第三章、近水平、煤层的开采技术.ppt

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,*,第三章 近水平、缓倾斜和中斜采煤方法,第一节 采煤方法概念,1.,采煤工作面,煤矿开拓和掘进必需的巷道之后，形成了进行采煤作业的场所。,如图,5-1,所示。,图,5-1,工作面空间和采空区,a-,开切眼；,b-,在开切眼附近；,c-,正常回采时,2.,采煤工艺：,采煤工作面各工序所用方法、设备及其在时间、空间上的相互配合称为采煤工艺。,回采工艺过程包括破煤、装煤、运煤、支护和处理采空区等五道主要工序。这些工序按破煤、装煤运煤、移输送机、支护、处理采空区的顺序依次进行。,3.,采煤工艺方式：,爆破采煤工艺、普通机械化采煤工艺和综合机械化采煤工艺三类。,4.,采煤方法：,采煤工艺与回采巷道布置及其在时间上、空间上的相互配合叫采煤方法。,5.,壁式体系采煤法,：,走向长壁采煤法：长壁工作面沿煤层走向推进的采煤方法，即为走向长壁采煤法；,倾斜长壁采煤法：长壁工作面沿煤层倾斜推进的采煤方法，即为倾斜长壁采煤法。如图,5-2,所示。,图,5-2,两种采煤方法示意图,第二节 长壁工作面采煤工艺,一、采煤工作面矿山压力,（一）顶板与底板,图,5-3,煤层、顶板、底板的相对位置关系,（二）采动后顶板活动的一般规律,长壁工作面,如图,5-4,所示。,图,5-4,直接顶初次垮落,1.,直接顶初次垮落：,2.,岩石碎胀系数：岩石破碎后与破碎前体积的比值叫岩石碎胀系数。,3.,直接顶充填系数：直接顶厚度与煤层采高的比值。,如图,5-5,所示,。,图,5-5,直接顶垮落后的岩石充填情况,图,5-6,基本顶呈双固定支点梁状态,4.,基本顶初次来压：基本顶初次破断在采煤工作面引起的矿压显现称为初次来压（如图,5-7,所示）。,5.,基本顶周期来压：基本顶周期折断在采煤工作面引起的矿压显现称为周期来压；基本顶岩梁周期性折断的距离叫做基本顶周期来压步距（如图,5-8,所示）。,图,5-7,基本顶初次来压,图,5-8,基本顶周期来压,（三）采煤工作面顶板分类,表,5-1,直接顶类别代号及名称,类别,1,类,2,类,3,类,4,类,1a,1b,不稳定,中等稳定,稳定,非常稳定,岩性和结构特征,泥岩、泥页岩，节理裂隙发育或松软。,泥岩、碳质泥岩，节理裂隙发育。,致密泥岩、粉砂岩、砂质泥岩，节理裂隙不发育。,砂岩、石灰岩，节理裂隙很少。,致密砂岩、石灰岩，节理裂隙极少。,（四）采煤工作面围岩支承压力及其变化,1.,原岩应力：天然存在于原岩内的应力叫做原岩应力。,2.,支承压力：采煤后，由于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压力，叫支承压力。如图,5-9,所示。,3.,矿压：存在于采掘空间围岩内的力叫做矿山压力，简称,“,矿压,”,。,4.,应力集中系数：工作面周围岩体内最高应力与原始应力的比值叫做应力集中系数。,图,5-9,工作面周围岩体内应力重新分布概况,5.,支承压力分布,:,（,1,）工作面：（图,5-9,所示,）,（,2,）底板传递：（图,5-10,所示）,煤体上的支承压力还会传递到底板岩层中，如图,5-10,所示。,图,5-10,底板应力升高区示意图,二、爆破采煤工艺,爆破采煤工艺，又称“炮采”，指在长壁工作面用爆破方法破煤和装煤、人工装煤、输送机或溜槽运煤和单体支柱支护采空区的采煤工艺。