煤矿现代开采技术课件.ppt

现代开采技术,西安科技大学张恩强2014.8,绪论所谓“现代开采技术”即“现代化矿井”的开采技术。我国煤矿目前整体面貌还很落后，在国家现代化发展中一直处于比较落后的地位。但近10多年来发展很快，在“高产高效”、“安全高效”、“绿色开采”等旗帜下，建成了很多在装备水平、规模和某些指标上处于国际先进水平的优秀矿井，但这些矿井还不能称作现代化矿井。所谓现代化矿井指具有高素质的人才队伍，采用适合矿井开采条件的、具有当代先进水平的设施、设备、技术、管理等，在产量、效率、效益、安全、环保、采出率等方面取得全面的先进指标，并能不断创新、始终保持其先进性的矿井。所谓开采技术，主要由两部分组成：一是开采系统布置技术，二是采煤工艺技术。,主要内容：第一部分 煤矿开采技术及其发展第二部分 长壁综采技术 第三部分 连续采煤机房柱采煤技术,第一部分 煤矿开采技术及其发展,煤矿开采技术由采煤工艺技术和矿井开采系统技术两部分组成，以采煤工艺技术为核心。煤矿开采技术发展以煤矿开采设备发展为标志，其中以采煤工艺设备发展为龙头。主要内容：第一章 采煤方法及其发展第二章 矿井开采系统及其发展,第一章 采煤方法及其发展,第一节 采煤方法概述,一、采煤方法的概念及分类二、采煤工艺三、采煤系统四、采空区处理方式,一、采煤方法的概念及分类,（一）采煤方法的概念采煤方法，简单讲就是大量采出煤炭的方法。由两个要素组成：一个是采煤工作面采煤系统（也叫回采系统）；另一个是采煤工艺。（二）采煤方法分类就采煤系统而言，采煤方法分两大类，一是长壁采煤法，一是房柱采煤法。就采煤工艺而言，按机械化程度分为“炮采”、“普采”、“综采”，虽然这些概念都来自于长壁采煤法，但我认为也可以用于房柱采煤法。就采空区处理方式而言，采煤方法分为充填法、垮落法、煤柱支撑法。这种分类适用于各种矿山。,采煤工艺和采煤系统是由煤层开采条件决定的。煤层开采条件包括煤层厚度、倾角，煤层结构与构造，煤层稳定性，煤层埋藏深度，煤层顶底板条件，煤层瓦斯、自燃条件，煤尘爆炸性、矿井水文条件、矿区环境（生态）条件等。按煤层厚度将煤层分为薄煤层、中厚煤层、厚煤层等，按倾角分为缓倾斜煤层、倾斜煤层、急倾斜煤层等。煤层开采条件不同，采煤方法不同，按煤层厚度和倾角采煤方法分为：缓倾斜、倾斜薄及中厚煤层采煤方法（因为这四类煤层的采煤方法相近）、厚煤层采煤方法、急倾斜煤层采煤方法等。在陕北，由于煤层赋存和环境条件特殊，发展了很多很有特色的采煤方法。,二、采煤工艺,采煤工艺采煤工作面采煤工作（工序）进行的方式和各工序之间在时间、空间上的配合方式。采煤工作落煤、装煤、运煤、支护和采空区处理等工作。其中落煤、装煤、运煤为主要工作，支护和采空区处理为辅助工作。过去把支护和采空区处理两项工作合起来叫顶板管理，现在这种叫法已经不能完全反映其内涵（顶板管理与采空区处理有关，覆岩与地表控制也与其有关）。采煤工作是靠采煤装备完成的，这种装备称为采煤工艺装备。采煤工艺装备是采煤技术的核心，它影响和制约着整个采煤技术的发展。目前我国采用的采煤工艺有炮采、普采和综采。,1.炮采以爆破落煤、人工装煤、可弯曲刮板输送机运煤、单体支架支护顶板的一种采煤工艺。2.普采以滚筒采煤机落煤和装煤、可弯曲刮板输送机运煤、单体支架支护顶板的一种采煤工艺。3.综采以滚筒采煤机落煤和装煤、可弯曲刮板输送机运煤、自移式液压支架支护顶板的一种采煤工艺。综采是一种先进的采煤工艺，发展很快。,三、采煤系统采煤系统指直接为采煤工作服务的巷道系统和在其中建立的煤炭运输系统、辅助运输系统、通风系统、排水系统等生产系统的统称。目前所使用的采煤系统有两大类：长壁系统和房柱系统。1.长壁采煤法采煤系统最常见的长壁采煤系统如图1所示，其巷道系统由工作面（切眼）和两条顺槽组成，为一单巷和双巷相结合的布置方式；煤炭运输系统装备由工作面刮板机和顺槽运输设备组成；辅助运输系统装备由设在回风顺槽中的辅助运输装置和相关车辆组成。,图1 走向长壁综采面采煤系统图1绞车房回风斜巷；2采区回风石门；3绞车房；4采区上部车场；5采区中部车场；6联络巷；7区段运输顺槽；8，10区段回风顺槽；9开切眼,长壁系统特点：（1）采煤工作面长度大，刮板机沿工作面长度铺设，煤炭平行于工作面运输，形成沿工作面全长分布的长廊式作业空间，为采煤工作的平行作业、连续工作提供了条件，只要采煤工作在时间和空间上合理安排和配合，就可实现平行作业、保证连续工作；（2）采煤工作面生产系统完善、合理；（3）工作面通风条件好，顶板管理条件好，生产安全；（4）煤柱少、掘进量小、产量高、消耗少、效率高。