长壁垮落采煤法采煤工艺.ppt
第九章长壁垮落采煤法采煤工艺,采煤工艺类型滚筒采煤机工作面采煤工艺采场支护及采空区处理薄煤层工作面机采工艺特点煤层倾角加大后机采工艺特点大采高一次采全厚综采工艺特点,第一节 采煤工艺类型,我国长壁工作面采煤工艺主要有爆破采煤工艺、普通机械化采煤工艺和综合机械化采煤工艺三种。一、炮采爆破采煤工艺是用爆破方法破煤和装煤、输送机运煤和单体支柱支护顶板的采煤工艺，简称炮采炮采工艺经历木支柱、金属磨擦支柱和绞接顶梁支护、单体液压支柱三个阶段。工艺过程：打眼放炮落煤和装煤人工装煤刮板输送机运煤移置输送机人工支护回柱放顶1、爆破落煤爆破落煤过程钻眼装药封孔引爆,第一节 采煤工艺类型,1、炮眼布置 单排眼薄煤层或煤质软、层理发育煤层 双排眼采高较小中厚煤层（对眼煤质中硬；三花眼煤质松软；三角眼上部煤质软或顶板较破碎）三排眼（五花眼）煤质坚硬或采高较大的中厚煤层,第一节 采煤工艺类型,2、炮眼角度与煤壁的夹角一般为5080。软煤取大值，硬煤取小值炮眼在垂直面上与顶底板之间的夹角和距离，视煤质软硬和粘顶情况以及顶板稳定程度而定。顶眼仰角 510 底眼俯角 10203、炮眼深度炮眼深度根据每次进尺决定，要与单体支柱的绞接顶梁长度相匹配，一般有：0.8、1.0、1.2 m三种4、钻眼装药钻眼设备：煤电钻、麻花钎子炸药：煤矿许用炸药雷管：煤矿许用电雷管药量：150160g,第一节 采煤工艺类型,5、联线与起爆串联联线、电雷管引爆、起爆器起爆。毫秒爆破技术：增加了自由面，提高了爆破效率；爆破产生的波相互干扰，有利于减少顶板震动；130ms内全部起爆，避免引爆瓦斯；延期起爆顺序：底眼中间眼顶眼。一次爆破数量受输送机能力、顶板状况、瓦斯含量等制约。,煤矿许用瞬时电雷管,煤矿许用毫秒延期电雷管,第一节 采煤工艺类型,2、装煤 爆破装煤可装煤35%以上人工装煤刮板输送机与新煤壁之间松散煤安息角以下的煤；崩落或撒落到输送机采空侧的煤机械装煤在刮板输送机煤壁侧装铲煤板,3、运煤采用可弯曲刮板输送机或自溜运输。倾角小于30刮板输送机；倾角大于30搪瓷溜槽,第一节 采煤工艺类型,二、普采 普通机械化采煤工艺是用机械方法破煤和装煤、输送机运煤、单体支柱支护顶板的采煤工艺，简称普采。特点：采煤机和刨煤机完成落煤和装煤工序，支护与处理采空区工序和炮采相同。1、单滚筒采煤机普采配套设备单摇臂滚筒采煤机、刮板输送机、单体液压支柱及金属绞接顶梁（顶板稳定时不用）工作面两巷断面一般较小，刮板输送机机头机尾在工作面内采煤循环采煤机进刀割煤挂梁推移输送机支柱回柱放顶等项工序。缺点采高较大工作面分顶底两次截割，顶板悬露时间和面积大，不安全因素增多进刀时需人工开缺口，效率低,单滚筒采煤机普采工作面布置1、单滚筒采煤机2、刮板输送机3、单体液压支柱4、铰接顶梁,第一节 采煤工艺类型,二、普采 2、双滚筒采煤机普采前后滚筒分别割顶底煤，实现一次采全高，采煤机斜切进刀，实现无链牵引；输送机采用双速电机、侧缷机头和封底溜槽技术，并装无链牵引齿轨，增加输送长度，提高输送能力，并有效解决了重载启动问题。采煤循环割煤降柱窜梁或挂梁推移输送机支柱回柱放顶等项工序。