3-2特殊条件采煤工艺.doc

煤矿开采学讲义采煤工艺相关问题 9-59 第四节 特殊条件下综采的工艺特点 主要是薄煤层（3.5m、赋存不规则煤层的采煤工艺。 一、薄煤层综采工艺特点 （一）薄煤层滚筒采煤机采煤的特点 1、采煤机分为骑输送机式和爬底板式两类 骑输送机式只能用于开采厚度大于0.8～0.9m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，可用于开采0.6～0.8m薄煤层；但爬底式采煤机装煤效果差，结构复杂。 2、支架工作阻力和初撑力相对较低，支架调高范围大、伸缩比要达到2.5～3.0左右。 3、刮板机一般使用轻型、边双链，矮机身可弯曲刮板输送机。 4、滚筒转向为正向对滚（左滚筒用右螺旋、顺时针旋转，右滚筒相反。摇臂不挡煤机）、前滚筒割底煤、后滚筒割顶煤（便于采煤机通过）。 5、“三股道”控顶距（人行道、输送机道和割煤道）、缩小控顶距。 （二）刨煤机采煤工艺特点 1、优点 （1）结构简单可靠、便于维修； （2）截深小一般为5～10cm、能耗少； （3）劳动条件好，块煤多，煤粉及煤尘少； （4）劳动强度小。 2、刨煤机类型很多，目前主要使用的是静力刨，主要分为三类 1拖钩刨 2滑行刨 3拖钩滑行刨 3、刨煤方法按煤刨速度Vb与刮板链速度Vl之间关系分为 （1）普通刨煤法VbVl，下行VbVl，Vb、Vl不变。 4、适用条件 （1）软及中硬煤、节理裂隙发育； （2）顶板中等稳定以上，底板平整； （3）断层落差小于0.3m-0.5m，硬结核少、块度小，夹矸位置不影响刨煤； （4）煤层采高小于1.4m，若大于1.4m，则要求煤不粘顶，可自行垮落； （5）煤层倾角15以下，大于15要设全工作面锚固装置。 二、大采高综采面的工艺特点 主要用于煤层厚度3.5-5.0m左右的煤层。 （一）支架歪斜由于采高较大，支架的高度就大，这时，就存在支架歪斜、扭转甚至倒架。为此，在采煤工艺上要采取以下措施 1、割平底板； 2、采直煤壁； 3、带压移架； 4、出现地质构造时，要制订相应的技术措施。 （二）煤壁片帮大采高综采面容易出现大面积片帮，特别是在周期来压时，靠支架本身护不住煤帮，需要采取以下特殊措施 1、 改变工作面推进方向； 2、 用锚杆加固煤帮； 3、 用化学树脂固结煤壁方法用两种 （1） 药包法P60； （2） 注入法P60。 （三）平巷掘进 1、 沿底留顶顶煤不易管理； 2、 沿顶留底端头管理困难，为此 （1） 从工作面中的底板到端部底板的底煤有一缓的曲面，使支架和输送机都能适应； （2） 在端头输送机位置，应有一3-4米的水平面，以便于输送机头的锚固和排头支架的稳定。 （四）适用条件 1）地质构造简单，煤层赋存稳定，倾角12，装防滑、锚固装置； ②防止煤、矸等进入底槽以减小底链运行阻力 ③工作面调成伪斜当煤层倾角8～10时，工作面平与巷成92～93，使推移输送机的上移量与下移量相抵。 ④严格把握移输送机顺序从工作面下端移输送机。 ⑤推移输送机时，用支柱顶住机头，拉紧机尾。 ⑥a18时，设防滑千斤顶。 2、液压支架的防倒防滑 1）倾角加大后的问题 支架下滑，下滑力大于摩擦力 支架倾倒，力矩不平衡 2）防倒防滑措施 工作面调斜 由下向上移架 防止大块煤、矸冲击架尾 防止输送机下滑 保持排头支架的稳定性 间隔移架 3、采煤机的防滑 ①工作面倾角大于15 ，滚筒采煤机，必须有可靠的防滑装置。 ②有链牵引必须设置液压安全绞车，防止断链和下滑外，并为采煤机上行割煤时提供缠绕力，增加割煤牵引力。 ③无链牵引采煤机装备可靠的制动器，可用于煤层倾角40～54，而无须其他防滑装置。 四、综采面调斜和旋转工艺 为了适应地质条件局部变化，综采面常常需要调斜，其实质也就是小角度的旋转。 α≤45时叫调斜，α＞45时叫旋转 1、调斜地点 （1）、工作面折向布置时位于平巷的拐点附近； （2）、采区边界与工作面停采线附近。 2、调斜方案 （1）确定具体的调斜地点应选择煤层稳定、不受采动影响、地质构造少、无老巷的地块段； （2）、旋转中心的选择主要以输送机头为中心旋转机尾。 3、调斜方法 （1）实中心调斜 旋转中心O1点停移输送机 另一端移够一个截深，将输送机调成一直线割煤 问题顶板反复支撑，O1处顶板和煤壁管理困难。 