目前,我国倾斜长壁采 煤法已应用到 20 °倾角的煤层,并取得了较好的效果。 为适应倾斜长壁采煤法的特点,对机械设备提出如下要求。 1 .对采煤机的要求 ( 1 )倾斜长壁采煤时,尤其是俯斜开采时,采煤机机身和滚筒对输送机上的导向 管产生转矩,有使采煤机滑向煤壁的趋势。所以采煤机横向稳定性很差,为了防止 采煤机逐渐钻入煤壁,必须考虑锚固输送机的措施。 生产实践表明,靠采空区侧的采煤机圆形导向管效果好,但磨损相当严重。当煤层 倾角大于 12 ° ~15 °时,靠煤壁侧应采用双导向装置。 ( 2 )为了使滚筒在割煤过程中与煤层底板保持平行,不留三角煤,采煤机必须设 有调斜装置。 ( 3 )工作面在采煤机割过后,总有一部分碎煤不能全部装入输送机中,而遗留在 输送机与煤壁之间。尤其是仰斜开采片帮严重时和俯斜开采输送机直接铺在工作面 底板上时,采煤机的装煤效果较差。为了提高采煤机滚筒的装煤效果,在滚筒后部 必须加装挡煤板,而且选择三头螺旋的滚筒。 2 .对液压支架的要求 ( 1 )对仰采工作面,采空区顶板岩石基本上冒落在采空区,液压支架主要起支撑 顶板作用,故可选用支撑式液压支架。 ( 2 )对俯采工作面,采空区顶板岩石能冒落到工作面空间,因此,液压支架的作 用除支撑顶板外,还应防止矸石窜入支架内,选用支撑掩护式支架比较合适。为了 防止顶板岩石冒落时直接冲击掩护梁,可将顶梁后臂长度增加。 ( 3 )在俯斜工作面,由于采煤机和输送机有滑向煤壁的作用力,故应在液压支架 上采取限制移架千斤顶行程的措施,并加强支架与输送机之间连接的刚性。 ( 4 )仰斜开采时,为防止煤壁片帮,应选用带有护帮装置的液压支架。 5 . 2 薄煤层综采采煤工艺特点 1 .薄煤层综合机械化装备及工艺特点 薄煤层开采难度大、劳动强度大、产量低、效率低、成本高,每采 1 吨煤所耗的劳 动力约为中厚煤层的 2.5~3 倍。 薄煤层采煤机械可用刨煤机或滚筒式采煤机。刨煤机式薄煤层中有效的采煤机械。 在适合的条件下,应优先选用刨煤机。因为它结构简单、电机不进入工作面、不拖 电缆、工人不跟机操作、能耗低、块煤率高、操作方便、粉尘少等优点,所以在薄 煤层条件下尤为突出。但其易受地质条件的限制,适用于埋藏较稳定的松软煤层。 滚筒式采煤机由于其适应性强、效率高以及操作和维护简单,在我国煤矿中广泛采 用。 2 .滚筒式采煤机及其工作方式的特点 ( 1 )采煤机的工作方式 ①薄煤层综采工作面采煤机的种类 薄煤层综采工作面采煤机分为侧面工作式和正面工作式两类。 侧面工作式采煤机即骑溜式采煤机,但机身高度较低,配套的刮板输送机高度也较 低,用于大于 0.8m 的煤层。 正面工作式滚筒采煤机,机身不骑坐在工作面刮板输送机上,而在前滚筒开出的机 道内,采煤机的两滚筒分别装在机身的前后两端,采煤机可在工作面穿梭工作,故 又称机道内采煤机。 机道内滚筒式采煤机是用得较多的薄煤层采煤机, 因为它不骑坐在刮板输送机上面, 从而降低了配套高度并增加了刮板输送机的过煤空间, 其牵引方式除了锚链牵引外, 也发展了无链牵引。 正面工作式滚筒采煤机主要形式有两种:即爬底板式和悬机身式。 ②薄煤层滚筒式采煤机的特点 由于采高的限制,采煤机骑坐刮板输送机困难很大,因此宜采用爬底板式或悬身式 采煤机,滚筒位置采用正面工作式,以解决采煤机机身通过的问题。此外还提高了 工作面的通风能力,这一点对瓦斯较大的薄煤层工作面具有重要意义。 