采煤工艺学-第二章 破煤、装煤和运煤方法(20080908)

犁式采煤机上的装煤机构，通常装在截割机构后方，依靠采煤机的牵引力移动 和装煤。 L犁式装煤板（装煤犁）-早期滚筒采煤机使用，如图所示，因换向不便，没有
得到推广使用。
刨煤机：刨头上设有装煤犁槽，如图所示。由底刀2和犁形板3组成，由于刨 煤机的吃刀深度浅，刨落煤量少，所以装煤效果好。
三、铲煤板装煤
使用螺旋滚筒装煤时，在机道上必将遗留部分碎煤，为了清除浮煤，在输送机
刀具切削煤的破坏全过程是：从刀具接触煤体开始，首先形成压实核（压碎带）， 经过若干个不均匀的小块切削破坏，达到一次大块切削崩落破坏，图2-17。
消除或减少煤粉压实核是减小截齿切削阻力的主要途径。 刀具磨钝（损）：在割煤过程中，刀具必然被逐渐磨钝，截齿变钝后，各刃面变 成弧面，与煤的接触面积增大，切削力必然增大。
2.爆破破煤原理
煤岩的可爆性 煤岩对爆破作用的抵抗或爆破的难易程度称为可爆性，这对于爆破时的破碎过 程，选用炸药和确定爆破参数等方面具有重要意义。
目前主要用爆破煤岩块的单位耗药量和煤岩波阻抗来表示可爆性，岩石强度越 高，波阻抗越大。
爆破破煤理论 （1）炮轰气体膨胀力的破坏理论 爆破煤岩时，初期由应力波形成的动应力场很快消失，特别是在低阻抗的煤岩 中，爆轰气体膨胀产生的静压力起主要作用。 （2）应力波破坏理论 煤岩体的破坏首先是由爆破产生的冲击波和应力波的作用 （3）应力波和气体共同作用破坏理论 煤岩体内最初形成裂隙是由应力波造成的，随后爆炸气体渗入裂隙，在膨胀静 压作用下，使裂隙扩展而破碎。
煤的切削方式与方法： 截齿切削破煤两种方法：（1）冲击荷载下破煤（2）静荷载下破煤 从破碎煤岩试件所消耗的瞬间能量看，冲击破煤要比静力破煤高2-4倍，但冲击破 煤所需时间很短，可提高生产率。 采煤机工作机构切割方法有：截割法、截楔法两种。 截割法：截齿将煤一块块切削下来，目前常用的截煤方法。 截楔法：先用截齿切削成几条槽（环状或齿状），再利用楔形机构插入槽中，利 用劈裂原理破槽间煤，此原理能充分利用煤岩体抗拉强度小的性质。与截割法相比， 可使煤的出块率增多与单位能耗降低。
2 1 2
3 3
4
4
3 1 5
3 1 5
3 1 5
3 5
水平角
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仰角和俯角
斜切起爆
五花眼的起爆
装药量计算 根据统计给出一套经验公式供参考。合理的装药量也应根据试验来确定和调整。 一般地毫秒爆破比瞬发爆破可降低炸药消耗5%～6％。 回采工作面每循环装药量Ｑ的计算公式为：
单位炸药消耗量(kg/m3)一览表
预裂（预切）爆破技术 是一种控制爆破方法，原理：当两个相邻炮孔同时起爆时，冲击波在炮孔间相互 碰撞，使炮孔间的煤岩承受拉力，造成裂断区，如图2-51所示。
微差爆破技术
第二节 装煤方法
把从煤体上破落下来的碎煤装入输送机运出工作面（装煤、破煤）。炮采时， 多由手工作业完成装煤工序，机采工作面中，一般采煤机可自行完成装煤工序，
二、煤的切削破坏过程及原理
1.煤的切削
煤基本上属于脆性固体材料，切削时，刀头的刀尖部分首先接触煤体，产生很高
的集中接触应力，随着进刀越来越深，接触面积越来越大，相应的应力下降。 由于集中接触应力远远超过了煤的抗压强度，煤与刀具接触位置产生压碎，在刀 具前方煤体未破坏之前的瞬间，形成煤粉“压实核”，如图2-15所示。煤粉“压实核” 储存了大量的弹性能，一旦在刀具前刃面与煤体间发生缝隙时， “压实核”煤粉将会 顺着刃面以较高速度“流出”，在截齿的端面与侧刃面的碾压与摩擦作用下，同样可 产生煤粉。截齿越钝，产生的煤粉越多。当应力增大到一定程度，煤体产生裂缝，大 块切削崩落后，煤体形成不规则斜面。