,2.房柱采煤法采煤系统图2所示为一连续采煤机房柱采煤法采煤系统，是一典型的房柱系统。其巷道系统由5条纵向布置的巷道和用于贯通他们的联络巷组成；煤炭运输系统装备由连续采煤机的转载机构、梭车（或万向接长机）、给料破碎机、带式输送机等组成；辅助运输系统装备由无轨胶轮车和铲车组成；通风系统设施主要包括永久风墙、纵向风障、风帘等，有时还需要安装局部通风机。特点：（1）采煤工作面及作业空间有限，采煤工作在一个采煤工作面不能平行作业、连续工作；（2）工作面生产的煤炭垂直于工作面运输，运输系统复杂；（3）通风系统复杂，通风效果不好；（4）顶板管理条件不好，管理效果受影响；（5）掘进量大、煤柱多、采出率低、产量有限、效率不高。,图2 连续采煤机房柱采煤法采煤系统及采煤工艺过程图1连续采煤机；2锚杆机；3转车点；4纵向风障；5运煤车；6风帘；7铲车；8给料破碎机；9防火帘；10移动变电站；11永久风墙；12带式输送机,四、采空区处理方式采空区处理即对采出煤炭后留下的空间进行有效的处理。采空区处理的目的：（1）保证开采的安全控制顶板；（2）满足环境保护的要求控制覆岩和地表移动变形和破坏。采空区处理的方式有三大类：垮落法、煤柱支撑法和充填法。1.垮落法分全部垮落法和部分垮落法。全部垮落法与充分垮落法的区别。,2.煤柱法煤柱的留法很多，有临时煤柱，如房柱采煤法中的煤柱；也有永久煤柱，如“三下”开采中的条带煤柱。煤柱有自然煤柱和加固煤柱。3.充填法有全部充填和部分充填之分。全部充填即全面积和全厚度充填；部分充填分部分区域充填和部分厚度充填，部分区域充填包括人造柱。实际上煤柱法、充填法、垮落法相互关联，煤柱留法和充填多少决定了垮落的多少，而垮落的多少是由顶板条件和环境保护要求决定的。,我国在长壁采煤法中主要用垮落法，垮落法的优点很多，但是对环境破坏严重，包括破坏水资源、土地资源、生态资源、地表环境、地质环境等，特别是对地质环境的破坏可能会引发多种地质灾害，影响周期长。从长远考虑，充填法虽增加投资，但会解决很多问题，在有条件时应逐步应用充填法。,第二节 我国长壁采煤法发展概况,一、我国采煤机械化及长壁采煤发展阶段划分二、发展所取得的主要成就,一、我国采煤机械化及长壁采煤发展阶段划分矿井开采技术的发展以采掘工艺装备的发展为龙头和标志。建国以来，我国采掘机械发展大致经历了以下四个阶段：第一阶段，建国初期至1965年，开始发展采煤机械、推行长壁采煤；第二阶段，19651975年，发展长壁采煤机械；第三阶段，1975年至1990年代末期，发展长壁综采；第四阶段，1990年末期至今，发展安全高效及复杂条件综合机械化采煤技术。今后，重点是建设现代化矿井，实现煤炭开采现代化。现代化矿井与高产高效、安全高效矿井的不同在于对安全、环境保护、节能减排等指标有更高更全面的要求。,二、发展所取得的主要成就1.长壁全部垮落综采技术走向成熟成熟的标志：设备全部国产化；工艺技术全面发展；综采面管理水平提高；工作面生产指标全面提高。在上述四个方面均达到或接近国际先进水平。2.长壁全部垮落综采技术得到较全面发展和推广推广：向大倾角发展和推广；向特厚煤层发展和推广；向薄煤层发展和推广。,三、发展所产生的重要影响1.自移式支架的发展带动了矿压理论的发展；2.特厚煤层开采（放顶煤开采和大采高装备开采）、浅埋煤层开采等特殊条件的煤层开采为矿压理论发展提供了新的依据；3.高产高效、安全高效矿井建设在技术、管理等方面带来了很多新的理念，将影响和改变发展的方向和进程；4.安全生产和环境保护的要求给我们带来了很多新的命题，将促进现代化的发展。,第二章 矿井开采系统及其发展,第一节 矿井开采系统 所谓矿井开采系统是指矿井巷道系统和以此为基础，在其中建立的为开采服务的各种系统的总称。矿井巷道系统由各种巷道组成的从地表到达矿体的通道，是矿井生产最重要和最基础的设施。矿井生产系统包括煤炭运输系统、辅助运输系统、通风系统、行人系统、排水系统、供电系统、供水系统、通信系统、安全保障系统等。矿井生产系统是由系统设施和设备组成，其中巷道系统是最主要、最基础的设施。,一、井田划分井田划分是建立矿井开采系统的前提，以矿井开采系统为基础。1.几个概念煤层单元煤层为层状矿体，在煤田内一个煤层的范围很大，为了便于开采，需要对其由大而小逐级划分，直到形成大小合适的条块，再逐条块开采。