大倾角煤层开采技术

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1 大倾角煤层开采研究现状与发展趋势
国外大倾角煤层开采技术研究主要集中在前苏联(当今 以乌克兰为主)、德、法、英、波等国家,西班牙、捷克等 少数国家也做了一些工作,开采条件优越的美、澳则少见 这方面的报道。
早在七十年代,前苏联就在大倾角煤层的开采方面进 行了一定的研究,研制了应用于大倾角和急倾斜煤层的各 类综采支架及采煤机,并在此基础上对大倾角特别是45° 以上的煤层开采工艺进行了较系统地研究,基本奠定了急 倾斜煤层开采的科学技术基础。乌克兰顿涅茨煤矿机械设 计院自1986年开始为顿巴斯的龙恩-亚卡矿井和奥尔忠尼基 煤管局所属的叶娜基也夫卡娅煤矿设计了大倾角和急倾斜 煤层采煤机及其相配套的支护设备并装备54个综采工作面。
② 分段式水平或斜切分层放顶煤开采适用于煤层厚度 大于10m的工作面。
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2.2 大倾角厚煤层开采新技术
(6)伪俯斜走向长壁放顶煤开采
这种采煤方法具有走向长壁采煤法的一般特点,采 煤工作面呈直线形,按伪俯斜方向布置,沿走向推进。
大倾角煤层开采技术
中国矿业大学 二零一零年 七月
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目 录
1 大倾角煤层开采研究现状与发展趋势 2 大倾角煤层开采新技术、新工艺
3 大倾角煤层综采技术
4 大倾角煤层开采顶底板控制技术 5 大倾角工作面设备稳定性分析及防倒滑措施
6 大倾角煤层非机械化开采技术
7 大倾角综放开采技术 8 大倾角工作面岩层移动及矿压显现规律
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1 大倾角煤层开采研究现状与发展趋势
防滑装置,并以此界定大倾角煤层主要指倾角为20º~ 35º的煤层。 可见,“大倾角”煤层是一个模糊概念,其主要针 对的是倾斜煤层,在急倾斜煤层中讨论大倾角的意义不 大,应结合具体工艺来说明。对于综采工艺而言,鉴于 目前我国倾角大于35º的煤层使用综采的困难性,大倾 角煤层是指倾角为18º~32º的煤层;对于普采工艺而言, 大倾角煤层是指倾角为25º~42º的煤层。
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1 大倾角煤层开采研究现状与发展趋势
对拓宽综采工艺的适用范围、发挥综放开采潜力,提高 矿井机械化开采水平、经济效益和煤炭采出率有重要意 义。 我国大倾角厚煤层储量丰富、分布面广。大倾角煤 层开采目前的发展水平远低于缓倾斜煤层,存在着一系 列没有解决的基本技术难题,因而研究大倾角煤层的开 采方法,既非常必要,又十分迫切。
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1 大倾角煤层开采研究现状与发展趋势
法国在洛林矿区使用专用的急倾斜采煤机(ANF)和 TSA型迈步支架配合工作面防倒防滑装置及措施开采了 15°~90°的煤层。德国将赫姆夏特和曼斯菲尔德或威斯 特伐里亚支架进行改装,配合G9-38Ve4.6加高型刨煤机开 采了鲁尔矿区威斯特豪尔特18°~38°的大倾角煤层。英 国使用多布逊支架(适应煤层倾角25°~45°)和伽里克 支架(适应煤层倾角小于40°)开采大倾角煤层。印度以 其东北部煤田为基地,研究了应用于急倾斜和大倾角煤层 的柔性支架采煤法、巷柱充填采煤法、掩护支架采煤法、 综合机械化及其配套设备。西班牙在帕里奥和圣安托尼奥 煤田的HUNOSA矿井使用机械化装备开采了倾角大于40° 的煤层。
响煤炭质量,回采率和工作面日产量均较低,部分乏风进入
采空区,不利于通风管理,采空区易发生煤炭自燃发火。
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2.2 大倾角厚煤层开采新技术
(3)巷道放顶煤采煤法
这种采煤方法将一个采区的大倾角煤层沿不同标高分成 若干区段,每个区段高度为15m~30m,在区段底部沿走向布 置一条放煤巷道,两端分别与进、回风巷相联,在巷道的一 侧每隔一定距离向煤层中掘放煤小眼,巷道布置完成后,先 在放煤小眼内放炮,使巷道上方的顶煤全部处于悬露状态, 顶煤在自重或辅以人工松动的作用下自行垮落,然后即可进 行放煤。 这种采煤方法掘进率和含矸率高,采出率低,尤其是放 煤小眼为独头巷道,通风困难,易形成大面积的瓦斯积聚, 顶板无法控制,煤层自燃发火难以处理,放煤口易堵塞,安 全条件差。这种采煤方法适用于倾角大于60°的中厚及厚煤 层。
