第一节我国薄煤层开采现状Word文件下载.docx
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刨煤机通常可分为6个基本部分，即：
刨煤部、输送部、液压系统、喷雾系统、电气控制装置和辅助装置。
1、刨煤机的特点
近年来，刨煤机得到了不断改进和发展，性能日益完善。
归纳起来，现代刨煤机具有以下的特点：
1）结构简单，操作和维护方便；
2）人员不必跟机移动作业，改善了工人的安全条件及劳动强度，这对于薄煤层开采尤其重要；
3）采出的原煤块率较高，粉尘量少；
4）充分利用地压采煤，能耗较低；
5）采用浅截深开采，煤层中的瓦斯释放均匀，尤其适用于有瓦斯突出可能的煤层开采；
6）易于实现工作面自动化管理。
2、刨煤机的适用范围
在比较稳定的地质条件下，开采薄煤层或1.8～2.0ｍ以下煤层，刨煤机是一种相当经济和有效的采煤机械。
这一点，无论从西德、美国等国外经验，还是根据我国使用刨煤机的情况来看都得到了充分的证明。
比较稳定的地质条件，是指煤层中没有较大的断层构造，煤层的倾角一般在25°
以下，工作面没有太大起伏，煤不粘顶等。
刨煤机不仅可以成功地用于薄煤层开采，而且中厚煤层的开采也有不少高产的例子。
例如德国在1.5～1.8ｍ的煤层中使用刨煤机开采，平均日产原煤在2312～4899ｔ之间。
在较厚的煤层中，刨煤机工作面的最高工效可达37ｔ/工。
我国的新汶矿业集团华丰煤矿在大倾角厚煤层倾斜分层开采中采用国产刨煤机开采，平均采高2.1ｍ，煤层平均倾角31º
，5个月共产煤11.84万ｔ，平均月产超过2万ｔ。
目前，全世界已经有20多个国家的煤矿在使用刨煤机，刨煤机的总使用台数已超过1000台，日产万吨的刨煤机工作面也不乏其例。
近年来，随着刨煤机功率的不断增大，以及大规格、高强度矿用圆环链的采用，刨煤机刨削硬煤的能力得到不断提高。
德国的刨煤机功率已达2×
400ｋＷ和2×
800ｋＷ，刨链直径可达Φ38ｍｍ和Φ42ｍｍ，这就使得刨煤机的适用范围不断扩大，随着技术的进步，刨煤机开采硬煤和极硬煤层已不再是困难的事情。
3、刨煤机的发展现状
近年来，国外刨煤机技术有了较大的发展。
刨煤机的主要结构型式有拖勾刨、滑行刨、拖勾滑行刨、紧凑式刨煤机等。
（1）工作面向自动化和无人化方向发展
目前，国外全自动刨煤机工作面最高日产原煤已达万吨以上，全自动刨煤机生产系统与传统的刨煤机生产系统相比，开机率提高到70%以上，产量增加约60%。
4、刨煤功率朝大功率的方向发展
目前，德国DBT公司研制刨煤机的刨煤功率一般可达2×
315KW和2×
400KW，新型的GH42型滑行刨，刨煤功率达到了2×
800KW，目前正在德国一个煤矿400m长的工作面开采硬煤。
刨煤机刨头的重量也在增加，由原来的2t增加至5～6t，最重的可达9t。
功率的提高还带来了刨速的提高。
目前，德国刨煤机基本上都采用快速刨，刨头速度可达2.25～2.4m/s，3m/s刨速也已经出现。
刨链的直径也在相应增大，由Φ38mm增大到Φ42mm。
四、选择
实现薄煤层安全高效的开采，关键在于装备自动化设备的高低程度，历年来的经验证明，综合机械化采煤是薄煤层长壁工作面高效高产的唯一途径。
目前，薄煤层自动化综采成套设备主要有两种较为成熟：
一种就是滚筒采煤机配套机组；
另一种就是刨煤机配套机组。
这两种设备在不同的环境下所产生的经济效益也是大不相同的。
德国通过多年来的实践经验得出了他们各自适用的条件（如图3—所示）。
第二节无人工作面采煤概述及分类
一.无人工作面采煤概念
什么叫无人工作面采煤
工人不长时间在工作面跟机操作，而是在巷道或其它地点控制或操纵工作面机械，完成采煤、装煤、运煤、顶板管理及采空区处理等工序的一种采煤方法。