在煤层划分过程中形成的范围大小不同的各种煤层条块都叫煤层单元。煤田在同一地质年代形成的大面积含煤地带。煤田内煤层是最大的煤层单元，是一种原始的煤层单元。井田在煤田内，划归一个矿井开采的部分。矿井开采是在井田范围内进行的，井田是矿井开采的最大煤层单元，矿井开采设计是从井田划分开始的。,2.井田划分方式（1）井田划分为阶段（2）井田划分为盘区3.井田划分为阶段（1）划分程序。井田-阶段-采区-区段或井田-阶段-条带或井田-阶段-分段（2）几个概念阶段在井田范围内按一定标高将煤层划分为若干走向长条，每个长条为一阶段。采区在阶段内沿走向将煤层划分成若干块段，每一块段为一个采区。区段在采区范围内沿倾斜将煤层划分为若干走向长条，每个长条为一区段。,条带在阶段内沿走向将煤层划分成若干倾斜长条部分，每一部分为一个条带。分段在阶段内沿倾向将煤层划分成若干走向长条部分，每一部分为一个分段。区段、条带、分段都是最小的煤层单元，都可以在其中直接布置工作面进行回采，所以也叫回采单元。,4.井田划分为盘区（1）划分程序。井田-盘区-区段（条带）（2）盘区的概念在井田内划分的相当于采区大小的一个区域。就划分程序而言，盘区与采区不同；就单元功能讲，盘区与采区完全相同。盘区与采区的主要区别在于：一般在同一个煤层的盘区，常常用一个开采水平开采；而在同一个煤层的采区则根据其所处的阶段不同，需要用若干个开采水平开采。,二、矿井开采系统进行井田划分是为了便于开采，而要有计划的将井田内煤层采出，使划分具有实质意义，必须建立完善的矿井开采系统。1.矿井巷道系统1）巷道分类（1）按倾角分为垂直巷道、倾斜巷道、水平巷道（2）按服务范围分为开拓巷道、准备巷道、回采巷道（3）按围岩特性分为煤层巷道、岩石巷道、半煤岩巷道,2）巷道命名按用途命名按装备命名按倾角命名3）巷道布置要求巷道设计包括断面形状和尺寸、角度（坡度）、方位等。巷道布置必须满足生产系统布置的要求。主要是煤炭运输、辅助运输和通风的要求。,2.煤炭运输系统煤炭运输系统是矿井最重要的生产系统。常用的煤炭运输系统有两大类：1）轨道运输（普通轨道运输）主要设备：轨道、电机车（绞车）、矿车轨道：600mm、900mm电机车：架线电机车、蓄电池电机车特点：可以担负全部运输任务，系统复杂，间断运输2）胶带运输主要设备：胶带输送机特点：连续运输，运输能力大。,3.辅助运输系统辅助运输一般包括材料运输、设备运输、矸石运输、人员运输等。常用的辅助运输系统有以下几类：1）轨道运输（普通轨道）2）无轨运输3）其他运输4.通风系统是由风机和通风设施组成的。风机提供通风动力，保证风流正常流动；通风设施保证风流按设计风量、沿预期线路分配和流动。,第二节 矿井开采系统的发展一、巷道系统的发展岩石巷道煤层巷道；两个安全通道多通道；小断面大断面。使用大断面、多通道煤层巷道的条件：一是煤巷掘进技术；二是煤巷支护技术；三是采煤工作面快速推进使巷道维护时间缩短。二、煤炭运输系统发展由轨道运输胶带运输三、辅助运输系统发展普通轨道运输新型运输方式新型运输方式指无轨运输和其他运输其他运输指单轨吊车运输、齿轨机车运输、套胶轮机车运输、卡规机车运输等。,四、煤层开采单元划分煤层单元参数由小大适当工作面（回采单元）参数是最基本的煤层单元参数，其他单元参数均与他有关。煤层单元参数确定由煤层赋存条件决定，受采煤工艺装备和矿井开采系统装备（主要是煤炭运输系统装备和辅助运输系统装备）制约。良好的煤层条件是加大回采单元参数的基础，先进的采煤工艺装备和开采系统装备是加大煤层单元参数的保证。煤层单元参数增加会带来很多好处，包括提高工作面产量、实现集中生产；减少煤柱量，提高煤炭采出率；减少工作面、采区、开采水平接续的频度等。因此为追求某些高指标，煤层单元参数的增加一度呈现快速增长趋势。,煤层单元参数增加也会带来一些不利影响：增加巷道掘进费用和维护工程量及费用，增加工作辅助时间等。理性考虑，煤层单元参数应该有一个合理值，这个合理值需要进行研究。,第二部分 长壁综采技术,第一章 综采面采煤工艺与系统,第一节 综采面采煤工艺,一、综采工艺概述1综采的概念综采是综合机械化采煤工艺的简称，是利用采煤机落煤和装煤，利用可弯曲刮板输送机运煤，利用自移液压支架进行支护和采空区处理的一种采煤工艺。综采是在炮采、普采的基础上逐步发展而来的，炮采、普采、综采是在长壁采煤机械化发展三个重要阶段的产物，目前在我国炮采、普采和综采三种工艺并行，分别用于不同煤层条件、不同经济条件和不同规模的矿井。