第五章 近水平、缓倾斜和中斜采煤方法,第一节 采煤方法概念第二节 长壁工作面采煤工艺第三节放顶煤采煤工艺 第三节 回采巷道布置系统,2017/5/29,2,第一节 采煤方法概念,一、工作面与采空区,2017/5/29,3,第一节 采煤方法概念,2017/5/29,4,第一节 采煤方法概念,二、采煤工艺（回采工艺）1.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。破煤、装煤、运煤、支护和处理采空区等2.回采工艺过程：在一定时间内，按照一定的顺序完成回采工作各项工序的过程。,2017/5/29,5,第一节 采煤方法概念,破煤：有人工、机械、爆破、水力等方式。装煤：爆破装煤、人工、机械等方式。运煤：刮板运输机或溜槽等。支护：木支柱、单体液压支柱（摩擦支柱）铰接顶梁支护、液压支架等。处理采空区：回柱放顶、移架放顶、充填等。,2017/5/29,6,3.按不同的破煤与支护方法，回采工艺可分为: 1）普采：用采煤机破煤、装煤，单体液压支柱（摩擦支柱）、铰接顶梁支护。 2）综采：用采煤机破煤、装煤，液压自移支架支护的方式。 3）炮采：用钻眼爆破法采煤，木支柱或单体液压支柱（摩擦支柱）、铰接顶梁支护。,2017/5/29,7,4.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。走向长壁采煤法:长壁工作面沿煤层走向推进的采煤方法。倾斜长壁采煤法:长壁工作面沿煤层倾斜推进的采煤方法。,第二节 长壁工作面采煤工艺,2017/5/29,9,一、采煤工作面矿山压力1. 顶板与底板(1)顶板：赋存在煤层之上的邻近岩层。 伪顶：位于煤层之上、随采随冒落的极不稳定岩层，其厚度一般在0.5m以下，岩性多为炭质页岩。 直接顶：位于煤层或伪顶之上有一定的稳定性，移架或回柱后能自行垮落的岩层，岩性多为砂页岩、页岩 基本顶：又称老顶。位于直接顶或煤层之上，通常厚度及岩石强度较大、难以垮落的岩层。(2)底板：赋存在煤层之下的邻近岩层。,2017/5/29,10,2. 采动后顶板活动的一般规律直接顶初次垮落：当直接顶垮落高度超过0.5m，沿工作面方向垮落长度超过工作面总长度的50%。直接顶初次垮落距：直接顶初次垮落时工作面煤壁至开切眼煤帮之间的距离。（620m，与岩性有关）,2017/5/29,11,岩石破碎后与破碎前体积的比值叫岩石碎胀系数。岩石碎胀系数一般在1.251.5。 直接顶厚度与煤层采高的比值，叫直接顶充填系数。24倍。基本顶（老顶）得到岩石支撑，基本顶（老顶）的弯曲下沉与断裂幅度小、对回采工作面影响很小。,2017/5/29,12,初次来压：基本顶第一次破断在采煤工作面引起的矿压显现。（顶板下沉加快、煤壁片帮严重、支柱受力增大，当回采工作面过基本顶断裂线时，甚至发生顶板台阶下沉 ）基本顶初次来压步距：开切眼到初次来压时工作面推进的距离。(2035m),2017/5/29,13,周期来压：基本顶周期折断在采煤工作面引起的矿压显现。基本顶周期来压步距： 基本顶岩梁周期折断的距离。 基本顶来压期间工作面支架上的载荷平均值与没有来压时的载荷平均值之比叫动载系数，又称顶板来压强度系数。,2017/5/29,14,3. 采煤工作面顶板分类 直接顶分为四类（不稳定、中等稳定、稳定、非常稳定）,基本顶分为四级（不明显、明显、强烈、强烈），基本顶初次来压步距、直接顶充填系数,2017/5/29,15,4. 采煤工作面围岩支承压力及其变化原岩应力：天然存在于原岩内的应力。包括：由岩石自重造成的自重应力和由地壳运动造成的构造应力。,2017/5/29,16,煤层埋藏深度为H，岩层的平均容重为，自重应力为：H。构造应力难以计算。,垂直应力,(Brown & Hoek, 1978),开采深度,垂直应力: 岩层因自重引起的垂直应力随深度增加呈线性增大。,2017/5/29,17,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压力，叫支承压力。矿山压力：存在于采掘空间围岩内的力，简称“矿压”。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。前支承压力：K=24，峰值210m，2030m。侧支承压力：K=23，峰值820m，3040m。,2017/5/29,18,底板岩层中的巷道，也应避开应力升高区。,2017/5/29,19,二 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工作面的采煤工艺。1、破煤：2、装煤：3、运煤：4、支护：5、处理采空区：全部跨落法（另：充填法、煤壁支撑法）,炮眼布置,装煤：爆破、人工、机械,运煤：可弯曲刮板输送机和溜槽,一般在倾角小于20时，采用可弯曲刮板输送机运输；在倾角大于20时，可采用搪瓷溜槽；倾角大于25时，可采用铁溜槽或沿底板自溜。,支护：单体液压支柱（摩擦支柱、木支柱）和铰接顶梁支护采空区, 金属铰接顶梁,采空区处理：全部垮落法、充填法、煤柱支撑法,三四（或三五）排控顶方式,以放顶为标志，完成破、装、运、支、处的全过程，称为一个循环 。循环图表：各工序的时间和空间位置关系。,（修改书上图例）,炮采工艺方式劳动强度大、安全状况差、产量和效率相对较低。