采矿学第六章厚煤层倾斜分层长壁下行垮落法采煤

中国矿业大学矿业工程学院主讲：屠世浩教授第六章厚煤层倾斜分层长壁下行垮落采煤法第一节分层分采的采区巷道布置及生产系统第二节分层同采的才采区巷道布置及生产系统第三节倾斜分层下行垮落采煤法工艺特点及应用倾斜分层：将厚煤层分成若干与煤层层面相平行的分层，然后逐层开采。回采顺序：倾斜分层下行垮落采煤法：先采顶分层，依次下行回采各分层，垮落法管理顶板，称倾斜分层下行垮落采煤法。分层同采：在同一区段范围内，上、下分层工作面错开一定距离同时采煤，称“分层同采”。分层分采：在同一区段范围内，采完一个分层后再采下一个分层称“分层分采”或“大剥皮”。一、采区巷道布置二、生产系统三、采煤方法参数四、回采巷道布置分析第一节分层分采的采区巷道布置及生产系统一、采区巷道布置分层分采可进一步分为两种形式，一种是在同一区段内，待上分层全部采完后，再掘进下分层的回采巷道，而后回采；另一种是在同一采区内，待各区段上分层全部采完后，再掘进下分层的回采巷道和回采，俗称“大剥皮”。1-运输大巷；2-回风大巷；3-采区下部车场；4-运输上山；5-轨道上山；6-采区上部车场；7-区段进风运料石门；8-区段运输石门；9-第一区段回风石门；10-第二区段第一分层回风运料平巷；11-第一区段第一分层运输平巷；12-第一分层区段联络巷；13-第一区段第一分层回风运料平巷；14-第一区段第一分层工作面；15-第一区段第一分层开切眼；16-采区绞车房；17-区段溜煤眼；18-采区变电所；19-采区煤仓；20-行人斜巷；21-停采线二、生产系统1、运煤采煤工作面的运煤线路为：14—＞11—＞8—＞17—＞4—＞19—＞12、通风采煤工作面：1—＞3—＞5—＞7—＞10—＞12—＞11—＞14—＞13—＞9—＞2掘进工作面：所需的新鲜风流用局部通风机从轨道上山引入，污风经运输上山排至回风硐室：采区绞车房和变电所所需的新风由轨道上山直接供给。3、运料排矸采煤工作面：1—＞3—＞5—＞6—＞9—＞13—＞14掘进工作面：物料自轨道上山经中部甩入石门车场送入，所出的煤和矸石由矿车从各平巷运至中部车场，经轨道上山运至下部车场。三、采煤方法参数1、倾斜分层厚度据我国目前技术条件，普采分层厚度一般为2m左右，最大不超过2.4m；综采一般为3m左右，最大不超过3.5m。2、工作面长度由于厚煤层多有自然发火倾向，为防止煤层自然，工作面必须加快推进速度，要保证有足够的月进度，因此，工作面不能太长。四、回采巷道布置分析1、倾斜布置相对于中下分层工作面长度变化，倾斜布置又有内错式和外错式之分。分层平巷倾斜布置（a）内错式；（b）外错式1—上区段分层运输平巷；2—下区段分层回风平巷2、水平布置3、垂直布置第二节分层同采的采区巷道布置及生产系统一、分层同采的采区巷道布置二、巷道掘进顺序三、生产系统四、分层同采的参数五、分层开采的采区巷道布置基本规律六、问题（作业）一、分层同采的采区巷道布置条件：厚煤层，分三层，=15°，埋藏稳定，低瓦斯矿；沿倾斜划为35个区段1、采区巷道布置1）采煤方法：981513127l6112610122018541417211020223119114518391020141278221191761322115132）巷道布置特点（1）巷道名称（2）巷道布置特点:①阶段运输大巷1和回风大巷2均布置在距煤层1520m的底板岩石中。114518391020141278221191761322115②集中上山轨道上山5和运输上山4均布置在距煤层15m的底板岩石中，且在层位上错距≮2m（运输上山在下，轨道上山上，为便于布置煤仓；在涌水量大时，可将轨道上山布置在下）。③集中运输巷10布置在距煤层810m的底板岩石中。