煤矿开采方法(五)--特殊条件开采03

水力采煤是指利用水力作用来完成工作面的采煤、运输作业，也可在采区与矿井利用水力作用完成运输与提升任。这种利用水力完成采煤生产的过程简称水采。水力采煤生产系统高压供水系统煤水运提系统脱水系统水采矿井中煤的运提一般是靠水力完成的。水力运输是水采的一个基本生产环节。水力运输具有运输工作连续、设备简单、工作可靠、维修工作量较少及生产效率较高等优点。尽管它在存在管路损较大、水力运输设备的能耗较多以及增加煤浆制备和脱水环节等问题，国内外仍十分重视发展这种运输方式。脱水是指把煤浆中的煤水分开，使煤中残留的水分达到国家规定的销售标准，并使脱出的水能够循环使用。水采矿井的脱水系统有以下三种方式：①与选煤厂相结合；②地面专用脱水车间；③简易脱水系统。煤水运提系统煤水运提系统脱水系统二、水力采煤方法采煤方法有其独特的工艺特点（1）它以水射流实现工作面落煤和运输两个主要生产环节，把落煤和运输简化成单一的连续式主要工序。（3）采煤工作面以短壁形式布置，具有较强的机动性和灵活性（2）对回采空间的煤层顶板不进行支护，简化了采煤工作面的顶板管理，减轻了工人的劳动强度。作业人员不进入采煤工作面内，提高了生产的安全性。简化工序，降低成本，矿井的经济效益相对较好。1．倾斜短壁式采煤法③采区参数。主要是采区开采范围参数，采区倾斜长度等于阶段斜长，其值主要取决开采水平的划分。采区走向长度因受采区内明槽自流水力运输的限制，为避免采区下部的三角形呆滞煤量过大，其一翼的走向长度不宜过大，而采区走向长度过短又将造成采区服务年限过短，采区的吨煤投资过大及采掘接续紧张等问题，所以采区必须保证其有合理的走向长度。（1）采准巷道布置采煤法分为双面冲采和单面冲采两种方式②采区生产能力。采区生产能力是采区各生产系统都可满足的年生产的煤炭量。在目前条件下，每个采区一般配备一套水采生产系统，因此采区生产能力则等于一套水采生产系统的生产能力。在设备配置合理时，一套水采生产系统的生产能力视开采条件而定。①采区准备工作顺序。倾斜短壁式采煤法是我国在缓斜煤层条件下常用的水采方法，又称漏斗式采法。目前我国的水采矿井（区）多采用双翼采区，采区一翼的走向长度在缓斜煤层时一般为500～800m。急斜煤层时为200～500m。今后水力开采采区走向长度将会有所增大，达到2000m以上。区段斜长一般为120～150m，根据回采眼的维护状况可适当加长或缩短，在顶板条件差，维护困难可缩至60～80m。（2）采区生产系统①运煤系统。由水枪冲采下来的煤沿溜槽由回采眼经区段运输巷和煤水止山到采区煤水硐室。②高压供水系统。采区中的高压供水管路沿运煤相反的路线铺设并联接于回采眼中的水枪。③运料系统。由于是无支护采煤且设备简单，所以辅助运输的工作量较小。但因为区内多为倾斜巷道，使运料工作比较困难。通常材料和设备在轨道上山中采用矿车沿轨道提升，而在区段巷道中用单轨吊车或简易吊挂无极绳运输.④通风系统。新风沿采区上山到区段运输巷，再经回采眼到采煤工作面。乏风经采空区到区段回风巷和采区上部回风巷道。由于清洗工作面后的乏风要流经已冒落的采空区，如果采空区已冒实，则风流阻力很大，可能会导致采煤工作面供风不足，此时则在区段运输巷中增设局部通风机加强通风。各掘进工作面采用局部通风机进行通风。(3)采煤工艺管道及溜槽支设护枪支架及重新安设水枪水力落煤拆移水枪水采工作面的采煤工序在倾斜短壁式采煤法中，安设在回采眼中的水枪可向其两侧冲采，冲采范围较大，因此，该法具有巷道掘进率低、水枪及管道等拆移工作量较小、效率较高等优点。但是当煤层倾角较大时，回采眼坡度也较大，这样采空区垮落矸石易窜入回采眼中，造成压枪和危及作业人员的安全，并降低采出率。2．