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2.1 大倾角薄及中厚煤层开采新技术
(2)长孔爆破采煤法 长孔爆破采煤法的全称应该是伪倾斜壁式长炮孔爆破陷 落采煤法,它是由在煤层内按伪倾斜布置的多条上山沿倾斜 方向将煤层切割成多段的煤壁,由这些煤壁组成的伪倾斜回 采工作面沿走向推进,用钻眼爆破方式落煤,炮眼深度在 10m以上。崩落的煤依靠自重滚落集中于回采工作面下端出 煤塘口逐步放出。采煤形成的空间内无人员、无支护、无设 备。采空区的顶板在回采工作面推进一定距离并留设沿倾斜 的隔离煤柱后,任其自然垮落。 长孔爆破采煤法一般适用于煤层倾角大于45°,煤厚大 于1.0m,顶底板比较坚硬,无煤尘爆炸危险的低瓦斯矿井。
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1 大倾角煤层开采研究现状与发展趋势
1.2 研究现状
我国将煤层按倾角分为缓倾斜(0º~25º)、倾斜 (25º~45º)和急倾斜(45º~90º)三类,但对大倾角煤层 迄今为止还没有明确的定义。近年来,随着采煤技术的不断 发展,尤其是综采技术的突飞猛进,促进了大倾角煤层的机 械化开采水平,使得以“大倾角”名义发表的研究成果也越 来越多。对“大倾角”的界定,有些专家基于冒落矸石滑动 的自然安息角一般为35º,认为大倾角煤层主要是指倾角大 于35º或35º~55º的煤层;有些学者从金属对顶板或底板的 摩擦系数出发,认为在潮湿条件下,当煤层倾角大于8º时, 采煤机要有防滑装置,煤层倾角大于12º时,输送机也要有 防滑装置,煤层倾角大于16º时,支架或支柱应有防倒和防
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2.2 大倾角厚煤层开采新技术
(5)分段式水平分层或斜切分层放顶煤开采
在大倾角特厚煤层中,将煤层分成若干分段,分段高 度6m~15m,每个分段的底部布置一个放顶煤工作面,工作 面顶煤用放顶煤回收,工作面长度与煤层厚度直接相关, 一般较短。分段水平或斜切分层放顶煤开采,存在以下问 题: ① 分段式水平或斜切分层放顶煤开采的巷道掘进率高。 当采用水平或斜切分层时,由于煤层厚度不大(6m~8m), 工作面长度仅2m~5m,再加上煤层倾角的作用,导致放煤 困难,丢煤多,采出率低,掘进率高。煤损大,回收率低, 很难实现好的经济效益。
率较高,煤炭脱水和煤泥水澄清工作较困难,通风系统不够
完善,对水资源需求量大,需要装备相应的高压供水和煤水 提升设备,初期投入大。
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2.2 大倾角厚煤层开采新技术
(2)中深孔爆破放顶煤开采
中深孔爆破放顶煤是大倾角煤层开采的一种方法,采用 中深孔爆破放顶煤方法,工人不进入回采工作面,主要是在 巷道内利用有关机具打眼、装药和放炮,回采工艺简单,占 用人员少,机械设备和工艺简单,但这种采煤方法的顶板管 理不完善,爆破后煤炭自溜,易混入顶底板冒落的矸石,影
(4)大倾角综采采煤法
在大倾角综采采煤工艺中,工作面装备出现下滑和倾 倒的问题特别严重。而且,煤层倾角愈大,这种趋势愈严 重。工作面设备一般应加防滑装置,并采取相应的工艺措 施。 15
2.2 大倾角厚煤层开采新技术
(1)水力采煤法
我国的地下水力采煤是采用水枪射流破煤的,现行的水 力采煤方法均为无支护采煤法。对于埋藏复杂而不稳定的急 斜煤层,发展水力采煤方法有一定的前途;对于埋藏条件较 稳定的大倾角煤层,应用水力采煤优点不突出。水力采煤巷 道掘进量大,采掘接替紧张,煤炭回收率低,电耗大,粉煤
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2.1 大倾角薄及中厚煤层开采新技术
(3)伪斜柔性掩护支架采煤法
这种方法一般应用在倾角大于60°,而且埋藏稳定的 煤层中。对于厚度、倾角及构造变化剧烈的煤层,应用这 种采煤法在技术上尚存在一定困难,或者不能取得良好的 技术经济效果。由于支架的结构性能和机械化问题,煤炭 损失大,支架在下放过程中的可控制程度低,回采机械化 程度不高,对煤层厚度和倾角等变化的适应性较差。
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1 大倾角煤层开采研究现状与发展趋势
在大倾角(急倾斜)煤层开采岩层控制方面,俄罗斯联邦 的库拉科夫(Kulakov)较系统地研究了急倾斜(大倾角)煤 层工作面的矿山压力(岩层应力和支承压力);捷克共和国的 鲍迪(Bodi)探讨了较坚硬大倾角(急倾斜)煤层无人开采技 术及其安全性。 从80年代起,我国开始自行研制大倾角煤层综采并在沈阳 矿务局红菱矿、新疆艾维尔沟煤矿、开滦矿务局唐山矿、四川 华蓥山矿务局绿水洞煤矿、鹤岗矿务局峻德矿进行了工业性试 验,取得了较好效果,填补了国内空白。
