第六章采煤技术

1第二部分采煤专业技术第一章采煤方法采煤方法的分类有很多，通常按采煤工艺、矿压控制特点，将采煤法分为壁式体系和柱式体系两大类。第一节采煤工艺一、爆破采煤工艺爆破煤工艺，又称炮采。指在长壁工作面用爆破方法破煤和装煤（人工装煤）、输送机运煤和单体支柱支护的采煤工艺。其工艺过包括：爆破落煤及装煤、人工装煤、刮板输送机运煤、人工挂梁支柱、移置输送机、人工回柱放顶等工序。1、爆破落煤爆破落煤由打眼、装药、填炮泥、连炮线及放炮线及主炮等工序组成。(1)炮眼布置爆破落煤常用的炮眼布置有以下三种：a单排眼b双排眼c三排眼①单排眼：就是沿工作面只打一排炮眼，一般用于薄煤层或煤质软、节理发育的煤层。②双排眼：就是沿工作面布置两排炮眼。两排炮眼的具体布置形式有对眼、三花眼及三角眼等，一般适用于采高较小的中厚煤层。如果煤质中硬时可采用对眼，比较松时就采用三花眼。③三排眼：也称五花眼．用于采高较大的中厚煤层或煤如煤质2坚硬煤层。为了满足爆破装煤及爆破进度的需要，除了对炮眼排数有以上要求，对炮眼的深度和炮眼的角度也有以下的要求。炮眼的深度，取决于工作面一次的推进度、顶板岩性和煤的硬度等，一般为1．0～1．2m，最大可达2．Om。工作面炮眼的深度要保持一致．以免影响炮眼的利用率、爆破效果和煤壁的平直。炮眼的角度应满足的要求是：①炮眼与煤壁的水平夹角～般为50。～80。，煤软时取大值，最大可取90。，煤硬时取小值。为了防止崩倒支架，应使水平方向的最小抵抗线朝向两柱之间。②当煤层较硬、粘顶性强时，上排炮眼要有一定的仰角，在垂直面上面顶板方向仰起5°～lO°。③为了不留底煤，又不崩翻刮板输送机，下排眼要有一定的俯角，在垂直面上向底板方向保持10°～20°。(2)装药、连线与爆破炮眼的装药量要根据顶板岩性、煤层软硬程度、炮眼深度及位置．结合生产经验和相似条件来确定。一般底眼的装药量要多些，约为150～600g。顶眼与腰眼可适当减量，以节省炸药消耗和增加块煤率。药装好后，要按《煤矿安全规程》要求封堵炮泥。炮采工作面炮眼的连线方式，一般采用串联。爆破时采取先顶眼后底眼、先底眼后顶眼及顶、底眼同时起爆三种顺序。第一种爆破顺序在爆破装煤工作面，应用较多。3采煤工作面每次起爆的炮眼数目，应综合考虑顶板稳定性、输送机的启动及运输能力、工作面安金情况而定。条什好时，可同时起爆数十个眼。如果条件差、顶板不稳定，每次只能起爆几个眼，甚至采用留煤垛间隔爆破的办法。同时起爆的炮眼数，既不要超过顶板最大允许暴露面积，又要考虑输送机的最大运输能力，防止发生输送机压机或断链事故。2．装煤与运煤(])爆破装煤炮采工『乍面采用单体液压支柱及铰接顶梁所构成的单体支架支护工作面在单体支架的掩护下，可以把输送机推移到贴近煤壁，利用放炮时的爆破力，将煤炭自动抛人刮板输送机勾，称为爆破装煤，爆破装煤率一般可达31％～37％。(2)人工装煤炮采工作面爆破后装不到输送机上的煤兰要有：煤壁与输送机之间散落的煤，崩落或撒落到输送机采空侧的煤。炮采工作面的这部分煤要由人工装到刮板输送机上。人工装煤劳动强度大，效率低．是炮采工艺的缺点之一。炮采工作面的运煤由刮板输送机来完成。3、工作面支护我国正规炮采工作面都采用单体液压支柱和铰接顶粱支护。支架的布置形式主要有正悬臂齐架直线柱和正悬臂错梁三角柱两种。后者现在用得较少。4．采空区处理4随着采煤工作面不断向前推进．顶板悬露面积会越来越大，为了工怍面的安全及正常生产，需要对采空区进行及时处理。根据顶板特征、煤层厚度及保护地表的特殊要求等条件，有多种处理方法，最常用的是全部垮落法。全部垮落法适用于直接顶易于垮落或中等稳定顶板。具体做法是：当工作面从开切眼推进一定距离后，主动撤除采煤工作空间以外的支架，使直接顶自然垮落。以后当工作空问达到最大控顶距时，就及时回柱放顶，使工作空间只保留回采工作所需要的最小控顶距。与普通机械化采煤一样，最小控顶距：“应有三排支柱，以保证有足够的采煤工作空间，最大控顶距时，一般不宜超过五排支柱。