,双滚筒采煤机普采工作面布置1、双滚筒采煤机2、输送机3、铰接顶梁4、长钢梁5、滑移顶梁6、过渡支架,第一节 采煤工艺类型,二、综采综合机械化采煤工艺是用机械方法破煤和装煤、输送机运煤和自移式液压支架支护顶板的采煤工艺，简称综采。生产工艺过程是采煤机落煤与装煤、输送机运煤、自移式液压支架前移、推移输送机至新的位置、在液压支架前移过程中采空区顶板自行垮落等。与普采的区别：工作面支护采用自移式液压支架，使得破煤、装煤、运煤、支护和处理采空区等主要工序实现机械化。采煤循环割煤移架推移输送机。（移架工序实现了普采的支护和处理采空区两道工序）,综采工作面布置1、采煤机2、输送机3、液压支架4、下端头支架5、上端头支架6、转载机7、胶带输送机8、配电箱9、乳化液泵站10、设备列车11、变电站12、喷雾泵站13、液压安全绞车14、集中控制台,第二节 滚筒采煤机工作面采煤工艺,一、进刀方式进刀是滚筒采煤机滚筒进入煤体的过程。滚筒采煤机一般以输送机机槽为轨道，沿工作面运行割煤，自身无进刀能力，只有与推移推移输送机工序相结合才能进刀。进刀方式的实质是采煤机运行与推移输送机的配合关系。1、直接推入法进刀早期单滚筒采煤机的进刀方式。滚筒处于切口位置时，靠千斤顶将输送机机头和采煤机推入新的位置，输送机移成一条直线时，进刀完成。特点：进刀速度快，但易损坏设备和需人工开缺口。目前少用。,第二节 滚筒采煤机工作面采煤工艺,2、端部斜切进刀单/双滚筒采煤机均可采用，分割三角煤进刀和留三角煤进刀的两种进刀方式。单滚筒采煤机端部斜切进刀单滚筒采煤机上行割顶煤、下行割底煤，割三角煤进刀方式,特点：利于工作面端头管理，但较费时，采煤机要在工作面端部2025m行程内往返，并要等待移机头和重新支护端头支架,第二节 滚筒采煤机工作面采煤工艺,单滚筒采煤机留三角煤进刀方式,特点：采煤机无需在工作面端部往返斜切，进刀过程简单，移机头和端头支护与进刀互不干扰。但由于工作面端部煤壁不直，不易保障工程质量。,第二节 滚筒采煤机工作面采煤工艺,双滚筒采煤机端部斜切进刀（割三角煤斜切进刀）,双滚筒采煤机留三角煤斜切进刀与单滚筒采煤机留三角煤斜切进刀相似。端部斜切进刀要求：运输巷和回风巷要有足够的宽度，工作面输送机机头和机尾能伸向平巷内，保证采煤机滚筒能割至平巷的内侧帮。,第二节 滚筒采煤机工作面采煤工艺,3、中部斜切进刀特点：采煤机在工作面中部切入煤壁，刮板输送机的进刀弯曲段在工作面中部，左半段割煤时，右半段推移输送机；右半段割煤时，左半段推移输送机。单滚筒采煤机中部斜切进刀（“”形割煤方式）,割煤轨迹：ABC；CDE；EBF；FGA。克服了工作面一端无立柱控顶时间过长，工人工作量不均衡等缺点，普采常用。,第二节 滚筒采煤机工作面采煤工艺,双滚筒采煤机中部斜切进刀,特点：克服了端部斜切进刀端头作业时间长，采煤机要长时间等待推移机头和移端头支架，影响有效割煤时间的缺点，提高开机率，但采煤机在工作面有一段跑空刀，且工程质量不易保证。,第二节 滚筒采煤机工作面采煤工艺,二、割煤方式采煤机割煤方式是采煤机割煤及与其他工序的配合。割煤方式分双向割煤和单向割煤。1、双向割煤（往返一刀）一般中厚煤层单滚筒采煤机普采面采用这种割煤方式。