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工作面偽斜式布置采煤法
發表時間:2018-07-18     閱讀次數:     字體:【

總工程師------高 宏

采煤工作面呈偽斜布置的采煤法有:偽斜柔性掩護支架采煤法、偽斜上行充填采煤法、偽斜掩護支柱采煤法和斜坡采煤法等。急斜煤層采煤工作面呈偽斜布置,可以改善頂板管理、增加采煤工作面長度,變急斜煤層為“緩斜”或“傾斜”工作面開采,從而簡化了采煤工藝過程、降低了勞動強度,改善了通風、行人條件,能提高采煤工作面經濟效益。

一、偽斜柔性掩護支架采煤法: 偽斜柔性掩護支架采煤法,是在輕型水平式掩護支架采煤法基礎上,經過不斷改進與創新發展起來的一種新型掩護支架采煤法。其實質就是沿偽斜工作面架設一種特殊的掩護架,將采煤工作空間與采空區分隔開,作業人員在支架保護下進行回采工作。掩護支架在自重和垮落巖石的推動下,隨工作面推進而同步移動。 這種采煤法的采煤工作面沿偽傾斜布置、沿走向推進,具有走向長壁采煤法的特點,并從根本上解決了開采急斜煤層回采巷道掘進率高、頂板管理困難的問題,還使各項技術經濟指標得到了改善。因此它是我國開采急斜煤層比較正規的一種采煤法。

二、采區巷道偽斜布置方法: 偽斜柔性掩護支架采煤法,是在階段內沿走向劃分采區,各采區可采用單翼或雙翼布置,但一般為雙翼布置。采區內每翼的走向長200-300m,后退式開采。 由采區運輸石門進入煤層后,沿煤層布置一組上山與回風石門貫通。采區沿傾斜劃分成若干區段,按采區內地質與生產條件以及開采技術水平的不同,區段高度可取20-50m。在區段的上部布置區段回風平巷,下部布置區段運輸平巷。兩條巷道掘到采區邊界后便可掘開切巷,安裝掩護支架進行回采。 在區段運輸平巷上方3-5m處掘輔助平巷,每隔5m用聯絡眼和區段運輸平巷連通。輔助平巷要超前工作面15m,保持有2-3個聯絡眼,以便溜煤、行人和通風。 為解決支架初次下放和結束下放時,架頭或架尾和溜煤、通風、行人的安全等問題,在采區邊界要布置開切巷、停采線要布置收作巷,并要求開切巷和收作巷呈雙巷布置,兩巷相距5-8m,沿傾斜5-15m用聯絡巷連通。 工作面采出的煤自溜到超前輔助平巷,經聯絡眼下放到區段運輸平巷,由刮板輸送機運至采區溜煤上山,再下放到采區煤倉后裝車外運。新鮮風流由運輸石門進入采區,沿通風行人上山上行到區段運輸平巷,經聯絡眼和超前輔助平巷進入采煤工作面;乏風經區段回風平巷與回風上山,由回風石門排出采區。

三、掩護支架結構:掩護支架是由鋼梁、撐木、鋼絲繩、螺栓和夾板等連接而成的整體式結構支架。在其上再鋪設1-2層金屬網或荊笆簾子。支架鋼梁可采用9-12號礦用工字鋼或24kg/m的軌鋼。鋼梁的長度應比煤層厚度小0.2-0.4m,以便支架順利下放。根據煤層厚度不同,鋼梁排列密度亦有所不同。煤層厚度小于4m時,每米3根;大于4-5m時,每米5根。鋼梁間用0.2-0.3m的撐木隔開,使支架在移動過程中,鋼梁受力均衡、保持等距。 掩護支架的連接,可采用直徑25-38m的廢舊鋼繩,每節長15-20m,以便拆卸和運輸。組架時,鋼繩搭接長度不少于2m,并用繩卡固緊。鋼繩的數目視支架寬度而定:架寬3m以下時2-3根;架寬3m以上時4-5根。單梁平板型掩護支架是應用最廣泛的一種架型。它結構簡單,下放時容易控制、加工制作不難、支拆方便,是開采2.5-5.0m厚煤層比較理想的架型。對于急斜煤層來說,由于它產狀變化很大,實踐中各礦依照不同的地質條件,因地制宜地采用了不同結構形式的掩護支架。例如,開采煤層厚度大于5m的組合梁掩護支架;開采1.5-2.5m煤層的“Ⅱ”字型梁掩護支架等。

