采矿学-第二章长壁垮落采煤法采煤工艺

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第二章长壁垮落采煤法采煤工艺第一节爆破采煤工艺第二节普采工艺方式第三节综采工艺方式第四节大倾角综采工艺特点第五节大采高综采工艺特点第六节薄煤层综采工艺特点中国矿业大学采煤工艺类型主要分为三种：（1）爆破采煤工艺——炮采（2）普通机械化采煤工艺——普采（3）综合机械化采煤工艺——综采中国矿业大学一、爆破落煤二、装煤与运煤三、支护四、推移输送机五、处理采空区六、劳动组织七、循环作业方式八、循环作业图表九、炮采工作面的基本点十、炮采工艺的特点第一节爆破采煤工艺中国矿业大学炮采工艺方式：长壁工作面用爆破方法落煤和装煤、人工装煤、输送机运煤和单体支柱支护的采煤工艺。工艺过程包括：打眼、放炮落煤和装煤、人工装煤、输送机运煤、移输送机、支护和回柱放顶等工序。炮眼装药结构图放炮母线雷管药包炮孔煤层炮泥中国矿业大学打眼、装药、封炮泥、联炮线、放炮等工序。工序要求：保证工作面进度、不留顶煤和底煤、不破坏顶板、不崩倒和损坏支柱、尽量降低炸药和雷管消耗、提高装煤效率、有利于防止煤尘和瓦斯爆炸。1、炮眼布置炮眼排数:取决于煤层的厚度和硬度。煤电钻打眼，1~3排布置、深度为1.0~1.5m。一、爆破落煤中国矿业大学炮眼布置方式及适用条件炮眼布置方式适用条件单排眼一般用于薄煤层或煤质软、节理发育的煤层。双排眼有对眼、三花眼及三角眼等，一般适用于采高较小的中厚煤层。煤质中硬时可用对眼，煤质软时可用三花眼，煤层上部煤质软或顶板较破碎时可用三角眼。三排眼又称五花眼，用于煤质坚硬或采高较大的中厚煤层。中国矿业大学炮眼布置中国矿业大学炮眼深度要与顶梁长度相匹配。炮眼深度一般有：0.8、1.0、1.2m三种，由顶梁长度和炮眼角度确定。一般使用1.21.5m的钎杆。2、炮眼的深度中国矿业大学与煤壁的水平夹角一般为5080。软煤取大值，硬煤取小值。剖面上以不破坏顶底板为原则：顶眼仰角510底眼俯角10203、炮眼角度中国矿业大学（1）钻眼设备：煤电钻、麻花钎子（2）炸药与装药量：炸药矿用硝氨炸药，药量150600g之间。4、钻眼、装药中国矿业大学串联联线、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。5、联线与起爆中国矿业大学装煤：爆破可装煤30%以上，刮板输送机的铲煤板可装部分余煤，其它为人工装煤。运煤：可弯曲刮板输送机、溜槽或自溜。二、装煤与运煤2137465可提高爆破装煤效率的移动挡煤装置1—切顶墩柱；2—单体液压支柱；3—推溜千斤顶；4—挡煤板；5—挡煤板底座；6—铲煤板；7—支撑杆中国矿业大学柔性挡煤板1—胶带挡煤板；2—铁护板；3—铲煤板；4—刮板输送机；5—操作阀；6—千斤顶；7—切顶墩柱中国矿业大学点柱、单体液压支柱+金属铰接顶梁或长钢梁正悬臂齐梁直线线柱正悬臂错梁三角柱控顶排数：34排、35排特种支护：丛柱、密集、木垛、斜撑三、支护中国矿业大学1.21.21.70.21.20.85.60.30.6~0.9单位：m1.20.34.83.61.20.6ⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡ中国矿业大学丛柱、密集、木垛、斜撑(a)(b)(c)(d)中国矿业大学推移千斤顶：正常段6m一个，机头机尾各三个。四、推移输送机123456m15m(b)(a)中国矿业大学垮落法：回柱撤除支护，让顶板垮落。顺序为：由下向上；由采空区侧向煤壁侧；近水平煤层回柱可以分段。五、处理采空区(a)(b)(c)(d)0.31m3mm5m3m中国矿业大学专业工种：钻眼放炮、装药、机电维修综合工种：装煤、支柱、回柱放顶专业工种一般在全工作面长度内工作;综合工种一般在工作面的一段长度内工作。六、劳动组织中国矿业大学作业方式—采煤工作面一昼夜内采煤班和准备班的配合方式。