简称无人采煤或无人开采。
二、发展无人工作面采煤技术的必要性
1．生产的需要
综采对采煤工艺和煤炭生产技术发展起了很大的推动作用。
但煤层厚度小于0.7m时，工人很难操作，故障很难排除，炮采、普采工人的劳动条件也十分艰苦，因此必须把工人从繁重的体力劳动和恶劣的作业环境中解放出来，发展了人不进工作面的无人采煤法
2．安全的需要
工作面顶板裸露面积大,顶板事故多，难处理，人不进工作面对安全有利。
3．科技发展的趋势
无人采煤目前已发展到中厚煤层和厚煤层，程控采煤机、支架、闭路电视监测，机器人处理机械故障已在发达国家开始研制和开发。
因此无人采煤技术是标志一个国家煤炭发展技术的尺度，是技术密集型的产物，是代替劳动力密集型的好方法之一，世界各国都十分重视，并相继投入了大批的人力、物力、财力来从事这一领域的研究。
美国、前西德、在50年代初就开始研制有关设备
前苏联50年代末开始研制，70年代以后大力发展无人采煤技术，目前也正在不断提高，89年召开了全苏无人开采的全国性学术大会，对中厚、厚煤层都有方案，对设备也有很好的想法。
三、我国无人采煤技术现状和发展新技术的迫切性及趋势
1．我国现状
60年代我国在江西、徐州、广东等地试验过煤锯采煤，原始的无人采煤。
由于设备可靠性差，顶板管理问题没有解决，仃止了。
2.我国发展无人采煤技术的迫切性
无人开采目前主要适用于薄煤层中，重点解决工人的劳动环境问题，我国薄煤层约占总储量的20%左右，而产量只占10.4%，而且产量有逐年下降的趋势。
我国的薄煤层开采一直不景气。
全国86个统配矿务局586处矿井中，有80个局455处赋存有薄煤层。
双鸭山局、鸡西、七台河、淄博比重较大，峰峰、焦作、西山也有相当比重，徐州、兖州、大同、新汶、枣庄及华北、华东的许多地区都赋存有薄煤层。
研究薄煤层开采是具有战略意义的课题，我们在这方面应赶上世界发展水平，也是每个采矿工作者的义不容辞的任务。
四.无人工作面采煤方法的分类
采煤方法是回采巷道布置和回采工艺的组合，分类应考虑各种因素在内，包括落煤、运煤、支护、矿压控制，工作面推进方向，开采方式和有无改变煤的聚集状等，这样比较全面。
第三节煤锯无人工作面采煤
一.煤锯采煤及其装置
（一）、煤锯的产生及发展
1910年首先在德国出现，开采急倾斜煤层，获得成功
30年代末前苏联第一次实验，50年代扩大应用
我国50年代末60年代初先后在四川鱼田堡煤矿、京西大台煤矿、广东曲仁煤矿、江西乐平矿务局、徐州的旗山等地进行了实验，取得了一些经验
（二）、煤锯的结构
煤锯种类繁多，但工作原理大致相近。
一般都是由双向割煤的碎煤刀组成，碎煤刀每0.5~1m安装一组，碎煤刀上有截齿、截齿钳有合金钢片，在钢丝绳或钢链的牵引下，由上下绞车驱动，往复切割煤壁破煤。
一般在煤壁下方拉出一个横沟，随横沟的加深，在矿山压力和自重的作用下垮落，靠自重遇运出工作面。
如图2-3所示,煤锯结构图
（三）、煤锯采煤法的种类
分为：
走向长壁—工作面较长40~130m
倾斜长壁—工作面较短10~40m
二.走向长壁煤锯无人工作面采煤
（一）．巷道布置：
如图2-1所示
特点：
①采区布置同急倾斜的上山采区，布置大致相同。
②上山也一般为三条：
溜煤、运料、行人、也可四条
③区段高（斜长）40~130m
④区段巷道可采用单巷或双巷布置，运输巷一般有超前平巷
⑤采用U型通风系统
（二）．回采工艺系统如图所示2—2
1.设备布置:
上下平巷各一部绞车，在10m外，并有导向滑轮;
工作面安装煤锯，由钢丝绳牵引，或链牵引,
煤锯长3~7m。
2．回采工艺过程
①先锯工作面下方1~3m，再锯上端1~3m，使工作面成弧形；
②正常割煤；
