采煤方法介绍

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2021/3/24,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2021/3/24,*,2021/3/24,1,第二章,采煤方法,2021/3/24,2,主要内容,第一节 采煤方法概述,第二节 采煤工艺,第三节 采煤工作面循环工作组织,第四节 采煤方法,第五节 采煤系统分析,2021/3/24,3,第一节 采煤方法概述,采煤方法概念,回采工作,在采煤工作面内,为采取煤炭所进行的各项工作 。,基本工序,:,破煤、装煤、运煤、支护和采空区处理。,采煤工艺,在采煤工作面内,按照一定顺序完成各项工序的方法及其配合。,采煤系统,回采巷道的掘进和回采工作之间在时间上的配合以及在空间上的相互位置关系。,采煤方法,是采煤系统与采煤工艺的综合及其在时间和空间上的配合。两者之间相互影响相互制约。,2021/3/24,4,采煤方法分类,采煤方法分为,:,露天开采和井工开采。,井工开采可分为:,柱式体系和壁式体系两种。,壁式体系采煤法,壁式体系采煤法一般,以长壁工作面采煤为主要特征,是目前我国应用最普遍的一种采煤方法,其产量约占到国有重点煤矿产量的,95%,以上,。,2021/3/24,5,采煤方法分类,壁式采煤法的特点,:,工作面的两端至少各布置一条回采巷道,用于通风和运输。,工作面长度一般,80-250,米,目前国内最长,400,米。,随着工作面的推进及时处理采空区,一般采取全部垮落法管理顶板,工作面通风状况良好。,2021/3/24,6,壁式体系采煤法的类型,按采煤工艺分类,:,爆破采煤法、普通机械化采煤法、综合机械化采煤法,按采空区处理方法分,:,全部垮落采煤法、煤柱支撑,(,刀柱,),采煤法、充填采煤法,按工作面布置和推进方向分,:,走向长壁采煤法、倾斜长壁采煤法（俯斜,仰斜）,采煤方法分类,2021/3/24,7,柱式体系采煤法,柱式体系采煤法,又称为短壁体系采煤法,是以房、柱间隔采煤为主要特征,常见的有巷柱式、房式、房柱式采煤法。,现代短壁机械化开采技术的成功应用,逐渐引起大家的关注。,采煤方法分类,2021/3/24,8,采煤方法分类,柱式采煤法的特点,:,工作面长度较短,一般,10-30m,工作面数目较多。,需要开掘大量的巷道,掘进率高。,一般没有处理采空区工序。,工作面通风条件较差,采出率低。,2021/3/24,9,水平分层,采煤方法,旱采,水采,壁式体系,柱式体系,柱式体系,单一长壁,放顶煤,整层开采,斜切分层,水平分段放顶煤,倾斜分层,掩护支架,分层开采,整层开采,整层开采,房式,房柱式,倾斜短壁式,走向短壁式,走向长壁,倾斜长壁,走向长壁,倾斜长壁,下行垮落,上行充填,垮落,刀柱,采煤方法分类,2021/3/24,10,选择采煤方法的原则,1,、技术先进,2,、经济合理,3,、生产安全,以上三个基本原则是密切联系、相互制约,在选择时应当综合考虑。,采煤方法选择,2021/3/24,11,煤层倾角、厚度,矿井瓦斯等级,煤层及围岩特性,煤层地质构造,煤层水文地质条件,煤层自燃发火倾向性,地质因素,技术发展及装备水平,矿井管理水平,工人掌握先进技术的水平,影响采煤方法,选择,的因素,地温、地压,煤尘的爆炸危险性,2021/3/24,12,一、基本概念,原岩,地壳中没有受到人类工程活动影响的岩体。,原岩应力,存在于地层中未受工程扰动的天然应力。,自重应力,由地心引力引起的应力,等于单位面积的上覆岩层的重量。,构造应力,由地质构造运动而引起的应力。