④区段集中轨巷9提前在下区段顶分层回风巷位置开掘，超前10掘进，为10定向。从（9）每隔200m开（11）沟通各分层。最后一个（11）距采区边界约200m。913121110131313⑤集中区段平巷与分层平巷间联系10、12沟通各分层机巷；9、11沟通各分层机巷；从最后一个12反向掘14至采区边界，从最后一个13反向掘15至采区边界。•（3）顶分层采面顶分层14、15超前采面两个12掘进至14至开切眼至15顶分层11910141213215（4）区段①利用总回风巷（2）作为轨道集中巷，每隔200m左右开掘区段回风小石门（13）沟通各分层风巷。（如采用采区小风井，则另开集中岩石巷）。②从（10）每隔200400m（一台刮板运输机有效铺设长度，当用吊挂胶带机时，联络眼间距可扩大到400m以上）掘溜煤眼（12）沟通各分层机巷，最后一个（12）距采区边界约200m。（5）分层同采时集中轨道巷9的作用：①服务于各（顶、中、底）分层之辅助运输。②探清煤层走向变化，为（10）定向；同时满足顶分层超前平巷施工定向和泄水，利用9掘二、三分层超前运输机巷，掘进煤由12至10运出；物料由9至11。采掘无干扰。③缩短区段准备时间，利于接替。（6）联络眼11的开掘方法问题：顶分层与中、底分层的联络眼间距相同否？间距相同—如何布置？①顶分层11沿煤层顶板开掘，每200m一个，沟通14②二、三分层11下口不动，上段向下卧底，形成斜巷，分别沟通二、三分层机巷（超前平巷），形成系统。（7）第二区段开采第一区段采完后：9作为下区段顶分层回风巷，10作为集中轨巷。更换运输设备。913121110131313（8）区段集中巷与上山间联络10—18—运输上山49—7—轨道上山5可知：分层同采，必须有：①共用区段集中机巷；②共用区段集中轨巷。987185414102、巷道掘进顺序1）原则：2）顺序：3）生产中，随分层工作面推进，继续掘上分层超前运输和回风平巷，超前距保持两个溜煤眼与之相通4）中分层准备（1）上分层工作面采过第一个溜煤眼之后，再准备中分层。自（9）—（11）在假顶下，反向掘（20）开切眼，自（2）—（13）—（21）巷道掘进顺序与中分层准备相似，准备底分层工作面。第一区段底分层采完之前，要准备第二区段顶分层工作面，以备接替。9131211101313133、生产系统物料；采面、新风；掘进通风：分层超前平巷掘进，局扇；供电：地面35kV变电站—副井6kV—井底车场中央变电所—6kV送至采区变电所—送采掘面（1140V或3300V、660V、380V）。二、分层同采评价1、优点（1）实行上下分层同采，可多工作面同采，能集中生产；（2）为超前回采工作面推进分层平巷和多头掘进提供了条件，缩短了准备时间，利于接替；（3）第二分层以下的区段运输平巷均布置在上分层采空区下，矿压小，易维护。由于各分层超前掘进，维护长度及时间短，维护费用低；（4）各分层均可出煤，利用集中运输巷运煤，系统集中简单，占用设备少，管理集中；（5）利于假顶防腐和防止煤的自然发火。2、缺点（1）岩石工程量大（设区段集中平巷及联络巷）；（2）生产系统复杂；（3）同采工作面能力不易发挥；（4）初期准备时间长。三、分层同采的适用条件：随着机械化水平提高，综采放顶煤出现，以及非放顶煤单层工作面生产能力加大，支护条件改善，分层同采的优点已逐渐弱化，缺点主要是岩石工程量大、生产系统复杂，分层同采已少用。技术发展趋势：（1）多采用分层分采；（2）“放顶煤”；（3）大采高综采。四、分层同采的参数（1）倾斜分层厚度：普采2m，综采3.5m；（2）工作面长度：150250m；（3）分层同采的合理错距。