综采是长壁采煤方法中机械化程度最高的一种采煤工艺，是采煤工艺进一步发展的基础。,2综采面主要装备及布置最常见的综采面布置形式如图3所示。3综采面采煤工作（1）落煤与装煤。由采煤机落煤，依靠采煤机滚筒装煤。（2）运煤。由可弯曲刮板输送机运煤。（3）支护与回收支架。由自移式液压支架支护顶板和切顶（空区采用全部垮落法处理）。,4综采面采煤工艺过程综采面采煤机简称为割煤；移刮板机简称为移溜；升降和移动液压支架简称为移架。因此综采面的五项采煤工作被简化为割煤、移溜和移架三项作业。这三项作业按一定顺序进行就形成了综采面的采煤工艺过程。常见的采煤工艺过程有以下两种安排方式：（1）按照割煤移架移溜的顺序安排，即及时支护。（2）按照割煤移溜移架的顺序安排，即滞后支护。,图3 走向长壁综采面主要装备及布置1一运输平巷；2一胶带输送机；3一转载机；4一破碎机；5一电缆车；6一磁力开关；7一泵站；8一回柱绞车；9丛柱；10刮板输送机；11一液压支架；12采煤机；13一回风平巷；14一超前支护,二、综采面采煤工艺技术1双滚筒采煤机割煤方式通常把采煤机沿工作面将煤层全厚割完一次称为进一刀。将一刀割煤的深度称为截深。把采煤机在工作面往返行走时的状态与割煤效果（刀数）相结合称为割煤方式。常用的割煤方式有以下两种，影响因素有：（1）采煤机滚筒数和直径；（2）煤层厚度、倾角；（3）顶板条件。（1）单向割煤。采煤机上（下）行割煤，滞后采煤机23个液压支架进行移架，直至端头；采煤机下（上）行清理浮煤，滞后采煤机10l5m进行移溜，采煤机往返一次进一刀，工作面推进了一个截深。单向割煤方式适用于以下条件：煤层倾角大，只能自下而上移架或自下而上移溜的综采面；煤层厚度大，采煤机不能一次采全高的综采面；采煤机装煤效果差的综采面。,图4 综采面双滚筒采煤机割煤,（2）双向割煤。采煤机上（下）行割煤，滞后采煤机23个液压支架进行移架，滞后采煤机1015m进行移溜，直至端头；采煤机在端头进刀后，下（上）行割煤、移架、移溜。往返一次进两刀，工作面推进了两个截深。这种割煤方式多用于煤层赋存稳定、倾角较缓和厚度适合于采煤机一次采全高的条件。,2采煤机进刀方式把采煤机割完一刀煤后，滚筒重新进入煤体的过程称为进刀，把完成这个过程的方式叫进刀方式。常用的采煤机进刀方式有斜切进刀、钻入进刀、预做缺口推入进刀等。综采面双滚筒采煤机多采用斜切进刀方式，常用的斜切进刀方式有以下两种：（1）端部割三角煤斜切进刀。其进刀过程如图5所示。采用端部斜切进刀、双向割煤时，要求工作面上、下顺槽要有足够宽度，能使刮板机机头、机尾尽量伸向顺槽内，以保证采煤机能在无人工缺口的情况下割通工作面。（2）中部斜切进刀。其进刀过程如图6所示。其特点是：刮板机的弯曲段在工作面中部，左半段割煤时右半段移溜；右半段割煤时左半段移溜。与端部斜切进刀相比，可减少进刀作业时间，但只能是单向割煤；当采煤机空行速度快时，可实现工作面高产，因此在一些先进矿井目前应用比较普遍。,图5 综采工作面割三角煤斜切进刀过程（a）起始；（b）上行切入煤壁并移直输送机；（c）下行割三角煤；（d）上行准备正常割煤1双滚筒采煤机；2一刮板输送机,图6 综采面中部斜切进刀过程（a）采煤机向左割煤至左端；（b）采煤机空返至工作面中部后切入煤壁；（c）采煤机向右正常割煤至右端头，同时将左半段刮板机移近煤壁；（d）采煤机空返至中部后向左割煤至左端，同时将右半段刮板机移近煤壁,3液压支架的支护方式在综采面，把移架与移溜操作的配合方式叫支护方式。及时支护先移架，后移溜。能够保证在采煤后对暴露的顶板进行及时支护，适用于煤层顶板条件较差的工作面。要实现及时支护，支架必须有特殊的结构。滞后支护先移溜，后移架。顶板会悬空较长时间，适用于煤层顶板条件较好的工作面。,4移架方式移架方式指移架的顺序和每一次同时移架的数目。按同时移动的液压支架数目和顺序，液压支架的移架方式可分为依次顺序式、分组交错式和成组整体顺序式三种方式。（1）依次顺序式。按顺序依次移动支架，每次移动一台。这种方式操作简单，质量容易保证，但移架速度慢，适用于采煤机割煤速度慢的工作面。（2）分组交错式。将35台支架分为一组，组内支架按顺序移动，组间平行前移。这种移架方式速度快，适应于顶板较稳定的高产工作面。（3）成组整体顺序式。将23台支架分为一组，组内支架同时前移，组间顺序前移。这种方式移架速度快，对移架技术要求高，适用于顶底板条件好的工作面。