薄煤层的循环产量较低,为了提高生产率,必须加快工作面推进速度,这就要求加 大采煤机功率,提高牵引速度。 滚筒式采煤机粉煤率较高, 薄煤层滚筒采煤机更高。 据统计, 有些薄煤层采煤机 6mm 以下级的粉煤率高达 65% 以上。 这是因为当煤层很薄时, 滚筒的直径可能比截深还 小,此时、螺旋叶片的装煤能力降低,二次破坏严重,故而粉煤率增高。为了增加 块度,降低粉煤率,必须合理选择滚筒参数,注意截齿排列,此外,还应探索新的 破煤方法。 考虑到薄煤层采煤机司机跟机操作困难,离机控制装置(有线控制或无线控制)已 得到采用,因此,薄煤层采煤机应向遥控、程序控制和自动监控等方向发展。 ( 2 )薄煤层综采工作面输送机和液压支架的特点 薄煤层矿压显现相对缓和,故液压支架工作阻力和初撑力相对较低;支架在最低支 护状态时,必须保证顶梁下面有高 400mm ,宽 600mm 的人行道;支架调高范围大, 伸缩比在 2.5~3.0 左右;顶梁、底座的厚度要小,但应有足够的强度。底座一般为 分体式结构,便于排矸;为了减少控顶距,一般先移输送机,后移液压支架;多为 单向或双向邻架控制,以保证操作人员安全,减少劳动强度。 薄煤层综采工作面的突出薄弱环节是落煤和装煤,因此,输送机的运输能力应略大 于采煤机生产能力,以防止因输送机能力低而影响割煤;薄煤层一般波浪起伏变化 较大,输送机对煤层底板不平状态应有较强适应性;在采煤机骑溜运行的薄煤层综 采工作面,应尽量采用薄溜槽输送机,以增大过机和过煤空间;尽量选用双边链输 送机,双边链输送机对煤层起伏变化适应能力强,并有较大的过煤空间。 ( 3 )薄煤层综采工作面的控顶距 薄煤层综采无论是采用骑溜式采煤机,还是采用爬底式采煤机,控顶距都和中厚煤 层综采相似,保持“三股道”控顶距特点:落煤道、输送机道和人行道。采用骑溜 式采煤机时,采煤机滚筒独占落煤道,而采煤机机身与输送机合用一条道。而采用 爬底式采煤机滚筒与机身在一条轴线上,合占落煤道,而输送机独占一条道。人行 道是相同的。 3 .刨煤机综采工作面采煤工艺特点 ( 1 )刨煤机械 根据其作用于煤体上力的性质不同,煤刨可分为静力刨煤机和动力刨煤机。静力刨 煤机根据煤刨结构的不同,可分为拖钩式、滑行式和滑行拖钩式三种。动力刨煤机 的煤刨本身带有动力装置,使刨刀产生冲击力将煤碎落。但这种刨煤机结构复杂, 所以发展缓慢,仍在继续研究中。 ( 2 )全自动化无人刨煤机综采工作面采煤工艺 全自动刨煤机系统能够的操作人员在运输巷的控制室内,通过 MCU 主控制台对 PM 4 电液控制系统、 PROMOS 控制器及控制盘进行监控操作。 MCU 主控台带有液晶彩 显,井下专用微机键盘。彩色屏幕可显示刨头、输送机、液压支架的位置、状态的 参数, PROMOS 控制盘为液晶显示菜单控制。 PM 4 电液控制系统可以修改特定的 参数,通过控制菜单实现远程操作。 在起伏不平煤层条件下刨煤,必须采取有效的措施控制刨头的水平位置,防止刨头 割煤和割底。为此,在刨头运行轨道采空区一侧液压支架推移杆上安装一个调斜千 斤顶,必要时采用人工操作进行调整;此外在工作面的两端刨头运行轨道和液压支 架间安装了分段锚固千斤顶,以防止刨头运行轨道下滑或弯曲。 该矿于 2001 年开始投入生产,最高日产 7200t ,最高月产 14.26 万 t 。