采煤机,SGBQ-764/160W大倾角工作面输送机,在大倾角
35°~55°的煤层中进行了工业性试验,填补了国内空白。
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1 大倾角煤层开采研究现状与发展趋势
1.3 发展趋势
在目前条件下,大倾角煤层走向长壁工作面不论是开 采设备与工艺,还是围岩控制理论与方法的选择都受到很 大制约,导致开采大倾角煤层的矿井几乎都发生过由于开 采方法与设备及围岩控制问题引发的安全事故,因此从本 质上讲,大倾角煤层开采难度大,因而开采中的安全隐患 也非常严重,“安全”在大倾角煤层开采中占更加重要的 位置。 随着科学技术的迅速发展,煤炭科学技术也有了长足 进步,煤矿开采综合机械化程度不断提高,促使必须发展 大倾角煤层机械化开采技术,而且只有发展机械化才是其 安全、高效开采的唯一出路。
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1 大倾角煤层开采研究现状与发展趋势
我国对大倾角煤层的机械化和综合机械化开采的试验研
究,具有代表性的有:辽宁沈阳矿务局红菱矿与煤炭科学研究 总院北京开采所共同承担了国家“七五”重点科技攻关计划项
目“大倾角煤层开采成套设备的研制”,研制了
ZYS9600/14/32(QYS9600/14/30)型大倾角组合式液压支架和 ZYJ3200/14/32G型大倾角液压支架,配合MG200-QW型大倾角
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2.2 大倾角厚煤层开采新技术
(4)水平分层开采
水平分层是开采大倾角厚煤层常用的一种采煤方法。水 平分层采煤法的实质是:以水平界面把大倾角厚煤层分成若干 分层,在每个分层内布置一个工作面回采,采煤工作面垂直 于煤层走向布置,沿煤层走向推进。 采用这种采煤方法,假顶材料消耗大,掘进率高,巷道 维护工作量大,通风系统复杂、通风条件较差,特别是分层 平巷单巷布置时通风条件更差。此外,运料困难,工作面不 易实现机械化、劳动效率低,获得的技术经济指标差,并且 煤层厚度愈小,这些缺点愈突出。
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2 大倾角煤层开采新技术、新工艺
2.1 大倾角薄及中厚煤层开采新技术
(1)斜坡采煤法 斜坡采煤法的核心实质就是以倾斜巷道(立眼也是倾斜巷 道)为主要布置形式,以煤体的自然陷落为主要落煤方式。此 法不仅普遍应用于急倾斜厚及特厚煤层,在急倾斜薄及中厚 煤层和缓倾斜、倾斜的厚煤层中也有应用。 斜坡采煤法的巷道布置和采煤工艺能随开采煤层的变化 而及时调整改变,且简便易行。还由于采煤工作是多头作业, 个别采煤作业点遇到意外情况时,其他作业点仍能继续生产, 因此,对采区的产量影响不大。而且采场的顶板管理十分简 单,采空区顶板暴露面积不大,有塌落的矸石和护塘煤柱支 撑,从而提高了劳动生产率,减少了坑木消耗。
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1 大倾角煤层开采研究现状与发展趋势
1.3 发展趋势
大倾角工作面的机械化装备未来的发展趋势是:工 作面支架设计以稳定性取代高阻力并适当降低重量(吨 位)Hale Waihona Puke Baidu端头支架以高强度和较大吨位为控制指标,使其 成为排头支架稳定的基础;刮板输送机向高强度、全密 封方向发展;采煤机以加大牵引力和制动能力,改善装 煤效果为发展方向。
9 大倾角、仰(俯)采工作面安全开采技术
10 大倾角工作面试生产时期安全技术 11 大倾角工作面工程实例
12 大倾角综放开采工程实例
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1 大倾角煤层开采研究现状与发展趋势
1.1 概述
目前,综合机械化采煤设备一般适用于煤层倾角小于 15°的缓倾斜煤层条件。随着煤炭开采的时间推移和开采 强度的不断扩大,在全球范围内,可供综合机械化开采的 煤层不断减少,大倾角综合机械化采煤作为综合机械化采 煤技术的发展方向和目标,成为煤炭行业世界性研究的课 题。一些开采时间较长或地质条件较复杂的矿井,随着开 采强度和年限的增加,满足常规综采开采条件的工作面储 量逐渐减少甚至枯竭,遗留的块段、煤柱等储量中,大倾 角复杂地质条件的较多。研究在大倾角复杂地质条件下的 安全高效综放开采技术,并使其取得良好的技术经济效果,
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