,补充知识,:,采煤工作面矿山压力规律,2021/3/24,13,矿山压力,存在于采掘空间周围岩体内和作用在支护物上的力。,支承压力,采掘空间原被采物承受的载荷转移到周围支承体上而形成的力。,为,KH,部分,K,为大于,1,的应力集中系数。,补充知识,:,采煤工作面矿山压力规律,2021/3/24,14,矿山压力显现,在矿山压力作用下,围岩或支护物呈现的各种力学现象。,如顶板下沉、 底板鼓起、支架下缩、支柱拆损、煤壁片帮、支柱钻底等。,补充知识,:,采煤工作面矿山压力规律,2021/3/24,15,二、工作面围岩移动特征,1,、工作面围岩的组成,顶板,:,煤层上部邻近的岩层,分为伪顶、直接顶、基本顶。,底板:,煤层下部邻近的岩层。,伪顶:,位于煤层之上,极易垮落的很薄的松软岩层,厚度小于,0. 3,0.5m,随采随冒。,直接顶:,位于煤层或伪顶之上,具有一定的稳定性,采煤时移架或回柱后能自行垮落的岩层,基本顶:,位于直接顶或煤层之上,通常厚度和岩石强度较大,难于垮落的岩层。,补充知识,:,采煤工作面矿山压力规律,2021/3/24,16,2,、工作面初次来压,当工作面从切割眼向前推进,顶板悬露面积随之扩大,直接顶垮落充填采空区,基本顶仍完整地支承在两帮煤壁上,形成双支板梁构件,。当板梁跨度随着工作面推进增大到一定的范围,由于基本顶的自重和上覆岩层的作用,使基本顶断裂垮落。这时,工作面已不再处于基本顶掩护之下,顶板迅速下沉而破碎,通常把基本顶第一次大面积垮落称为,初次垮落,。由于基本顶初次垮落,使工作面压力增大,故称为,初次来压,。初次来压对工作面影响一般持续,2d,3d,。基本顶初次垮落时,工作面距切割煤壁的距离称为,初次垮落步距,或,初次来压步距,。与基本顶岩性、厚度以及地质构造等因素有关,一般为,20m,35m,少数达,50m,70m,。,补充知识,:,采煤工作面矿山压力规律,2021/3/24,17,初次来压的特点,:,工作面顶板下沉量和下沉速度急增,甚至出现台阶式下沉,;,顶板破碎;甚至出现也煤壁平行的裂隙,有时发出巨大的断裂声;支架受力增加,采空区掉块;煤壁严重片帮。,初次来压时,工作面要采取措施:加强支护（增设排柱、木垛、斜撑、抬棚）、强制放落顶板等。,补充知识,:,采煤工作面矿山压力规律,2021/3/24,18,3,、周期来压,当工作面推进到一定的距离,基本顶悬臂在自重和上覆岩层的作用下,又会产生断裂垮落,这时同样会给工作面带来增压现象。当工作面再继续推进,这部分垮落的基本顶被甩入采空区,工作面又处于基本顶悬梁掩护之下,恢复到前述的状态。继工作面的推进,基本顶的垮落与工作面增压现象重复出现。这种垮落与来压随工作面推进而周期性的出现,称为,基本顶周期垮落,和,周期来压,。两次周期来压之间的距离称为,周期垮落（来压）步距,。周期垮落步距同样与基本顶岩性有关,一般为,6m,30m,多数为,10m,15m,。,补充知识,:,采煤工作面矿山压力规律,2021/3/24,19,4,、工作面上覆岩层移动规律,在工作面推进过程中,采空区不断扩大,上覆岩层移动下沉而破坏,根据岩层移动规律,可将煤层的上覆岩层沿竖直方向自下而上可分为三带,:,冒落带、裂隙带、弯曲下沉带,。,补充知识,:,采煤工作面矿山压力规律,2021/3/24,20,长壁采煤工作面的工艺方式,:,炮采:,爆破落煤、人工装煤、机械化运煤、单体支架支护。,普采:,采煤机落煤装煤、机械化运煤、单体支架支护。,综采:,破、装、运、支、处等主要工序全部采用机械化连续作业。