走向短壁式采煤法走向短壁式采煤法在我国水采矿井（区）中应用最为广泛，常用于倾角较大的缓斜、倾斜和急斜煤层的开采。3．倾斜短壁式与走向短壁式采煤法的比较该采煤方法一般用于倾角为7°～15°的煤层。在走向短壁式采煤法中，安设水枪的回采巷坡度较小（5%～7%），且不受煤层倾角大的影响，因此采空区窜矸压枪的可能性及对作业人员安全的威胁均较小，并利于提高采出率，同时由于增设分段上山，提高了它对地质条件变化的适应能力。该法具有生产安全、采出率较高及对地质条件变化适应能力较强等优点。但是由于水枪只向回采巷上帮侧冲采，冲采范围较小，从而巷道掘进率较高。该采煤方法适用于倾角大于12°～15°的煤层。任务实施某矿位于丘陵地带，井田范围内地形起伏较大。地面标高+1460m～+1850m，井田南部境界外有河流通过。井田走向长度4.00～8.50km，倾斜长度1.40～4.40km，面积约为25km2。煤层平均厚度32m，倾角5°～11°，面积5.5km2，可采储量130Mt。煤层倾角变化大。该矿井属于低瓦斯矿井，煤尘有爆炸危险性，矿井正常涌水量110m3/h，最大涌水量135m3/h；井田内煤层结构复杂，厚度变化大，主采煤5层的煤层赋存特点简述如下：（1）东区块段煤层条件好，平均厚度35.50m，倾角6°～9°,面积9.70km2，可采储量317.20Mt。一、房式采煤法巷道布置这种采煤法的特点是只采煤房不回收煤柱,用房间煤柱支承上覆岩层。某矿井采用连续采煤机一梭车工艺系统的房式采煤方法巷道系统。主巷由5条煤房组成,盘区准备巷为3条煤房,在盘区准备巷两侧布置回采煤房,形成回采区段。盘区一翼前进,另一翼后退。采取较大的煤柱（60m）维护主巷。区段由6个房间同时推进。房宽7m,煤柱尺寸为8m×8m,区段间煤柱宽为8m,因受地质构造影响,回采区段长度约220m。房式采煤法的煤柱尺寸和形状还可分为多种形式，如长条式、切块式等，但其布置方式基本相似。房式采煤法主要适用于顶板稳定、坚硬的条件。当为保护地面建筑采用房式采煤法时，留设的煤柱尺寸不宜太小。二、房柱式采煤法巷道布置1．切块式房柱式采煤法通常把4～5个以上煤房组成一组同时掘进，煤房宽5～6m，煤房中心距为20～30m，每隔一定距离用联络巷贯通，形成方块或矩形煤柱。煤房掘进到预定长度后，即可回收煤柱。图5-2-2为一典型切块式房柱式采煤法巷道布置方式。主巷由5条煤房组成，中间3条进风，两边各1条回风。2．“旺格维利”采煤法（1）旺格维利采煤法巷道布置旺格维利采煤法是澳大利亚在房柱式开采技术基础上发展起来的一种高效短壁柱式采煤法，它与传统房柱式采煤法的主要区别是：采煤区段划分和区段内煤体切割及回收方法不同。（2）巷道布置及参数。这种方法的特点：是房间留设不同形状的煤柱，采完煤房后有计划地回收这些煤柱。根据煤柱回收方法和煤房开掘方式，房柱式采煤法主要分为切块式和“旺格维利”布置方式。注意采用带式输送机运煤。主巷一侧开掘的独头短巷，用来堆放开采中的矸石，做到矸石不外运；在主巷另一侧布置盘区，盘区内不再布置盘区准备巷道，直接采用多煤房推进，在到预定边界后返回回收煤柱。盘区内由5条煤房组成开采系统，煤房宽5m，煤房之间留设方形煤柱，房与房中心距为29m。盘区间留设24m长条形煤柱。该煤柱在后退回收煤柱时采出。在煤柱回收后，顶板可类似长壁工作面一样充分自然冒落，使煤房、煤柱的回采避开支承压力高峰区。具体是在盘区准备巷道一侧或两侧布置长条形房柱，如图5-2-3所示。长条形房柱宽约15m，长约65～95m。条形房柱内先采房，房宽6m，到边界后，后退回出9m宽的煤柱。盘区准备巷道长度按地质条件和带式输送机长度确定。长条房柱间的回采顺序一般用后退式。任务实施。