③采空区不支护；
④当工作面推进到接近顶板垮落步距时，仃采留下2~3的小煤柱，搬到新开切眼内采煤，顶板管理采用刀柱式管理。
（三）实例江西乐平矿务局涌山矿煤锯采煤
条件：
α=55～62°
，平均56°
，m=1.8～2.4m,不粘顶，顶板10m厚的细砂岩,瘦煤,煤中有夹矸0.2m，高沼气，有煤和瓦斯突出危险。
上下2~5m开有辅助平巷，解决瓦斯超限，工作面长33~38m，每20~25m开一新开切眼，煤锯长7m，碎煤刀为六角十二刃形式，小煤柱为3m，上下平巷安装有电声讯号，三班出煤。
工作面主要经济技术指标为：
采高2m
倾角58°
工作面长度33～38m
日推进度2m
日产量224t/天
月推进度56m
月产量6720t
回采工效4.51t/工
坑木消耗51.4m3/万t
（四）效果及评价
优点：
设备简单，便于管理，容易操作，体力劳动强度小，生产环境良好，材料消耗少，成本低，效果良好。
缺点：
对顶底板适应性差，断绳处理困难，煤损大，采区回采率底。
三.倾斜长壁煤锯无人工作面采煤
（一）巷道布置如图2—5所示
1.先划区段再划条带；
2.在条带顶部布置回风巷,在条带下部布置运输巷；
3.条带两侧设回采斜巷（或大直径钻孔眼）；
4.运输巷顶部设放煤口，将工作面的煤放出外运；
5.条带斜长、条带宽度与煤层顶底板条件有关。
（二）回采工艺系统
1．首先完成条带准备，ДГИ钻机钻透上下平巷；
2．在靠近运输巷处开开切眼，安装好放煤口；
3．安装设备进行采煤；
4．工作面采空区不支护。
此采煤方法在前苏联广泛使用，顿巴斯、别丘尔、库兹巴斯等矿区使用，效果较好。
（三）条带采煤放煤方式
1.采空区储存煤炭，利用破碎下来的煤控制顶板，将煤逐渐放出，类似仓诸采煤法。
对控制顶板有利。
如图2—6所示
2.采煤的同时煤炭直接通过采空区放出，工作面无任何支护。
当工作面推进一定距离后，对放煤口冲击太大，不易控制。
如图2—7所示
3．利用笨溜槽等专门设备放煤，不太成功。
图示2—8所示
第一种方法较好，使用较多，对控制顶板有利。
四.对煤锯采煤的评价
1.优点：
设备相对简单,造价低,工人易操作,劳动强度小,
材料消耗少，工人作业环境好,巷道内操作机械，曾一度广泛被采用。
2.存在问题：
煤锯工作性能差，可靠性低，常出现断绳、卡绳现象,处理事故困难。
关键问题是顶板管理没解决，除顶板冒落外，底板也会滑落。
煤拄支撑法煤损较大，开切眼开切工作量大，仰斜条带也是如些。
3.适用条件
煤厚0.3~5m，围岩稳定，α＞35°
煤层较软，煤层节理裂隙发育，不粘顶。
发展方向:
高效、可靠、强动力煤锯，解决断绳问题。
大直径、大功率钻机用于开开切眼。
新型支护设备的发展，如气垛支架等。
第四节螺旋钻机无人工作面采煤
一．螺旋钻机无人工作面采煤概述
1、起源与发展
最早发展的是美国卡尔托克斯单轴螺旋钻机，回收房间煤柱，在50年代初。
随后是原西德也研制出单轴螺旋钻机。
前苏联58年以后第一次在井下使用，70年以后大量使用，年产500多万吨，从单轴到双轴到多轴。
2、特点
①是比较成熟的一种方法；
②可采出用其它方法不能采出的煤炭；
③彻底改善和解放了工人的劳动环境和条件，安全大有改善；
④向更完善的方向发展，与刨煤机、水采联合使用，向综合技术发展。
（一）螺旋钻机的种类
1.按结构分：
单轴螺旋钻机：
如美国的卡普顿，奥盖尔马依温尔；
多轴螺旋钻机如苏БYГ-3，БШУ多轴螺旋钻机；
图形3-1，3-2，3-5，3-6所示
2.按切削方式分：
钻削式:
美奥盖尔—马依涅尔,苏БYГ-3，БШУ;
切削式:
美国卡普顿
3.按工作方式分：
单向钻进式:
苏ΑШΚ
双向钻进式:
БШУ
（二）螺旋钻机的结构和工作原理
1.结构