准备班工作—回柱、检修刮板输送机、移动平巷运输设备、两巷超前支护、加强支护。两采一准、两班半采煤，半班准备、四班交叉等。七、循环作业方式中国矿业大学规程中要有：循环作业图表劳动组织表技术经济指标表八、循环作业图表中国矿业大学炮采工作面循环作业图面长160m，采用分段追机作业方式，各工种在同一段内平行作业，完成采煤、支柱和移输送机等工序后，再进入下一段，每换一次工作地点需增加20~23min辅助时间，每段约40~60m。班次第一班第二班第三班时间图例装煤移输送机支柱钻眼回柱放顶放炮7891011121314151617181920212223241234567020406080100120140160工作面长度/m中国矿业大学爆破煤壁平直不留底煤不破坏顶板不崩倒支柱不把煤崩到输送机外侧尽可能爆破装煤敲帮问顶，清除危石，处理瞎炮后，再支护，其后进入装煤。九、炮采工作面的基本点中国矿业大学机械化水平低；劳动强度大；产量和效率低；安全隐患多；但对地质条件适应性强，多用于残煤、边角煤开采，使用越来越少。十、炮采工艺的特点中国矿业大学第二节普采工艺方式一、设备及布置二、采煤机的割煤方式三、采煤机进刀方式四、人工开切口五、普采循环作业图六、普采工艺基本要点中国矿业大学普采工艺方式—用采煤机破煤和装煤、刮板输送机运煤、单体支柱支护顶板的采煤工艺。运煤、支护、回柱放顶与炮采相同。区别是用采煤机完成落煤和装煤。中国矿业大学一、设备及布置1—MXP-240型采煤机；2—SGB-630/150可弯曲刮板输送机；3—DZ-22单体液压支柱；4—HDJA-1000铰接顶梁；5—推移输送机千斤顶；6—运输平巷中的输送机。10m35001750≮≮20m900ⅢⅢⅠⅠ2100200010001050Ⅲ630270100044002501000Ⅲ210025021501150Ⅱ4210034400100010001000250Ⅱ2113ⅡⅡ24Ⅰ0.6mⅠ20m≮56中国矿业大学二、采煤机的割煤方式1、双向割煤前滚筒割顶煤、后滚筒割底煤，挂顶梁（打临时支柱），清理浮煤，推移输送机，支柱，到上端头，完成进刀后，返回重复上述过程，采煤机往返一次煤壁推进两个截深。中国矿业大学2、单向割煤单滚筒采煤机，滚筒直径小于采高时，上行割顶煤，挂顶梁，到上端头后，反向、调整滚筒位置，下行割底煤，清理浮煤，滞后一定距离推移输送机，支柱，采煤机往返一次煤壁推进一个截深。中国矿业大学三、采煤机进刀方式1、普采工作面双滚筒采煤机端头斜切进刀AA21A2211A-AA-AAA-AA-A(a)(b)(c)(d)AA21中国矿业大学2、单滚筒采煤机端头斜切进刀(c)(d)(a)(b)(e)中国矿业大学双滚筒采煤机普采工作面大多不开人工切口，当工作面两巷尺寸小，刮板输送机机头和机尾不能伸入巷道中时需开23m长的切口；单滚筒采煤机普采工作面由于滚筒和采煤机位置关系，必须开切口。靠滚筒侧切口长23m，背滚筒侧切口长610m。目前已很少使用单滚筒采煤机。四、人工开切口中国矿业大学五、普采循环作业图三班采煤边采边准，双向割煤，三五排控顶，日进六刀。67891011121314151617181920212223241234561501401301201101009080706050403020100班次时工作面长/m一班二班三班图例采煤机割煤挂梁移输送机支柱回柱检修间中国矿业大学加强机道支护，防止机道冒顶预掏梁窝，临时支护；提高初撑力和支护强度；破碎顶板或网下用成对π型钢梁，交替前移。加强放顶线支护的稳定性斜撑、木垛、双排柱、丛柱加强端头维护双钩双楔梁，抬棚；四对八梁；四对八梁，十字铰接顶梁。目前国内使用越来越少，逐步被综采所取代。