,第二节 采煤工艺,2021/3/24,21,三种采煤工艺,:, 爆破采煤工艺方式,解放后至,60,年代初为主, 普通机械化采煤工艺方式,60,年代初至,70,年代中期为主, 综合机械化采煤工艺方式,70,年代中期以后为主,长壁采煤法的采煤工艺,2021/3/24,22,炮采工艺,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、人工支架和回柱放顶等主要工序。,2021/3/24,23,炮采工艺,一、爆破落煤,爆破落煤由打眼、装药、填炮泥、联炮线及放炮等工序组成。,炮眼布置,:,单排眼 双排眼 三排眼,二、装煤与运煤,1,）、爆破装煤:爆破后刮板输送机贴近煤壁,利于装煤。,2,）、人工装煤:人工攉煤。,3,）、机械装煤:在输送机煤壁侧装有铲煤板。,2021/3/24,24,炮眼布置图,a,单排眼,b,对眼,c,三角眼,d,三花眼,e,五花眼,炮采工艺,2021/3/24,25,炮采工艺,三、工作面支护,主要采用金属支柱和铰接顶梁支护,单体液压支柱。主要有两种,:,正悬臂齐梁直线柱（图,a,）和正悬臂错梁三角柱（图,b,）,2021/3/24,26,普采工艺,工艺过程,:,采煤机破煤装煤,刮板输送机运煤,单体支柱加金属顶梁支护,破煤和运煤,滚筒采煤机:,单滚筒、双滚筒,采煤机结构:,截割部、牵引部、动力部、辅助装置,牵引方式:,机械牵引、液压牵引、电牵引（传动）,钢丝绳、有链牵引、无链牵引（行走）,2021/3/24,27,普采工艺,采煤机割煤方式,:,单向割煤,往返进一刀,;,双向割煤,往返进两刀;,“”字形割煤、往返一刀,2021/3/24,28,普采工艺,工作面运煤,:,一般采用刮板输送机运煤。,每隔,6m,设一个液压千斤顶,机头机尾各,3,个。,弯曲段长度,15m,。,2021/3/24,29,普采工艺,工作面支护,:,支架布置方式:,带帽点柱、单体液压支柱或磨擦式金属支柱与铰接顶梁组成的悬臂支架。,按悬臂顶梁与支柱的关系分为,正悬梁和倒悬梁,两种,;,按梁的排列特点分为,齐梁式和错梁式,两种,为了行人和工人作业方便,工作面支柱一般排成直线状。,2021/3/24,30,普采工艺,单体支架正悬臂,与倒悬臂布置,支架齐梁式和错梁式布置,2021/3/24,31,普采工艺,控顶距,:,当工作面推进一次或二次之后,工作空间达到允许的最大宽度,即,最大控顶距,。,及时回柱放顶,使工作空间只保留回采工作所需要的最小宽度,即,最小控顶距,。,最大控顶距与最小控顶距之差即为,放顶步距,。,2021/3/24,32,普采工艺,采空区处理,:,全部垮落法,全部充填法,局部充填法,缓慢下沉法,煤柱支撑法,2021/3/24,33,综采工艺,综采历史,:,自1974年从国外引进50套综采设备和78 年引进的100套综采设备开始,至今已有30多年的历史。,发展经历:,经过了,摸索起步、引进提高、仿制创新、国产与引进并重,四个阶段。,2021/3/24,34,综采工艺,综采产量,:,七十年代综采面大致为20万吨/年-面左右,八十年代综采面大致为100万吨/年-面左右,200,5,年,兖州东滩矿,综采面生产了,753万吨/年-面,200,5,年,神东上湾矿,综采面生产了,1145,万吨/年-面,（神东矿区目前有4个超千万吨的综采面,实现了一井、一面、安全、高效的生产目标。）,2021/3/24,35,综采工艺,综采现状,:,2006,年底全国有高产高效矿井,197,个,共产煤6,.352,亿吨（占全国当年煤炭产量29%）,平均产煤331万吨/矿。,2006年底全国有442个综采面,（占全国2,.5,万个工作面,1.8, ）,2006年底全国有363个普采面,（占全国2,.5,万个工作面,1.5, ）,2021/3/24,36,综采工艺,综采参数,:,综采面长150,m,400m,采煤机最大功率达2000kW,刮板输送机最大功率达3*1000kW,液压支架一般20t/架。