05-第五章倾斜长壁采煤法

中国矿业大学矿业工程学院主讲：万志军教授第五章倾斜长壁采煤法第一节倾斜长壁采煤法带区巷道布置及生产系统第二节带区参数及巷道布置分析第三节倾斜长壁采煤法工艺特点第四节倾斜长壁采煤法的评价及使用条件长壁工作面沿走向布置、沿倾斜推进的采煤方法称为倾斜长壁采煤法。主要用于倾角小于12°的煤层，可以选择炮采、普采和综采工艺。与走向长壁采煤法的区别。90°区段回风平巷区段运输平巷区段分带回风斜巷分带分带运输斜巷第一节倾斜长壁采煤法带区巷道布置及生产系统一、带区巷道布置二、生产系统一、带区巷道布置带区：一般在开采水平，沿煤层走向，在煤层中或岩层中开掘水平运输大巷和回风大巷。在水平大巷两侧沿煤层走向划分若干分带，由相邻较近的若干分带组成，并具有独立生产系统的区域叫带区。由两个分带组成的单一煤层带区巷道布置图。巷道掘进顺序：1）运输大巷（带区装车站下部车场）、进风行人斜巷、煤仓分带运输进风斜巷上边界2）运输大巷分带工作面回风运料斜巷，与回风大巷平面相交上边界。3）掘至上边界后，沿煤层开掘开切眼贯通，并安装设备，经调试后，沿俯斜推进采煤。近年来，一些矿井尝试采用无煤仓的带区巷道布置，即运输斜巷的煤经胶带输送机直接转载到运输大巷内的胶带输送机上，取消了煤仓，使系统更加简单。二、生产系统带区巷道布置简单，生产系统也相对简单。运输进风斜巷：铺设胶带输送机运煤，进风。回风运料斜巷：可采用小绞车，布置在巷道一侧，多级上运；也可采用无极绳绞车运输。机械化水平较高的生产矿井中，可采用无轨胶轮车、单轨吊、卡轨车和齿轨车辅助运输。工作面主要生产系统如图5-1所示。运煤：3→4→6→1通风：1→7→4→3→5→2或1→7→4→3→5→9→2运料：1→5→3或1→8→5→3第二节带区参数及巷道布置分析一、带区参数二、巷道布置分析一、带区参数包括：分带工作面长度、分带倾斜长度、分带数目和带区走向长度。1.工作面长度分带工作面长度同走向长壁工作面。煤层倾角相对较小，有利于先进的采煤装备发挥优势，在煤层厚度和采煤工艺方式相同时，倾斜长壁工作面相对较长。工作面长度一般在150m左右，甚至可达250m以上。神东矿区工作面长度240~400m。2.分带倾斜长度分带工作面的倾斜长度就是工作面连续推进的距离，约为上山或下山阶段斜长。《煤炭工业矿井设计规范》规定：分带倾斜长度不宜少于工作面一年的连续推进长度。一般上山部分倾斜长度宜为1000~1500m或者更长，下山部分倾斜长度宜为700~1200m。我国部分煤矿倾斜长壁开采主要参数。矿井煤层厚度倾角/(°)顶板底板采煤工艺推进方向带区走向长/m带区倾斜长/m工作面长/m阳泉一矿中厚4～8砂页岩砂页岩综采仰1000～15001500120铜川桃园矿薄10砂页岩砂页岩炮采仰、俯800～1000500～100070大同永定庄矿厚7细砂岩粉砂岩综采仰800790150松藻打通一矿薄5粉砂岩粉砂岩综采仰1000900～1400150大同同家梁矿中厚3～4砂岩粉砂岩综采仰800750150～166大同四老沟矿中厚3～6砂砾岩砂质页岩综采俯9601000107阳泉三矿中厚5砂页岩砂页岩综采仰15001200156阳泉贵石沟矿厚5～7砂页岩页岩综采仰、俯18001000180芙蓉白胶矿中厚8～10细砂岩黏土岩普采仰1870970150古交东曲矿中厚3～8砂质泥岩砂质泥岩综采俯1000～17001300～1800150～180晋城凤凰山矿厚1～2砂页岩页岩普采仰22331000134双鸭山双阳矿中厚10～12白色中砂岩砂岩综采仰