措施煤壁预先加固（打木锚杆）。 （2）虚中心调斜 工作面两端都有一个前移量， 把调斜角α分成若干个小角αˊ 采煤机割过一组长刀和短刀后工作面转过αˊ角，完成了一个调斜循环。 3、工作面调斜和旋转开采时应注意的问题 （1）合理选择旋转中心位置，平巷折线段要有合理长度。 （2）a不能过大，过大易损设备，一般11.5。 （3）要严格掌握进度。 （4）保证煤壁、输送机和支架在直条线上。 （5）防止输送机上窜下滑。 （6）最好以输送机机头为中心，旋转机尾。 第五节 综采工艺的特殊技术措施 一、综采面过地质构造的措施 ①改工艺地质构造过分发育的块段，采用炮采工艺； ②改设计在工作面布置时将断层留在区段煤柱内，或虽然工作面内有断层，但与工作面交角不宜太小，以减小对工作面的影响程度； ③改方向采用调斜的方法，改变工作面的推进方向，躲开地质变化带； ④改大小工作面推进中，发现了未知的、工作面难以通过的地质构造时，可将工作面甩掉一部分，其余部分继续推进，过后再对接为整面； ⑤搬迁遇到较大地质构造时，需做各种比较，权衡利弊，若强行通过地质构造代价太大，则应搬迁工作面。 （一）综采面过断层 1、综采面过断层的方法 （1）落差小于煤层厚度和支架最小支撑高度之差，可直接通过断层。 （2）断层落差大于二者之差，用采煤机截割顶底板岩石通过断层，当顶底板岩层坚硬、采煤机截割不动时，则可采用爆破方法挑顶或下切通过断层。 2、过断层措施 （1）为了减少断层在工作面内的暴露范围，遇断层时应适当调整工作面方向； （2）应按断层性质、落差及顶底板岩层硬度等因素确定采用挑顶及下切，做到既有利于维护顶板又减少破岩量； （3）当岩石普氏系数f＜4时，可用采煤机直接割岩，牵引速度应减小；滚筒能变速的采煤机，滚筒用低速旋转。 （4）过断层时要预先逐步减小采高，以减小破岩量和增加支架的稳定性，但是支柱要留有足够的伸缩余量，以防压死支架； （5）当断层地段需要下切或留底进行侧斜回采时，应使顶底板形成平缓的侧斜变化，以使支架和输送机槽处于良好工作状态。 （6）断层附近可采取以下支护措施 ①断层处先架设倾斜梁、倾斜棚或斜交梁，采取间隔移架，先移的支架顶梁拖住倾斜梁后再移邻架； ②在煤壁上预先掏梁窝架设超前梁或超前走向棚； ③尽量采取带压移架方式； ④顶板冒孔处应架设木垛或用其他材料充填，对破碎地带的顶板可用锚杆或向钻孔内注入化学胶结性溶液，以固结顶板； ⑤沿断层开岩巷、巷道顶板用普通锚杆支护，两帮用木锚杆支护，沿断层开巷时巷道的宽度与高度必须与综采面尺寸相适应。 （二）综采面过其他地质构造 1．过陷落柱 （1）对面积较大的陷落柱，一般采用绕过的方法； （2）当工作面遇到直径小于30m的陷落柱时，视陷落柱岩性，一般采用强行通过的方法。其步骤如下①采用控制爆破、采煤机清矸的方法；②在工作面陷落柱范围内降低采高；③陷落柱地段与工作面正常地段之间，保持一段采高逐渐变化的长度，以使支架和输送机能够适应；④陷落柱两侧的工作面正常地段，可提前移架。 2．过褶曲带 （1）当采区有大褶曲时，应使工作面的推进方向垂直于背、向斜轴； （2）当采区有小褶曲带时，可用采煤机适当下切或留底、割顶，使顶底板形成缓和的曲面，以便于设备通过。 三综采工作面通过旧巷道 1、工作面通过本煤层旧巷道时，首先将旧巷内的支架修好，最好采用单体液压支柱； 2、工作面过石门时，要在石门口处填满矸石，或加木垛支护并铺上木板。 二、综采面的拆卸和安装 （一）综采面设备拆除 1．拆除期间的顶板控制 方法金属网加木板梁、金属网加钢丝绳、金属网加钢丝绳加锚杆。 （a）金属网加木板； （b）金属网加钢丝绳； （c）金属网加钢丝绳加锚杆 1－金属网；2－钢丝绳；3－棚梁； 4－自移支架；5－锚杆；6－贴帮柱；7－木板梁 2.综采设备的拆除方法 综采设备的拆除顺序，一般是先拆输送机的机头和机尾，继之拆采煤机和输送机机槽。 支架的拆除顺序多为后退式，即从工作面的运输巷端退向回风巷端拆除。 （二）综采工作面的安装 1.开切眼的扩大及支护形式 （1）开切眼的扩大如果顶板稳定、压力较小时，可一次先扩完，然后安装设备；反之，如果顶板破碎、压力较大时，可分段扩面，边扩面边安装，即将工作面分成30～50m的几段，扩完一段安装一段。 （2）开切眼支护采用与工作面推进方向一致的棚子加铺顶网支护或采用锚杆加顶网支护。 2.综采设备的组装地面工业场地、井下巷道、工作面组装三种方式。 3.综采设备运进工作面的方法可用绞车将设备拖入工作面，即在工作面的两端头出口处各设置一台小绞车，首先用绞车将支架沿底板拖至安装地点，再用两台绞车转向、对位和调正。 用绞车拖运支架 （b）输送机滑板；（a）轨道滑板；1、2、3－小绞车 4.综采面的安装顺序 （1）前进式支架的安装顺序与运送方向一致，支架的运输路线始终在已安装好支架的掩护下，支架运进时要架尾朝前，便于调向入位。 （2）后退式安装一般开切眼一次扩好，并铺好轨道，或直接在底板拖运，然后由里往外倒退式安装支架，支架安装完毕再铺设工作面输送机，最后安装采煤机。 综采面设备安装顺序 （a）前进式安装；（b）后退式安装；1、2、3－小绞车 第六节 采煤工艺方式的选择 我国三种工艺方式并存由于地质条件和煤层赋存条件的复杂性及技术装备的多层次性。 炮采的技术装备投资少，技术容易掌握，管理简单，机械化水平低，人工劳动强度大，效率低，但对地质条件适应性强。 普采的设备的价格约为综采设备价格的1/4，产量约为1/3。 综采是发展方向其优点是高产、高效、安全、劳动条件好和劳动强度小。缺点是设备价格高，初期投资大，受地质条件限制大。 一、适于采用综采工艺的条件 优先装备综采的条件 序号 使用条件 井型 （Mt/a） 煤层厚度（m） 煤层倾角 地质构造 基本顶（级别） 直接顶（类型） 备注 1 中厚煤层 ＞1.20 1.3～3.5 ＜15 比较简单 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 1、2、3 大型矿井 2 厚煤层开采 ＞1.20 ＞5 ＜15 比较简单 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 1、2、3 大型矿井 3 厚煤层一次采全高 ＞1.20 3.5～4.0 ＜15 比较简单 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 1、2、3 大型矿井 4 经济型综采 ＞0.60 3.0以下 ＜15 比较简单 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 1、2、3 中型矿井 二、适用于普采工艺的条件 以发展采煤机械化为重点而又没有条件上综采的中小型矿井。 三、炮采工艺的主要特点 炮采工艺技术装备投资少，适应性强，操作技术容易掌握，生产技术管理比较简单，在我国小型矿井和地质构造复杂条件下目前仍然是主要的采煤工艺方式。 第七节 采煤工作面工艺设计 一、采煤机开机率 1、开机率采煤机实际运转的时间占全日或可利用的采煤作业时间的百分比。它综合反映了机采面的地质条件、管理水平、设备使用情况和采区各生产系统的可靠性。 日开机率 采煤班开机率 T全天工作时间，1440min； T2采煤作业时间（去掉准备时间和走路时间后的时间），min； t1纯割煤时间，min； t2跑空刀时间,min； t3端头操作及进刀时间,min。 2、提高开机率两种途径 （1）工作面内部 提高检修速度和质量；缩短端头操作时间；降低机电事故和顶板事故率；加强组织管理。 （2）工作面外部 减少路途时间；提供采区及全矿系统可靠性；合理确定工作面参数。 二、循环及循环完成率 （1）循环的概念在采煤工作面内规定的时间内保质、保量、安全地完成采、装、运、支、处这样一个采煤全过程，叫做正规循环，通常简称循环。 （2）循环的标志炮采和普采是以回柱放顶为标志；综采于移架为标志。 （3）循环的方式一日单循环和多循环两种。 （4）循环完成率由于各种原因未能实现正规循环时，完成正规循环的比率。 （5）要求η≥80 （6）循环进尺每完成一个循环工作面的推进距离。 三、工作面生产能力 式中N日循环数； L工作面长度，m； M煤层采高，m； B循环进度m； γ煤的容重； C煤层采出率，； η循环完成率，，设计时可不考虑。 机采面N由下式计算 式中l斜切进刀长度,m； Vc、Vk采煤机割煤、清浮煤时速度，m/min； t3端头操作及进刀时间，min。 