钻头，螺旋节式钻杆，钻机，电机，减速器，液压部等；
千斤顶，单轨吊，运输机等组成。
还有附属设备等。
图3-2是美国的奥盖尔马依涅尔单轴钻机
1.钻头2.螺旋叶片3.导向架4.导向座5.千斤顶6.液压部7.电机8.减速器9.钻杆
2.工作原理及过程
①钻头破煤钻进;
②螺旋钻杆不断接长，推进钻头钻采，煤由钻杆自动运出；
③千斤顶可调整角度和稳固钻机；
图3-6
④单轨吊为接长钻杆和撤出钻杆服务，钻杆放在钻杆仓内或巷道内；
⑤钻孔的煤由运输巷内的输送机运出；
⑥钻机移动可用绞车或自动行走（履带或迈步滑靴等）；
⑦工人在巷道内操纵机器即可钻进采煤。
如图3-3所示
3、螺旋钻机目前的发展状况
①美国奥盖尔—马依涅尔单轴钻机；
卡普顿钻机，可向两帮钻进采煤，履带行走，功率大，钻进深度可达25～38M；
②美国安捷尔哥劳德,奥盖尔—马依涅尔钻机；
③苏БУГ系列钻机，基洛夫机械厂制造；
④ БШУ 钻机更好，性能优越。
趋势：
单轴 双轴 多轴；
大功率,自动行走,性能更可靠,扩钻孔,长钻进。
⑤目前在乌克兰顿巴斯已使用更为先进的三轴螺旋钻机，型号为：
БЗМ，可以充填矸石，自动行走，单机产量1吨/分钟。
由钻机本身自带的局扇通过风筒向钻孔内送风。
如图1-12和1-13所示。
三．螺旋钻机采煤的开采方案
（一）形式
在同一条回采巷道内常用的有以下几种方式：
1、单机单向钻进后退式开采；
图3-7a上
2、单机双向钻进后退式开采；
图3-7b
3、双机单向钻进后退式开采，双机错开一定距离同时后退；
4、单机单向钻进混合式（前进、后退混合式）；
图3-7a上下
5、分段作业式。
图3-10
（二）分析
1、单机单向钻进后退式开采（一般上下平巷各一台单向钻进）
工作单一，比较简单，设备少；
设备利用率低，但巷道维护量大，需保留区段平巷，维护费高。
2、单机双向钻进后退式（西德瓦里祖姆矿使用此方法）
工作复杂，设备较多，需经常换向开采；
但巷道不需维护。
3、双机单向钻进后退回采
设备多，两台运输机，前后两机有干扰；
产量高，巷道维护量小，只维护一段。
4、单机单向钻进混合式，同第一种。
5、分段作业方式
产量高，生产集中，设备多，利用率高；
巷道维护量稍大，但一般薄煤巷道好维护。
（三）钻机在平巷中的设置
有两种方式：
①钻架车朝向采空区方向，辅助设备在煤体方向，不影响撤钻杆，生产效率高，工序影响少，较多采用。
②钻架车朝向煤体方向，后方撤支架时可采用这种方式。
四、螺旋钻机采煤的通风系统
局扇通风—无瓦斯矿井和瓦斯涌出量小的矿井，回收煤柱等。
全矿井负压通风—瓦斯涌出量大的矿井，可用U型通风，钻孔内可用风筒通风。
五、螺旋钻机采煤的巷道形状及支护
形状：
可采用拱型，且较为多用，需卧底和挑顶；
巷道断面一般为6.5-7.2m2。
如图3-6,图3-4
支护：
①支护：
注意棚距与钻孔尺寸的匹配，相同或成倍数②最好用锚杆支护
六、螺旋钻机采煤钻孔间的煤柱形状及尺寸
1.煤柱的作用：
控制顶板，控制矿山压力，代替支架；
便于运煤，防止煤涌向旧钻孔；
保证钻机的正常钻进，不夹钻。
图3-11，图3-9
（二）煤柱的形状及尺寸
1、形状:
工字形，实际是矩形，双轴之间不连续。
图3-7，图3-11
2、煤柱尺寸
①影响因素：
煤层厚度、煤体的硬度、顶底板岩性、钻孔的形状等。
②尺寸：
每一特定条件下煤柱有其最佳尺寸，煤损小，又能支撑和控制顶板，保证钻机的正常钻进采煤。
双轴双孔的经验数据：
煤厚0.5～0.7m，煤柱最窄部分0.15～0.25m.
煤厚0.8m，煤柱最窄部分0.2～0.3m.图3-9
单轴单孔的经验数据:
煤柱尺寸还可再小些。
③钻机钻进深度:
30～40m，ВЗМ三轴钻机可达60m.