当煤层倾角较大时，为了补偿输送机下滑量，推移输送机必须从工作面下端开始，为此可采用下行割顶煤、随机挂梁，上行割底煤、清浮煤、推移输送机和支柱的工艺顺序优点：适用性强，在煤层粘顶、厚度变化大的工作面可采用，无需人工清浮煤。缺点：但割煤时无立柱控顶时间长，不利于控顶；实行分段作业，工人工作量不均衡，工时利用不充分。2、双向割煤（往返两刀）单/双滚筒采煤机均可采用，又称穿梭割煤。,第二节 滚筒采煤机工作面采煤工艺,单滚筒薄煤层厚度与滚筒直径相近时，采煤机自下切口沿底上行割煤，随机挂梁和推移输送机，并铲装浮煤、支柱，待采煤机割至上切口，进刀后重复同样的工艺。煤层厚度大于滚筒直径时、沿底割煤后，挂梁前要处理未割顶煤。双滚筒两端斜切进刀一次采全高，综采或普采工作面常用3、单向割煤（往返一刀）单滚筒采煤机普采工作面割煤工艺过程为：采煤机自工作面下(或上)切口向上(或下)沿底割煤，随机清理顶煤、挂梁，必要时可打临时支柱。采煤机割至上(或下)切口后，快速下(或上)行装煤及清理机道，并随机推移输送机、设单体支柱，直至工作面下(或上)切口。适用于采高1.5m以下的较薄煤层、滚简直径接近采高、顶板较稳定、煤层粘顶性强、割煤后顶煤不能及时垮落等条件。双滚筒采煤机单向割煤的特点是采煤机割煤后追机移架，但不移输送机；采煤机在与割煤反方向清扫浮煤后，再追机移输送机，往返一次割一刀煤。,第二节 滚筒采煤机工作面采煤工艺,三、双滚筒采煤机进刀割煤方式比较端部/中部斜切进刀单向割煤与端部斜切进刀双向割煤比较：优点：割煤、移架与移输送机、移机头、端头处理等工序平行作业，工序间干扰少，窝工少；采煤机空行时清理浮煤，便于推移输送机，利于保证工程质量；减少了采煤机滚筒和档煤板的调转次数，简化了操作程序；下端斜切进刀，工人在新鲜风流中进行各工序作用，对健康有利。缺点：设备无功磨损大；当液压支架和刮板输送机的配合尺寸不允许及时支护时，空顶时间长，顶板破碎易冒顶；适用：中部斜切进刀单向割煤工作面长度短，端头顶板稳定性差，作业时间长端部斜切进刀单向割煤工作面长度长，采煤机牵引速度快，跑空刀占用时间短端部斜切进刀双向割煤工作面长度长，顶板中等稳定以上，端头支护状况良好，移机头顺利,第三节 采场支护及采空区处理,一、炮采和普采工作面除少数顶板完整工作面采用带帽点柱支护外，多数普采和炮采工作采用液压支柱配合金属铰接顶梁支护，形成悬臂式支架：1、工作面支护装备及架设方法单体液压支柱演化过程：木支柱单体摩擦支柱 单体液压支柱单体液压支柱+金属绞接顶梁及切顶墩柱,第三节 采场支护及采空区处理,金属铰接顶梁组成部件：梁体、左右耳子、销子、接头、调角楔子,1接头；2梁体；3耳子；4销子；5调角楔；L中心距,第三节 采场支护及采空区处理,2、工作面支架布置普采与炮采工作面的支护基本相同，普采截深对应炮采放一茬炮后的进度。直线柱：支柱在平行工作面方向排成直线。为行人和作业方便及容易控制支护质量。按顶梁的排列特点分齐梁和错梁，炮采多采用正悬臂齐梁直线柱布置，普采采用齐梁直线柱和错梁直线柱两种。