09级大倾角煤层采煤法讲稿

欢迎采矿09级同学学习“大倾角”煤层综采（放）采煤法21概述2主要设备特点3设备选型与使用的基本原则4大倾角煤层走向长壁综采（放）工作面采煤工艺5大倾角煤层走向长壁综放工作面设备防滑防倒6工作面上下端头支护7工作面设备的安装与拆除8“大倾角”煤层矿压显现基本特征31概述煤层倾角是影响选择采煤方法的重要因素之一。大倾角煤层一般指倾角为35°～55°的煤层，跨现行煤层分类法中的倾斜和急倾斜两个类别。这主要是考虑冒落矸石的自然安息角为35°和水平分段放顶煤法开采55°以上特厚煤层时底板“死三角”丢煤很少，以及目前走向长壁综采设备及工艺在采取特殊措施后可适用煤层的最大倾角为55°，而且开采难度相当大，有特殊复杂性和规律性。4一般煤层形成初期呈水平状态，以后经历地质构造变动才成为大倾角煤层。因此，大倾角煤层及其围岩常伴有较多的褶皱和断层、节理裂隙发育；煤层倾角和厚度变化大。5随着煤层倾角增大，上覆岩层重力沿层面（切向）的分量增大，沿垂直层面（法向）的分量减小。因此，支架易下滑或倾倒，安全隐患大。不仅顶板冒落，而且底板也滑移；采落的煤炭、垮落的矸石以及工作面内其它未固定的物体均可沿底板滑滚，这虽然有利于工作面的运煤和矸石向下充填，但必须采取措施防止滑滚物体伤人、砸坏设备和冲倒支架。因垂直层面的作用力减小，在顶板岩性相同的条件下，大倾角煤层工作面顶板作用于支架的载荷比缓斜煤层要小。61998年四川省华蓥山矿务局（现为广能集团公司）绿水洞煤矿，2003年甘肃省靖远煤业公司王家山煤矿，华亭煤业集团东峡煤矿，新疆焦煤集团2130煤矿先后与西安科技大学合作成功地解决了大倾角中厚综采或厚煤层综放技术难题并成功开采倾角最大达52°的煤层。目前，我国大倾角煤层走向长壁综采技术为世界先进，特别是大倾角厚煤层走向长壁综放技术处于世界领先水平。7长期以来，大倾角煤层因地质条件复杂多变，开采条件差，机械化程度低，严重制约着此类煤层产量和效益的提高。随着较容易开采的35°以下煤层综采设备和工艺的日趋完善，加之35°以下煤层资源量的减少，综合机械化开采技术逐步向较难开采的大倾角煤层拓展。无链牵引、电机横向布置、制动可靠的新型采煤机和具有完善的防倒防滑功能的新型液压支架等装备和相应的采煤工艺为这一拓展奠定了基础。大倾角煤水平分段综放工作面布置剖面如图1-1所示。8图1大倾角煤层水平分段综放工作面布置平剖面92主要设备特点（1）液压支架（2）采煤机（3）输送机10大倾角煤层走向长壁综采（放）设备是安全高效开采此类煤层的基础，它必须能满足煤层倾角大的特殊需要，不但运行要可靠，而且操作要灵活。液压支架、采煤机和刮板输送机的具体特点如下。11（1）液压支架液压支架在走向长壁工作面移架过程中，由于支架自重在倾斜方向的分力会使支架沿倾斜下滑，煤层倾角越大，下滑力越大。支架后部因重量大且重心偏后，下滑比前部严重，造成支架歪斜。当煤层倾角增大到使支架失去侧向稳定时，支架会向下倾倒。为了保证支架正常工作，在煤层倾角大于35°时，从设计制造上必须考虑采取防倒防滑措施。王家山煤矿综放支架模型（1:20）如图2-1所示。12图2-1王家山煤矿综放支架实验模型（1:20）13为了提高工作面排头排尾支架的整体稳定性，通常将工作面下部或上部的3～5架支架两两彼此用防倒防滑千斤顶相连，构成排头或排尾支架组。特别是排头支架是工作面其他支架稳定的基点，所以，排头支架的稳定至关重要。大倾角液压支架通常都采用由千斤顶控制的调底座装置并采用缸径较大（一般为Φ80mm或Φ100mm）的侧推千斤顶以增大调架力。另外,支架的立柱上设有扶手,底座上设有台阶以便行人。14（2）采煤机大倾角煤层综采工作面要求采煤机牵引力大、制动可靠、润滑效果好。现在大倾角采煤机均为无链牵引，有可靠的制动装置，使采煤机停电、失压、调速手把过零、牵引轮不同步、超速或电缆张力过大时，均能实现可靠的制动；为实现安全操作，采煤机中通常都装有无线遥控或平巷控制台控制。