通常推进]或2次放一次顶，郎三排、四排或三排、五排管理顶板。一次放顶的宽度就是放顶步距，等于最大控顶距与最小控顶距的差。因为炮采工作面的回柱放顶工作人工操作，危险性较大，所以在操作时应该严格遵照《煤矿安全规程》的要求执行。采煤工作面必须及时回柱放顶或充填．控顶距离超过作业规程规定时，禁止采煤。用垮落法控制顶板，回柱后顶板不垮落、悬顶距离超过作业规程的规定时，必须停止采煤，采取人工强制放顶或其他措施进行处理。用垮落法控制顶板时，回柱放顶的方法和安全措施，放顶与爆破、机械落煤等工序平行作业的安全距离，放顶区内支架、木柱、木垛的回收方法，必须在作业规程中明确规定。采煤工作面初次放顶及收尾时，必须制订安全措施。5二、普通机械化采煤工艺普通机械化采煤工艺，简称普采，是指用机械方法破煤和装煤、输送机运煤和单体支柱支护的采煤工艺。其中，使用单体液压支柱进行支护的称为高档普采。普采工作面技术装备主要有滚筒式采煤机或刨煤机、可弯曲刮板板输送机和与其配套的推移千斤顶、单体金属支柱与铰接顶梁及乳化液泵站等。普采工作面的生产工艺过程主要由割煤、运煤、挂粱、推移刮板输送机、打柱以及回柱放顶等工：序组成。1、割煤普采工作面生产是以采煤机为中心，采煤机割煤，其他工序合理配合。采用滚筒采煤机割煤时，采煤机一般是骑在输送机上，以输送机两侧做导轨上l下往复运行，割下的煤．靠螺旋滚筒及弧形挡煤板装入输送机中．使落煤、装煤、运煤三道工序。实现连续作业。2、支护(1)支护设备。采煤工：作面常使用单体液压支柱与金属铰接顶梁支护顶板。单体液压支柱分内注式和外注式两种。单体液压支柱的初撑力大．因此，使川非常广泛。(2)支架布置方式。采煤机割煤过后．跟随采煤机将工作面支架的铰接顶梁向工作面煤壁方向延接，以对割煤后新暴露的顶板进行临时支护。除少数顶板完整的普采工作面可使用带帽点柱外，一般均采用由单体液压支柱与铰接顶梁组成的悬臂支架。这样可实现追机挂粱，及6时支护新暴露的顶板。按悬臂顶梁与支柱的关系，可分为正悬臂与倒悬臂两种．如图63所示。正悬臂支架悬臂的长段在立柱的煤壁侧，有利于支护机道上方顶板；短段在立柱的采空区侧，故顶梁不易被折损。倒悬臂支架则相反，其长段伸向采空区．立柱不易被碎矸石埋住，但易损坏顶梁。普采工作面支架布置，按梁的排列特点分为齐梁式和错梁式两种。齐梁式适应用于顶板比较稳定的工作面条件；错梁式适用于顶板比较破碎的条件。为了行人和工人作业比较方便，工作面支柱一般排成直线状。因此，目前普采工作面支架布置方式主要有齐梁直线柱和错梁直线柱两种。普采工作面采空区处理时选择和使用的特种支架有丛柱、密集支柱、木垛、斜撑支架及切顶墩柱等形式。(3)普采工作面端头支护。端头支护应满足以下要求：(1)要有足够的支护强度，保证工作面端部出口的安全。（2）支架跨度要大，不影响输送机机头、机尾的正常运转，并要为维护和操纵设备的人员留出足够的活动空间。（3）要能够保证机头、机尾的快速移置，缩短端头作业时间，提高开机率。端头支护主要有：单体支柱加铰接顶梁支护(为了在跨度大处固定顶梁铰接点，可采用双钩双楔梁，或将普通铰接顶粱反用．使楔钩朝)；用4～5对长梁加单体支柱组成的迈步走向抬棚支护；用基本支7架走向迈步抬棚支护。3、推移工作面刮板运输机采煤机割煤后，在距采煤机约12～15m处，操作与刮板输送机配套的专用推移千斤顶向煤壁方向推移刮板输送机，推移步距与采煤机截深相一致，并使输送机平、直且符合要求。4、采空区处理目前，走向长壁普采工作面采空区的处理主要采用全部垮落法。就是当工作面支架的控顶距离达到作业规程规定的最大控顶距时，将靠近采空区的一排或两排支架撤掉，让顶板垮落，这就是所谓的回柱放顶。在多数情况下，采空区的垮落矸石能起到支撑上方基本顶、缓和基本顶来压的作用。采用全部充填法处理采空区的工作面，采空区处理由回柱充填工序完成。三、综合机械化采煤工艺综合机械化采煤工艺，简称综采。是指用机械方法破煤和装煤．送机运煤和液压支架支护的采煤工艺。