实现了 安全、经济、高产高效的目标,为薄煤层开采指出了一条重要途径。 5 . 3 厚煤层大采高综采采煤工艺特点 1 .大采高综采的优越性 ( 1 )采煤工作面产量高; ( 2 )采煤工效高; ( 3 ) 回采巷道的掘进量比分层减少了一半, 万吨掘进率低, 节省生产准备费用; ] ( 4 )节省了铺网工序,节约支护材料,降低生产成本; ( 5 )搬家倒面少,可缓冲采掘关系紧张,节省搬家费用。 大采高一次采全厚综采一般适用于地质构造简单、煤层厚度 3.5~5m 、煤层赋存稳 定、倾角小于 12 °和顶板较稳定的煤层。 2 .大采高综采采煤工艺 采高综采采煤工艺与一般综采基本相同,但由于设备高度大、煤壁易片帮等特点, 采煤方法多用走向或俯斜长壁,其采煤工艺与一般综采相比具有以下特点。 ( 1 )初采高度较小 一般为 3.5m 。 在工作面推进到初次直接顶垮落后, 逐渐沿走向将采高调整至全高。 沿倾斜方向则在直接顶初次垮落之前,先将工作面两端 7.5m 范围内的采高由巷道 高度渐增至 3.5m ,在直接顶初次垮落后,在工作面 15~20m 范围内,将采高增至 正常采高。 ( 2 )移架方式 在移架方式上将顺序移步与分组对角线移步方式相结合,即中间架采取采煤→移架 →推移输送机的及时支护,执行顺序移步;进入端头时,则改为移架→采煤→推移 输送机的超前支护,对应中间架形成对角线移步方式。这样使无宽侧护板的排头架 始终落后中间架,不大于一个采煤步距,使支架间不至于出现空隙,造成支架失稳 和架间流渣。 ( 3 )采煤机工作方式 多采用先进刀后移机头的斜切进刀方式。 3 . 劳动组织 大采高综采工作面的劳动组织一般为四、六工作制,三采一准,采用综合工种的追 机作业形式。若采用分段作业,则每段长为 50m 左右为宜。 4 .开采特殊措施 ( 1 )破碎顶板下开采措施 ①铺设金属网,控制架间流矸; ②充分利用支架前探梁和护帮板对悬露顶板和煤壁及时支护; ③控制煤壁片帮,防止冒顶事故发生; ( 2 )加强过断层时的顶板管理 大采高综采过断层的措施与一般综采相同。 5 .倾斜开采的特点和措施 ( 1 )俯斜开采的技术措施 ①排水措施 在工作面下顺槽下方约 10~15m 处,平行下顺槽分段掘进排水水窝,用泵和管路将 涌水排走。 在转载机机尾后边筑黄泥墙,形成水坑,把水挡住,再用泵和管路把水排走。 涌水量大时,区段开采顺序为上行式,在工作面下顺槽煤柱内多开联络眼,将工作 面涌水经联络眼排入区段采空区内。 在顺槽打木板水沟,加强水沟管理,保证排水畅通。 ②开采措施:应注意使采煤机截割出的底板与顶板平行,严格控制采高,防止采煤 机滚筒及输送机上漂下扎现象发生,保证工作面正常生产。 ( 2 )仰斜开采的技术措施 ①工作面采过向斜轴后,要迅速改为仰斜开采,防止支架托煤顶开采,工作面采煤 机、输送机和支架要迅速上漂,找到工作面直接顶,而后严格控制采高和仰斜角度, 沿顶板回采; ②及时支护顶板,防止片帮、冒顶范围扩大; ③用楔形木锚杆加固煤壁,减少片帮、冒顶; ④工作面淋水大时,用木垛、中柱和中柱抬板保护好工作面顺槽的落后道眼,保持 排水畅通,防止采空区涌水把工作面下机头和转载机机尾淹没,工作面被迫停产; ⑤工作面煤壁前方上、下顺槽内,有较大出水点或淋水时,应挖通水沟,把水集中 到水窝内,用泵和管路排走。