工程硕士采矿

,*,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Click to edit Master title style,主 讲：张东峰,采矿“系统工程”新动向,单 位：太原理工大学,电 话：,13835167435,无煤柱开采技术,层采煤方法新技术,绿色开采新技术,无煤柱开采技术,无煤柱护巷是采煤技术的一项重大改革，它对提高煤炭资源回收率、改善巷道维护、降低巷道掘进率、消除因留煤柱和丢煤而引起的井下灾害有明显效果。随着无煤柱护巷技术的应用和发展，在采区巷道布置方面产生了相应变化。,沿空掘巷与沿空留巷,沿空掘巷时巷道内矿压显现规律,井下观测表明，沿空掘巷时顶底板总移近量并不大，一般在,300mm,以下，但巷道两侧顶底板移近量明显不同，一般是靠采空区侧大于靠煤体侧，其比值约为（,1.2,2.5,）,:1,，此外沿空巷道两帮向巷道内的水平移动也较明显。沿空掘巷时，除少数情况外，巷内支架受载也不大，一般巷内支架载荷约,50,120kN/m2,或,70,200kN/,架之间。多数巷道的两侧顶压大小也不均，一般是靠采空区侧的顶压大而靠煤体侧的顶压小，其比值约为（,1.4,3.6,）,:1,。此外巷道两帮侧压大小也不均，多数情况下是煤体侧大于沿空侧，表现为靠煤体侧的棚腿折损率大于靠采空区一侧，其比值约为（,1.25,2.75,）：,1,。,沿空留巷时区段之间始终只有一条巷道，故巷道布置比较简单。但由于维护困难，过去我国很少采用。沿空留巷可以减少大量的巷道掘进工程量、改善采掘接替关系，加之近几年来巷道支护手段的发展，一些矿井开始或相继采用。,沿空留巷矿压显现的全过程,根据对我国多年井下实测资料的分析，可将沿空留巷时巷道从掘进到废弃的整个服务期内顶底板移动归纳如上图所示。,沿空留巷时巷道整个服务期内顶底板总移近量是由不同阶段内移近量累积而成，它可用下式表示：,U,总,=U0+v0t0+U1+v1t1+U2,式中,U0,、,U1,和,U2,由巷道掘进，一次采动和二次采动引起的顶底板移近量，当采深为,300m,及采高为,2m,时其值分别为,20,、,230,和,270mm,；,v0,、,v1,无采掘影响期内和一次采动后稳定期内顶底板移近速度，对一般情况可分别取为,0.2,和,0.6mm/d,；,t0,、,t1,无采动影响期及一次采动和二次采动之间的间隔时间，,d,。,利用上式，可预先对沿空留巷整个服务期内顶底板移动总量作大致估计。,我国针对厚煤层的典型的采煤方法有两种,分层开采,整层开采。,整层开采有又三种方法：,放顶煤,大采高,大采高综放,厚煤层采煤方法的分类,放顶煤,放顶煤开采是针对厚及特厚煤层开采发展起来的一种采煤工艺。它是在厚煤层的下部布置一个采高,(2,3)m,的工作面，随着工作面的推进，在前方支承压力的作用下，使工作面上部的煤体压裂破碎，并在支架尾部切顶线附近冒落放出的一种采煤方法。它与其它采煤方法的不同在于，除有一个包括破、装、运、支、控全部工序的普通长壁采煤工作面外，同时在支架的后部还有一套破、放、运等的顶煤回收系统，即前后两个采出煤炭的工作场所组成了一个完整的放顶煤工作面。,采煤方法新技术,放顶煤,综放开采技术发展现状,从,20,世纪,70,年代开始，综放开采支架沿两个方面发展，,一条是前苏联、前南斯拉夫、波兰、匈牙利等东欧国家在,KTY,支架基础上逐渐改进，把放煤口位置由顶梁前部改在顶梁后部，使用液压支柱控制放煤口开关，工作面采煤机采煤和放煤共用一部输送机，支架尾梁封闭，属支撑掩护式支架，如匈牙利的,VHP,系列支架；,另一条思路是法国、原西德、英国、等原西欧国家，在法国香蕉型支架基础上不断发展，工作面布置前、后两部输送机，放煤口用千斤顶带动开闭，如英国道梯公司的,4O0t,掩护式综放支架等。,采煤方法新技术,放顶煤,综放开采矿压显现特点,综放工作面一次开采厚度大、支架直接支护的对象为相对较为松软的顶煤，因此与中厚煤层或厚煤层分层开采相比，工作面矿压显现有明显的不同。