但所用设备简单，投资省，对复杂地质条件的适应性强，采出煤炭块度大，随着毫秒爆破技术和双速刮板输送机的应用，工作面单产水平近来有较大提高，目前国内在地质条件较复杂的煤层开采时仍较广泛应用。,2017/5/29,28,三、普通机械化采煤工艺,2017/5/29,29,三、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。回采工序如下： 1、破煤： 2、装煤： 3、运煤： 4、支护： 5、处理采空区：,2017/5/29,30,单滚筒采煤机或双滚筒采煤机,截割深度，一般为0.61.0m。,2017/5/29,31,弯曲刮板输送机：运煤、采煤机行驶的轨道,2017/5/29,32,开切口：爆破方法,割煤方式主要有：双向割煤往返一次进一刀；双向割煤，往返一次进两刀；单向割煤往返一次进一刀等。,2017/5/29,33,单滚筒采煤机端部斜切进刀工艺,（1）弯曲段割煤，直至完全进入直线段；（2）停、推、及端头作业完毕，返回割底煤至端头；（3）向上割顶煤，正常割煤。,2017/5/29,34,采煤、挂顶梁、采煤机下行、移输送机、打柱、做上下切口、回柱放顶、检修（修改书上图例）,2017/5/29,35,普采工艺对煤层地质条件的适应性较强，设备投资省，在劳动强度、安全状况、产量和效率等方面较炮采有较大改善和提高。,2017/5/29,36,四、综合机械化采煤工艺,2017/5/29,37,四、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。回采工序如下： 1、破煤：双滚筒采煤机 2、装煤：采煤机 3、运煤：可弯曲刮板输送机 4、支护：液压支架 5、处理采空区：与炮采同。,2017/5/29,38,掩护式,支撑式,支撑掩护式,支撑掩护式,2017/5/29,39,1、掩护式自移支架：支架挡矸性能良好，但其支撑力主要集中在支架前部，对基本顶来压强烈的顶板适应性差，宜在直接顶破碎而基本顶来压不明显的条件下使用 。,2017/5/29,40,2、支撑式自移支架：支撑力集中在支架后部，挡矸性能不好。对直接顶完整，基本顶来压强烈的坚硬顶板比较适应，不适用于中等稳定以下的顶板。,2017/5/29,41,3、支撑掩护式自移支架：具有支撑式、掩护式支架的特点。适应性比较强，能适用于直接顶破碎又有基本顶来压的采煤工作面。,2017/5/29,42,采煤机双向割煤，往返一次进两刀，即采煤机由一端向另一端割煤、清理浮煤、装煤，在采煤机后23架支架位置，紧随采煤机移架，滞后采煤机2025m推移刮板输送机。,2017/5/29,43,典型的综采工作面端部斜切式进刀工艺过程,a-起始；b-斜切并移直输送机；c-割三角煤；d-开始正常割煤,2017/5/29,44,综采工作面移架方式（1）单架依次顺序式：随采煤机依次逐架前移，该方法操作简单，支护质量易保证，移架速度慢，适用于顶板稳定性差、割煤速度慢的综采工作面。,2017/5/29,45,综采工作面移架方式（2）分组间隔交错式:将支架分组，每组23架，组内顺序前移，组间平行作业。该方法支护质量不易保证，移架速度快，适用于顶板较稳定、高产高效的综采工作面。,2017/5/29,46,综采工作面移架方式（3）成组整体依次顺序式 ：将支架分组，每组23架，组内整体前移，组间顺序前移。该方法支护质量不易保证，移架速度快，适用于顶底板较稳定的综采工作面。,2017/5/29,47,2017/5/29,48,综合机械化采煤工艺机械化程度高，产量高，工作面效率高，工人劳动强度小，安全状况好，是我国机械化采煤工艺的发展方向。,2017/5/29,49,五、放顶煤采煤工艺 放顶煤综采工艺：在厚煤层的底部布置一个采煤工作面，先开采煤层的底部，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的回采工艺。（炮、普、综）,2017/5/29,50,自移式液压支架是放顶煤综采设备的核心,2017/5/29,51,2017/5/29,52,一次破碎、二次破碎,顶煤破碎过程,2017/5/29,53,2017/5/29,54,Z F S 6200 放 顶 煤 液 压 支 架,2017/5/29,55,一刀一放、两刀一放、三刀一放等几种。放顶煤支架的放煤方式主要有：单轮顺序、间隔，多轮顺序、间隔等几种。,2017/5/29,56,放顶煤综采工艺优缺点：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。 主要缺点：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。目前放顶煤综采在我国厚煤层开采中已得到广泛应用。,2017/5/29,57,第三节 回采巷道布置系统,一、回采巷道的布置方式(1)单巷式；(2)双巷式；(3)一条半布置,(4)多巷,2017/5/29,58,轨道巷（回风巷）布置（水平、一般有510的坡度）运输巷直线或分段取直布置双巷布置（探明、辅助运输、排水、接替、掘进通风，主要缺点是维护困难、煤炭损失、联络巷多）,2017/5/29,59,沿空掘巷：工作面回采巷道完全沿采空区边缘或仅留很窄煤柱掘进巷道。,2017/5/29,60,沿空留巷：工作面采煤后沿采空区边缘维护原回采巷道作为下一个工作面的回采巷道使用。,