④回采率：
60～70%
（三）扩钻孔技术
为了提高煤炭采出率，降低煤炭损失，世界各国都在应用扩钻孔技术。
扩钻孔一般有三种形式：
1、先钻小直径的基本孔，然后扩孔：
小钻孔钻进，后退扩孔（换钻头）；
两台钻机，有专门扩孔机。
图3-11
2、沿煤层厚度扩钻孔，西德钻机螺旋叶片上安有刀具，先向上扩再向下扩。
图3-12
3、沿煤层层面扩孔
在钻到预定深度后，采用远距离控制，将端头钻杆向一侧（两侧双轴）偏转一定角度，在回程式中将钻孔间的煤柱采出。
图3-13
七、螺旋钻机采煤法顶板管理与矿山压力控制
1、煤柱支撑顶板,0.15～0.35.在周期来压时留大煤柱控顶板;
2、用矸石充填采空区（钻孔）：
可减少矸石提升量；
充填可使有效钻进深度提高；
提高回采率，留大煤柱充填后再钻采。
图3-14掘进用矸石风力充填钻孔，沿平巷布置80M。
较复杂，有干扰。
采用专门钻头，后退时将矸石填入钻孔。
八．螺旋钻机采煤法的适用条件及评价
（一）、适用条件
1、a≤15°
；
2、煤层厚度0.45～1.5m；
3、煤的切割阻力≤250KN/m；
4、煤层不会黄铁矿结核；
5、煤层无自燃、无突出危险，无冲击地压危险；
6、顶板条件随意；
7、正常布置工作面采煤，回收边角煤、各种煤柱，三下采煤。
（二）、评价
该方法为薄煤层开采创出了一条新路；
为薄和极薄煤层开采开辟了广阔的前景；
改善了工人的劳动条件，提高了劳动生产率；
多回收地下资源，提高了人类开发资源的能力，延长了矿井服服务年限；
用人少，效益好，省掉工作面支架、运输机，经济效益显著；
巷道掘进率高，有一定的煤损（但总比不采出好），巷道卧底挑顶出矸量大。
第五节刨煤机无人工作面采煤
一．刮刨机刀柱式无人工作面采煤
（一）、刮刨机简介
薄煤层厚度、空间小，无法安装运输机，刮刨机是一种采煤、运煤为一体的采煤机械，形状似耙斗装岩机的耙斗，截齿朝向煤壁，上下巷道设牵引装置驱动，沿煤壁往返运行采煤，并将煤运出。
（二）、巷道布置如图4-1所示
上有回风平巷，下有进风运输平巷，从开切眼安装刮刨机；
顿巴斯真理报煤管局应用情况：
工作面长：
100～120m;
顶板砂页岩:
8～9m;
采空区跨距：
13～20m;
煤柱：
3～5m,还试验了从开切眼向两个方面开采的方案，可减少开切眼工作量.
（三）、效果
工作面日产：
150T；
工作面效率：
12T/工。
二．螺旋钻机—刮刨机联合采煤
（一）、问题的提出
1、螺旋钻机孔间小煤柱丢煤；
2、刮刨机开切眼工作量大，为克服以上缺点，提出钻刮联合采煤方案。
（二）、巷道布置
如图4-2所示
工作面上有回风平巷:
安装一台螺旋钻机，刮刨机动力钻，输送机，回风；
工作面下有运输平巷:
安装一台螺旋钻机，刮刨机动力钻，运输机,进风;
开切割眼:
工作面采用U型通风系统，工作面长为两台钻机的有效钻进长度。
（三）、回采工艺
1、上下螺旋钻机错开一定距离，相向钻进采煤，运输巷钻机稍滞后一定距离；
2、根据顶板来压及煤柱压酥情况，滞后钻机10-15m，安装刮刨机采出孔间煤柱，刮刨机可双向采煤，双向运煤；
3、工作面不支护，顶板缓慢下沉；
4、沿空留巷，一巷两次使用。
（四）、重要参数的确定
1、根据矿压观测，在不同条件下，确定刮刨机的滞后距离；
2、钻孔间的煤柱尺寸；
3、煤柱的残余高度，与刮刨机的正常工作空间相适应，
一般不小于0.4～0.5m；
三.刮刨机—楔型支架无人工作面采煤
（一）、刮刨机采煤存在的主要问题
顶板管理方法采用无支护：
顶板管理困难；
有支护：
一次性支架楔形支架；
工作面的移动的支架—气垛,移动困难。
（二）、楔形支架的结构
如图4—3所示:
有上楔块、下楔块、木垫块
以中间木块实现可缩，楔形支架材料：
水泥十矸石、粉煤灰等。
（三）、楔形支架
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