根据文献大量研究结果，一般条件下的综放工作面矿压显现具有下述典型特点,:,(l),综放工作面支架载荷普遍较小。同一煤层综放开采与分采开采顶分层相比，工作面的支架载荷减少,5%,68%,，来压强度减少,15%,20%,。,(2),综放工作面支架所受动载荷普遍不强烈，动载系数较分层开采的顶分层工作面低，周期来压对支架的影响明显缓和，表明基本顶的活动对支架作用明显减弱。,采煤方法新技术,放顶煤,(3),四柱式综放支架前柱的平均工作阻力在大多数情况下大于后柱的平均工作阻力。,(4),综放开采老顶平衡结构将向高位转移。综放开采由于一次开采厚度大，顶板活动空间大，上位岩层在工作面前方煤体、支架与采空区碎胀矸石支撑作用下形成平衡结构。,采煤方法新技术,放顶煤,综放开采回收率现状,综放开采经过,20,多年的探索、完善与提高，在巷道支护、支架造型设计、一通三防、综放工艺等方面有了长足发展并日趋成熟，但在提高煤炭资源的回收率问题仍然是综放开采技术研究的关键，尤其是对于难冒煤层的回收率更应进行深入研究。,从综放工作面煤炭损失结构来看，煤炭损失主要由,3,个方面构成：,一是工作面在初采和末采期间,，由于不能放煤或不能充分放煤而引起的损失；,二是工作面两端过渡支架和端头支架不能放煤而引起的损失；三是放煤工艺引起的损失,，其中包括顶煤的冒放性、放煤方式、放煤步距的影响和储量管理工作的影响，其中顶煤的冒放性起决定性的作用。,研究资料表明,放煤工艺,损失是综放工作面煤炭损失的主要构成成分，平均损失率为,12.95%,，占总损失率的,67%,。,采煤方法新技术,放顶煤,综放开采基本原理,综放开采是在厚煤层的下部布置工作面，利用地压破煤与自重落煤，有些冒放性差的顶煤体采取人为措施改善顶煤体的冒放性，这样将顶煤体放出的一种开采方法，顶煤体的破坏与破碎靠,支承压力,和,支架,围岩,相互作用。,顶煤破坏过程一般可分为,4,个阶段：顶煤强化阶段，支承压力峰值点之前的应力上升过程。随着三向应力的增加使顶煤发生损伤，而部分原有缺陷发展成新的微细裂隙，但各种裂隙均处于闭合状态；裂隙扩展阶段，支承压力峰值点之后至工作面煤壁的应力迅速下降过程；破碎松动阶段，工作面控顶区的顶煤破碎阶段；冒放阶段，支架后顶煤的垮落放出阶段。,在顶煤的破碎过程中，第、阶段矿山压力作用是关键，它对顶煤的破坏发展起主导作用，而第、阶段顶煤的破坏、破碎主要靠支架,围岩相互作用。可以看出，顶煤体在运移过程中的破坏发展是一个渐进的过程，是一个量变到质变的过程。,采煤方法新技术,放顶煤,放顶煤综采较大采高有如下优越性：,在复杂地质条件下，不受煤层稳定性和厚度变化的限制，可实现一次采全厚，大大提高了煤层开采强度。,利用矿压破煤，是一种低能耗的采煤方法。,巷道布置简单，掘进工程量与维护工程量小,可以节省大量掘进和运输工作,缓解采掘接替紧张的矛盾,为提高矿井全员效率创造了条件。,设备国产化，不需引进。,可提高块煤率,提高了煤炭售价，减少了设备的运行费(如采煤机),相对减少了设备折旧费或租赁费。,采煤方法新技术,放顶煤,放顶煤开采的主要缺点是：,放煤时粉尘较大，恶化了井下工作环境；,工作面容易局部积聚瓦斯；,工作面过风断面小,配风比较困难,风排瓦斯量少；,综采放顶煤工作面回采工艺相对复杂,既有前方采煤机割煤,又有支架后方放煤。割煤与放煤两道工序如不能有效协调将影响工作面效率,生产管理复杂；,采空区遗留的浮煤不利于防止自燃；,放顶煤相对于大采高顶煤回收率低，含矸率高。放顶煤可造成了,5%,的灰分增加,工作面平均回采率,80%,左右,阳泉、兖州、潞安矿区最高达到,85%,盘区回采率仅为,71%,。,采煤方法新技术,放顶煤,顶煤的冒放性是指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。在什么条件下，顶煤冒放性好，可采用放顶煤开采，在什么条件下，顶煤冒放性差，不能采用放顶煤开采，必须有一个确定的评价。