,正倒悬臂错梁,正悬臂齐梁(炮采、普采),第三节 采场支护及采空区处理,3、支护参数工作面支护参数主要指支架的排距和柱距支架排距与金属铰接顶梁长度、采煤机截深或一茬炮的进度支架排距小于0.8m时，行人困难，将降低工人生产效率。铰接顶梁有0.8m、1.0m和1.2m三种；采煤机截深0.5m、0.6m、0.8m、1.0m和1.2m，支架排距有0.8m、1.0m和1.2m。支架柱距根据顶板条件确定(能防止顶板出现漏垮型、推垮型和压垮型冒顶分别计算，取最小值)，一般为0.61.0m。顶板完整取大值，破碎取小值。支护密度控顶距内单位面积顶板所支设的支柱数量，根/m2 单体支柱的初承力柱径100mm 90kN；柱径80mm 60kN4、端头支护工作面与回风平巷和运输平巷的交会处称为工作面上下端头支护要求：强度高、跨度大、保证机头机尾的快速移置,第三节 采场支护及采空区处理,端头支护形式：双钩双楔铰接顶梁、迈步走向抬棚、基本支架加走向迈步抬棚、十字铰接顶梁支护。,第三节 采场支护及采空区处理,二、综采工作面采场支护1、支护方式按支护与割煤、移架、推移输送机三个工序的配合方式不同,分及时支护和滞后支护两种。及时支护滞后采煤机39m支架依次或分组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，支架底座前端与输送机间富裕一个截深的宽度。(割煤移架推移输送机)滞后支护割煤后输送机先逐段推向煤壁，支架随输送机前移后移向煤壁。(割煤推移输送机移架),第三节 采场支护及采空区处理,及时支护工作空间大，利于行人、运料、通风，但增加了控顶宽度，不利于控制顶板。滞后支护控顶距小，适合周期来压大及直接顶稳定性好的顶板，对稳定性差的直接顶适应性差。支护方式由设备结构和尺寸决定，使用中不能随意改动！2、液压支架移架移架方式单架依次顺序移架方式又称单架连续式，支架沿采煤机牵引方向依次前移，移动步距等于截深，支架移成一条直线。该方式操作简单，容易保证质量，能适应不稳定顶板，应用较多。分组间隔交错式又称分组交错式，将相邻23组支架分成一组，组内的支架间隔交错前移，相邻组间沿采煤机牵引方向顺序前移，组间一部分支架平行前移。该方式移架速度快，适应于顶板稳定的高产综采工作面。成组整体依次顺序式又称成组连续式，按顺序每次移一组，组内的支架间隔交错前移，相邻组间沿采煤机牵引方向顺序前移，适用于煤层地质条件好，采煤机快速牵引割煤的综采面。,第三节 采场支护及采空区处理,移架方式对移架速度的影响移架速度是液压支架在单位时间内沿采煤机牵引方向上移架的距离，单位m/min。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，这些方式相同时，决定移速的关键是移架方式。移架方式对顶板管理的影响单架依次顺序式移架适合稳定性差的顶板，分组间隔交错式和成组整体依次顺序式即使顶板稳定性好，同时前移的支架数不宜大于3，否则由于多架支架同时缷载可能引发顶板恶化。3、综采工作面端头支护支护方式分专用自移式端头液压支架、工作面中部的液压支架支护端头、单体液压支柱配合十字铰接顶梁、单体支柱加长钢梁组成迈步抬棚四种。,第三节 采场支护及采空区处理,专用自移式端头液压支架能与两巷内运输设备很好配合，但对平巷条件要求高工作面中部的液压支架支护端头适用于煤层倾角较小的综采面，机头机尾滞后工作面支架一个截深。