、俯18001000154罗城插花矿薄17页岩页岩炮采伪仰100025660～70枣庄陶庄矿厚5～8石英砂岩砂页岩普采俯1000500120徐州权台矿中厚3～6砂页岩页岩综采俯15001015110鸡西二道河子矿中厚12～17细砂岩页岩综采俯1000～1200700～1200150橙台权家河矿中厚5～11中粒砂岩粗粒砂岩综采仰1500800～1000150兖州南屯矿厚3～7粉砂岩粉细砂岩综采仰650～12001800142合山东矿中厚4～6石灰岩鲕状灰岩炮采仰13501000110～125肥城查庄矿中厚5～7粉砂岩粉砂岩普采仰3501200120～160神东矿区厚2～3粉砂岩粉细砂岩综采仰、俯——3000～6000240～340二、巷道布置分析1、仰斜开采与俯斜开采单一般情况下：仰斜开采条件：顶板较稳定、煤质较硬、顶板淋水较大或煤层易自燃、需在采空区注浆时，宜采用仰斜开采；俯斜开采条件：煤层厚度和倾角较大，煤质松软，容易片帮或瓦斯含量较大时，宜采用俯斜开采。回风大巷位置不同，也影响采用仰斜与俯斜开采的选择，应通过技术经济比较后确定。仰斜和俯斜结合：倾角较小或近水平煤层，进风和回风大巷并列布置在井田倾向中央，煤层条件又无特殊要求时，宜采用仰斜和俯斜开采相结合的方式。运输大巷以上部分采用俯斜开采，以下部分采用仰斜开采。这样对于运输、通风和巷道维护均比较有利。2、单工作面和双工作面布置倾斜长壁分带工作面可以单工作面布置和生产，相邻两个工作面也可以对拉布置同时生产。单工作面有两条回采巷道。对拉工作面布置三条回采巷道，其中运输巷为两个工作面共用。工作面沿煤层走向近似水平布置，不存在走向长壁双工作面向下运煤和向上拉煤的问题，两个工作面可以等长布置。工作面风流也不存在上行与下行的问题，两个工作面的通风状况几乎完全相同。双工作面优点及适用：双工作面布置减少了一条运煤斜巷，节省了一套运煤设备，生产比较集中，技术经济效果显著。综采工作面能力大，双工作面同时生产时，中间单巷的运输和通风能力很难满足要求，因此，综采不采用该方法。综采仍是一面两巷，只是共用一个分带煤仓。3、工作面后退式、前进式或混合式回采顺序前进式：工作面从运输大巷附近向上部或下部边界方向推进，称前进式回采顺序。后退式：工作面从上部或下部边界向大巷方向推进，称后退式回采顺序。往复式：前进式和后退式两者结合时，则称为往复式回采顺序。不同回采顺序的优缺点与走向长壁采煤法基本相同。目前我国大多采用后退式回采顺序。4、回采巷道布置倾斜长壁工作面两侧回采巷道均为斜巷，仍可采用双巷布置与掘进、单巷布置与掘进及沿空留巷，分带斜巷间可设分带煤柱，也可无煤柱护巷，其选择原则同走向长壁工作面。如煤层倾角较大（α≥10°），瓦斯涌出量又较大，为避免分带斜巷污风下行，总回风巷可设置在上部边界。第三节倾斜长壁采煤法工艺特点一、仰斜开采的采煤工艺特点二、俯斜开采的采煤工艺特点近水平煤层中，无论工作面采用仰斜开采还是俯斜开采，其工艺过程和走向长壁采煤法相似。随着煤层倾角增大，工作面矿山压力显现规律及回采工艺都有一些特点。一、仰斜开采的采煤工艺特点由于受煤层倾角影响，仰斜工作面的顶板将产生沿岩层层面指向采空区方向的分力，在此分力作用下，顶板岩层受拉力作用，更容易出现裂隙和加剧破碎，顶板和支架还有向采空区移动的趋势。因此，随着煤层倾角加大，仰斜长壁工作面的顶板将更加不稳定。仰斜工作面采空区顶板冒落矸石基本上涌向采空区，这时支架的主要作用是支撑顶板。可选用支撑式或支撑掩护式支架。