,1.,破煤：,（如图,5-11,所示）,图,5-11,炮采工作面炮眼布置图,2.,装煤：爆破装煤、人工装煤和机械装煤三种。,3.,运煤：可弯曲刮板输送机和溜槽运煤。,4.,支护：,单体液压支柱和铰接顶梁支护采空区。,图,5-12,、图,5-13,图,5-12,单体液压支柱结构,图,5-13,金属铰接顶梁结构图,5.,处理采空区：全部垮落法、充填法和煤柱支撑法等三种。,6.,炮采工作面回采工艺过程如图,5-15,所示。,图,5-15,回采工艺过程,7.,采煤循环：循环就是采掘工作面周而复始地完成一整套工序的过程。采煤工作面的循环，即完成落煤、装煤、运煤、支护和处理采空区的全过程。,以放顶为标志，称为一个循环。,图,5-16,炮采工作面循环作业图表,8.,循环图表：循环图表表示工作面各工序进行的时间和空间位置关系。,三、普通,机械化,采煤工艺,普通机械化采煤工艺，简称“普采”，是用机械方法破煤和装煤、输送机运煤、单体支柱和铰接顶梁支护采空区顶板的采煤工艺。普采工作面布置如图,5-17,所示。,图,5-17,普采工作面布置示意图,1.,工作面主要设备：采煤机、输送机、单体液压支柱、铰接顶梁。,图,5-21,单滚筒采煤机端头进刀工艺过程,2.,采煤工艺：,（,1,）采,破、装、运：由采煤机和输送机完成。,（,2,）控,支护、处理采空区。,3.,普采工作面的采煤工艺过程为：,图,5-21,所示为单滚筒采煤机斜切进刀的工艺过程。,4.,图,5-22,是普采工作面循环图表。,图,5-22,普采工作面循环作业图表,四、综合机械化采煤工艺,综合机械化采煤，简称,“,综采,”,。在长壁工作面用机械方式破煤和装煤、输送机运煤和液压支架支护顶板的采煤工艺。,1.,综采工作面配备的主要设备有：双滚筒采煤机、可弯曲刮板输送机、自移式液压支架。,综采工作面使用的液压支架有：支撑式、支撑掩护式、掩护式等三种。,（,1,）支撑式自移式液压支架如图,5-23,所示。,（,2,）掩护式自移式液压支架如图,5-24,所示。,（,3,）支撑掩护式自移式液压支架如图,5-25,所示。,图,5-23,支撑式液压支架,图,5-24,掩护式液压支架,图,5-25,支撑掩护式液压支架,2.,综采工作面布置如图,5-26,所示。,图,5-26,综采工作面布置,3.,采煤工艺：,（,1,）采,破、装、运：由采煤机、输送机完成。斜切进刀方式，图,5-27,。,（,2,）控,液压支架：及时支护,采煤、移架、推溜；滞后支护,采煤、推溜、移架。,图,5-27,采煤机端部斜切进刀工艺过程,4.,图,5-28,是综采工作面典型循环图表,图,5-28,综采工作面循环作业图表,第三节 放顶煤采煤工艺,放顶煤采煤工艺实质是，在开采煤层的底部（沿底板或在煤层中某一高度范围的底部）布置一个回采工作面，用常规的机械化采煤方法进行回采，工作面上方的顶煤，利用矿山压力的作用或辅以人工松动方法使其破碎，并随工作面推进在后方放出。这种采煤工艺称为放顶煤采煤工艺。,1.,放顶煤综采工作面设备布置如图,5-29,所示。,2.,放顶煤采煤工艺,（,1,）综采（底煤）；,（,2,）放顶煤：顶煤破碎；放煤步距；放煤方式,3.,优缺点：,放顶煤综采工艺与分层综采工艺相比具有工艺简单、产量高、效率高、材料消耗少、巷道掘进工程量少、工作面搬家次数少、成本低等优点。