四、 采煤工作面的工作程序: 偽斜柔性掩護支架采煤法的采煤工作,分為準備、正常采煤和收尾三步。

1、采前準備 : 掩護支架在區段回風巷組裝,逐步下放直至形成偽斜工作面的過程叫采前準備。它包括擴巷、挖地溝、組裝支架、巷道放頂和支架下放等項工作。擴巷是將區段回風平巷斷面擴大至煤層全厚,以便掩護支架組裝。由于支架初次下放時會產生內錯,所以擴巷要從開切巷向外推移3-5m開始。這樣可使架尾在下放過程中,始終保持有兩個開切巷。當擴大巷道超過15m時,在巷道底板中部挖倒梯形地溝4-6m,以便進行支架安裝與調架。地溝上寬1.2-1.4m,下寬0.8-1.0m,高1.0m左右。巷道斷面的擴大與地溝的挖掘,將隨支架的組裝不斷向前延展。 掩護支架組裝時,在地溝兩側和中部適當位置放置鋼絲繩,在其上每隔0.2-0.3m垂直頂底板放一根鋼梁。在靠頂板一側放置一根枕木,使鋼梁有3°-5°的仰斜角,這樣既方便支架的組裝,又有利于支架的下放。鋼梁間放上撐木后,便可用螺栓與夾板,將鋼梁與鋼絲繩連接組合成整體,并在其上鋪設金屬網或荊笆簾子,再用壓條與鐵絲將其固定在鋼梁上。為保證支架組裝質量,鋼梁要與鋼絲繩垂直放置、各節鋼絲繩的接頭位置要錯開、松緊程度要相近、鋼絲繩與金屬網邊至鋼梁的端頭均不得少于0.2-0.3m。 支架組裝5-6m后,開始回撤區段回風平巷的支架,使巷道上部的護巷煤柱垮落到支架上。必要時采取爆破法崩落,使其堆積在掩護架上,作支架緩沖墊層并可增加支架下放的重量。在支架下放和移動的過程中,為防止支架沿偽傾斜方向往下滑移,要保持冒落巷道至拐點的長度不少于5m。 支架組裝與回巷放頂超過15m時,支架便可開始初次下放,即從開切巷外側支架尾端開始,沿地溝打眼放炮采煤,使掩護架由水平位置逐步下放與調斜,直至架尾落到超前輔助平巷上,形成25°-30°的偽斜工作面。至此,完成了回采的準備工作。

2、正常采煤 : 掩護架下的正常采煤包括:采煤工作面打眼放炮、落煤、向上接長溜槽出煤、下放與調整支架、區段回風平巷支架延伸與超前輔助平巷支架縮短等項工序。由于上述工序在空間上不同位,故可以平行作業。 地溝是偽斜工作面的采煤工作空間,落煤等作業均在地溝內進行。落煤采用打眼放炮,爆破參數視煤層傾角與煤質軟硬程度而定,煤層厚度小于2m時,采用單排眼、煤層厚度大于2m,而煤質又較硬時,采用雙排眼。炮眼一般只布置地溝眼,兩幫煤臺靠支架及其上部垮落巖石重量壓碎后片落。地溝眼的間距0.5-0.6m,炮眼深度1.2-1.6m,炮眼與工作面的夾角一般為60°。炮眼裝藥量不宜過多,以免崩壞兩幫煤臺,造成支架歪斜或懸空甚至造成竄矸事故。 采煤工作面爆破,分全工作面一次爆破和分段爆破兩種方式。全工作面一次爆破是打眼裝藥后一次起爆,這種爆破方式的優點是:全工作面支架能同步下移到新的位置,支架不會因受拉而變形。但工作面打眼與出煤不能平行作業,工時利用差,影響工作面產量的提高。工作面分段爆破與上相反,能充分利用工作空間與工時,打眼與出煤可以平行作業。但支架下放時上下不同步,支架受力不均容易損壞。 工作面放炮后,出煤工作由下向上進行,邊出煤邊向上接長溜槽。煤裝入溜槽后,自溜到區段運輸平巷外運,所以,第一節溜槽要特別架設牢固。隨著工作面煤炭運出,支架在自重和垮落巖石的推動下移動。為了控制支架一次的下放高度,必須邊出煤邊調整支架。做法是打兩行點柱支撐支架,使整個工作面支架保持平直,并與煤層頂底板法線成3°-5°的仰角。點柱一般采用圓木或鋼管,并用鐵絲拴在支架上,以免出煤時傾倒、滑落傷人。 掩護支架工作面應保持三班出煤的作業方式。這樣工作面產量高,支架下放速度快、受力好,有利工作面管理。為此,應按工作面長度、煤層厚度等確定爆破參數,配備勞動力,合理組織生產。 隨著工作面向前推進,掩護架的上端架頭不斷縮短。為此,要在區段回風巷不斷加長掩護架,其操作過程與采前準備時的支架組裝完全相同。另外,在支架下端的架尾落平段不斷增長,所以要在區段超前輔助平巷內不斷地回收支架。 支架回收前先擴大巷道斷面,使鋼梁兩端暴露出來,并用點柱支撐住鋼梁;然后卸掉螺栓,并將鋼繩拉至區段運輸平巷;最后拆除點柱與回收鋼梁,運至區段運輸平巷準備復用。

