现代开采技术(5.30)

《现代开采技术(5.30)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代开采技术(5.30)（139页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、现代开采技术,西安科技大学 张恩强2011.5,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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、；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

9、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

10、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。,第二章 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1

11、965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

12、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

13、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

14、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

15、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

16、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。,