,工艺过程:,采煤机破煤装煤,刮板输送机运煤,液压支架支护顶板,2021/3/24,37,2021/3/24,38,综采工作面主要设备,液压支架,双滚筒采煤机,刮板运输机,桥式转载机,胶带输送机,2021/3/24,39,综采工艺,采煤机的割煤方式,:,往返一次割两刀、往返一次割一刀,液压支架类型:,支撑式支架、掩护式支架、支撑掩护式支架,液压支架的移架方式,单架依次顺序式,;,分组间隔交错式;成组整体依次顺序式。,2021/3/24,40,综采工艺,综采工作面工序配合方式,:,综采面主要工序有三个:割煤、移架、推移输送机,按照不同顺序有两种配合方式,即,及时支护方式和滞后支护方式,。,2021/3/24,41,循环组织,循环作业,:,指采煤工作面周而复始地完成落煤、装煤、运煤、支护和采空区处理等工序的一种作业方式 。,循环标志:,回柱放顶（炮采、普采）,移架（综采）,正规循环:,在规定叫间内,按既定的工艺方式,保质保量安全地完成一个循环的全部工序和工作量,并保持周而复始地进行采煤工作的一种作业方法。,正规循环作业用循环图表来表示。,2021/3/24,42,循环组织的主要内容,1,、循环方式,循环方式是循环进度和昼夜循环次数的总称。,环进度,:,每完成一个循环工作面煤壁向前推进的距离。,炮采,0.8-1.2m,普采、综采,0.6-1.0m,。,2,、作业形式:,一昼夜内采煤班与准备班在时间上的配合方式。,三八制 四六制,3,、采煤工作面循环作业图表,循环图表包括循环作业图、工人出勤表和技术经济指标表三项主要内容。,2021/3/24,43,循环作业图,2021/3/24,44,工人出勤表,2021/3/24,45,技术经济指标表,2021/3/24,46,薄及中厚煤层单一长壁采煤法,走向长壁采煤法,:,工作面沿倾向布置,沿煤层走向推进。,适用于采区式巷道布置。,倾斜长壁采煤法:,工作面沿走向布置,沿煤层倾向推进。工作面自下而上推进时称为,仰斜长壁,工作面自上而下推进时称为,俯斜长壁,。,适用于盘区式和带区式巷道布置。,2021/3/24,47,薄及中厚煤层单一长壁采煤法,长壁采煤法示意图,（,a,）走向长壁,;(b,）倾斜长壁（仰斜）;（,c,）倾斜长壁（俯斜）,1,、,2,区段运输、回风平巷;,3,采煤工作面;,4,5,分带运输、回风斜巷,2021/3/24,48,单一煤层走向长壁采煤法采区巷道布置,生产系统,1,）运煤系统,2,）运料排矸系统,3,）通风系统,4,）供电系统,5,）压气及安全用水系统,2021/3/24,49,单一煤层走向长壁采煤法,适用条件,:,近水平、缓斜、倾斜煤层,;,薄及中厚煤层;,地质构造简单,瓦斯涌出量小。,2021/3/24,50,单一煤层倾斜长壁采煤法巷道布置,2021/3/24,51,单一煤层倾向长壁采煤法,（一）仰斜开采与俯斜开采,1,、仰斜开采,:,采面沿倾斜从下向上推进采煤。,特点:,1,）水自流入采空区,;2,）煤壁稳定性差;,3,）顶板稳定性差,临界角,8,左右,;,4,）当,时,采煤机偏离煤壁,输送机易断链;当,时,采煤机不稳定,易翻倒。,措施:,输送机设下部三角架,调平。,适用:,顶板稳定,煤质较硬;顶板淋水大;煤易自燃需注浆;,2021/3/24,52,单一煤层倾向长壁采煤法,2,、俯斜开采,:,采面沿倾斜自上向下推进采煤。,特点:,1,）水流入采面,工作条件差,;,2,）顶板相对稳定;,3,）煤壁相对稳定,但装煤效果变差;,4,）机组不稳定,易掉道。,适用:,煤厚,倾角大,煤松软易片帮,瓦斯大。,当 ,5 ,仰斜与俯斜相结合的形式。