,目前顶煤损失相对较多、自然发火控制难度大、工作面煤尘大、瓦斯易积聚等问题依然较为突出。,图,5-29,放顶煤综采工作面设备布置,图,5-30,放顶煤综采工作面放顶煤支架类型,第四节 回采巷道布置系统,形成采煤工作面及为其服务的巷道叫回采巷道。主要有开切眼、工作面运输巷、工作面回风巷等。,一、回采巷道的布置方式,图,5-31,回采巷道的布置形式,（,1,）单巷式；,（,2,）双巷式；,（,3,）一条半布置；,（,4,）多巷式布置。,如图,5-31,所示。,二、几种布置方式的优缺点和适用条件,三、回采巷道布置特点,图,5-32,区段平巷的坡度及方向,四、区段平巷的布置,巷道布置的内容：巷道用途、数量、位置和巷道之间的时空关系,1,、普采或炮采区段平巷布置,1,）区段回风平巷（轨巷）：,（,1,）,功用：轨道运输、回风、行人。,（,2,）要求：与采面上出口相连，必须沿煤层掘进；,断面要符合运输、通风、行人、安全等要求；,1,）区段回风平巷,轨道要求：,i,、,坡度,i=3,5%,0,，,有时,6,10%,0,，以利于 矿车运输、流水；,ii,、,能适应弯道。,1t,矿车，,R 6 m,，,1.5t,矿车，,R 9m,iii,、,轨距与全矿一致,（,3,）施工措施：（,working,）,轨道要求巷道按腰线沿煤层走向掘进。,两端安绞车时也可以按中线掘进，分段取直。,2,）区段运输平巷（机巷）,（,1,）功用：铺输送机，运煤或物料，行人。,（,2,）要求：,与采面下出口相连，必须沿煤层掘进。,位置、断面利于装运煤。,方向要求直或分段取直，利于运煤。,链板输送机每部长,200m,，,允许弯度值,12m,2,风巷：铺轨。以设备最大外廓尺寸定，,S 10m,2,。,（,1,）,机巷、风巷定向取直、平行布置，保持采面等长；,（,2,）机巷、风巷分段定向取直、平行布置，保持采面等长；,（,3,）施工技术：沿中线定向取直或分段取直。,3,、高产高效综采工作面区段平巷布置特点,1,）巷道布置（坡度及方向等）：同普采、综采。,2,）巷道支护,锚网支护，适应产量高、推进快的要求。,3,）加大工作面连续推进长度,设中切眼。,（,1,）中切眼,在采面推进方向走向中部开掘的、连通机巷、风巷且与开切眼长度相近的联络巷。,（,2,）中切眼位置,根据采面连续推进长度及设备性能，避开应力集中区，选择围岩稳定、无淋水的地段。,与区段平巷交角为,85,O,为宜。,（,3,）中切眼断面及支护,断面,10m,2,；,支护,锚网支护,平六矿：煤巷锚杆间距,0.7m,，,锚杆长,1.8m,，,冷拔钢丝网，,14,#,钢丝，网孔,40*40mm,（,4,）,中切眼作用,：,解决掘进期间局部通风问题,如：,JBT,局扇或,JBD622,局扇，有效供风长度,700m,利用中切眼，缩短了供风距离，减少了风筒占用量，降低了风阻，提高通风效率。,中切眼作用,解决长距离掘进供电问题,综合掘进机容量,300kW,以上，低压供电困难；设中切眼后，可将移动变电站放在中切眼附近，高压供电,增加安全避灾通道,加快了巷道掘进速度：风巷煤可通过中切眼从机巷一起运出，材料由风巷运进方便,（,5,）通过中切眼方法,采面通过中切眼前，提前,30,50m,（,动压影响之外）加强支护或替换支护。,保持采面与中切眼交角为,85,o,拆出风门，设临时风帘。,加强中切眼顶板管理。,4,、最下区段机巷如何布置？