a爆破深度较大，其作用尚未达到自由 面； b爆破装药深度较大，形成的爆破漏斗 顶角较小，破碎煤岩发生隆起，这种 漏斗称为松动漏斗（松动爆破）； c装药深度较小，漏斗顶角较大，有大 量碎石被抛出，形成MAN：松动锥 mAn：抛掷漏斗man：可见漏斗，这 种爆破称为抛掷爆破或扬弃爆破。
4.采煤工作面爆破技术
爆破落煤由打眼、装药、填炮泥、联炮线及放炮等工序组成。 炮眼布置原则 依据煤层的采高，煤的硬度和有无夹石来确 定。 ① 当采高超过2m时，采用五花眼布置； ② 当采高在1.6～2.0m，煤质较软(f＝1～1.5) 时，按三花眼布置； ③ 当采高在1.6～2.0m，煤质较硬(f>2)时，应按 五花眼布置。 ④ 当采高小于1m时，采用三花眼或单排眼布置。 在实际操作中还应根据前次爆破后的实际情 况，结合煤的性质、节理、层理、裂隙等因素进 行必要的调整。
最小抵抗线：药包几何中心到邻近自由面的垂直线称为最小抵抗线。最小抵抗 线的方向，就是药包爆炸后，煤岩移动或抛掷的主要方向。
炮眼角度 合理的角度应是：水平角度为85～100°，底眼俯角为5～10°，顶眼仰角为 0～5°。 起爆顺序 起爆顺序合理与否，是直接影响爆破效果好坏的关键。合理的起爆顺序对于取 得好的爆破效果是十分重要的。一般采用斜切起爆。
上装有铲煤板，铲煤板随输送机一起由移溜千斤顶向前推移，移动过程中，浮煤 沿铲板斜面自行装入输送机中。结构简单、煤不产生二次破碎，不产生煤尘，与 输送机移动工序并行，操作工艺简单。
第三节
运煤方法（刮板输送机）
回采工作面的运煤方式，根据溜槽与刮板链的布置方式，可分为并列式和重叠式。
我国输送机电动功率标准系列：20、40、75、100、125KW，多台传动装置时， 布置方式如图所示。
输送机槽 溜槽在水平方向上允许偏转3度，垂直 方向上允许偏转4度，以满足平缓弯曲和 适应底板不平的情况。 输送链和刮板 输送机输送能力很大，输送链的强度 也应很大，一般多采用两侧双链结构， 链的最大破断力（667KN）。 为克服两侧双链张力不均，相互牵制， 产生冲击特点，开始采用中心单链输送 机。其电机功率达到55-220 kW，最大输 送能力达到850t/h。单链结构简单，受力 均衡。
炮轰的动作用 炮轰时，孔壁上受到脉冲形式的冲击压力作用，若药包与孔壁间不存在间隙，则 煤岩将受到炮轰压力的直接作用；若存在间隙，则煤岩受到的是炮轰波所激起的冲击 压力作用。动作用产生的冲击压力峰值是很高的，但作用时间很短。
炮轰的静作用 靠炮轰产物膨胀做功，把能量传给煤岩，使煤岩产生破坏，不同于静压（准静态 压力）。在冲击压力峰值迅速降低后，炮轰产物在原来的炮孔体积内，将达到平衡的 流体静压力作用在孔壁或孔隙中，压力下降非常缓慢，直至煤岩被炸开，炮轰产物从 孔中逸出，随之静压力也逐渐消失，如图2-36所示，虽然静压力较冲击压力峰值较小， 但由于持续时间较长，它对煤岩的破碎与抛掷起主要作用。
五花眼
三花眼
三角眼
炮眼间距 炮眼间距与角度的合理与否，直接关系着爆破效果的好坏，炮眼间距过大，爆破后 煤体坚硬，增加了工人体力消耗与攉煤时间；炮眼间距过小，会增加炸药、雷管的消 耗，同时也增加了打眼工作量。炮眼间距计算经验公式如下： w=(15～20)d (m) a=(1～1.5)w (m) 式中 w —— 最小抵抗线，m； d —— 炮眼直径，m； a —— 间距，m。 炮眼间距的计算结果只起参考作用，要确定最合理的炮眼间距，必须经过井下的 实际试验来确定。