四、工作面长度 影响工作面长度的因素 （一）地质因素 构造工作面长度方向上应以大的断层、褶曲、煤层厚度变化带、倾角变化带为上下边界。 煤厚煤层较薄，工作面过长，作业困难 倾角煤层倾角a25，工作面不宜过长 顶板顶板破碎，工作面不宜过长。 瓦斯瓦斯涌出量限制工作面长度 V工作面允许的最大风速，4m/s； M采高，m； S工作面最小控顶距，m； Cf风流收缩系数，取0.90.95； qb昼夜产煤一吨所需风量，m3/min； B循环进尺，m； P煤层生产率（单位面积出煤量），PMγC； N昼夜循环数。 （二）技术因素 （1）受设备限制国产刮板输送机150200m，一般工作面长80200m （2）工艺炮采工作面较短；普采工作面长度可适当加大；综采工作面最长 （a）、缓斜煤层综采面长一般120200 采高1.3m时，L120-150m； 采高1.3-3.5m时，L150-240 m； 采高3.5-4.5m时，L120-180m。 （b）、普采面长采高不超过2.5m1.3-2.5m，L120-180 m。 （c）炮采面长装备较高，地质条件较好，与机采面相同，否则应短。 在缓倾斜煤层中炮采80120；普采100150； （3）管理水平工作面愈长，技术管理水平要求愈高。 （三）经济上因素 1日进刀数，2工作面日产量，3工作面效率 产量、效率和日割煤刀数的增加都只是在一定长度范围内，超过这个范围反而会下降。 五、采煤工作面劳动组织形式 长壁工作面劳动组织形式主要有以下三种 1、分段作业 采用综合工种。工作面分段，每段由一组负责。 优点便于劳动力反搭配和培养多面手；工人熟悉工作点情况、作业安全。 2、追机作业 采用专业组。 优点工种单一、效率高。缺点分工过细，强度大，易窝工。 3、分段追机作业 以上两种形式的综合。 六、采煤工作面作业形式 一昼夜內，采煤工作与准备工作在时间上的配合关系。有以下四种 A、“两采一准”或“边采边准” 两采一准是昼夜三班，两班采煤，一班准备，一日完成一个循环。 边采边准是也昼夜三班，三个都是采煤班，每班留两个小时时间用来作设备检修等准备工作。 这种方式适合于普采面。 B、“两班半采煤、半班准备” 这种方式适合于综采面。 C、“三班采煤、一班准备” 即四六工作制，每天四班，每班六小时。 这种方式适合于综采面。 D、“四班交叉作业” 每天四班，每班八小时，每班首尾两小时工人共同工作，这主要用于炮采面，这时可把工作量大的装煤放在交叉时间内来进行。 七、采煤工作面作业规程的内容及编制步骤 （一）、编制内容 1、工作面基本概况 2、工作面的地质状况 （1）煤层性质 （2）围岩性质 （3）地质构造特征 （4）瓦斯、煤尘及煤炭自然发生状况 （5）水文地质状况 （6）工作面煤炭储量 3、采煤方法 （1）工作面的巷道布置系统图 （2）采煤工艺设计 4、工作面主要生产系统 5、工作面的循环图表 6、安全管理制度 7、安全技术措施 8、灾害事故防治措施 9、煤质管理措施 （二）作业规程编审步骤 1、收集整理资料编制作业规程初稿 2、集体研讨定稿 3、作业规程审批 4、作业规程的贯彻落实 5、作业规程的修改与补充措施 （三）编制作业规程注意事项 1、编制作业规程必须符合工作面的基本条件，切实可行。 2、作业规程要文字简明易懂，图表清晰准确，计算规范无误，措施齐全可行。 3、严格按煤矿安全规程的有关规定和设计规范的有关要求。 4、选择合理的作业形式和劳动组织方式，各项指标要具有一定的先进性，使工作面的生产技术管理达到先进水平 （四）、相关问题 1、工序流线图 2、采煤工面循环作业图常用符号 3、劳动组织表 劳动组织表是根据工作面的作业形式与循环作业各工种工作量和企业劳动定额规定，计算确定各工种所需定员数目，列表表示工作面个工作班不同工种应出勤人数、工时、各班及工作面所配备人员总数。 4、技术经济指标表 （1）采煤工作面技术条件 （2）采煤工作面地质条件 （3）循环作业组织概况 （4）主要技术经济指标 5、工作面布置图 工作面布置图是按一定的比例绘制工作面正常生产时支护设备布置的基本情况，利用断面图反映采煤工作面最大控顶距和最小控顶距断面特征的图件，是进行工作面风量分配、风速计算的基础。 习题 1、简述开机率概念及计算方法。 2、写出工作面生产能力计算公式。 3、试分析工作面的合理长度及影响合理长度的因素。