,第三节 采场支护及采空区处理,单体液压支柱配合十字铰接顶梁十字顶梁相互铰接，形成网状支护系统，整体性好，在机头机尾的顶梁下设木托梁加强支护，平时一梁三柱，移机头时一梁二柱，保证有较大空间。单体支柱加长钢梁组成迈步抬棚与普采相似，适用性强，但支护费工时。,第四节 薄煤层工作面机采工艺特点,薄煤层开采以炮采和机采为主，机采成熟的工艺有长壁滚筒采煤机或刨煤机开采、螺旋钻机开采和连续采煤机房柱式开采。一、薄煤层滚筒采煤机采煤工艺特点薄煤层采煤层特点：机身矮、短，有足够的过煤和过机空间高度，尽可能不用人工切口，有较强的破岩过地质构造能力，结构简单、可靠，便于维护和安装。分骑输送机式和爬底板式。,第四节 薄煤层工作面机采工艺特点,骑输送机式采煤机由输送机机槽支承和导向，过煤空间相对较低，只能开采厚度大于0.8m的煤层。爬底板式采煤机机身位于滚筒开出的机道内，机面高度低，当采高相同时与骑输送机相比过煤空间高，工作面过风断面大，工作安全，可开采0.60.8m的薄煤层。但其结构复杂，装煤效果差。为防止摇臂挡煤，提高装煤效果，薄煤层采煤机滚筒转向正向对滚，即左滚筒用右螺旋叶片、顺时针旋转，右滚筒则相反。爬底板式采煤机前滚筒割底煤，后滚筒割顶煤，输送机铲煤板装煤。矿压显现缓和，支架工作阻力和初撑力小，采用滞后支护式。输送机选用轻型、双边链、矮机身可弯曲刮板输送机。二、薄煤层刨煤机采煤工艺特点刨煤机利用带刨刀的煤刨沿工作面往复落煤和装煤，煤刨靠工作面输送机导向。,第四节 薄煤层工作面机采工艺特点,刨煤机国内外使用的主要是静力刨，即刨刀靠锚链拉力对煤体施以静压力破煤，按其结构特点分拖钩刨、滑行刨、拖钩滑行刨三类。,第四节 薄煤层工作面机采工艺特点,刨煤机可用于普采和综采工作面,刨煤机综采工作面布置1、回风平巷；2、端头液压支架；3、刨煤机；4、中间液压支架；5、工作面输送机；6、单体金属支柱；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,第四节 薄煤层工作面机采工艺特点,刨煤机适用条件煤层厚度2m以下，倾角小于25，最好小于15煤质软及中硬以下(f1.8)用拖钩刨、中硬及中硬以上(f2.43)用滑行刨，硬煤及特黏性煤不宜采用。顶煤不粘顶板，煤层中硫铁矿块度小，夹石厚度200mm 底板平整，没有底鼓或超过710倾角起伏，拖钩刨要求底板中硬，泥岩或黏土岩等软底板采用滑行刨。煤层沿走向无大的断面及褶曲，断层落差小于0.30.5m。三、薄煤层螺旋钻机采煤工艺特点1、螺旋钻采煤机结构及采原理螺旋钻采煤机主要由液压推进部件、锁紧装置、减速器、电动机、传动部件、支撑液压缸、底托架、滑橇、螺旋钻具组成。,第四节 薄煤层工作面机采工艺特点,1、螺旋钻采煤机结构及采原理螺旋钻机组下面设有滑板，滑板支撑在巷道底板上，钻机、操作台和动力装置连接在一起，利用滑板沿巷道方向整体移动。定向机构保证钻机的传动架沿着煤层角度进行钻进。钻机组传递扭矩和钻压给钻具，使其从钻采孔里采出煤，并完成采煤过程的送钻和退钻。机组对巷道壁的水平侧推力靠液压缸来实现。