为了评价具体条件下顶煤的冒放性，则应该弄清影响顶煤冒放性的主要因素及其影响规律，并且根据诸因素的影响程度大小进行综合评价。影响顶煤冒放性的因素很多，从总体上可分为,地质因素,和,技术因素,两大类。,采煤方法新技术,放顶煤,影响顶煤冒放性六大地质影响因素,开采深度,煤层厚度（,最大煤层厚度,和,最小煤层厚度,）,煤层强度,夹矸,顶板岩层,煤体中的节理与裂隙,影响顶煤冒放性技术影响因素,采放比、工作面长度、放煤方式、放煤步距,采煤方法新技术,放顶煤,大采高,采煤方法新技术,大采高综采,大采高综采一般认为是指分层高度和采煤机割煤高度大于,3.5m,的综采。大采高采煤法适合煤层厚度为,3.5,5.5m,煤层及顶底板中硬以上的地质条件。目前大采高工作面最大采高在国内外已达,6m,。随着大采高设备和技术的进步,大采高综采已成为我国高产高效矿井的主要采煤方法之一。,我国从八十年代中期开始试验大采高综采，直到,1995,年才有所发展，超百万吨的大采高工作面数目占,7.7%,，产量占,7.4%,，最高单产为邢台东庞矿，,1997,年达,260,万吨，其最大采高为,4.5m,。国外大采高支架的最大高度为,5.5m,，但工作面采高最大仅,5m,，且高产高效的效果并不显著。,大采高综采的矿压显现特征,大采高综采工作面支护强度高，工作面支护强度平均 达到832,0kN/m2，,较我国顶板分类所要求的支护强度高1030。,动载系数小，虽然统计工作面的顶板类型不同，但动载系数差别不大，一般为1.21.3，均较普通综采的动载系数小。,支架载荷分布以正态为主，与普通采高随顶板级别不同而出现的四种分布不同。,采煤方法新技术,大采高综采,大采高综采的主要特点：,1,、矿井井型大型化（最高神东补连塔,2700,万,/a,）,2,、开拓布置单一化（一个水平、一层煤、一个工作面）,3,、煤炭生产集中化（工作面长度,300m,左右，顺槽,6000m,左右）,4,、设备选型配套合理化（三种：纯国产、国,-,外、全进口）,5,、培训管理科学化,美国的格言,:,培养一个可靠的人比创造一台可靠的机器更难,6,、工作面搬迁快速化,7,、通风系统简单化,8,、巷道掘进联合机组化,采煤方法新技术,大采高综采,大采高综采较综放有以下优点：,大采高采煤法工作面及进风巷和回风巷过风断面大,通风阻力小,容易配风，风量大,(,断面的增大使工作面风量增,20,30m,3,/s),回风上隅角的瓦斯容易被稀释掉；,大采高采煤法工作面主要产尘源就是机组割煤。只要加强机组内外喷雾,在提高机组喷雾的雾化程度的情况下加适当比例的降尘剂,并利用抽放钻孔进行煤尘注水,降尘效果会更好；,大采高采煤法利用大功率高效能重型成套机电设备,移架速度快,工作面直接生产成本低，经济效益好；,大采高采煤法的回采工艺单一,管理简单；,工作面可靠性高，采、装、运和支护设备综合开机率达,90%,以,可提高工作面回采率。,采煤方法新技术,大采高综采,大采高工作面存在如下问题：,若采高大，易片帮，增大了工作面冒顶的几率,影响产量和生产安全。,工作面的机动性变差,对地质条件的适应性差,资源损失增大。,设备更大型化、复杂化，维护量和管理难度增加。为实现高产,大采高工作面的采煤机等主要设备目前需要引进，设备投资大。,对巷道断面要求比较高，掘进工程量大，掘进成本高。,对管理水平及工人操作技能要求高。,采煤方法新技术,大采高综采,大采高综采的局限性及相应的解决办法,1),工作面冒顶问题,采用改进的二柱掩护式支架已经成功的解决了工作面冒顶问题,这是由于二柱式液压支架的结构及工作原理极大改善了工作面的围岩受力条件。,2,）工作面煤壁片帮问题,采用两柱式液压支架可以有效防止工作面片帮,同时还可根据情况确定采取以下防片帮措施：液压支架设护帮装置,护帮高度不小于,800mm,，必要时可设置二级护帮板,最大护帮高度可达,2m,以上，采煤机上方设,45,挡煤板；采煤机采用