结合附近矿区的实际情况进行正确确定柱式采煤法形式、确定柱式采煤法巷道布置参数相关知识按破煤方式不同，采煤工艺大致可分为两大类：另一类为:连续采煤机采煤工艺（发展方向）一类为:传统的爆破落煤工艺（现仅在少数地方煤矿使用）1234567891连续采煤机-梭车工艺系统2345678电源中心；6连续采煤机；锚杆机；9纵向风障；带式输送机；梭车；风帘；风墙；转载破碎机；一、连续采煤机—梭车工艺系统1、机械设备：截割机构、行走机构、装载转载运输机构及辅助装备等。2、运煤设备：梭车3、配套设备：给料破碎机4、搬运物料设备：铲车（一）煤层掘进1、连续采煤机房柱式开采平巷和联络巷开采顺序见下页图13—3图13-3连续采煤机房柱式开采平巷和联络巷开采顺序1/－回风道；2/－进风道；3/－永久性风墙；4/－采区供电中心；5/－铲车；6/－给料破碎机；7/-防火帘；8/－风帘图13－4连续采煤机掘进（a）切槽工序；（b）采垛工序；1－连续采煤机；2－风障2、连续采煤机掘进顺序3、连续采煤机截割方式图13-5连续采煤机截割方式（a）切入；（b）下行截割；（c）平整底板2、外进式（二）回收煤柱1、袋翼式——在煤柱中开掘一条巷道，亦用锚杆支护。这条巷道称之为煤柱中的通道（或袋），此种巷道与采空区之间留下的煤带称之为翼二、连续采煤机—输送机工艺系统三、柱式体系采煤方法特点特点：只采煤房不回收煤柱，用房间煤柱支承上覆岩层。特点:房间留设不同形状的煤柱，采完煤房后有计划地回收这些煤柱。（一）房式采煤法（二）房柱式采煤法通常把4～5个以上煤房组成一组同时掘进，煤房宽5～6m，煤房中心距为20～30m，每隔一定距离用联络巷贯通，形成方块或矩形煤柱。煤房掘进到预定长度后，即可回收煤柱。1、切块式房柱式采煤法2、“旺格维利”采煤法(1)基本概念和工艺系统“旺格维利”采煤法与传统的房柱式采煤法的主要区别是：采煤区段划分和区段内煤体切割及回收方法不同，煤柱回收后，顶板类似长壁工作面一样充分冒落，使煤房、煤柱的回采避开支承压力高峰区。连续采煤机—运煤车（梭车）—转载破碎机—带式输送机工艺系统；连续采煤机—连续运输系统—带式输送机工艺系统。III32115m65-90m旺格维利采煤法巷道布置132盘曲准备巷；长条形房柱；--大巷；(2)巷道布置及参数“旺格维利”采煤法的工艺系统：(3)采煤工艺①煤房掘进：由连续采煤机和锚杆钻机交替进行掘进和支护作业。作业循环进度不大于7m。②煤柱回收：双翼进刀回收和单翼进刀回收两种方式。③顶板管理：采用锚杆支护⑤“旺格维利”采煤法的应用特点：用于开采综采无法回采的煤炭资源，比房柱式采煤法煤炭回收率高，产量大，掘进率低④通风方式：“旺格维利”采煤法仅适用于开采低瓦斯工作面，而且工作面风流要通过采空区回风。柱式体系采煤法的优点：①设备投资少；②采掘可实现合一，建设期短，出煤快；③设备运转灵活，搬迁快；④巷道压力小，便于维护，支护简单，可用锚杆支护顶板；由于大部分为煤层巷道，故矸石量很少；矸石可在井下处理不外运，有利于环境保护；⑤当地面要保护农田水利设施和和建筑物时，采用房式采煤法有时可使总的吨煤成本降低；⑥全员效率较高，特别是中小型矿井更为明显。四、适用条件及评价主要缺点：①采区采出率低，一般为50—60%左右，回收煤柱时可提高到70—75%左右；②通风条件差，进回风并列布置，通风构筑物多，漏风大，采房及回收煤柱时，出现多头串联通风。①开采深度较浅，一般不宜超过300-500m；②顶板较稳定的薄及中厚煤层；③倾角在10º以下，最好为近水平煤层，煤层赋存稳定，起伏变化小，地质构造简单；④底板较平整，不太软，且顶板无淋水；⑤低瓦斯煤层，且不易自然发火。适用条件任务实施结合我国矿区的实际情况进行模拟设计房柱式生产工艺过程。