2022年采煤工艺 .pdf
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1、1 采煤方法教案第一节概述一、采煤方法的概念采煤方法包括两方面内容: 采煤系统和回采工艺。 采煤系统,是指采区巷道的布臵方式,掘进和回采的顺序安排以及采区的通风、运输系统。回采工艺,是指人们根据煤层赋存条件在回采工作面运用某种技术装备进行落煤、装煤、运煤、支护及采空区处理等工作, 以及这些工作如何配合的生产方式。不同的采煤系统和回采工艺相配合, 就形成不同的采煤方法。 下面介绍几个有关的基本概念。1、开采单元为了对井田进行有计划按顺序地开采,需要把井田划分为阶段,阶段再划分为采区,在采区内布臵工作面进行开采。因为每个采区都有其相对独立的煤炭运输、通风辅助运输和动力供应等系统,并独立进行开采,
2、故称每个采区为一个开采单元。2、采场直接用来采出煤炭的工作场所及为其服务的巷道,统称为采场。3、回采是指在采煤场所为了采取煤炭所作的一切工作,统称为回采。4、回采工作面是指开采煤炭的主要场所。在实际工作中,往往把采场也称为回采工作面或采煤工作面。5、采煤方法名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 46 页 - - - - - - - - - 2 在开采单元范围内,直接从回采工作面安全、有效、经济地获取煤炭并运出开采单元所采用的方法。它包括采煤系统和采煤的回采工艺两
3、大部分内容。应该指出,采煤系统和回采工艺的选择与确定,都是以矿山具体地质条件及技术条件为依据, 所以,不同的矿山地质条件与技术条件就会要求有不同的采煤系统与相应的回采工艺,这就形成了不同的采煤方法。采煤方法是多种多样的,按照煤层的埋藏条件和开采技术水平,我国煤矿目前采用的采煤方法主要有:1)对缓倾斜及倾斜煤层,煤厚约在2.8m 以下的,采用单一走向长壁采煤法;煤厚在 2.8-8m 的,一般采用倾斜分层下行垮落采煤法;煤厚在 8m及以上的, 采用倾斜分层水砂充填或风力充填采煤法。 (现在对于煤厚在 6m及以上的,可采用放顶煤开采)2)对急倾斜煤层,煤厚在2m以下的,一般采用倒台阶采煤法或伪斜工作
4、面矸石充填采煤法;煤厚2-6m,且煤层厚度不大的,采用掩护支架采煤法;6m及以上的,一般采用水平分层或斜切分层采煤法。3)对某些特殊条件的煤层,如顶板特别坚硬、采后长期不冒顶的,采用煤柱支撑(刀柱式)采煤法。4)水力采煤矿井,一般采用倾斜漏斗采煤法或走向短壁(即小阶段)采煤法。二、采煤方法的分类采煤方法虽然种类较多,但归纳起来,基本上可以分为壁式和柱式两大体系。(一)壁式体系采煤法名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 46 页 - - - - - - - - -
5、 3 根据煤层厚度不同,对于薄及中厚煤层,一般采用一次采全厚的单一长壁采煤法;对于厚煤层, 一般是将其分成若干中等厚度的分层,采用分层长壁采煤法(或采底分层放顶煤采煤法) 。按照回采工作面的推进方向与煤层走向的关系,又可分为走向长壁采煤法和倾斜长壁采煤法两种类型。走向长壁采煤法工作面在一个区段内是沿倾斜布臵, 沿走向推进的;倾斜长壁采煤法的工作面,在一分带内是沿走向布臵,沿倾斜向上(仰斜)或向下(俯斜)推进的。壁式采煤法有以下主要特点; 具有较长的工作面; 回采工作面两端至少有两条巷道,用于通风及运输;煤炭随工作面推进方向运出工作面。(二)柱式体系采煤法柱式体系采煤法分为三种类型:房式、房柱式
6、及巷柱式。房式及房柱式采煤法的实质, 是在煤层内开掘一些煤房, 煤房与煤房之间以联络巷相通。回采在煤房中进行,煤柱可留下不采;或在煤房采完后,再回采煤柱。前者称为房式采煤法,后者称为房柱式采煤法。 巷柱式采煤法的实质是在采区 (或者盘区)范围内预先开掘大量的巷道, 将煤层切割成较大的方形或矩形,然后有计划地回采这些煤柱, 采空区内的顶板任其垮落, 不作处理。柱式体系采煤法有以下几个主要特点:回采工作面的长度较短, 但数目多;回采过程中没有采空区处理工序,采场支护简单; 采场中运煤方向是垂直于工作面的;采场通风条件较壁式采煤法恶劣。 比较上述两大体系采煤法, 不难看出: 壁式体系采煤法煤炭损失少
