【采矿课件】14柱式采煤、展望、水力采煤

197第十四章柱式体系采煤法柱式，分为房式和房柱式一、柱式采煤法回采工艺无论是房式，还是柱式，都需要有先进的采煤设备（相当于煤巷掘进设备）。先开煤房，宽度一般为5～7m，横竖交错，留下的煤柱宽度，可能是数米至二十米不等。1、连续采煤机——梭车工艺系统图9-1，此种系统用于中厚煤层或1m以上的薄煤层。连续采煤机有横滚筒和纵螺旋两类，目前我国的煤巷联合掘进机就属于横滚筒。另外，还有梭车、锚杆机、皮带、转载破碎机。采煤机滚筒宽2.9～3.2m，机长9～10m，梭车容量7～16吨。车高0.7～1.6m，长8.0m左右，宽2.7～3.3m，自重11～18吨。采煤与打锚杆轮流。2、连续采煤机——输送机工艺系统此系统克服了梭车间断运输的缺点。工艺系统如图9-2。主要用于薄煤层，在中厚煤层中的使用有上升趋势。图9-3为鸡西小衡山煤矿的MK—22198型采煤机割煤，两个滚筒，一上一下，左右摇摆，摇头晃脑进道。主要运输设备：三台万向接长机、一台桥式转载机、一台特低型胶带运输机。用锚杆支护，一台采煤机配二台顶板锚杆机。二、采煤方法的特点1、房式采煤：只采煤房，不回收煤柱。图9-4，图9-5。图9-4为美国一个矿井，主巷道有5条，盘区巷道3条，盘区两侧布置煤房，形成区段。一翼前进，一翼后退，由6个房同时推进，房宽7m，煤柱尺寸8m，房长220m。图9-5为西曲矿区房式采煤方法。煤房宽5m，煤柱15m，为了保护地面的高199压输电线路。2、房柱式：先开房，后采柱。开房时，房宽5～6m，煤房中心距为20～30m。4～5个煤房一组同时掘进。图9-6。煤柱的回收方式因工艺不同，围岩条件不同，采用不同的方式。1）、切块式。切块式的煤柱回收有袋翼式、外进式两种。（1）、袋翼式：适用于煤柱大时。图9-7，在一个煤柱里打两条到三条5～6m宽的巷道（袋），一个掘进，一个打锚杆，掘一段，停，打锚杆，同时到另一地方掘，掘出后收袋，为回收煤柱作通路，然后，再回两侧煤200柱，叫翼。201（2）、外进式：煤柱小时用，一般宽度为10～12m。图9-8。可以直接在房内两侧煤柱进刀。2）、“汪格维里式”。这是在澳大利亚一个煤层里试验而命名的。有点长壁式的方式。图9-9。长条形房柱宽15m，长约65～95m，条形房内先采房，房宽6m，到边202界后，后退回出9m宽的煤柱。盘区可一侧回采，也可两侧回采。三、适用条件及评价美、澳、加、印、南非广泛应用，美在井工开采中占60～70%，澳占80%。1、优点：1）、设备投资少，为综采的1/4～1/5；2）、采掘合一，建井期短；3）、设备少，灵活，易搬运；4）、巷道压力小，支护简单；5）、利于环境（无矸时），地面下沉量少。6）、全员效率高。2、缺点：1）、回采率低，50～60%，房柱式70～75%。2）、通风条件差。1、适用条件1）、开采深度浅，不宜超过300～500m2）、顶板较稳定的薄及中厚煤层；3）、倾角在10º以下，煤层稳定；4）底板平整，顶板无水；5）、低瓦斯，不易发火。203204第十五章采煤方法的选择及其发展一、选择的原则1、生产安全（安全为天）1）、巷道布置合理，维护易，通风畅，运输、行人、防火、尘、水等灾害的系统良好。2）、回采工艺应防止冒顶、片帮、支架倾倒、机电事故等；3）、认真编制作业规程，制定合理的安全技术措施。2、经济合理1）、单产高、稳产、高产。2）、劳动效率高；3）、材料消耗少（回收节省）。4）、煤炭质量好。5）、成本低。3、回采率高二、影响因素1、地质因素：1）、倾角：影响落煤、支护、工艺，影响巷道布置、运输、通风、采煤方法等。2）、厚度：影响落煤、支护、工艺，影响巷道布置、运输、通风、采煤方法等。3）、煤层及围岩特征（顶底板）4）、地质构造（断层）。5）、煤层含水、自燃、瓦斯。2、技术装备3、管理水平三、采煤方法工艺技术的发展方向1、采煤技术及我国高产高效矿井建设情况上世纪50年代初，综合机械化采煤技术问世，实现了长臂开采技术中的采煤、运输和支护等工序的全部机械化，开创了煤炭开采技术的新纪元，从此，现代化煤矿开始诞生。