,5端头支护工作面端头是指工作面与顺槽连接处附近的区域，这个区域是人员与设备出入工作面的出入口。一般端头设备和人员集中、控顶面积大、矿山压力复杂，而且随工作面推进，需要不断在这里拆除和更新顺槽中的支护，作业量大。端头支护即指这个区域的支护。端头支护是工作面顶板管理的重要内容之一，对工作面安全生产和设备能力的发挥有很大影响。常用的综采工作面端头支护方式有以下三种：（1）用单体支柱与长钢梁组成迈步抬棚支护。（2）用专用的自移式端头液压支架支护。（3）用与工作面相同的液压支架支护。,第二节 走向长壁综采面采煤系统,一、采煤系统的构成采煤工作面的采煤系统由直接为工作面服务的巷道系统、煤炭运输系统、辅助运输系统、通风系统、排水系统、供电系统、行人系统等组成。图7所示为一基本的走向长壁综采面采煤系统。二、采煤系统布置要求采煤系统的布置，主要是巷道系统的布置。巷道系统布置是按照煤炭运输、辅助运输、通风、排水等主要生产系统布置的要求进行的。1巷道系统布置要求顺槽的坡度：顺槽的方位：顺槽的断面：,图7（同图1）走向长壁综采面采煤系统图1绞车房回风斜巷；2采区回风石门；3绞车房；4采区上部车场；5采区中部车场；6联络巷；7区段运输顺槽；8，10区段回风顺槽；9开切眼,2生产及辅助系统布置要求煤炭运输、辅助运输、通风、排水、供电等生产与辅助系统均布置在巷道之中，是巷道系统功能的实现。选择装备和布置这些系统时应该充分考虑巷道空间特点，按照巷道系统设计时的要求进行设备选型和安装。1）煤炭运输系统布置要求2）辅助运输系统布置要求（1）轨道运输系统布置要求。（2）无轨胶轮车运输系统布置要求。3）通风系统布置要求4）排水系统布置要求,第二章 综采面采煤工艺装备选型与配套,综采面采煤工艺设备指采煤机、刮板机和液压支架，称为“三机”。为了保证“三机”在工作面有限的空间内相互配合、协调运转、最大限度的发挥各自能力，并取得最好的整体效果，必须认真分析地质条件，做好每一个设备的选型工作，并应保证所选各设备在空间几何尺寸和生产能力等方面按一定要求配套。,一、综采工艺装备选型（一）影响综采面工艺装备选型的主要地质因素及分析1煤层厚度2煤层倾角3顶板条件4底板条件5煤层硬度6煤层瓦斯条件,（二）综采面工艺设备选型综采面“三机”选型是综采设备选型的重点。1采煤机选型1）影响采煤机选型的主要因素是煤层条件，（）煤层的厚度范围（）煤层结构与构造（）煤层及相关岩层的力学特性等。）对采煤机的基本要求（1）功能全、性能好。（2）适应性强。（3）机电和人身安全保护完善。（4）工作可靠性高。（5）产量高、效率高、能耗低。,2刮板机选型（1）生产率。国外设备生产能力已达到3000t/h以上，最大输送能力达6000t/h,（2）铺设长度。可达430m。（3）卸载方式。普遍采用了十字交叉侧卸式卸载装置,具有卸载能力高、底槽回煤少、卸载高度低等特点。,3液压支架选型在工作面“三机”选型中，液压支架是核心。液压支架选型既要考虑顶板条件，又要考虑采高。对支架的基本要求：（1）初撑力高，支撑效率高，以减小顶板早期移动量，提高端面顶板的稳定性。（2）选用四连杆机构，使其双纽线最佳段为支架的工作范围，确保支架对端面有较强的控制能力。（3）利用伸缩粱或可旋转180挑梁及时支护刚暴露出的顶板，减小顶板早期破坏，并利用顶梁侧护板等装置提高支架护顶能力，防止顶板岩块窜入工作空间。（4）设计有护帮装置和完善的挡矸装置，以减小煤壁片帮深度和面积，防止采空区矸石窜入工作空间。（5）设置灵活快速的操纵阀，保证快速的邻架操作移架。,液压支架的主要参数：工作阻力 最大达12000kN立柱缸径 480mm支护强度 1.41.8MPa支护高度 达m移动速度 5 s/架8 s/架（采用电液控制系统）主要特点是支架工作阻力大、支护强度高、可靠性高，支架架型结构简单，适应性强，便于实现自动化控制。一次采全高支架架型主要为二柱掩护式，整体顶梁；控制方式主要是电液系统自动控制。,二、综采面设备配套综采面采煤机、刮板机和液压支架通常是由不同厂家生产的，其型号多种多样，参数和性能差别很大。在“三机”成套使用时，其选型不仅要考虑每个设备的性能参数满足要求，而且各设备之间必须在性能参数、结构参数、工作面空间尺寸以及相互连接的形式、强度和尺寸等方面互相匹配。（一）综采面“三机”横向几何尺寸要求及配套关系采煤机、刮板机和液压支架之间横断面配套尺寸如图8所示。