7、,回采工作连续性强,采煤系统简单、安全,通风条件良好,但回采工艺过程较为复杂, 另外,由于开采深度不断增加, 柱式采煤遗留的煤柱对岩层所产生的压力影响是极为不利的,这种情况到采深达300m时就会有所显现。当采名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页,共 46 页 - - - - - - - - - 4 深达 600n 时,柱式体系采煤法使用将更加困难,甚至成为不可能,而采用长壁采煤法则可避免这一问题。三、对采煤方法的基本要求采煤工作是煤矿井下生产工作的中心,采煤方法的选
8、择和运用,对整个矿井的各项技术经济指标的好坏,具有极重要的意义, 所以选择合理的采煤方法是非常重要的。选择、运用采煤方法的基本原则是:安全、经济、煤炭回采率高。1、安全生产坚决贯彻执行党的安全生产方针,是社会主义煤矿企业一项经常而重要的任务。在回采及采区巷道掘进过程中,必须认真执行煤矿安全规程的有关规定。2、经济合理经济效果是评价采煤方法好坏的一个重要依据。经济合理的采煤方法,一般应当符合以下要求:单位工作面产量高提高单位工作面产量,是实现矿井稳产、高产、提高采区和整个矿井各项技术经济指标的中心环节。 提高单位工作面产量, 主要应当提高工作面机械化程度,尽可能加快回采进度和加大工作面长度,加强
9、生产的组织管理。劳动生产率高劳动生产率(又称效率), 是指平均每个工人在一定时间内采出的煤炭数量,一般以 t/ 工- 班表示。为了提高劳动生产率,必须不断提高职工的政治思想素质和文化技术水平。 同时要选择合理的回采工艺和劳动组织,采用先进的技术名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页,共 46 页 - - - - - - - - - 5 装备,努力实现综合机械化采煤。材料消耗少减少回采工作面的各种材料消耗,特别是减少坑木、钢材、炸药、雷管等的消耗,是降低整个矿井生产材料
10、消耗的关键。为此,必须尽量采用和合理使用金属支架及其它坑木代用品,正确确定钻眼爆破方法。煤炭质量好就是要求煤炭的含矸率和灰分低,因而要注意改进采煤的技术操作,加强工作面支护,尽量防止矸石或岩粉混入煤中。降低成本成本是经济技术效果的综合反映。努力提高工作面单产和劳动效率,降低材料消耗,保证煤炭质量,正确布臵采区巷道,减少巷道掘进量,加强生产管理,合理使用劳力,认真组织工作面循环作业,是降低成本的主要方面。3、煤炭回采率高减少煤炭损失,提高煤炭回采率,充分利用煤炭资源,是煤矿企的一项重要任务。同时减少煤炭损失,也是防止煤的自然发火,减少井下火灾,保持和延长工作面和采区的开采期限,保证正常生产的重要
11、措施。回采工作面的煤炭回采率,常称为工作面回采率。按目前国家规定,在设计和生产中, 工作面回采率应不小于下列数值:厚煤层,93% ;中厚煤层,95% ;薄煤层, 97% 。提高煤炭回采率的途径是,合理布臵巷道,选择合适的煤柱尺寸,正确确定回采工艺、回采顺序和顶板管理方法,尽量减少工作面的煤皮及浮煤丢失。四、影响选择采煤方法的因素名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页,共 46 页 - - - - - - - - - 6 为了保证采煤方法达到上述要求,在选择和设计采煤方
12、法时,以及在生产工作中,必须充分考虑地质因素和技术因素。1、地质因素影响采煤方法的地质因素有:煤层厚度和倾角、顶底板岩石性质、煤层构造(有无夹石)、煤的性质(硬度、节理、自燃性、瓦斯和水的含量)以及煤层群的相互位臵等。 其中最主要的因素是煤层厚度和倾角,顶底板性质以及埋藏条件的稳定性。从煤层厚度来看, 在薄煤层中工作面困难, 影响效率; 在 2m左右的中厚煤层中工作方便, 支护容易, 效率一般较高; 在 3m以上的煤层中不易观察顶板,支护困难,煤壁容易片帮,对安全不利,而且煤炭损失增加,在这种条件下要用分层开采的方法。从煤层倾角看,倾角大,对工作面的煤炭运输有利,倾斜煤层可以靠自溜运输。但是,
13、倾斜煤层对支架的架设和落煤机械的使用不利。顶底板岩石性质是地质因素中影响顶板比较重要的因素。2、技术因素随着现代科学技术的发展,采煤方法也在不断改进和发展。例如采用了浅截式滚筒采煤机与可弯曲刮板输送机、金属支架配套的机采工作面,使破煤、装煤二个工序合一, 解决了繁重的人工攉煤, 提高了单位工作面产量及劳动生产率。 又如采用了采煤机、输送机与自移式液压支架配套的综合机械化工作面,将落煤、装煤、支护、移输送机、放顶等工序全部由机械完成,而且现在厚煤层被广泛采用的综采放顶煤技术,是采煤技术的一个重大革新, 大大的促进了煤炭生产的发展。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - -
