培训教材(放顶煤)

- 1 - 综采放顶煤操作工培训教材 第一章 基本知识 第一节 煤层埋藏特征 一、煤层顶底板 1、煤层的顶板 煤层的顶板是指煤层上部一定距离内的岩层。根据顶板岩层距煤层的相对位置及开采过程中顶板岩层的垮落难易程度，可将煤层顶板分为伪顶、直接顶、老顶3部分。 （1）伪顶：位于煤层之上、厚度0~0.5m之间的软岩层，岩性为炭质页岩、泥岩。由于岩性软且厚度小，所以一般随煤层的采出而垮落。 （2）直接顶：位于伪顶之上或直接位于煤层之上的岩层叫直接顶。直接顶具有一定的稳定性，一般随采煤工作面移架或回柱后而自行垮落。直接顶的岩层一般为页岩、粉砂岩和泥岩等。一般可分为不稳定顶板（Ⅰ级）、中等稳定顶板（Ⅱ级）、稳定顶板（Ⅲ级）、坚硬顶板（Ⅳ级）四类。 （3）老顶：位于直接顶之上或直接位于煤层之上（无直接顶和伪顶时）、厚度较大的岩层。老顶的岩层一般为石灰岩、砾岩和粗砂岩等。根据来压显现强度分为不明显顶板（Ⅰ级）、明显顶板（Ⅱ级）、强烈顶板（Ⅲ级）、非常强烈顶板（Ⅳ级）四类。 2、煤层的底板 煤层的底板可分为直接底和老底。 直接底直接位于煤层之下，厚度较小，一般为几十厘米至几米，通常为泥岩、砂岩和页岩。 位于直接底之下或直接在煤层之下、厚度较大的坚硬岩层称煤层的老底。老底一般由砾岩、石灰岩和厚层砂岩等组成。 - 2 -

二、煤层参数 1、煤层的结构 根据煤层中有无较稳定的矸石夹层，可将煤层分为两类，即简单结构煤层和复杂结构煤层。 (l)简单结构煤层。这类煤层中没有呈层状出现的稳定的矸石夹层，但仍然可能夹有较少的矿物质或结核。简单煤层在开采过程中极易被开采且煤质好、灰分较低。 (2)复杂结构煤层。复杂结构煤层中常含有较稳定的夹石层，少则一层．多则几层至十几层，如图1所示。 煤层中夹矸的层数多、厚度大，则影响采掘工作面机械破煤，同时也会影响煤质，使煤的灰分增高。

图1 复杂结构煤层 1、3、5、7、9—煤层； 2、4、6、8 —夹矸层 2、煤层的厚度 煤层厚度指煤层顶、底板之间的垂直距离。对于复杂煤层，在计算煤层厚度时，如考虑夹矸在内则称其为总厚度{除去夹矸的纯煤厚度称为有益厚度。对不同的煤层规定的最小可采厚度是不同的。 - 3 -

根据矿井开采技术特点．煤层接厚度分为以下3类； 薄煤层 <1.3m 中厚煤层 1.3~3.5m 厚煤层 3.5m以上 在实际工作中，通常将厚度大于6m的煤层称为特厚煤层。不同的煤层厚度直接影响采煤方法及采煤工艺。 3、煤层的产状 煤层在地壳中的存在状态叫煤层的产状。由于煤属于沉积岩层，所以煤层原始形态为水平状态。但是，在煤形成以后的地质历史时期内由于地壳的运动，原始水平状态的煤层变为倾斜、弯曲，甚至断裂状态。煤层的产状用产状要素来表述。煤层的产状要素有走向、倾向和倾角，如图2所示。

图2 煤层产状要素 aa′-走向；AA′-走向线；CO-倾斜线；α-倾角；OB-倾向 ⑴走向 煤层的层面和水平面的交线叫煤层的走向线，走向线的延伸方向代表煤层的走向。 走向线上各点的水平标高均相同。在布置水平巷道时，为了保证巷道水平，一般都要使巷道沿煤层的走向线掘进。这样，有利于巷道运输。 ⑵倾向 - 4 -

