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1、壁式开采技术体系的发展,中国矿业大学 汪理全 教授,壁式开采技术体系的发展,壁式开采体系,采用壁式开采体系的主要产煤国家有：中国、俄罗斯、波兰、日本、西欧等；采用柱式体系的主要产煤国家有美国、澳大利亚、加拿大、南非、 印度等。近20年，壁式开采技术呈发展趋势，壁式开采技术具有连续采煤，单产高、采出率高、适应性强等先进性。美国、澳大利亚及印度等国引用、改进推广了壁式开采技术，取得了显著的技术经济效益。,壁式开采技术体系的发展,美国长壁综采发展很快。2002年，美国有53座煤矿装备了57个长壁综采面，基本上是一个煤矿一个长壁工作面，有4个矿装备了2个长壁综采面。其中16个长壁综采面，每年平均产量由
2、10年前的131万t增加到现在的173万t。美国长壁综采矿井约占矿井数的7%，而产量约占全美总产量的48%。,壁式开采技术体系的发展,自20世纪90年代以来，美国、德国、澳大利亚、英国、中国和南非等国，在长壁综采工作面技术装备上进行了重大改革，研制并形成了生产能力大、功率大、强度高、自动化程度高、运行可靠的新一代综采设备。它的应用和推广，实现了一矿一井一面的集约化高度集中生产，单产和工效成数倍增大。,壁式开采技术体系的发展,以赛普洛斯“20英里”矿为例,矿井概况该矿位于科罗拉多州雅木始河谷，年生产能力为300万吨商品煤，煤层厚约3 m ，倾角6，顶底板为砂硬岩，煤质中硬，瓦斯和涌水量小。用连续
3、采煤机沿煤层伪斜开掘5条井筒（下山），然后拐90。做伪斜面。全矿日产原煤约1.4万t，共有职工152人，其中地面20人(包括筛选装运)。井下133人。矿井全员效率90t工，综采效率达360t工，是美国工效最高的矿井之一。,壁式开采技术体系的发展,工作面布置-采面巷道沿走向呈三巷布置，分别用作行人、运输及通风。工作面是沿走向推进的。大巷及斜井胶带机共3台，带宽1.5m，带速3.7m/s，运输能力3000t/h，总运距2286m，总装机功率2380KW。供电设备及电线均由装在运输平巷内的“沙夫”单轨吊系统吊运，随工作面推进前移，采煤机、采煤面运输机供电电压力2300V。,壁式开采技术体系的发展,人
4、员配备及生产情况全矿只一个综采队，综采面每日两班生产，每班10小时，每周工作4天。每个生产班配备10人，连同准备修检班6人，圆班共26人。平均日产约12000t，最高日产20000t。最高班产16069t。用一套连续采煤机系统掘进，日产煤2000t，全矿日产约1.4万t，2001年产量为777.81万t，达到当时世界先进水平。,壁式开采技术体系的发展,澳大利亚长壁综采的应用,澳大利亚现有24个综采长壁工作面，开采深度4250m，煤层赋存浅，煤层结构、水文、瓦斯、自燃等条件均简单，倾角平缓，厚煤层仅23m，顶板为砾岩、页岩、泥岩，底板比较松软，遇水膨胀，只采顶层。在此条件下，综采工作面，年产量均
5、在150200万t以上，采高为2.5m的综采工作面，最高日产达25900t，年产164.3万t。,壁式开采技术体系的发展,采区巷道布置及支护采面巷道沿走向呈三巷布置，分别用作行人、运输及串联通风。矿井采用倾斜长壁开采，工作面是沿走向推进的。采区上下回采巷道及开切眼断面均为矩形，巷道高2.5m，上下平巷宽为4.25.5m，切眼宽约7m。采面巷道均用锚杆和W型钢钢带支护，锚杆间距一般取8001000mm。W型钢钢带长度比巷道宽度短400500mm，交叉点纵向、横向都用钢带和锚杆成井字形支护，钢带增长，锚杆加密 。,壁式开采技术体系的发展,综采长壁工作面设备液压支架架型以四柱支撑掩护式支架为主，只有