三、爆破破煤
1.概述
炸药作为破碎煤岩的一种主要动力源，短时间内产生大量高温高压气体，放出 大量能量。炸药迅速释放大量能量的过程及其现象称为爆炸或爆破，与燃烧的区别 在于反应速度不同，比燃烧高106 倍。 爆破作用的基本形式有冲击和爆轰两种， 冲击表现为冲击波的产生与传播。
炮轰波做功，根据其做功形式不同，将它的作用分为两类：动作用、静作用
第二章 破煤、装煤和运煤方法
第一节
一、切削
截齿是安装在采煤机工作机构上直接切削煤的刀具，为保证切削效果，发挥采 煤机设备的生产能力，对截齿要求：具有足够的强度、耐磨与抗冲击的韧性，破 煤能耗低，安装固定可靠，更换方便、成本低，容易制造。
破煤方法
在截齿的刀头上，通常需要镶嵌硬质合金—钨钴合金（玻璃刀头-金刚石）。 （a）截链式（链条上装有截齿座与 截齿，直线运动切削） （b）刨削式（刨头上装有截齿（刨 刀），直线切削） （c）滚筒式（滚筒截齿旋转，直线 运动、滚削） （d）圆筒性钻头（圆筒环形端头上 镶有截齿，向煤壁前方钻进，环状 切削，实质仍然属于直线切削） （e）端面钻头（钻头端面镶有截齿、 利用顶端刃面或侧刃面切削，侧向 铣削（机器零件）） （f）锥形表面上镶有截齿
裂隙的形成与发展大体分三个阶段。 （1）缓慢发展阶段 取决于煤岩体的弹性、强 度性质等；煤岩强度越大，此 段时间越长 （2）裂隙加速发展阶段 主要取决于加载条件，与 煤岩体性质无关 （3）恒定发展阶段 取决于煤岩中弹性波传播 速度和弹性能转变为裂隙表面 能的速度。
有自由面存在时，随着装药位置深度的不同，在各种力的共同作用下，将形 成不同形状的爆破漏斗。
采用滚筒采煤机时，螺旋滚筒可直接装煤，采用刨煤机时，在刨头上装有犁板槽， 可把落下来的碎煤装入输送机中。 对倾角较小的工作面，采用刮板输送机运煤、大倾角回采面，可采用自溜运输。
一、螺旋滚筒装煤
螺旋滚筒是滚筒式采煤机的工 作机构，能完成破煤与装煤两工序。 由轮壳2、螺旋叶片3、端盘4 与截齿1组成。
二、装煤犁（铲）装煤
f ：煤的坚固性系数
装药结构 正向装药结构和反向装药结构 装药结构对爆破效果和爆破安全影响很大,从传爆方向来看,反向装药爆破传爆方向 指向炮眼口,易从炮眼口喷火引起瓦斯、煤尘爆炸,认为正向装药爆破比反向装药爆破 安全。但只要充填足够长度的炮泥,反向装药爆破的安全性会有较大的提高。从爆破效 果来看,反向装药爆破传爆方向和岩石移动方向一致,反向装药比正向装药爆破效果好。 采用毫秒爆破时,从引起“带炮”现象来看,反向装药爆破比正向装药爆破安全。 井下爆破中应注意的问题 放炮前必须检查瓦斯，放炮点附近20米范围内，瓦斯浓度达到1%时，必须停止爆 破；保证一定的封泥长度，根据炮眼深度不同，一般为0.3-1.0m。
输送机选型计算
3.煤岩的破碎过程
装药爆炸时，在炮孔处受冲击波或
应力波作用，被压缩形成扩大腔（炸 腔），紧邻的是压碎区，此处的岩石 被强烈粉碎，并产生很大的塑性变形， 该区域一般不超过3r0。 再向外是裂隙区，在该区内，在应力 波切向拉应力作用下，产生径向裂隙， 一般此区域不超过20r0。 当超过20r0后，由于应力波的衰减， 爆破产生的拉应力不足以克服煤岩的 抗拉强度，不再发生裂隙，但仍有振 动波传播，直至消失，此区域为震动 区。