,2021/3/24,53,单一煤层倾向长壁采煤法评价,（二）倾斜长壁采煤法优点,:,1,）巷道布置简单,巷道掘进及维护费低,投产快。,2,）运输系统简单,占用设备少。,3,）回采巷道沿煤掘进,易固定方向,采面可等长布置,利于生产管理。,4,）通风系统简单,风路短,通风构筑物少。,5,） 对某些地质条件的适应性强。,6,）技术经济效益显著,采面单产增加,巷道掘进率降低,采出率增加,工效提高 。,2021/3/24,54,单一煤层倾向长壁采煤法评价,倾斜长壁采煤法缺点,:,（,1,）长距离倾斜巷道辅运和行人困难,;,（,2,）当前采掘运机械设备不完全适应倾斜长壁的要求;,（,3,）大巷装车点多,可设带区,共用一个煤仓。,（,4,）下行回风,注意监测。,适用条件:,适用于倾角在,12,以下煤层,采取措施后最大可达到,17,。,2021/3/24,55,厚煤层采煤方法,厚煤层采煤方法,:,分层开采,一次采全厚,放顶煤开采,大采高,2021/3/24,56,厚煤层采煤方法,分层开采,厚煤层分层间开采顺序,:,下行式和上行式,顶板管理:,下行式,全部垮落法,上行式,全部充填法,人工假顶:,金属网假顶、塑料网假顶,再生顶板,（,4-6,个月）,2021/3/24,57,厚煤层采煤方法,大采高,神东公司补连塔矿,2003,年大采高工作面年产原煤,924,万,t,采高,4.5-4.8m,;,神东公司上湾矿,2004,年大采高工作面年产原煤,1075,万,t,实际采高达到,5.4m,;,晋城煤业集团寺河煤矿在高瓦斯条件下,采高达到,5.5m,;,目前,国际上支撑高度最高的,ZY9400-28/62,型支架已研制成功,部分供给寺河矿投入使用,采高达到,6.0m,。,2021/3/24,58,特点,:,1,、采高:,3.5,6.0m,2,、设备,大功率、高强度、高可靠性机电一体化设备,厚煤层采煤方法,大采高,2021/3/24,59,大采高液压支架,2021/3/24,60,厚煤层采煤方法,大采高,2021/3/24,61,1,）初采高度较小,一般为,3.5m,左右,;,直接顶初次垮落后采至全高。,2,）控制煤壁片帮,关键;,3,）支架防滑,防倒;,4,）端头支护及超前支护比一般综采更重要;,5,）一次采全厚比分层开采具有很多优点。,大采高采煤法工艺特点,2021/3/24,62,控制煤壁片帮,带压移架,用第一护帮板临时支护顶板,第二段护帮板支撑煤壁, 加快工作面推进速度,;, 用快硬膨胀水泥尼龙绳等锚杆加固煤壁;, 在地质条件允许时,俯采;, 提高支架的初撑力。,大采高采煤法工艺特点,2021/3/24,63,支架防倒、防滑,(1),工作面呈伪斜推进,(2),工作面由下而上单向推移输送机,(3),及时调整液压支架位置,(4),严格控制采高,(5),锚固工作面排头、排尾液压支架,(6),倾角大于,10,时,每,10,架液压支架增设一个斜拉防倒千斤顶,当倾角大于,20,时,每,5,架支架增设一个防倒千斤顶。,大采高采煤法工艺特点,2021/3/24,64,优点,:,工作面产量和效率大幅度提高,;,回采巷道的掘进量比分层减少了一半;,减少了假顶的铺设;,减少了综采设备搬迁次数,节省搬迁费用,增加了生产时间;,设备投资比分层综采大,其综合经济效益明显高于分层综采;,提高了资源的采出率。,大采高采煤法的评价,2021/3/24,65,不利因素,:,采高越大,支架重量越大,如采高,4.5 m,每架支架重约,17.5 t;,采高,5 m,时,则为,22 t,。采煤机、输送机重量也将增大。,适用条件:,地质构造简单、煤层厚度,3.5,6.0 m,、赋存稳定、倾角小于,12,和顶板较稳定的煤层。