采煤机摇臂润滑采用分腔或强迫形式。目前，先进的大倾角采煤机还采用多电机横向布置和四象限运行的变频调速技术，运行可靠性更高。15（3）输送机大倾角煤层综采工作面刮板输送机主要作为采煤机的轨道，又是支架前移和抑制下滑的基点，同时限制割（放）下的煤自溜。因此，要选配高强度的双边链刮板输送机，溜槽为铸焊型，销轨及其连接座均为加强型，与推溜杆连接的双耳的强度也要提高。为了克服双边链磨损严重且不便换链，王家山煤矿采用链条靠近溜槽帮的准边双的刮板输送机，收到了良好效果。163设备选型与使用的原则173设备选型与使用的原则大倾角煤层走向长壁综采（放）设备选型与使用应充分考虑煤层倾角大的特殊性，以支护系统稳定性和设备运行可靠性为核心，应遵循以下基本原则原则：18(1)优先选用2柱掩护式支架，并要求支架防倒防滑性能可靠；(2)支架应具备较强的抗侧向载荷性能；(3)支架工作阻力适中，而且重量尽可能轻；(4)因支架后部易下摆可能造成采煤机滚筒与顶梁前端干涉，故要适当加大推溜杆长度消除这种干涉；19(5)增大采煤机牵引部的传动比。这样做虽然使采煤机最大牵引速度有所降低，但却增大了采煤机牵引扭矩，便于采煤机向上爬坡；(6)煤机采用遥控，最好装配四象限运行的变频调速器；20(7)刮板输送机采用准双边链为宜；(8)刮板输送机应以长推溜杆与支架底座配合的方式防滑为主，以千斤顶通过链条斜拉溜槽的方式防滑为辅；21(9)采煤机应有较大的挑顶量和下切（卧底）量，以适应煤层倾角及厚度的变化和调整支架的需要；大倾角放顶煤液压支架还应适当降低采高，从而降低支架重心，有利于支架稳定。224大倾角煤层走向长壁综放工作面采煤工艺(1)进刀割煤(2)拉架推溜(3)放煤23一般大倾角煤层走向长壁综放工作面如图4-1所示。大倾角煤层走向长壁综放合理的采煤工艺要以操作人员安全为基础，以支护系统稳定为核心，具体如下：24图4-1大倾角煤层综放工作面布置平剖面图１－刮板输送机；２－液压支架；３－采煤机；４－端头支架；５－转载机；６－胶带输送机；７－动力列车；８－排头支架防倒防滑装置；９－工作面支架防倒防滑装置；１０－排尾支架防倒防滑装置；１１－输送机防滑装置；１２－巷道超前支护25(1)进刀割煤一般采用从工作面上端斜切不留三角煤的进刀方式，因采煤机下滚筒总是插入煤壁，阻止其下滑并可以实现由上向下割煤，还有利于工作面下部人员的安全。26大倾角煤层走向长壁综采（放）工作面一般采用从工作面上端斜切不留三角煤的进刀方式。当煤层较软，采用留三角煤的进刀方式防进刀段架前漏顶效果较好。27一般由上向下单向割煤，由下向上清浮煤。这种割煤方式，采煤机牵引阻力较小，装煤效果好，有利于防采煤机下滑，所以采用较多。但这种方式架前新暴露的顶板临时支护时间长而且不能实现由下向上追机拉架推溜，在顶板破碎，尤其放顶煤工作面，当煤质松软易漏顶时，不宜采用，而宜采用由下向上的割煤方式。28（2）拉架推溜采用由下向上拉架推溜，这样有利于预防支架倒滑，并且由下向上推溜可使溜子上窜，对防溜子下滑有利。拉架时要严格控制相邻支架顶梁高差小于顶梁高度的三分之一，否则，易发生咬架或背架事故。29(3)放煤放煤时易出现支架失稳，因此要严格制定放煤顺序和轮次并控制放煤量，一般采用由上向下间隔多轮的方式适量放煤。若支架不失稳时，见矸关闭放煤口，否则，应提前关闭放煤口。放煤步距一般为1.2m，若支架因放煤出现较大的失稳时就要暂停放煤或增大放煤步距。305工作面设备防滑防倒(1)液压支架防倒防滑(2)输送机防滑(3)采煤机防滑31当煤层倾角大于12°，工作面设备一般应加装防滑装置，并采取相应的工艺措施。（1）液压支架防倒防滑从采煤工艺上应采取的措施：①始终自工作面下部向上移架，既利于防倒防滑，有利于防采空区滚动矸石冲击支架尾部。32②为防止新移设支架处于初撑力阶段与顶底板的摩擦力小可能产生下滑，应谨慎采取间隔移架，并使支架保持适当迎山角，以抵消顶板下沉时的切向位移量。③要严防输送机下滑带动支架下滑。