14、- - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页,共 46 页 - - - - - - - - - 7 选择采煤方法时,应当综合的考虑上述因素,但并不是所有因素在任何情况下都起主要作用, 起主要作用的因素是煤层厚度、倾角、顶底板岩石性质和机械化程度。五、选择采煤方法的基本原则在具体的矿山地质条件下,要正确地设计和选择采煤方法,必须充分考虑影响采煤方法选择的因素, 并根据具体的矿山地质条件、煤层赋存特征、 设备供应条件(机械化水平) 、技术管理水平以及地质条件类似的邻近矿井成功的生产经验,按照生产安全、 经济合理和回采率高的基本原则, 来选择采
15、煤方法。在具体选择采煤方法时,要全面研究回采工艺和采煤系统,并注意在既定地质条件下,采煤系统与回采工艺的适应性。1、选择回采工艺的原则尽可能推广机械化采煤、实现稳产、高产;减少工作面煤炭损失;减少材料消耗,降低煤炭成本;实行文明生产,确保劳动安全。2、选择采煤系统的原则采煤系统简单、环节少,能保证运输、通风、行人的正常与安全;有合理的采掘关系,能保证生产的正常接续;掘进率低,维护工程量小;采区回采率高;采煤系统抗自然灾害能力强。第二节常用的采煤方法名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - -
16、- - 第 7 页,共 46 页 - - - - - - - - - 8 一、缓倾斜、倾斜中厚煤层走向长壁采煤法式(一)单一煤层采区巷道布臵1、巷道布臵单一煤层走向长壁采煤法的采区巷道布臵,是在区段内回采工作面上下端布臵回风巷和运输巷,巷道布臵比较简单。采区的布臵是从阶段运输大巷开始,在采区中央开掘采区下部车场,由下部车场沿煤层向上开掘运输上山和轨道上山,两条上山相距20m 。掘到采区上部边界作采区上部车场与阶段回风大巷相连,构成通风系统。 然后在第一区段下部掘中部车场,再由上部车场和中部车场向采区两翼掘阶段回风巷的副巷,区段运输巷和区段回风巷,到达采区边界,留出采区隔离煤柱,掘出开切眼。与此
17、同时,开掘各种峒室,安装机电设备,形成完善的生产系统后,即可开始回采。回采的方向是从采区边界向采区上山推进。随着回采工作的进行,必须提前掘进第二区段的巷道, 以保持采掘工作的正常接替。 如第一区段两个工作面同时生产,一直采到靠近采区上山留下保护煤柱为止,然后搬到接替它的第二区段工作面继续回采。2、主要生产系统从回采工作面采出的煤,运到区段运输巷,再转运到运输上山,向下运到采区煤仓,在采区煤仓下面装入矿车, 组成列车后沿阶段运输大巷驶向井底车场。新鲜风流与运煤的方向相反,在清洗工作面后,乏风进入回风大巷,再经风井排出地面。为此巷道内还有许多通风设施,如风桥、风门及风墙等,以便名师资料总结 - -
18、 -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页,共 46 页 - - - - - - - - - 9 控制和分配风流。工作面所用的材料,经轨道上山提升到回风副巷,送到工作面上口,运入工作面使用。3、开采要素单一长壁工作面的主要开采要素有:采区煤柱尺寸,回采工作面长度和采区走向长度。采区煤柱尺寸1)在生产矿井中, 回采工作面周围的巷道经常需要维修,其主要原因是回采工作面推进所产生的支承压力造成的。所以一般在采区要保留一定尺寸的煤柱。采区上山煤柱。一般情况下,采区上山间的煤柱宽度(沿走向)不小于20
19、m ;采区上山与回采工作面结束之间的煤柱不少于20m 。区段巷道煤柱。一般采区区段巷道之间的煤柱宽度(沿倾斜)为5-10m,下区段工作面回采时,可将煤柱回收一部分。主要运输大巷及总回风巷煤柱。主要运输大巷及总回风巷的上下两侧煤柱宽度(沿倾斜),要根据煤层倾角来确定;近水平煤层一般不小于40m ;缓倾斜煤层 25-40m ;倾斜煤层 15-20m。采区与斜井井筒间煤柱。斜井井筒两侧的煤柱宽度不小于40m . 1m以下的薄煤层,如果巷道容易维护,采区巷道可以用矸石垛代替煤柱。2)回采工作面长度目前缓倾斜和倾斜煤层的走向长壁工作面长度,一般选取下列数值:机械化工作面的长度一般为120-180m;使用