同时,在转载机机尾后部用黄泥筑墙,挖出水窝,用 泵和管路把水排干,防止转载机和胶带机拉水煤。 6 .端头支护 利用端头支架支护。 7 .防止煤壁片帮 ( 1 )利用护帮装置 ( 2 )及时支护 ( 3 )加快推进速度 ( 4 )及时调架 ( 5 )提高初撑力 ( 6 )俯斜及伪斜开采 ( 7 )加固煤壁 8 .防倒防滑 ( 1 )防滑措施:利用防滑设备防滑、上移输送机、工作面调斜开采; ( 2 )防倒措施:支架本身稳定性、控制支架下滑和带压移架、坚持每移比调、利 用好支架附有的防倒千斤顶。 5 . 4 厚煤层分层开采时综采采煤工艺特点 1 .倾斜分层金属网假顶下行垮落开采 ( 1 )铺顶网开采 综采工作面一般多为铺顶网,具体方法同炮采。 金属网假顶下采煤措施: 及时支护新暴露出来的假顶。尽量缩小假顶的暴露面积,以防止金属网下沉,而造 成崩网漏矸事故; 当煤壁片帮造成假顶下沉时,应在支架顶梁上设走向梁,进行超前支护,以减少假 顶受拉,防止因过度弯曲而发生崩网的事故; 在假顶下割煤,采煤机的滚筒不应靠近顶板运行,以免割破顶网; 出现网兜,处理的办法是在两架间的网兜下面架一走向棚托住网兜,使它不继续下 坠和扩大; 支架要排列整齐,支架间要保持均匀,以保证有效地控制顶网,防止顶网受力不均 而崩裂。 ( 2 )铺底网开采 ①人工铺网:工人劳动强度大,受片帮、冒顶的威胁,并吸入大量粉尘,对工人健 康不利; ②机械铺网:采用铺底网液压支架铺网。 铺底网开采,减轻工人体力劳动、提高铺网效率、改善工人的劳动条件、减少铺连 网工作和降低 10~25% 的材料消耗。 2 .缓倾斜煤层分层恒底式上行采煤 ( 1 )恒底式采煤的实质 把缓倾斜厚煤层按倾斜分层,各分层工作面依次沿煤层底板布置,以上面分层垮落 后的煤作为顶板,第一分层工作面回柱放顶或移架后,上覆煤层垮落下沉,经注水 压实,重新胶结后成为具有一定稳定性和强度的再生煤体。采完第一分层后,间隔 一定时间,仍沿煤层底板在再生煤体中重新布置工作面,此时第二分层工作面的顶 板,就是经过了一次垮落、破碎而重新压实的再生煤体。待第二分层采完后,滞后 一定时间,在沿煤层底板布置第三分层的工作面,依此类推,直至沿煤层底板将厚 煤层全部采完。 ( 2 )恒底式采煤的评价 ①优点 巷道系统简单,分层巷道始终沿煤层底板开掘,与上山的联系简单可靠,采区掘进 率低; 采煤工艺简单,一般不需铺设人工假顶,节省原材料,有利于提高工效,降低成本; 沿煤层底板采煤,实质上是增加了工作面直接顶的厚度,其上方煤体及岩层经过多 次采动、垮落及重新胶结压实后,其完整性遭到破坏,因此,基本顶,特别是坚硬 的基本顶,其岩层活动对工作面影响小,顶板容易管理,巷道易于维护; 各分层工作面的底板始终是煤层的原生底板,支架直接支在底板上,有利于发挥支 架的支撑能力; 采煤工作面始终沿底板推进采煤,工作面结束时,设备搬迁距离近,易于搬迁; 当煤层顶板含水大或复合顶板等特殊条件下,采用恒底式采煤,有利于消除水患及 冒顶的威胁,利于安全生产; 技术经济效益显著。 ②缺点 破碎煤体必须容易粘结、压实后易形成再生煤体; 不利于防止煤层自燃,需要采取各种防止煤层自燃的措施,使开采技术变得复杂; 煤矸容易混杂,采煤过程中若出现局部冒顶,将使以后各分层在局部冒顶处采煤时 有局部煤矸混杂现象,影响煤质及含矸率。