采煤工艺学(1)

• 调整不同角度，获 一组 ，应力值，画 －直角坐标强度包 络线 • C：－曲线在T轴上 的截距即煤岩内聚 力 • Φ：－曲线倾角， 煤岩内摩擦角 • C、Φ值越大，抗剪 强度越大
4．三向抗压强度
• 三向抗压作用下，最大轴向应力称为 三向抗压强度σ1＞σ2＝σ3 • 关系：R3C＞R2C＞RC＞RS＞RP； RP－圆盘试件抗拉强度 • RC : RS : RP = 1 : 0.3 : 0.15
5．强度系数 f1（普氏系数，坚 固性系数）
抗压强度的1％。f1＝0.01 RC
• 捣碎法: f2＝20 n/ h
n：受冲击次数3－10次 h:试样捣碎后，筛出的粉柱高度，mm 20－30mm小块50g，5份。重锤 23.5KN→600mm各捣几次，0.5mm筛量
• f2一般小于f1
6．抗切削强度
三.采煤工艺在我国的发展过程
第一阶段：炮采 第二阶段：机采（普采） 1950 ~1960 1960 ~1970
第三阶段：高档普采、综采 1970 ~1992 第四阶段：综采 1992年至今占60% 其中大采高,放顶煤开采发展迅速.
第一章. 破煤方法
第一节. 煤层的物理机械性质
一. 煤的单向抗破坏强度特征 1. 单向抗压强度 P 试件破坏时施加的载荷, KN • R C = ----------A 试件截面积,cm2
三．水力破煤参数
1．水压，流量，喷嘴直径
1）水压：p＝Af 一般 p=(50~80)f
• p－有效破煤压力MPa • f－煤的强度系数 • A－与裂隙发育有关的影响参数 裂隙很发育＝10~20，较发育＝20~40，不发育40~80。
2）流量：薄及厚煤层单枪流量 160－250m3/h • 厚煤层 250－300m3/h • 特厚煤层 250－550m3/h 3）喷嘴直径：d=射程/150-200 10m以上煤层12－20MPa，400－450m3/h流量
切削力Z=Ah
• A－抗切削强度KN/cm • h－切削厚度 cm • A=Z/h 按A把煤层分为8级， KN/cm 0-0.6, 0.61-1.2, 1.21-1.8, 1.81-2.4, 2.41-3.0, 3.01-3.6, 3.61-4.2, >4.2
• HW比能耗 HW＝0.0272 Ah/S (KWh-t) • S－切削的断面积，c m2
煤按强度系数和抗切削强度分类
煤质
软 中硬 硬
强度系数f
<1.5 1.5~3.0 >3.0
抗切削强度A
0.3~1.8 1.81~3.6 >3.61
N /cm
7．合理的切削厚度
• • • • • 截齿出刀长度Ld大于最大切削厚度hmax 通常取hmax0.7Ld hmax＝53－88mm， Ld＝径向76－115mm， 切向125－157mm
• 二．水枪射流的破煤原理 • 1）水枪割缝： 射流轴心动压力起关键作用 • 缝深度h轴心动压力MPa，距离关系。图2 －62 • 电耗轴心动压力MPa距离关系。图2－63 • pl＜2MPa时，效率极低。Hw急增。 • 2)水力崩落：利用自由面，当射流总冲击力 时效果差，能耗高。当稳定。图2－65 • 3）楔劈：水平不高但流量大，进入裂隙， 利用静压。
二. 煤矿爆破技术 1. 炸药消耗量
坚硬无烟煤f＝2－3 无烟煤硬烟煤f＝1.5－2 0.28 0.24 烟煤f＝1－1.5 烟煤f＜1.0 0.20 0.16
Q=LMlq
• • • • • Q－循环炸药消耗量 Kg/循环 q－单值炸药消耗量 Kg/m3 l一茬炮的推进度， m L－工作面长度， m M－煤层厚度， m
2.装药结构
• • 正向装药：安全（沼气，尘爆必须用） 反向装药：效果好，炮眼利用率高