,图8 综采面设备横断面配套,（二）综采面“三机”纵向几何尺寸要求及配套关系（1）采煤机参数确定采煤机的最大采高与其几何参数如图7所示。（2）液压支架参数确定（3）采煤机与液压支架纵向配套（三）综采面“三机”能力要求及配套关系（1）工作面设备应具有的生产能力（2）采煤机实际生产能力及要求（3）刮板机实际运输能力及要求（4）液压支架应达到的移架速度和液压系统流量,图9 采煤机几何尺寸与最大采高的关系Mm采煤机最大采高/m；A采煤机机身高度/m；C机体厚度/m；D滚筒直径/m；E底托架过煤高度/m；S机槽高度/m；L摇臂长/m；U底托架高度/m；x最大下切量/m；,摇臂向上及向下的最大摆角/。,（四）综采面“三机”寿命配套采煤机寿命：Eickhoff 的556 m采煤机的大修周期超过6 Mt；刮板机寿命：刮板机中部槽使用寿命的过煤量已保证达到6 Mt，实际过煤量已经超过12Mt；支架耐久次数：美国45000次，德国5000060000次。,第三章 工作面生产组织与管理,一、生产组织1.作业方式工作面采煤工作与准备工作的配合方式叫作业方式。（1）“三八”制：“两采一准”，“三班采煤，边采变准”。（2）“四六”制：“三采一准”。（3）“八二七七”，“八八六二”2.劳动组织劳动组织形式主要有两种：（）专职一职专能，用于综采（）兼职一职多能，用于普采和炮采,神东公司千万吨工作面劳动组织表,二、工作面正规循环作业长壁采煤工作面的采煤工作是周而复始进行的，把这种工作进行方式叫循环作业，其中完成一个周期叫一个循环。如果在规定时间保质保量完成一个循环叫正规循环。由于受煤层条件、工作面设备条件以及矿井其他环节和系统等影响，并不是每个循环都能按期完成，超期完成的循环叫非正规循环。工作面的循环作业为工作面生产管理提供了方便，按照循环进行工作面生产管理对保证工作面的产量、效率、质量等十分有利。用在计划期（月）内实际完成的循环数与计划的循环数的比值（用百分数表示）表示循环完成的情况，叫正规循环率，一般该值大于85%。,工作面的正规循环是按循环作业图进行的，循环作业图在时间和空间两维坐标系种规定了每一种作业的位置及其变化。循环作业是工作面生产管理的重要依据。三、工作面技术经济指标表工作面条件以及生产情况都可以通过工作面技术经济指标反映出来，这些指标包括煤层厚度、倾角、工作面长度、推进长度、工艺装备的型号、主要技术参数、采煤工作面工艺参数（截深、采高、循环进尺）、工作面产量、效率、材料消耗等。工作面循环作业图、劳动组织表、技术经济指标表合称为工作面循环作业图表，是工作面设计的重要内容，是工作管理的主要依据,神东公司千万吨工作面主要技术经济指标,第四章 综采面快速搬家技术,工作面搬迁是矿井生产准备工作的组成部分，是矿井实现高效、安全生产的重要环节，也是直接制约综采面单产水平提高的关键因素。大型综采设备价格昂贵，对于“一井一面”的矿井，一般不配备备用综采设备，在综采面搬迁期间矿井将停产。综采面由于设备多、体积大，搬迁任务重，若没有相应的措施，搬迁时间会很长，对矿井生产会造成严重影响。实现工作面快速搬迁是综采技术发展的重要组成部分。近年来我国一些现代化矿井在这方面做了大量工作，取得了丰富的经验。其中神东公司采用的辅巷多通道综采面快速搬迁技术最具代表性。,一、神东公司辅巷多通道综采面快速搬迁技术的产生1传统搬迁技术及存在问题1）传统搬迁技术特点（1）综采设备搬迁采用轨道运输。（2）工作面用于回撤设备的回撤空间由采煤机截割形成。当工作面接近停采线时，停止移架并拆除支架与刮板机之间的连接千斤顶，采用专门设备将刮板机按正常步距逐次向前移动，采煤机按正常割煤方式逐刀割煤，对暴露的顶板用单体支架进行临时支护，直到支架前端形成能够满足设备调向与回撤的宽度后停止采煤作业，进行正式支护。（3）综采设备由工作面轨道顺槽一端撤出或进入。形成回撤空间后按照拆卸采煤机拆卸输送机拆撤液压支架的顺序由工作面轨道顺槽一端逐个回撤设备，撤出的设备经新工作面轨道顺槽运入新工作面。,2）传统搬迁技术存在的主要问题（1）搬迁一次耗时长。搬一个设备总重不足2000t的综采工作面，需要时间约35 d左右，投入工时约1500个。（2）综采面末采期间，需要在工作面预留综采设备的回撤空间，铺设钢丝绳和金属网，在液压支架不移动的前提下，采煤机与刮板机需整体前移割煤，且需增加悬露顶板空间的支护工作，生产进度慢，安全问题突出。（3）采用轨道运输，工作面需安装设备装车平台、铺设轨道和安装数台绞车。设备的回撤、装运、新工作面重新安装环节多，无法实现快速回撤和安装。