工作面下端头排头支架的稳定是稳定中间支架的关键因素之一，要采取特殊支护措施，确保排头支架的稳定。33煤层倾角较大时，支架一般要增设防滑装置。防滑装置的形式较多，图5-1所示为其中的一种：在靠近上下巷处分别设基准支架作为防滑和锚固用，各支架用导轨－滑槽连在一起，互为导向和防滑，同时用防倒千斤顶将支架互相拉在一起，用于防倒和一旦倒架时扶架。其端头支架一般水平装设于上下平巷内，必要时可用锚固装置。大倾角支架防倒防滑装置如图5-1所示。34图5-1大倾角支架防倒防滑装置α－煤层倾角；a－排尾支架组；b－工作面支架；c－排头支架组１－上侧护板；２－上邻架；３－下邻架；４－中间架；５－排头架６－防倒斜拉千斤顶；７－支架前移导向装置35（2）输送机防滑输送机下滑是大倾角机采面最常见的影响生产的严重问题。输送机下滑往往带动支架下滑，损坏连接耳销、拉架移输送机千斤顶和推移杆。输送机下滑的主要原因：①重力原因引起下滑，当煤层倾角达到12°～18°时，就有可能因自重而下滑；36②推移不当或从工作上端开始推移次数过多；③输送机机头与转载机机尾不能正常搭接，煤滞留于工作面端头，导致输送机拉回煤，或者底板没割平或移输送机时过多浮煤及硬矸进入底槽，导致底链与底板摩擦阻力过大，均能引起输送机下滑并增大电机运行负荷。实际中，工作面刮板输送机下滑常常是这几种因素综合作用的结果。37防止输送机下滑应采取的措施：①防止煤、矸等进入底槽，以减小底链运行阻力。②工作面适当伪仰斜，即下端头超前上端头，伪斜角随煤层倾角的增加而增加。调整合适时，推移输送机所产生的上窜量可抵消下滑量。一般伪斜角不宜过大，否则会造成输送机上窜量过大而且煤壁片帮加剧。38③严格把握推移输送机顺序。下滑严重时须采用斜拉复位装置，注意斜拉链条弹跳伤人。④用单体液压支柱顶住机头(尾)，推移时，将先移完的机头(尾)锚固后，用单体支柱斜支在底座下侧，然后再继续推移。39⑤在移输送机时，不能同时松开机头和机尾的锚固装置，移完后应立即锚固，必要时机头(尾)架底梁上用单体液压支柱加强锚固。⑥安装防滑千斤顶：防滑千斤顶的安装形式多样，图5-2所示便是其中一种。40图5-2输送机防滑装置1－底座；2-输送机；3-防滑千斤顶；4-锚链41在支架底座每隔6m安装一个拉曳锚固千斤顶。推移输送机时，千斤顶处于拉紧状态，因推移千斤顶推力大，仍能使输送机前移而不下滑，移架时防滑千斤顶松开，移架后仍处于拉紧状态。安装专门防滑千斤顶，会增加操作工序、降低移架速度。另外，移架时，张紧的锚链会因松弛释放弹性能导致链条弹跳易伤人，应尽量不用。42（3）采煤机防滑无链牵引采煤机的防滑主要靠自身装备的性能可靠的制动器和有关保护装置，可用于煤层倾角达55°左右的工作面。436工作面上下端头支护大倾角综采工作面上下端头支护因存在三角顶板(煤)或底板（见图6-1、图6-2）,既是难点又是重点。绿水洞煤矿大倾角综采工作面下端头采用横式布置纵向前移的主副架一组的特殊端头支架（已获专利）（图6-3），较成功地解决了大倾角综采工作面下端头支护难题。44图6-1大倾角综采工作面上端头三角顶板(煤)45图6-2大倾角综采工作面下端头三角底板46图6-3ZTHJ6800/16/25型大倾角横式端头支架47大倾角综放工作面上下端头支护就更加困难。靖远王家山煤矿充分利用特厚煤层条件，首创将大倾角工作面下部布置成圆弧段（获实用新型专利）（图6-4），这样，大倾角特厚煤层综放工作面下端头支护与水平工作面下端头支护完全相同，这是将复杂问题变简单来解决；48图6-4大倾角厚煤层长壁综放工作面下段圆弧布置形式49而上端头支护采用带有可转动的伸缩侧护板的两架一组的特殊上端头支架，主架在后副架在前，靠副架拉主架、主架推副架的方式来移架。507工作面设备的安装与拆除大倾角煤层走向长壁综采（放）工作面设备的安装与拆除难度较大，特别是液压支架应从上向下整体横向下放支架，自下向上安装；拆除时顺序则相反。刮板输送机的溜槽随支架逐节安装。采煤机应在工作面上段安