在煤层的层面上和走向线垂直且指向下方的线叫煤层的倾斜线。倾斜线在水平面上的投影线指向代表煤层的倾向。 ⑶倾角 煤层层面和水平面的夹角叫煤层的倾角，一般用α表示。煤层的倾角在0°～90°之间变化。根据目前的开采技术，接煤层倾角大小将煤层分为4类： 近水平煤层 α<8° 缓倾斜煤层 8°≤α<25° 倾斜煤层 2°≤α<45° 急倾斜媒层 45°≤α≤90° 第二节 采煤方法 一、巷道布置 我集团公司综放工作面一般共布置进风、回风、内错尾巷、走向高抽巷四类巷道。 进、回风顺槽一般沿煤层底板布置，其中进风巷用于进风和运输煤炭，回风巷用于回风和运输物料；内错尾巷沿煤层顶板布置，用于解决本煤层回风上隅角瓦斯；走向高抽巷沿上覆岩层布置，与15#煤层间距不得小于8.5倍采高，靠近回风顺槽，用于抽放邻近层瓦斯；部分工作面增设工艺巷，防止落山煤层自燃或破碎顶煤。 二、采煤工艺 （一）综放工作面回采工艺流程为： 采煤机割煤→移支架及时支护→推移前刮板输送机→拉移后刮板输送机→放顶煤。 1、割煤 工作面使用双滚筒采煤机双向割煤，端头采用斜切进刀方式，滚筒截深一般为0.6~0.8m，采高一般为2.4~2.8m。 2、移架 - 5 -

割煤后，立即伸出前探梁支护新暴露的顶板，采煤机通过后，及时移架。正常情况下，滞后采煤机后滚筒3-5架开始移架。 3、推移前刮板输送机 滞后拉架10m左右开始移前部刮板输送机，前部刮板输送机弯曲长度不低于30m， 移前部刮板输送机时分三次移至煤壁，杜绝一次移到位，严禁把刮板输送机移成急弯。 4、拉移后刮板输送机 在拉家和推移前输送机后，操作移后溜千斤，将后部输送机移到规定位置。 5、放顶煤 放顶煤为综放开采的关键工序，一般要根据架型、放煤口位置和

几何尺寸、顶煤厚度及破碎状况，合理确定放顶煤的步距和作业方式。 第三节 放顶煤液压支架的结构 一、液压传动系统的组成 由动力部分、执行元件、控制元件和辅助装置4部分组成。 1、动力部分：即乳化液泵站，供给液压系统压力。 2、执行元件：包括立柱及各种千斤顶，完成支架的各种动作。 3、控制元件：包括各种压力、流量、方向控制阀等，保证执行元件的运动和安全。 4、辅助装置：包括过滤器、高压软管、管路连接件等。 二、液压支架的结构 液压支架从宏观上分为金属结构件和液压元件两大部分。低位放顶煤支架是目前放顶煤的主流架型，是一种双输送机运煤、在掩护梁后部铰接一个带有插板的尾梁，利用插板伸缩进行放煤的液压支架，四柱支撑掩护式放顶煤支架比较多。 1、金属结构件 包括顶梁、掩护梁、连杆和底座组成。 - 6 -

⑴顶梁 多数为铰接式顶梁，直接与顶板接触，支撑顶板。 ⑵掩护梁 掩护梁上部直接与顶梁铰接，下部直接或间接（通过连杆机构）与底座铰接。防止采空区冒落的矸石涌入工作面，并承受冒落矸石的压力。 ⑶尾梁与插板 低位放顶煤支架采用摆动式尾梁带内伸缩强力插板。尾梁为箱形变断面结构，内隔插板导向槽，插板在尾梁导向槽内移动，控制放煤窗口的煤的流量。尾梁的主要作用是维护好后输送机的一定空间，通过尾梁千斤顶控制摆动，以此实现架间的放煤和破碎大块煤。尾梁见(图3)，插板见(图4)。