综采工艺的特点是落煤、装煤、运输、支护、采空区处理等主要工序全部实现机械化。综采和普采最大的区别是综采使用了自移式支架支护顶板，解决了支护与回柱放顶人工操作的难题，实现了支护与采空区处理的机械化。综采的优点是劳动强度低、产量高、效率高、安全条件好。第二章顶板管理与顶板事故防治第一节采煤工作面的顶板管理工作面回采时必须维护的工作空间宽度称为采煤工作面控顶8距。控顶距以外被废弃的空间称为采空区。工作面顶板控制的主要内容。是控制顶板的变形、破坏和采空区处理。顶板控制又称顶板管理，是采煤工作面工作空间支护和采空区处理工作的总称一、采空区的处理方法(1)垮落法用垮落法处理采空区的实质是有步骤地、人为地米空区直接顶垮落下来(称放顶工作)，从而减轻直接顶对工作面的压力，并利用垮落的岩石支撑上部未垮落的基本顶。垮落法适于直接顶较易垮落的顶板。(2)充填法充填法可分为局部充填法和全部充填法两种。局充填法是用砌矸石带来支撑采空区的顶板。矸石的来源可用挑顶或卧底的方法取得．也可用煤层中的夹石。充填法可于在水体下、铁路下、建筑物下煤层的开采。(3)煤柱支撑法(又称刀柱法)此法是在采空区里按一定规律留煤柱支撑顶板。它的煤炭损失量大，适用于难垮落，采高较大的中厚煤层。(4)缓慢下沉法它是采用撤除采空区的全部支护，使顶板在垮落前靠本身的挠曲下沉与底板相接触。如图71(c1)所示。它适用于接顶塑，性较强、煤层厚度较小的煤层，当底板具有底鼓性质时更为适合。二、采煤工作面顶板的支护管理9(1)支护设备。工作面支架是控制矿压的一种支护结构物。按支架的组合形式。工作面支架可分为单体支架和自移式液压支架两类。除综采工作面使用自移式液压支架外．其他工作面都使用单体支架。单体支架是指由单体支柱与顶梁或柱帽组成的支架。前者称为悬臂支架或棚子支架，后者称为戴帽顶柱(点柱j。单体支架常用的顶粱为金属铰接顶梁。常用的支柱类型有刚性金属支柱和液压支柱。工作面支架，除上述单体支架和液压支架两类以外，在特殊情况下，如工作面冒顶、放顶、周期来压、遇到断层等．还可采用木垛、斜撑、抬棚、丛柱、排柱等特种支架。(2)《煤矿安全规程》规定：采煤工作面必须经常存有一定数量的备用支护材料。使用单体液压支柱的工作面．必须备有坑木，其数量、规格、存放地点和管理方法必须在作业规程中规定。采煤工作面严禁使用折损的坑木、损坏的金属顶梁和失效的单体液压支柱。在同一采煤工作面中，不得使用不同类型和不唰性能的支柱。在地质条件复杂的采煤工作面中必须使用不同类型的支柱时，必须制订安全措施。三、特殊条件下采煤工作面顶板控制1、采煤工作面初采时的顶板控制(1)开切眼高度小于采高时，应从开切眼一端开始扩巷，换成工作面支架。10(2)单体支柱工作面在顶板稳定情况下开切眼支护可以采用同工作面一样的悬臂梁支护，在原棚梁下打中柱，随后撤掉煤壁侧的棚腿，拉线打柱架设一排金属顶梁就可以开始回采。(3)如果工作面顶板破碎，需再架设1梁3柱的抬棚，然后撤去煤壁侧帮的棚腿，开始回采。(4)初采期间采用放小炮多循环的方式向前推进．并采用超前支护．不得放大炮。(5)综采工作面初采时需刷大开切眼，开切眼支护根据顶板情况可采用与工作面推进方向一致的棚子加铺顶网支护或采用锚杆加铺顶网支护。2．采煤工作面受地质构造影响较小时的安全措施采煤工作面过断层或褶曲时，煤层的走向、倾斜、厚度往往旋生明显的变化．顶底板不平整，岩石松散破碎、煤层裂隙多．裂隙中夹有臼色结晶体，煤质变软，光泽变暗，有的还在断层带有淋水和瓦斯涌出量增多等现象．这种情况最容易发生顶板事故。因此．过断层或褶曲时应采取如下安全措施：(1)过断层前，应先摸清工作面与断层走向的交角．交角越小，工作面越危险，冒顶的可能性越大，因而必要时应调整工作面的方同。对落差小的断层，工作面可用挑顶、卧底的办法邕接采过去；对断层落差较大、影响范围大的断层，工作面通过困难较大时，也可另掘开切眼进行开采。(2)在断层破碎地带，工作面顶板压力都比较大，为了加强顶11板支护