（4）为了减少工作面搬迁对矿井正常生产的影响，矿井必须有备用工作面和备用设备。我国很多矿井采用“二保一”或“三保二”的办法来解决搬迁时间长、产量波动大的问题，结果造成设备浪费，高产不高效。（5）由于上述问题，导致工作面搬迁费用高。,2辅巷多通道综采面快速搬迁技术的提出大柳塔煤矿建设初期试生产的1209综采面使用的是国产设备，当时工作面综采支架80以上被压死，部分立柱折断、顶梁开缝、立柱洞穿顶梁，工作面架前煤壁垮落，顶板开裂，工作面既无法继续生产，又无法撤出支架。在研究回撤这部分支架的技术安全措施时，从救灾应急和解决矿区长远发展问题两个方面的需要出发，提出了辅助巷道多通道综采面搬迁方案。,二、辅巷多通道综采面快速搬迁技术的设备回撤专用巷道系统布置及支护在工作面停采线处和煤柱中分别预先掘出两条平行于工作面的辅助巷道，然后根据煤层的地质条件、搬迁的技术装备、人员配置等情况在两条辅助巷道之间，掘出若干条联巷，构成辅助巷道多通道系统。在停采线处的一条辅助巷道用作工作面液压支架回撤时的调向通道（回撤通道），当工作面与此巷道采通后即停采；开在煤柱中的另一条辅助巷道作为工作面设备撤出时的运输通道；两条辅助巷道之间的联络巷道是工作面多头作业的设备运输通道和安全出口。两条巷道几何尺寸为净宽4.55.0m，净高3.63.8m。辅巷多通道布置形式如图所示。,回撤通道一般采用锚、网支护，并配以单体液压支柱、矿用工字钢粱、专用垛式支架补强支护。专用垛式支架纵向支设在回撤通道中，一方面支护顶板，另一方面作为工作面支架回撒时的掩护支架。其具体支护方式为：巷道顶板采用锚网支护，金属网为菱形金属网，80#铁丝编织，靠近工作面采空侧采用双层网支护，金属网错茬200 mm搭接，锚杆间排距均为1 m。锚杆及金属网下使用11#工字钢粱支护，工字钢梁间距为0.865 m（每台液压支架挑两根工字钢粱）。工字钢梁下采用垛式支架与单体液压支柱联合支护的方式。一个综采面回撤通道共布置60台垛式液压支架，有垛式支架的工字钢梁下采用一梁四柱支护，没有垛式支架的工字钢梁下采用一粱六柱支护。回撤通道支护如图所示。,回撤辅助运输通道及联络巷采用锚杆及单层金属网联合支护，金属网规格与回撤通道相同。为了便于胶轮车运行，辅助巷道和通道底板均需要铺设200mm厚的混凝土。3辅巷多通道系统的特点（1）以“掘”代“采”，预先形成了液压支架回撤的调向通道，节约了搬家所需要的工时。（2）“多通道”创造了工作面平行作业的空间，同时也为工作面搬家回撤提供了更为可靠的安全环境。（3）搬家通道的预先超强支护，改善了工作面支架在回撤时的工作环境，有利于设备回撤作业，降低了这一区间作业的安全风险。,三、辅巷多通道综采面快速搬迁技术的搬迁工艺神东公司综采面快速搬迁的技术特点是：采用专用无轨重型支架搬运车搬运工作面液压支架、采煤机、刮板机、破碎机、转载机，利用辅助巷道多通道进行多头平行作业，实现工作面快速回撤；设备运输和安装充分利用了综采面上、下顺槽双巷布置的特点，经多通道将设备运送到新工作面，实现快速安装。当工作面推进到停采线并与回撤通道贯通后，工作面液压支架迅速前移，其顶梁替代通道内的第一排单体液压支柱，挑上支护顶板的工字钢梁棚，完成工作面回撤空间的贯通支护。随后工作面回撤工作即可按照回撤采煤机回撤输送机回撤液压支架的顺序进行，由旧工作面撤出的设备利用无轨胶轮车快速运至新工作面重新安装。,在设备的回撤与安装过程中，尽可能采用整机、整件、整体搬运，减少了设备拆分和对接工序。一般情况下采煤机只分解为左、右摇臂及滚筒和机身三部分进行搬运。溜槽和挡煤板整体运输。26 m长的转载机一般只解体为6部分进行搬运。每个联络巷口附近的液压支架由支架搬运车直接装运搬走。距离联络巷口较远的液压支架由绞车牵引到回撤通道联络巷口，再装入支架搬运车运走，工作面中部支架由联络巷撤出，工作面两端支架由上下顺槽出口处撤出。,四、实现辅巷多通道综采面快速搬迁技术的保障建立专业化队伍和配备专门化装备 工作面快速搬迁是综采面高产高效生产的重要组成部分，是一个复杂的系统工程。为了实现原煤生产的均衡稳定，减少非生产时间，于2000年初，从公司各生产矿井抽调了56名综采精英，组织成立了专职搬迁准备队，同时配备全套引进的支架搬运车、多功能运输车等，负责公司各生产矿井综采面的回撤、安装及调试工作，基本形成了综采搬迁特种作业专业化的格局。