当倾角大于12°时，为防止支架向采空区侧倾斜，普采和炮采工作面的支柱应斜向煤壁6°左右，并加复位装置或设置复位千斤顶，以确保支柱与煤壁的正确位置关系。煤层倾角、厚度较大时：煤壁易片帮，造成机道碎煤量过多，输送机难以启动，仰斜工作面长度不能过大。技术措施：采取防片帮措施。如打锚杆控制煤壁片帮；液压支架应设防片帮装置等。移架困难时，可采用全工作面小移量多次前移的方法，同时优先采用配套大拉力推移千斤顶的液压支架。仰斜开采优点：水自动流向采空区，有利于采空区注浆；工作面无积水，劳动条件好，设备不易受潮，装煤效果好。仰斜开采缺点：随倾角加大，采煤机在自重影响下，截煤时偏离煤壁减少了截深；输送机会因采下的煤滚向溜槽下侧，易造成断链事故；瓦斯易积聚。防治措施：减少截深、采用中心链式输送机、在输送机采空区侧加挡煤板、下部设三脚架把输送机调平、加强采煤机的导向定位装置、推移千斤顶应有油液闭锁装置等。二、俯斜开采的采煤工艺特点对于俯斜工作面，沿顶板岩层的分力指向煤壁侧，顶板岩层受压力作用，使顶板裂隙有闭合的趋势，这有利于顶板保持连续性和稳定性。采空区冒落矸石有涌入工作空间的趋势，支架除了支撑顶板外，还要防止破碎矸石涌入。因此，要选用支撑掩护式或掩护式支架。由于碎石作用在掩护梁上，载荷有时较大，掩护梁应具有良好的掩护特性和承载性能。当煤层倾角较大，采高大于2.0m，降架高度大于300mm时，常出现液压支架向煤壁侧倾倒现象。为此，移架时要严格控制降架高度，并收缩支架的平衡千斤顶，拱起顶梁尾部，使之带压擦顶移架，防止支架前倾。俯斜开采优点：煤壁不易片帮，工作面不易集聚瓦斯。俯斜开采缺点：采空区水流向工作面，不利于采空区注浆；随煤层倾角加大，采煤机和输送机的事故也会增加，装煤率降低；采煤机重心偏向滚筒，加剧机组的不稳定，易出现机组掉道或断牵引链事故，并使采煤机机身两侧导向装置磨损严重；当倾角大于22°时，采煤机下滑，滚筒钻进煤壁，截割下来的煤难以装进输送机中，有些生产矿井采取把输送机靠煤壁侧先吊起来，使溜槽倾斜度保持在13°~15°，采煤机割底煤时卧底，使底板始终保持台阶状，以保证采煤机正常工作。第四节倾斜长壁采煤法的评价及使用条件一、倾斜长壁采煤法评价二、倾斜长壁采煤法适用条件一、倾斜长壁采煤法评价倾斜长壁采煤法取消了采（盘）区上（下）山，分带斜巷通过联络巷或带区煤仓直接与运输大巷相连，与走向长壁采煤法相比，倾斜长壁采煤法有以下优点：①巷道布置简单，掘进和维护费用低，投产快。②运输系统简单，占用设备少，运输费用低。③工作面易保持等长，有利于综合机械化采煤。④通风线路简单，通风构筑物少。⑤对某些地质条件适应性强。（顶板淋水大、瓦斯大及煤壁易片帮等）⑥技术经济效果好。倾斜长壁采煤法存在以下的缺点：①现多用的矿车轨道辅助运输条件下，长距离倾斜巷道使掘进、辅助运输和行人较困难。②在不增加工程量的条件下煤仓和材料车场数目多，大巷装载点多。③分带斜巷内存在下行通风问题。二、倾斜长壁采煤法适用条件能否采用倾斜长壁采煤法主要考虑煤层倾角大小和工作面连续推进长度。1）在开采区域内不受走向断层影响，且能保证足够工作面连续推进长度的条件下，倾斜长壁采煤法适用于煤层倾角小于12°的煤层；2）随着煤层倾角加大，技术经济效果逐渐变差，采取措施后可用到倾角12°-17°煤层；3）在某些特殊地质条件下可取得很好的技术经济效果，如倾斜断层地段。值得注意的是，由于煤层赋存条件变化，一个矿井中可能同时存在走向和倾向长壁采煤法。在煤层倾角较小的条件下，走向长壁采煤法也能取得较好的技术经济效果，因此，在确定采用何种采煤法时，要进行技术经济比较。