6、一套两柱掩护支架。支架工作阻力较高，为400900t，多数为600-650t。支架结构高度1.63.5m，实际应用2.5m左右，适用于中厚煤层。顶梁为整体刚性梁，前探梁分潜入式和挑梁式，有的附带护帮板，但很少使用。侧护板为折叶式，推移千斤顶多为短框架，千斤顶倒装，强力支架的前柱前方加有“过桥”，厚80mm，高约550mm，以便增加支架强度。,壁式开采技术体系的发展,综采长壁工作面设备液压支架前边为箱体式，上下有盖板，以增加支架抗扭能力，四边杆底的销子直径为110120mm。支架采用邻架操作方式，可手动，也可电磁控制，连续移架达420架。移架采用电液控制，推移步距1m，移架速度为9s架，端头支架
7、和排头架比工作面分界处侧护板加大，以防支架落后向回采空间窜歼。支架总重1727t。,壁式开采技术体系的发展,综采长壁工作面设备采煤机主要采用英国安德森公司生产的AM500型双滚筒可调高采煤机，电动机功率大于300KW，多数为375380KW，电压为3300V，无链牵引，手控或遥控采煤机，滚筒截深0.7l.0m，并装有装煤板、挡煤扳、破碎机和气流降生器等，功能齐全。 优兰矿采用EDW1000L型双滚筒采煤机，最高月产达25.9万t。,壁式开采技术体系的发展,综采长壁工作面设备输送机主要采用道梯公司生产的双中链封底式输送机。运输能力2500t/h，机头机尾各装一台电机，功率600700KW，有的机
8、头机尾各装两台电机，功率达2200 KW。输送机宽达830mm，链速达0.2m/s，装有侧卸装置、铲煤板、破碎机和紧链器及底链断裂伤检测孔等。,壁式开采技术体系的发展,澳大利亚长壁综采的应用,综采长壁工作面设备桥式转载机主要采用道梯公司生产的双边链桥式转载机，能力大于工作面输送机，井装有水平破碎机。,壁式开采技术体系的发展,综采工作面劳动组织及经济效益：澳大利亚煤矿使用综采时，每矿只配备一套综采设备，备用支架不超过5架，有的矿工作面输送机只有一套备用，其他设备均无备用。矿井实行一周5天工作制，三班生产，一班检修，每班出勤约为10人，每天有效工作时间16小时。综采成套设备有效工作时间长，搬家倒面
9、迅速，设备利用率高，经济效益好。,壁式开采技术体系的发展,国外矿井开拓的发展趋势,矿井生产能力大型化新建矿井生产能力的发展趋势是逐年趋向大型化。如下表所示。,壁式开采技术体系的发展,国外矿井开拓的发展趋势,井型增大的原因： a、煤矿采掘运设备和开采技术的迅猛发展，为建大型矿井制造了条件。 b、煤矿生产向集中方向发展，产量、工效高，提高经济效益。 C、开采深度加大。,壁式开采技术体系的发展,前苏联， 最大开采深达1400m波兰， 最大开采深达1100m德国， 最大开采深达1443m英国， 最大开采深达1220m法国， 最大开采深达1030m一般开采深度均在500m以上。开采深度大，建大型矿井在技
10、术上和经济上均优越。问题：建井工期长，一般46年；基建投资大；设备投资高；生产组织和管理复杂。,壁式开采技术体系的发展,矿井服务年限T缩短国外新建成或改扩建矿井服务年限多数在4050年，如下表所示。美国 2030年；俄罗斯 5080年,壁式开采技术体系的发展,服务年限缩短的主要原因： 1、开采技术、设备更新周期显著缩短。五十年代每隔30年左右更新设备，当前1020年左右即需更新设备。一个矿井从投产至开采结束的期限内，更新设备及改扩建23次较好，因此，矿井服务年限为4050年较合适。 2、要提高效率、降低成本和尽快回收投资，只有加大开采强度，才可提高经济效益。因此，要加速矿井建设和设备更新。,壁
11、式开采技术体系的发展,服务年限缩短的主要原因：3、美国矿井服务T短，小矿20年左右，大矿2030年。主要因为：70以上矿井为平硐开拓，主要掘煤巷，建井工期l2年，且掘进煤与生产煤成本相近；地面永久设施少，不建工人生活区；矿井生产租用大型设备。 问题：国外如何确定矿井生产能力和服务年限?,壁式开采技术体系的发展,开采水平划分及大巷布置,采煤工作面参数 采煤工作面参数采煤工作面参数包括采煤工作面长度、推进长度及单产。随着开采技术和综合机械化的发展，采煤工作面逐渐加长，推进长度加大，单产显著高。,如何定工作面合理长度?美国1994年综采面平均长度为237m，最大为333m；2007年300m以上综采