图3：尾梁 - 7 - 图4：插板

⑷连杆 集团公司使用的综放支架均为四连杆机构放顶煤液压支架，分为正四连杆机构和反四连杆机构。其中： A、正四连杆机构支架，前后立柱之间有较宽敞的人行通道，有较大的通风断面，又有较大的放煤空间，增强了支架的整体稳定性，为顺利放煤提供了良好的环境。如图5所示。 B、反四连杆机构支架，梁端距基本不变；底座比压分布较均匀，支架升降对底板比压变化小,结构紧凑，连杆力小，改善了支架的受力状况，提高了支架的使用寿命。如图6所示。 - 8 -

图5：反四连杆机构 图6：正四连杆机构 ⑸底座 综放支架底座一般为整体式，直接和底板相接触，传递顶板压力到底板的支架部件。 2、辅助装置 包括推移装置、护帮装置、侧护装置、调架装置、防倒防滑装置等。 3、执行元件 - 9 -

执行元件分为立柱和千斤顶。其简化符号如下图7所示。 图7：立柱及千斤顶 ⑴立柱主要由缸体、活柱、密封件和连接件组成。用于承受顶板载荷，调节支架高度，一般分为单伸缩和双伸缩两种，单伸缩又分为带机械加长和不带机械加长杆两种型式。 ⑵千斤顶是支架中除立柱外的液压缸。千斤顶与立柱的结构基本相同，主要由缸体、活柱、导向套、密封件、连接件等组成。 4、控制元件 控制元件主要有操纵阀、液控单向阀和安全阀。 ⑴操纵阀 操纵阀是控制支架各支柱和千斤顶的进出油液，完成支架预定动作的操作元件。 按阀芯结构形式不同，可分为滑阀式，平面转阀式和组合单片阀式。按控制方式不同可分为手控、液控、电液控等。 常用的支架操纵阀为手动控制组合片阀。通常它由首片阀、中片阀、尾片阀用螺栓固定在一起组合而成。首片阀带有进、回液管接头，中片阀体是进回液通道，尾片阀进、回液孔为盲孔。每个阀片都相当于一个三位四通阀组。其简化符号如下图8所示。

图8：操纵阀 - 10 -

工作原理：若手把下摆动，下面一组阀将动作，压块推动顶杆，则阀垫将空心顶杆的轴向中心孔遮蔽，即关闭回液阀。接着空心顶杆的另一端顶开钢球，使进液阀开启。高压液通过进液阀进入下面这组阀的工作通道，流向相应的液压缸工作腔。手把回零时，弹簧将钢球弹向阀座，将进液阀关闭。被困在工作腔的压力液，可通过空心顶杆的轴向通孔冲开顶杆，即打开回液阀泄压回液。向上搬动手把，则上面的一组阀动作，过程同上。扼要地说：手把在中位时，进液阀处于关闭状态，回液阀处于开启状态，手把向哪边搬动，则哪边的回液阀就关闭，进液阀就开启，而另一边的阀组，保持手把在中位时的状态。 ⑵液控单向阀 液控单向阀主要由单向阀芯和液控顶杆两部分组成，在支架液压系统中，主要用来闭锁液压缸中的液体，使之承载。液控单向阀质量的好坏，直接影响支架工作的可靠性。其简化符号如下图9所示。

图9：液控单向阀 工作原理：高压液→上口→克服小弹簧作用顶开阀芯→下口至工作腔。手把回零时，在小弹簧作用下关闭通道，液口下液不能回流，欲使下口液回流，须使 另一个口通高压液，即：高压液→另一个口→顶杆→克服大弹簧、小弹簧及液口下对阀芯的液压力使阀芯顶开，允许液口下液回至上口，另一个口的液一旦撤除，即关闭。 ⑶单向液压锁 实际上也是用来封闭千斤顶活塞腔的油液的一个液控单向阀。其