3、收尾工作: 采煤工作面推進到停采線前,要掘進收作巷并貫通區段運輸平巷與回風平巷。當掩護架架頭超過靠工作面一側的收作巷時,停止向前延伸。開始利用收作巷回收工作面前下方的三角煤,逐步使工作面的傾角減小、長度縮短(不超過靠上山一側的收作巷),并拆除上端多出的鋼梁。最后使掩護架平放于超前輔助平巷。利用前述的回架方法,回收全部鋼梁等材料,以便繼續復用。

4、應用與評價: 偽斜柔性掩護支架采煤法,是開采急斜煤層的一種較正規采煤法,具有巷道系統簡單、掘進率較低;頂板管理工序少,勞動強度低,工效高;作業人員在掩護架下工作比較安全,頂板事故大為減少;工作面較長,可組織三班出煤,故工作面產量比較高;支護材料等消耗少,噸煤成本低等優點。但煤層賦存要穩定,煤層的厚度與傾角變化不能太大,使用范圍受到一定的限制;當煤層變厚時要丟煤,降低采出率;煤層變薄時支架下放困難,必須臥底或挑頂,影響采煤進度;當煤層含夾石層時,不能排矸而影響煤炭質量。這種采煤法只適用于賦存穩定、傾角在50°以上、厚度在1.5-5m以上的煤層及采區內地質構造與煤層結構簡單的礦井。

五、偽斜分段走向排柱采煤法:

偽斜分段走向排柱采煤法,是采煤工作面沿偽斜方向布置,偽斜角30°-35°,沿煤層走向推進。為防止矸石竄入采煤工作面沖倒支柱或砸傷人,沿偽斜每隔4-5m布置一組長4m的走向排柱,使采空區形成分段排柱與矸石充填區支撐頂板。排柱既起切頂作用又起擋矸作用。

1、采區巷道布置與生產系統 這種采煤法的采區巷道布置與急斜其他采煤法相同。一般也是沿煤層布置一組3-4條傾斜上山。根據采區走向長度可布置單翼或雙翼采區。采區內可分2-3個區段,工作面長可達80-100m。 偽斜工作面采出的煤,沿工作面自溜運輸,經超前輔助平巷、聯絡巷溜至區段平巷的輸送機上,然后由區段運輸平巷運至采區溜煤上山裝入采區煤倉,最后在采區石門裝入礦車運出采區。 采區工作面新鮮風流由采區石門進入采區,經采區通風、行人上山、區段運輸平巷、超前輔助巷進入采煤工作面;乏風由采煤工作面上出口經區段回風平巷、采區回風石門,排至回風大巷。

2、采煤工藝 采煤工作面一般采用爆破落煤。爆破參數取決于煤層厚度、煤質軟硬程度與頂底板巖性,可以布置單排或雙排眼,深度1-1.2m,炮眼間距約為1m。采取由下向上分段起爆方式。 采煤工作面采用木支柱或單體金屬支柱支護。頂底板巖層穩定時采用帶帽點柱;頂底板松軟時采用懸臂梁支護。支架的排距與柱距0.8-1.0m。架設支柱時要采取防滑措施,以防傾斜或滑落。棚梁上要加背板與笆片或荊條接頂,防止空頂漏矸。 采空區處理采用全部垮落法。回柱順序是:先回三角區內的支柱,再回分段排柱。分段排柱的回收沿工作面由下向上依次進行。在回柱的同時要沿走向加長分段排柱,以形成新的排柱與充填區。三角區內沿切頂線支柱適當加密,提高切頂線支撐強度,以利切頂。

3、優缺點及適用條件 : 偽斜分段排柱采煤法,將采煤工作面布置成俯偽斜直線。上段超前采煤工作面下方的煤體,不僅改善了采煤作業條件,而且相應地提高了頂底板的穩定性,避免出現大范圍的頂底板滑動與支柱失穩;采用分段走向排柱后,在采空區形成矸石充填區支撐頂板,使基本頂來壓距離滯后、強度降低,從而可以改善頂底板的管理;走向排柱可以起控頂作用,使采煤工作面的控頂距減小,為安全生產創造了條件。據四川省廣旺礦務局所屬煤礦生產實踐經驗,采用這種方法,可以提高勞動工效、降低材料消耗、改善采煤工作面的經濟指標。 偽斜分段走向排柱采煤法存在的主要問題是:初采和末采時要采三角煤區,工作面長度變化很大,產量也不太穩定;采煤工作面架設與回撤分段走向排柱的工作量比較大;采高越大支護越困難。偽斜分段走向排柱采煤法只適用于厚度小于2m,傾角45°-60°的不穩定煤層;煤層頂板中等穩定,垮落后能充填滿采空區的礦井。(參考文獻)

 
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