钻杆的安装、拆缷、储存由安装在巷道顶部的单轨吊完成。机组采下来的煤由铺设在巷道里的刮板输送机运出。2、螺旋钻机采煤工艺,第五节 煤层倾角加大后机采工艺特点,煤层倾角加大垮落煤矸受重力作用滑滚，易伤人、砸坏设备和冲倒支架机采工作面设备下滑或倾倒一、刮板输送机防滑1、输送机下滑产生的影响输送机机头和转载机机尾不能正常搭接，煤滞留工作面输送机下滑牵动支架下滑，损坏拉架和推移输送机千斤顶 2、输送机下滑原因煤层倾角加大，重力沿层面的分量增大推移不当，次数过多地从工作面上端开始往下推移输送机底链反向带煤、底板没割平或过多浮煤硬矸进入输送机底槽，导致底链与底板摩擦力过大。3、输送机防滑措施防止煤矸进入输送机底槽工作面伪斜布置由工作面下端开始自下而上单向推移输送机用单体支柱顶住机头(尾)移完锚固后再推移 装防滑装置,第五节 煤层倾角加大后机采工艺特点,二、采煤机防滑工作面倾角15以上时，采煤机必须有可靠的防滑装置。必要时，有链牵引采煤机可在工作面上端配备防滑辅助牵引安全液压绞车，与采煤机同步牵引。煤矿安全规程大倾角煤层工作面应优先选用无链电牵引采煤机采煤机上行割煤速度3m/min，停机时上下滚筒放底板上下行割煤时滚筒切入煤壁方可停机。三、液压支架防滑和防倒技术措施研究结论支架下滑和倾倒与重量无关支架高度与宽度与下滑无关支架宽高比越大越不易倾倒初撑和工作状态稳定性优于自由状态防滑措施始终向上移架防止滚动矸石冲击支架；严防输送机下滑牵引支架下滑；采用间隔移架并使支架保持稳当迎山角；确保下端头支架的稳定性；邻架顶梁间与底座间设调梁与底座千斤顶；控制相邻支架顶梁高差；带压移架。,大采高一次采全高采煤法是采用机械一次开采全厚达3.55m的长壁采煤法，受装备限制，用于倾角较小煤层，受采高限制，一般采用综采工艺，多用走向长壁和俯斜长壁。一、大采高综采工作面矿压显现特点垮落带高度随采高增大而增大基本顶来压剧烈，局部冒顶和煤壁片帮严重。煤壁片帮深度随采高增大而增加。二、大采高综采工艺特点1、控制初采高度，直接顶初次垮落后逐渐加大到正常采高2、防治片帮，片帮后端面距加大，易千万冒顶事故防片帮及架前漏顶措施：割煤后及时擦顶带压移架，打开护帮板形成临时支护。加快工作面推进速度可切割锚杆加固煤壁化学树酯固结煤壁，增加煤体强度采用俯斜开采提高液压支架初撑力和工作阻力，改善煤壁应力状态,第六节 大采高一次采全厚综采工艺特点,3、液压支架防倒防滑防倒防滑措施：除采用普采工作面一般防倒防滑措施外还应严格控制采高，尽量不留顶煤，支架直接支撑顶板。工作面排头排尾三架支架，用顶梁、底座及后座千斤顶锚固，防止倒架。工作面倾角大时，中部支架也增设防倒千斤顶工作面端头采用大采高专用端头支架(有防倒防滑装置)。三、评价及适用条件与分层综采相比设备投资大,工作面产量、效率明显提高；巷道掘进量降低，并减少假顶铺设；减少设备搬迁次数，节省搬迁费用；与综放开采相比重型设备多，辅运、搬迁、安装困难；防煤壁片帮、设备防倒防滑困难，管理水平要求高。适用条件：地质构造简单，煤质较硬，厚度3.56m，赋存稳定，倾角小于12，最大不超过20，顶板稳定或较稳定的厚煤层。,第六节 大采高一次采全厚综采工艺特点,