1）、我国综合机械化采煤技术的发展我国在1974年引进了综合机械化采煤技术，开始了引进、消化、研制、试验工作，经过多年的发展和研究，有了自己的综合机械化采煤技术，国产设备已经达到了一定的水平。1996年，国有重点煤矿的全员效率为1.923吨/工，采煤工作面平均单产为21879吨/月，机械化程度为71.96%，综合机械化采煤为47.18%，普采为23.35%，综掘11.56%，205百万吨死亡率1.168。全国建成高产高效矿井70处，百万吨综采队72个，有11个达到二百万吨，兖州南屯矿350万吨，淮南新集矿放顶煤288万吨，邢台东庞矿大采高220万吨，峰峰万年矿，普采80万吨，新汶华丰矿在大倾角、冲击地压危险条件下，炮采达到50万吨。我国的综采水平与发达国家相比还有很大的差距，平均每套年产约70余万吨，开采达不到高产高效的水平。如矿井不能达到高产高效水平，就不能称之为现代化矿井。因此，改进装备及技术，研制新型装备和技术，提高单产，是当务之急。在目前的条件下，因为我们在开机率、单产量、平均产量方面，与发达国家有很大的差距，所以，有很多要研究的内容，有很大的发展空间。2）、高产高效的标准国情不同，条件不同，不能用单产单独做指标。下表是我国的部级标准。各个层次高产高效矿井的部级标准矿井年产量（万吨）采煤工艺工作面个数矿井原煤生产人员效率（吨/工）大于300综采2个或3个8200～300综采1个或2个7～8100～200综采或普采1个或2个5～740～100普采1个或2个4～520～40炮采1个或2个2～43）、国外的一般情况上世纪80年代，美国、澳大利亚应用壁式采煤技术，采用一个矿井一个综采工作面的原则，年产量达到300万吨，矿井全员效率达到70～100吨/工，达到了世界领先的地位。美国全国矿井的平均全员效率达到25吨/工。2、长壁综采的高产高效工艺技术世界上以长壁开采为主国家综采程度达到了80%以上，有的为100%。1）、缓倾斜中厚煤层单一长壁综采（1）、美国日产万吨以上的高产高效综采1994年，美国高产高效综采面平均长度237m，最大的为333m。工作面连续推进长度，平均2470m，最大4418m。采用大功率、高可靠性配套设备，可连续采煤700万吨不用大修。采煤机的功率最大达到1492kW，采用电牵引、无链牵引，牵引速度达到23m/分钟，截深达到1.12m。有采用智能机械设备，采煤机可以预先设置顶煤厚度，自动调整滚筒高度，自动调整牵引速度。206下表是几个采煤机的介绍型号产地（国家）功率（kW）牵引速度（m/min）Electra—1000英国10000～22JOY3LS美国6140～15.22JOY4LS美国7370～20JOY6LS美国11170～15.22JOY6LS美国15000～15MCLE600—DR9898日本4600～18MCLE600—DR101101日本5740～15MCLE600—DR102102日本6800～15采煤机的截深达到了800～1200mm，有的牵引速度达到了12～28m/min。配套的设备均是大功率的设备。①、运输机的功率最大为1790kW，运输能力达到1500～3000吨/小时，最大为3500吨/小时，闭封式溜槽，槽宽度大多数800～900mm，最宽为1200mm，中心链，直径为34.38mm，最大为42mm。采用由电子控制的自动紧链装置，可以及时调整链条张力，监控链环的状况。②、液压支架采用高工作阻力整体顶梁两柱掩护式，工作阻力达到6000kN以上，最高达到9800kN，初撑力为工作阻力的70%～85%，采用电液控制系统，具有遥控功能，快速移架，移架速度达到17架/分钟，架体宽度采用1.6m、1.7m、1.8m、2.0m。③、工作面供电电压为2300V、3300V，部分矿井达到4160V。④、工作面的上下顺槽采用多巷道掘进，3～4条，巷宽5～6m，用连续采煤机配套设备和锚杆支护。