3. 微差爆破
• 毫秒雷管：10－130ms
4. 静力爆破：
硅酸盐、生石灰→水膨胀， f＝9， w＝30cm，24h裂
第四节：水力破煤
一. 百度文库级
• • • • 标准大气压水柱m，压力值（MPa） 低压 ＜10 1.014 中压 10－50 1.01－5.05 高压 50－600 5.05－60.78 超高压 ＞600
第二节：切削破煤与切削力
1．Z0切削力＝Zn切削阻力＋f0摩擦阻力
• 消耗能量比重：前刃面（压实换）50－78 ％ • 刀具与煤体摩擦20－46％ • 裂隙和切削崩落 ＜1％ • 煤的弹性变形 ＜1％ • 机器构件弹性变形0.3－2％ • 截齿高温167℃，割岩石1500℃ • 无链牵引可比锚链牵引降低切削阻力15－ 20％（无脉动式震动影响）
• 通常抗拉强度约为抗压强度的3—30%
3．单向抗剪强度
• 倾斜压模法： 破坏面上的应力 T P A A sin N P cos n A A
τ ：试件的抗剪强度 KN/cm2 σ n：剪切破坏面上的正应力 KN/cm2 P：试件发生剪切破坏时施加的总应力 KN T,N：作用在剪切破坏面上的剪切力和正压力 KN A：试件剪切破坏面的面积 cm2 α ：试件与水平面的夹角 (o)
注:试件尺寸小或加载快则单向抗压强度大,误差 15%~30%,每组试件不少于3件
2．单向抗拉强度
• 直接拉伸法: Rt＝Pt/A
Pt——试件破坏时的总拉伸力，KN A——截面积cm2
• 间接拉伸劈裂法: RP＝2P/πDt
RP——圆盘形试件的抗拉强度，KN/cm2 P——试件裂开破坏的竖向总压力，KN Dt ——试件的直径和厚度，cm
少15－20％
5）煤的切削方式和方法
• 冲击破煤比静力大2－4倍（速度高，切削 阻力加大） • 方法：截割法，截楔法；75年德国试验， 增块煤50％，少粉30－40％
第三节 爆破，破煤法
• • • • • • • 最小抵抗线 若装药最小抵抗大于临界抵抗，破坏只在岩体 内部，（不受自由面影响）爆破形成裂隙圈， 其半径为：k值：修正系数，1.4－2.0 整体岩 石取下限 裂隙性岩石取上限 k值：修正系数，1.4－2.0 整体岩石取下限 裂隙性岩石取上限 k值：修正系数，1.4－2.0 整体岩石取下限， 裂隙性岩石取上限
2．影响切削力和比能 耗的主要因素
1）刀头几何形状 • 平面形：切削力影响系数 1.0，侧向力影响系数1.0 • 椭圆形：切削力影响系数 0.78，侧向力影响系数 1.5－2.0 • 棱柱形：切削力影响系数 0.72，侧向力影响系数 1.5－2.0
2）刀具磨损强度 3）煤被压酥的影响 4）采煤机牵引方式：无链最大切削阻力
2．水枪破煤能力：
A=W/Hw =Q0 H0 /367Hw
• • • • • A：水枪破煤能力，t/h W:水枪射流的能量, KW Q0 :水枪射流的流量, m3 /h H0 :水枪射流的工作压头, m Hw :水枪射流的单位能耗, KW –h /t
四．高压细射流
速度超过音速。喷直径＜ Φ 1mm 。 • • • • 140MPa 低高压 140－280MPa 中高压 ＞280 MPa 超高压，高高压 最高达700MPa
采煤工艺学
主讲 ： 孟宪锐
绪
一.采煤工艺的特点
论
1.煤的开采与顶板的控制为主要矛盾线, 2.采、装、运、支、处,循环作业 3.生产场所和条件的多变性和移动性
二. 采煤工艺的分类
1.按破煤方法:旱采、水采、气化与 液化、 2.按采控设备类型:综采、普采、炮 采 3.按控顶方法:垮落法、充填法 4.按分层方法:整层开采 (大采高,放 顶煤)、分层开采、