,（三）区段平巷布置方式：,1,、双巷布置：,上区段机巷与下区段风巷统一布置,双巷同时一次掘出，轨巷超前,优点：,1,）掘进通风容易；,2,）安全好,进出掘进面有两个出口，对回采也有避灾出口；,双巷布置的优点：,3,）可超前勘探煤层变化，利于为机巷定向；,4,）泄水方便；,5,）易送物料到机巷（安装维修）；,6,）为上、下采面及时接替创造条件。,双巷布置缺点：,（,1,）下区段风巷受采动影响，维护时间长且困难；,（,2,）若设备放在下区段风巷内，需重新移置电路和油管等。,（,3,）损失区段煤柱,2,、一条半巷布置,上区段机巷掘出，,下区段风巷掘一半,优点：同双巷布置，利于接替，一半长巷道易维护。,3,、单巷布置,Fig.9,4,（,b,）,示，分巷布置，,10,o,时，下行风，设备在上巷，可用于低沼矿井。,Fig.9,4,（,c,）,示，设备在机巷，要求机巷大断面。,4,、高瓦斯矿设瓦斯尾巷的双巷布置,高,瓦斯,矿：,Fig.9,5,示，双巷布置设瓦斯尾巷。,（四）单工作面与双工作面布置,Fig.9,6,示，对拉工作面,1,、对拉采面生产系统,运煤：上采面下运,下采面上运,通风：,（,1,）,1,进风，,2,、,3,回风，下采面下行风；,（,2,）,2,、,3,进风，,1,回风，上采面下行风；,（,3,）,串联掺新，,3,、,1,进风，,2,回风。,1,中间运输平巷,2,上轨道平巷,3,下轨道平巷,2,、上、下采面错距：,一般,5m,，,木垛维护。,3,、优、缺点及适用：,优点,减少平巷掘进量和维护量；采出率高；占用设备少；生产集中；管理方便。,缺点,上、下采面交接处难维护。,适用：非综采工作面；顶板中等稳定以上；瓦斯少。,（五）工作面回采顺序,1,、采面后退式,：,Fig.97,（,a,）,示，由采区边界附近向采区上山方向推进采煤。,适用：我国广泛应用,2,、,采面前进式：,Fig.9 7,（,b,）,示，采面由采区上山附近向采区边界方向回采，区段平巷沿空留巷。,问题：少掘巷；采出率高；要求支护技术和手段好；要防漏风；留巷困难。,适用：少用。,3,、,采面往复式：,Fig.97,（,c,）,示。,上采面前进式，沿空留巷；下采面后退式，沿空留巷。,优点：缩短搬家距离；采出率高；少掘巷道。,适用：鸡西、阳泉、开滦均有用。,4,、往复旋转式：,Fig.9 7,（,d,）,示。使综采面旋转,180,，往复回采，沿空留巷。,优点：采面不搬家；少掘巷；,缺点：煤损大；回采技术复杂；转折点难维护，设备折损严重。,适用 ：少。,（六）区段间无煤柱开采的回采巷道布置,1,、,沿空留巷（巷帮充填）：工作面采煤后沿采空区边缘维护原回采巷道前进式沿空留巷：采面前进式回采，沿采空区留出平巷。,2,）后退式沿空留巷：先掘区段平巷到采区边界，采面后退回采，沿采空区留出平巷，为下区段服务。,沿空留巷,3,）往复式沿空留巷：,Fig.9,7,（,c,）,示,4,）沿空留巷,适用：,中倾斜以下，厚,2m,以下的薄及中厚煤层。,沿空留巷比较困难。,沿空掘巷,1),特点：沿上覆岩层稳定的采空区边缘或仅留很窄的煤柱掘巷。,2),沿空掘巷时回采面接替顺序,(1),区段跳采接替方便；巷道掘进量少；生产分散；“孤岛”采煤矿压显现强烈；,适用：采区区段数目多。,单面保持采区产量，区段顺序接替,（,2,）,沿空掘巷,区段顺序接替,区段平巷双巷布置，留煤柱,20,30m,，,回收部分煤柱。,适用：区段数目少；矿压大，不宜跳采时，增加了平巷及联络巷的工程量,