下顺槽皮带的运输能力2000～3500t/h，最高达到4000t/h，铺设长度大于2000m，最大达到4500m。⑤、高可靠性。一般地，采煤机的大修时间间隔为采煤炭量达到600万t以上，运输机运煤量达到700万以上，液压支架达到8～10年以上。⑥、高科技。采用微电子技术，计算机、传感器、自动控制（机电一体化）的综采设备，会继续向大功率、重型化、智能化、高可靠性化方向发展，日产达到2～3万吨，有的甚至更高。⑦、巷道布置和采煤方法。对于采区内不能布置长壁工作面的条件，用柱式方法开采，壁式与柱式相结合。⑧、高产高效。采用减人提效的方法。美国，在1987年至1997年10年时间，产量增加了20%，工人减少了50%，工作面最高月产量66万吨，最高工效1336吨/工；（2）、引进设备装备日产万吨以上的高效综采兖州南屯矿引进日本的MCLE600—DR102102型采煤机（功率680kW，截深1.0m，牵引速度10m/分钟），电牵引双滚筒，用英国产207的AFC375kW刮板运输机（能力2000t/h），配套国产SZY560—1.75/3—6型液压支架（移架时间最快为8～10秒/架）。产量达到350万吨/年。煤层厚度3.0～3.3m，倾角2°～6°，工作面长度219m，工作面的装备总功率3197kW，电压3300V。神华大柳塔矿，2000年，采用引进国外设备，工作面年产煤炭803万吨/年，成为世界第一；掘进出煤117.5万吨/年，总产量为920.5万吨/年，最高日产量42846吨，月产量为979981吨，当年掘进进尺38853m，最高月进尺达到3272.9m，日进尺达到145.5m。全矿365人，全员效率92.33效率吨/工，工作面效率543.68吨/工，人均产值159.76万元。。（3）、国产装备日产7000吨高产高效综采结合我国国情，在综采工作面电压不升级的条件下，已经研制出了日产7000吨的配套设备。MG2400—W型采煤机，功率2400kW，是国内功率最大的采煤机，液压双调速，销轨齿轮无牵引，割煤速度6～8m/min，调机速度12～15m/min，截深630mm、800mm、1000mm。刮板运输机为SGZ880/（2—3）400，功率800～1200kW，双速电机，封底式溜槽，880mm宽度，调机速度能力1500t/h，铺设长度250m，中部槽过煤量300万吨/年。ZZ4400/17/35支撑掩护式支架，移架时间10～12s/架（移架速度5～6架/min），满足采煤机8m/min的牵引速度。2、缓倾斜薄煤层单一长壁综采77个重点矿区765个薄煤层（1996年数据），占可采储量18.4%。发展大功率高可靠性薄煤层采煤机、刨煤机是发展方向。国外的薄煤层采煤机功率达到了500kW，刨煤机装机总功率达到2400kW。工作面长度达到了250m，有的为300m。3、缓倾斜厚煤层倾斜分层长壁综采因为是分层开采，有铺设金属网的工序，不如一次采全高的工作面效率高。但是，许多矿井创造年产百万吨的综采队，都是在缓倾斜厚煤层倾斜分层长壁综采的条件下。采高3.0m左右，晋城古书院矿在第一分层创造180万吨/年的产量。并且试验用德国EDW—450/1000I采煤机、EKF1000—H280运输机，配套国产ZZP4400—17/35液压支架。煤层倾角小于10°，采高2.8m，电压1140V和3300V两个等级，最高日产量12729t，最高月产量21.39万t。4、缓倾斜厚煤层一次采全厚大采高长壁综采缓倾斜厚煤层大采高（3.5～6.3m）,苏联、德国、波兰等国发展较早，掩护式支架高度已达到7m，采煤机最大采高已经达到5.4m。引进的德国产液压支架为GB320—23/45型、国产BY—32.—23/45、BY—360—25/50在矿井取得了良好的效果。1986年，邢台东庞矿在厚度4.3～4.8m，倾角13º，用BYA—32.—23/45型支架配套4.5m大采高设备，取得成功。之后，在4.7～4.8m2