿井瓦斯涌出量、局部地质构造煤层强度、矿井瓦斯涌出量、局部地质构造情况、顶板岩层含水情况、周围和邻近煤层情况、顶板岩层含水情况、周围和邻近煤层的采

27、动情况以及开采深度等。的采动情况以及开采深度等。主要有支撑掩护式和掩护式两种主要有支撑掩护式和掩护式两种 。四柱支撑掩护式支架；四柱支撑掩护式支架；二柱掩护式支架二柱掩护式支架 。中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学（2）液压支架参数的选择）液压支架参数的选择支架工作阻力的确定支架工作阻力的确定 方法主要有：载荷估算法、实测统计法、临方法主要有：载荷估算法、实测统计法、临界阻力法及理论分析法界阻力法及理论分析法4种。种。 支架高度确定支架高度确定 hd预计的顶板下沉量；预计的顶板下沉量； he避免支架压死的撤出高度，一般避免支架压死的撤出高度，一般he=50100mm，hd=(0.04

28、0.05)M。(0 10 3)maxmaxHM. .minmindeHMhh中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学移架速度确定移架速度确定 液压支架的移架速度必须与采煤机的割液压支架的移架速度必须与采煤机的割煤牵引速度相适应，工作面的移架速度煤牵引速度相适应，工作面的移架速度应大于采煤机的割煤速度。应大于采煤机的割煤速度。 综采工作面几种移架方式：单架依次顺综采工作面几种移架方式：单架依次顺序式、成组整体依次顺序式、分组间隔序式、成组整体依次顺序式、分组间隔交错式交错式 。中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学 3、采煤机选型、采煤机选型 目前综采工作面使用的采煤机种类很多，采目前

29、综采工作面使用的采煤机种类很多，采煤机的选型要考虑煤层地质条件、设计生产煤机的选型要考虑煤层地质条件、设计生产能力、系统配套能力及设备供应状况等因素。能力、系统配套能力及设备供应状况等因素。（1）采煤机割煤能力的确定）采煤机割煤能力的确定 采煤机割煤能力与工作面设计生产能力存在采煤机割煤能力与工作面设计生产能力存在如下关系：如下关系： Qm采煤机平均落煤能力，采煤机平均落煤能力，t/min； T工作面日生产班时间，工作面日生产班时间，h； K工作面生产系统有效度；工作面生产系统有效度； Q设计工作面平均日产量，设计工作面平均日产量，t/d。60mQQT K中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业

30、大 学 4、工作面刮板输送机选型、工作面刮板输送机选型 刮板输送机主要参数的确定原则如下：刮板输送机主要参数的确定原则如下：（1）单位时间运输能力：应与采煤机生产能）单位时间运输能力：应与采煤机生产能力匹配；力匹配；（2）电机功率：输送机能力及铺设长度；）电机功率：输送机能力及铺设长度；（3）结构：与采煤机和液压支架相配套。）结构：与采煤机和液压支架相配套。中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学刮板输送机能力应为：刮板输送机能力应为： 5、平巷运输设备生产能力应大于工作面刮、平巷运输设备生产能力应大于工作面刮板输送机能力。板输送机能力。ymaxyvQQKK中 国 矿 业 大 学中 国 矿 业 大 学 每一个采煤工作面，必须在开采前，按照一定程序、时间和要求，编制工作面作业规程。规程编写人员在编写前应做到以下几点: 明确施工任务和计划采用的主要工艺。 熟悉现场情况，进行相关的分析研究。 熟悉有关部门提供的技术资料。第七节第七节 回采工作面作业规程编制回采工作面作业规程编制中 国