从旧工作面停采、挂网、6 000余吨重型综采设备的回撤、搬运到新工作面的设备安装、调试，并达到生产条件，仅需要10 d左右，最快7 d，真正实现了综采搬迁快速、安全、优质和高效。因此，专业化搬迁是实现快速搬迁的保证。,五、辅巷多通道综采面快速搬迁技术应用效果神东公司创立的“一井一面一套综采设备”的高产高效矿井生产组织方式，改变了国内传统矿井综采设备“二保一”、“三保二”的生产组织模式，其中的主要原因是成功开发并推广应用了快速搬迁技术。公司的骨干矿井没有备用工作面和备用综采设备。就矿井而言，少购置一套综采设备就可以节约投资2亿元。工作面搬迁时间每节约一天，就可以为矿井创造数百万元的经济效益。显然，综采面设备的快速搬迁是矿井实现高产高效的必要条件。神东公司从1997年采用辅巷多通道配无轨胶轮车快速搬迁新工艺以来，工作面搬迁时间记录不断创新，达到了世界领先水平。,第五章 倾斜长壁综采面采煤系统及工艺特点,一、倾斜长壁综采面采煤系统倾斜长壁综采面采煤系统如图10所示。在图10(a)中，采煤工作面自下而上推进，称仰斜开采；在图10(b)中，采煤工作面自上而下推进，称俯斜开采。1工作面巷道系统工作面巷道系统由运输顺槽4、回风顺槽5和切眼（工作面）3组成，三条巷道均沿煤层底板布置在煤层中。2煤炭运输系统3辅助运输（1）绞车运输（2）无轨胶轮车运输（3）其他运输,（a）仰斜工作面（b）俯斜工作面图10 倾斜长壁综采面采煤系统1-阶段运输大巷；2-阶段回风大巷；3-切眼；4-工作面运输顺槽5-工作面回风顺槽；6-工作面煤仓,4通风系统5排水系统对于俯斜开采的工作面，工作面水可沿顺槽自流排出，但若工作面有起伏，会在工作面积水，影响工作面作业环境，水大时需要采用小水泵排水；对于仰斜开采的工作面，工作面水可自流排入采空区。6.对拉工作面布置对拉工作面布置是倾斜长壁采煤法中被普遍采用，是因为这种布置有很多优点：可有效增加工作面长度，减少顺槽数目和顺槽设备，减少人员，提高效率。采用对拉工作面布置的理由：无下行风，无煤炭上运,二、倾斜长壁综采面采煤工艺特点倾斜长壁综采面采煤工作以及循环过程与走向长壁综采面完全相同。所不同的是采煤机、刮板机和液压支架在工作面所处的空间状态。1刮板机的空间状态及分析在倾斜长壁综采面，刮板机沿长度方向是水平的，因此不存在防滑问题，也不存在煤炭向上运输的问题，从这一点讲，刮板机能够较好的发挥能力。但是刮板机沿宽度方向是倾斜的，这种倾斜会带来如下问题：（1）刮板机装不满，影响运输能力发挥；（2）刮板机受载不均匀，会导致一侧易断链、溜槽磨损严重；（3）不利于采煤机的运行和工作。,2采煤机的空间状态及分析在倾斜长壁综采面，采煤机沿长度方向也是水平的，因此也不存在防滑问题和上、下行割煤的差别，有利于采煤机能力的发挥。但采煤机沿宽度方向是倾斜的，这种倾斜带来的问题有：（1）采煤机向煤壁方向倾斜或向外倾斜，都对截割不利，会引起截割负荷较大的波动；（2）俯斜开采时不利于装煤；（3）会使刮板机受载不均匀；（4）会引起采煤机侧翻。,3液压支架的空间状态及分析在倾斜长壁综采面，液压支架沿长度方向是倾斜的，俯斜开采时支架会产生一个由重力引起的向煤壁的推力，有利于顶板管理，特别是对于裂隙顶板；但当仰斜开采时，支架会向后倾斜，甚至向后翻倒，对顶板管理不利，尤其对裂隙顶板。但液压支架沿宽度方向是水平的，因此不存在防滑和侧倒问题，支架由于相互间无依赖，因此也不存在移架时架间影响以及上行或下行移架的优劣问题等。,第六章 厚煤层综采技术,第一节 缓倾斜厚煤层倾斜分层综采技术,倾斜分层采煤法是将厚煤层用与煤层顶板（底板）层面相平行的一组面分成若干个相当于中厚煤层厚度的分层后，逐层进行开采的一种采煤方法。如图所示。对于倾斜分层下行垮落采煤法，当上分层开采后，顶板将垮落，这就意味着在开采以下各分层时，支架支撑的顶板将是冒落后的破碎矸石，要有效的管理好这种“顶板”，就必须借助于人工假顶。换句话说，在开采上分层时需要铺设人工假顶为下分层开采做好准备，这就是倾斜分层开采的工艺特点。另外，这种采煤方法将一个煤层分为若干层开采，通常从减少巷道掘进量、减少设备占用量、有利于分层间工作面的接续、有利于集中生产、有利于煤层自然发火的防治等考虑，采煤系统一般采用集中布置，因此这种采煤方法的采煤系统相对比较复杂。,图11 厚煤层开采倾斜分层方法示意图1顶板；2底板；煤层倾角,一、倾斜分层开采综采面采煤系统特点：布置集中巷道（共用巷道）采用超前掘进采用分层同采,二、倾斜分层开采综采面采煤工艺特点缓倾斜厚煤层倾斜分层综