12、面11个，最长为450 m；工作面连续推进长度平均为2470m，最大为4418m，采用大功率、高强度、高可靠性、机电一体化的综采成套设备，能连续生产700万t原煤不出问题。现在能连续生产1000万t原煤不出问题。,德国， 300m以上综采面18个，其中435m综采面3个，最大长度为506m。工作面连续推进长度平均为30006000m,壁式开采技术体系的发展,如何定工作面合理长度?波兰认为，工作面长150250m时产量最大，效率最高。俄罗斯，按吨煤基建费及生产费用之和最低为目标，对具体条件分析，认为采面长150200m较合适。,300360m长的综采面：榆家梁矿上湾矿补连塔矿哈拉沟矿活鸡兔井 3
13、02 m长的综放面：兴隆庄矿,壁式开采技术体系的发展,如何定工作面合理长度?采面推进长度主要考虑-综采面搬家次数减少。要求尽可能加大采面推进长度。分区式准备方式加强采区走向长度，采用旋转式的开采，条件适宜时可采用对拉工作面。分带式准备方式加大开采范围斜长，或跨大巷回采。 问题：如何定工作面长度?,壁式开采技术体系的发展,开采水平划分及生产水平数开采水平划分从技术上主要考虑辅助运输能力。分区式准备方式时，阶段斜长普遍加大，或采用上下山开采方式，或采用单水平开拓。分带式准备时，只要条件合适就采用。美国，平峒开拓为主，基本上采用单水平开拓。开几条主要平行大巷，由此向各方向掘分区巷道，然后划盘区。如：
14、克里克7号矿井，斜井开拓，主要大巷11条，分支大巷9条，盘区巷道3条，巷宽35m，巷道间距15m左右。,壁式开采技术体系的发展,开采水平划分及生产水平数波兰，主要采用立井水平石门开拓。阶段斜长l000米左右，水平之间距不小于200米，水平服务年限不小于1520年。生产水平数1个。英国，主要采用立井石门开拓，水平间距200米左右水平服务年限20年左右。德国，采用立井石门大巷开拓方式。水平间距200米左右，最大为260米。水平服务年限20年左右。,壁式开采技术体系的发展,大巷位置 大巷位置有煤层大巷和岩石大巷美国，几乎全部沿煤层掘进大巷，即煤层大巷。德、英、前苏联等将大巷置于较坚硬稳定的岩石中。前
15、苏联研究表明，位于采空区下方的岩石巷道比位于煤体下面有更大的稳定性。处于煤柱边缘下方的岩石巷道的矿山压力，则比处于采空区下方高二倍。因此，岩石大巷必须置于采空区下方坚硬稳定岩石中。,壁式开采技术体系的发展,大巷位置 大巷位置有煤层大巷和岩石大巷确定岩石大巷位置，必须依据法线距N，支承压力方向底板传递的边界线与煤层的夹角中，井考虑溜煤眼和安全距来确定。岩石巷道位置选择如下图所示：,壁式开采技术体系的发展,大巷位置 大巷位置有煤层大巷和岩石大巷顿巴斯，N=1520m；库磁巴斯，N=2230m；6570,壁式开采技术体系的发展,大巷位置 大巷位置有煤层大巷和岩石大巷日本认为，以不受采动影响为准，N与
16、开采深度、岩性、煤层倾角及是否用充填法管理顶板等有关，并用如下经验式：,壁式开采技术体系的发展,式中 N岩石巷道至煤层底板的法线距，mH由地表至岩巷上方煤层的垂直距离，mK1岩石种类系数K2煤层倾角系数 火成岩，K10.50.6； 坚硬砂岩，K10.60.7;普通砂岩，K10.70.8； 砂岩、页岩互层，K1=0.80.9;普通页岩，K10.91.0; 特软页岩，K11.01.2;煤层倾角020时，比K2=1；煤层倾角30 时，K2=0.9；煤层倾角40 时，K2=0.8；后每增加10，K2减少0.1； 规定，最少N=10m，最大N=40m。如用全部充填法管理顶板时，还乘以0.9。,壁式开采技术体系的发展,大巷运输方式 大巷运煤方式有机车轨道运输和胶带机运输采用胶带机运输时，应配以轨道机车运输系统，用作矸石、物料等辅助运输。选择大巷运煤方式主要考虑运量(t/h)及远距（m）。日本研究认为，运距小于2000m，日运量大于2000t。运距小于300m， 日运量小于4000t时，胶带运煤有利。否则轨道机车运煤有利。,