要求：（1）下层煤开采引起的岩层移动不波及和影响上层煤工作面；（2）上层煤工作面放顶煤不影响下层煤工作面开采；（3）上层和下层采掘作业相互没有影响和干扰。bML)2520(tan/min～上下煤层工作面最小错距：式中；，上下层工作面最小错距—mLmin；上下煤层间距，—mM；顶距，上层煤工作面的最大控—mb度上下煤层间岩层移动角—安全距离。—～2520五、分层开采的采区巷道布置基本规律1、纵向：上山。2、横向：区段平巷；分层同采时，有区段集中巷。分层分采时，可不设区段集中巷。3、纵横相联：上、中、下车场。4、硐室：煤仓、绞车房、变电所。5、联络巷。问题：该采煤方法巷道布置基本规律？六、问题（作业）厚煤层底板下方20m处有一薄及中厚煤层，该煤层和顶底板均稳定。1、设计分层分采的采区巷道布置方案，画图并附文字说明；2、说明上、下区段过渡期如何独立通风（可设采区回风井）。第三节倾斜分层下行垮落采煤法工艺特点及应用一、顶分层回采工艺二、假顶下回采工艺特点三、评价一、顶分层回采工艺特点顶分层增加了为下分层铺设人工假顶或形成再生顶板的工作。顶板—煤层原生顶板；顶分层采煤工作面—工艺同中厚煤层工艺；底板—煤层（二分层）铺假顶或形成再生顶板（下分层用）。1、人工假顶1）竹笆、荆笆假顶竹笆：宽0.71.0m，长2.22.4m，竹片或细竹用铁丝编成。荆笆：宽0.91.0m，长2.22.4m，用细铁丝编成。底梁：半圆木或厚木板。竹笆、荆笆假顶铺设：铺设：底梁与煤壁呈4560°布置，将竹笆放在底梁上，每片间搭接，用铁丝联好。腐朽期为68月。垮落矸石胶结性能好时可不铺底梁1526341242）金属网假顶金属网假顶一般用1214#镀锌铁丝编织而成。网边用810#铁丝编成。网孔2025mm网孔形状：正方形（经纬网）、菱形、蜂窝形。菱形网：承力好，延展性好，寿命长，广泛应用。3）塑料网假顶塑料网假顶：聚丙稀树脂制成的塑料编织而成。规格：网带宽1316mm，560.9m或2.00.9mm，网孔15mm塑料网：无毒、无味，阻燃，抗静电，重量轻，柔性大，耐腐蚀等。强度高，寿命长；抗剪性能差；延展性大，易形成网兜。4）人工假顶铺设方法：31245铺底网+铺顶网=人工假顶铺设方法机械+手工=人工假顶铺设方法1、铺顶网优点：（1）利于改善工作面顶板管理。铺一次网可为上、下分层服务。刚割过煤后，及时移架铺网，及时支护。（2）提高煤质。（3）提高煤炭采出率。采面浮煤在金属网下，采下分层时，一并采出。（4）简化回采工艺，提高效率。2、再生顶板煤层的顶板为页岩或含泥质成份较高的岩层，冒落后注水或注泥浆，在上覆岩层重压下形成再生顶板。一般46个月胶结形成。二、假顶下回采工艺特点1、假顶下支护及顶网管理假顶下回采，顶板是已垮落的碎石，老顶周期来压不明显，顶板压力较顶分层小。顶板管理的关键是护好破碎顶板。护好破碎顶板技术措施：1）普采面：（1）采用正倒悬臂错梁直线柱布置；（2）割煤后及时挂梁，支贴帮柱；（3）型钢梁护顶。2）综采面：掩护式支架，或支撑掩护式支架。2、假顶下的放顶工艺单体支柱采面—无密集放顶。假顶下易拉斜歪支柱、推垮采面，必须设抬棚，或打斜撑柱。3、分层采高的控制主要控制底分层采高足够。在开切眼、采面及上、下平巷每隔30m向底煤打钻孔探煤厚。三、评价优点：（1）有效解决中倾斜以下厚煤层开采时顶板支护和采空区处理问题；顶分层以下各分层矿压显现缓和。（2）安全（3）采出率高（4）技术经济指标较好缺点：（1）铺假顶工作量大；（2）巷道维护较困难；（3）生产组织管理工作较复杂；（4）开采易自燃煤层，采取防自燃措施等。四、适用条件：（1）煤层顶板不太坚硬，易于垮落、直接顶有一定厚度的缓、中倾斜厚煤层。（2）分层开采在1990年，产量是统配煤矿产量的28.1%，目前占1520%。