20、刨煤机时,长度一般为名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页,共 46 页 - - - - - - - - - 10 80-120m。打眼放炮工作面的长度一般为70-150m 。3)采区走向长度一般情况下,双面采区的走向长度为600-1000m ,综合机械化工作面的采区走向长度应适当加大, 一般认为采区一翼的走向长度为1000m左右,或更大一些。4、无煤柱开采为了减少区段运输巷和区段回风巷之间的煤柱损失,近年来采用、推广无煤柱开采。无煤柱开采就是紧贴采空区, 保留和维护
21、上一区段的运输巷作为下一区段的回风巷,不留煤柱,叫做沿空留巷,如图沿空留巷一般适用于开采缓倾斜和倾斜、厚度在2m以下的薄及中厚煤层。具体方法主要有:砌筑矸石带。 随着回采工作面的推进, 在巷道上帮砌筑5m左右宽的矸石带,如图,以便维护区段运输巷。矸石取于垮落的顶板岩石。这种方法,劳动强度大,矸石带的可缩量大,不能立即起到支撑顶板维护巷道的作用。支设密集支柱或木垛。在巷道上帮靠近采空区处,随着工作面的推进,及时支设单排或双排的密集支柱或木垛。不用木料, 也可用混凝土块支撑, 保留原有巷道,如图加固原巷道的金属支架。随着工作面的推进,保持超前工作面10m ,在运输巷的金属支架中支设中柱,回掉上帮腿
22、, 并沿走向支设托梁, 托住金属棚梁,维护好端头,以便工作面输送机头向前移。当输送机移过后,在工作面后方再支设上帮腿, 并在金属支架之间靠采空区一侧支设密集,挂笆挡矸, 然后名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页,共 46 页 - - - - - - - - - 11 放顶。 由于刚性金属支架受力时容易弯曲, 故有的矿蟛设计采用可缩性的棚腿。这种方法比较简单,在一定的顶板条件下,所留巷能保存较好。采用硬石膏充填带。在巷道靠近采空区一侧,采用天然的或人工硬石膏(硫酸钙
23、),与速凝水泥作刚性充填带,这样既可支撑顶板维护巷道,又可隔离采空区, 对减少自然发火危险和改善通风状况有利,但造价较高, 在国内沿用至今尚未广泛使用,如图(二)近距离煤层采区巷道的联合布臵近距离煤层群,在我国煤炭资源中占有很大比重。过去开采煤层群时,采区一般采用单层布臵巷道、 单独开采各个煤层。 目前大多数矿区广泛采用采区巷道联合布臵,就是利用一组采区上(下)山,开采几个距离较近的煤层,建立统一的生产系统。这种为几个煤层开采服务的采区上(下)山,称为共用采区上(下)山。联合布臵采区主要包括共用采区上(下)山和共用采区上 (下)山及区段巷两种形式。1、共用采区上(下)山的采区巷道联合布臵如图所
24、示。开采两个煤层, m1煤厚 2.5m,m2煤厚 1.8m,煤层倾角为 18 度,煤层间距 36m ,顶底板岩石性质均为砂岩、砂页岩,采区倾倾斜长度450m ,走向长 760m ,沿倾斜划分三个区段进行开采。阶段运输大巷、回风大巷、共用采区运输上山和轨道上山,均布臵在m2煤层中,各煤层区段巷为双巷布臵。m1层的区段运输巷, 以区段倾斜溜煤眼与采区运输上山相通。区段轨道巷以区段石门和轨道上山相接。 m2层的区段运输巷和轨道巷, 均直接与采区运输上山和轨道上山分别相连。m1层工作面采出的煤,经该区段运输巷运到区段溜煤眼,然后由采区运输名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - -
25、 - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页,共 46 页 - - - - - - - - - 12 上山运往采区煤仓, 最后在大巷车场装车外运。 m2层的煤,经该层区段运输巷,直接到采区运输上山。工作面需要的材料及设备,从采区轨道上山的下部车场,提到采区上部或中部车场,然后转运到区段轨道巷。其中m1层所需的材料和设备,经轨道石门,运到 m1层轨道巷。采区内的矸石运输与此方向相反。采区轨道上山兼作进风,运输上山兼作回风。新风由轨道上山,经区段石门及 m1层煤区段运输巷进入m1层煤回采工作面,乏风由m1层煤区段轨道巷和区段石门, 经阶段
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