,大采高采煤法评价,2021/3/24,66,厚煤层采煤方法,放顶煤开采,放顶煤采煤法,:,是在厚煤层中,沿煤层底部布置一个采高,2,3m,的长壁回采工作面,用常规方法进行回采,利用矿山压力将工作面顶部煤层在工作面推进过后破碎冒落,并将冒落顶煤予以回收的一种采煤方法。,2021/3/24,67,厚煤层采煤方法,放顶煤开采,放顶煤采煤法类型,按机械化程度和使用的支护设备不同,:,综采放顶煤,简易放顶煤,(,滑移顶梁支架铺顶网、单体支柱,型梁铺顶网,),2021/3/24,68,厚煤层采煤方法,放顶煤开采,放顶煤采煤法类型,按照赋存条件和采煤工艺,:,一次采全厚放顶煤,（,6-12m,厚煤层）,预采顶分层网下放顶煤,（,12-20m,左右,直接顶坚,硬或高瓦斯）,倾斜分段放顶煤,（,20,m,以上）,2021/3/24,69,厚煤层采煤方法,放顶煤开采,放顶煤支架类型,单输送机高位放顶煤液压支架,双输送机中位放顶煤液压支架,双输送机低位放顶煤液压支架,低位放顶煤支架放煤效果好,2021/3/24,70,厚煤层采煤方法,放顶煤开采,放顶煤工艺,割煤,移架,推前溜,移后溜,放煤。,放顶煤采煤法特点,:,简化巷道布置,减少巷道掘进工作量,;,提高采煤工效,降低吨煤生产费用;,经济效益显著;,对煤层厚度变化和地质条件适应性强;,采出率低、粉尘大、自然发火瓦斯积聚隐患较大。,2021/3/24,71,放顶煤开采顶煤冒放性的研究,顶煤冒放性,:,顶煤冒放性是顶煤本身冒落和放出及其难易程度的度量,亦即顶部煤体可冒性和可放性的总和。,影响顶煤冒放性的几个因素:,开采深度、煤层厚度、煤层强度、夹矸、顶板岩层、煤体中的节理与裂隙,。,2021/3/24,72,采煤系统分析,1,、采区上下山长度的确定,采用胶带机运输,角度不超过,14,当大于,14,时,需设逆止器,;,采用矿车运输时,根据绞车确定,直径,1.6m,绞车,最大容绳量,600m,;直径,2.0m,绞车,最大容绳量,900m,。,2,、区段参数,:,包括走向长度与倾斜长度。,区段斜长:,L,区,= L,采,+ 2L,巷,+ L,柱,2021/3/24,73,采煤系统分析,3,、区段平巷的坡度,区段的运输和回风巷,虽称之为平巷,但不是绝对的水平。在实际生产中,为了便于运输和排水,而是有一定坡度的,一般为,0.3,0.5,由于坡度较小,认为是平巷。,4,、区段平巷的布置,1,）、双巷布置,2,）、单巷布置,2021/3/24,74,采煤系统分析,5,、对拉工作面,实际上是三条区段平巷准备两个回采工作面,下工作面要比上工作面短。,优点,:,费用少,回采率高,生产集中,掘进量和维护量少,占用设备少。,适用条件:煤层倾角小于,12,顶板中等稳定以上,瓦斯不大。,6,、工作面回采顺序:,后退式,;,前进式;往复式;旋转式。,2021/3/24,75,采煤系统分析,7,、区段无煤柱护巷,:,1,）沿空留巷,随着上区段工作面向前推进,用专门的支护材料,在采空区维护好上区段运输平巷,作为下区段采煤工作面的回风平巷。,2,）沿空掘巷,上区段回采工作面采完以后,沿着上区段采空区边缘开掘下区段工作面的回风平巷。,可分为完全沿空掘巷和留窄小煤柱沿空掘巷。,2021/3/24,76,采煤系统分析,完全沿空掘巷 留窄小煤柱沿空掘巷,2021/3/24,77,采煤系统分析,8,、通风方式与回采巷道布置,U,型通风,Z,型通风,Y,型通风,H,型通风,W,型通风,2021/3/24,78,采煤系统分析,8,、通风方式与回采巷道布置,U,型通风,Z,型通风,Y,型通风,H,型通风,W,型通风,2021/3/24,79,采煤系统分析,8,、通风方式与回采巷道布置,U,型通风,Z,型通风,Y,型通风,H,型通风,W,型通风,