六、普采工艺基本要点中国矿业大学端头支护，双钩双楔梁2002100100036001000Ⅰ37002000Ⅰ442000Ⅰ1800Ⅰ29001050Ⅰ2444ⅠⅠ72.0m(a)(b)(c)30m232.0mⅠ650Ⅰ14.0m2800150ⅠⅠ7450.6m1.0m81000Ⅰ64—输送机;6—木垛;7—双钩双楔梁;8—绞车3m中国矿业大学端头支护，四对八梁2002100100036001000Ⅰ37002000Ⅰ442000Ⅰ1800Ⅰ29001050Ⅰ2444ⅠⅠ72.0m(a)(b)(c)30m232.0mⅠ650Ⅰ14.0m2800150ⅠⅠ7450.6m1.0m81000Ⅰ62—抬棚长梁;4—输送机中国矿业大学端头支护，四对八梁，十字铰接顶梁2002100100036001000Ⅰ42000Ⅰ1Ⅰ244(b)(c)232.0mⅠ14.0m250.6m1.0m1—基本支架;2—抬棚长梁;3—转载机;4—输送机;5—十字铰接顶梁;中国矿业大学第三节综采工艺方式一、采煤机割煤方式二、采煤机进刀方式三、液压支架移架方式四、综采工作面循环图表五、综采工作面端头支护中国矿业大学1—采煤机；2—刮板输送机；3—液压支架；4—下端头支架；5—上端头支架；6—转载机；7—可伸缩胶带输送机；8—配电箱；9—移动变电站；10—设备列车；11—泵站；12—喷雾泵站；13—绞车；14—集中控制台中国矿业大学中国矿业大学1）单向割煤，往返一次进一刀采煤机前滚筒割顶煤，后滚筒底煤→移架（滞后采煤机23架以远）到工作面端头→采煤机反向清理浮煤→推移刮板输送机（滞后采煤机1535m）到另一端。适用条件：煤层倾角大，支架和刮板输送机易下滑，采煤机上行割煤困难；采煤机装煤效果差，需单独安排装煤行程。一、采煤机割煤方式中国矿业大学2）双向割煤，往返一次进二刀采煤机前滚筒割顶煤，后滚筒底煤→移架（滞后采煤机23架以远）→推移输送机（滞后采煤机1535m）到一端后完成进刀后，反向重复上述过程，往返一次进二刀。中国矿业大学3）两种采煤方式的优缺点和适用条件目前国内综采面大多采用双向割煤方式。双向割煤采煤机避免了一个空行过程，效率高。单向割煤工序之间相互干扰少，进刀过程采煤机等待时间少，割煤牵引速度快和空载装煤效率高，机道浮煤少，底板平整，推移输送机阻力小，能保证采煤机的进尺，有利于工作面的顶板管理；在大倾角工作面吨煤能耗少，有利于防止工作面输送机等设备的下滑，在粉尘较大的工作面采煤机司机、移架工吸尘量少，工人作业环境好等。中国矿业大学•实例：峰峰万年矿煤层硬度f=35、倾角1626、采高3.63.8m，面长150m。采用AM-500采煤机、SGB-764/264输送机、ZY4000-18/38支架。单向割煤与双向割煤相比：①实测采煤机上行割煤速度1.25m/min，下行割煤速度4.3m/min，上行空返速度3.5m/min，单向割煤6575min/刀，双向割煤8090min/刀；②单向割煤自下向上推输送机，避免了输送机下滑；③单向割煤比双向割煤能耗降低10%；④双向割煤循环产量650t，单向割煤循环产量670t；⑤单向割煤煤壁片帮明显减少。中国矿业大学部分高产高效矿井综采面作业方式分布割煤方式及其比例割煤方式比例/%双向割煤，端头斜切92.5单向割煤，端头斜切7.5中国矿业大学主要用斜切进刀方式，细分为：(1)端部斜切进刀：不留三角煤端部斜切进刀留三角煤端部斜切进刀(2)中部斜切进刀二、采煤机进刀方式中国矿业大学不留三角煤端部斜切进刀中国矿业大学留三角煤端部斜切进刀中国矿业大学中部斜切进刀中国矿业大学移架方式：单架依次顺序式分组交错式成组整体顺序式三、液压支架移架方式中国矿业大学支架沿采煤机牵引方向依次一架一架前移，移动步距等于截深，支架移成一条直线。操作简单，易保证移架质量，对不稳定顶板适应性好。1、单架依次顺序式移架中国矿业大学2、分组间隔交错式移架支架分组，每组35架，组内顺序前移，组间平行作业。移架快，支架不易对齐，要求顶板较稳定。中国矿业大学3、液压支架成组整体顺序式移架支架分组，每组23架。组内联动，整体移架，一组一组的顺序前