一般情况下灰分、含矸率随开采分层数 的增加而增加; 如果采前注水不及时或效果不好,将在落煤、装煤、运煤、放顶过程中,煤尘飞扬, 空气中煤尘含量较高,威胁矿井生产安全。 ③适用条件: 缓倾斜及倾角较小的倾斜煤层,顶板松软破碎,弯曲性能较好,或顶板含水,而煤 层遇水容易胶结。若采用倾斜分层下行垮落采煤法存在很大困难时,采用恒底式采 煤法对上述特殊开采条件有很好的适应性; 煤层为中等硬度,粘结性强,易破碎,这样的煤体冒落后,在上覆岩层重压及水或 泥浆作用下,容易形成再生煤体; 煤层不易自燃; 煤层的瓦斯含量不宜太大,否则回给底分层开采时带来通风方面的困难; ④若开采顶板含水大的厚煤层,煤层及顶板岩层应有较好的再生能力,且有较强的 隔水性能。 ④安全技术措施 恒底式采煤应注意防止局部冒顶和片帮。采取的措施为: 尽量保护煤壁,防止煤壁片帮; 在采二、三分层时,为防止顶板(顶煤)冒顶,支护要及时; 为增加垮落煤体的粘结效果,同时起到防火防尘作用,在工作面前方的运输顺槽和 回风顺槽内向煤层注水。注水钻孔间距沿走向为 15~ 30m ; 采煤工作面过断层时,在可能发生冒顶的地方打上木锚杆,其仰角不低于 20 °; 为防止煤炭发火,可在发火预兆点注阻燃剂或注浆。工作面搬家要快,应在自然发 火期 2~3 个月以前结束工作面一切收尾工作。 加强巡视监测, 发现火情及预兆要及 时处理。 5 . 5 倾斜煤层综采采煤工艺 1 .防止采煤机下滑 ( 1 )采煤机配安全液压绞车 ( 2 )防止采煤机在采煤中下滑 ( 3 )防止采煤机在停机时下滑:采煤机上行割煤停机前一定要将上、下滚筒全部 落地,以增加阻力;下行割煤时,滚筒要切入煤帮后再停机; ( 4 )采用无链牵引采煤机 2 .液压支架的防倒防滑 ( 1 )液压支架在倾斜煤层移动过程中,常发生的情况:歪斜、错牙、倒架、支架 整体下滑; ( 2 )防倒防滑措施 ①工作面调成伪斜 ②在移架过程中防止支架下滑:移架是由下向上分组进行,一般 3~5 架为一组。 ( 3 )用防滑千斤顶或其它连接机构防止支架下滑或倾倒 第六章 放顶煤开采的采煤工艺 技术 本章主要介绍 : ( 1 )厚煤层放顶煤长壁采煤法简介,包括:放顶煤采煤技术的发展、放顶煤的开 采方式、放顶煤开采的优缺点和适用条件; ( 2 )综采放顶煤采煤法采煤工艺,包括:放顶煤设备的类型及选择、放顶煤综采 的安全技术措施; ( 3 )简易放顶煤开采技术,包括:滑移顶梁支架放顶煤采煤工艺、∏型钢梁铺顶 网放顶煤采煤工艺; ( 4 )放顶煤开采的安全措施,包括:防止自然发火的措施、防尘措施、防治瓦斯 的措施。 6 . 1 厚煤层放顶煤长壁采煤法简介 1 .放顶煤采煤技术的发展 放顶煤采煤法的实质,就是在厚煤层沿底板布置一个采高 2~3m 的长壁工作面,用 常规方法进行回采,并利用矿山压力的作用或辅以松动爆破等方法,使支架上方的 顶煤破碎成散体后,由支架后方或上方的“放煤窗口”放出,经由刮板输送机运出 工作面。 目前,我国放顶煤开采,按机械化程度和使用的支护设备可分为综采放顶煤和简易 放顶煤两大类。简易放顶煤指用滑移顶梁液压支架铺顶网放顶煤、单体液压支柱配 合∏型顶梁铺顶网放顶煤等实用技术。 2 .放顶煤的开采方式 ( 1 )缓倾斜煤层放顶煤的开采方式 ①一次采全厚放顶煤:沿煤层底板布置综采(或机采)放顶煤工作面,一次采放出 煤层全部厚度。一次采全厚综采放顶煤,一般适用于厚度在 12~14m 以下的缓倾斜 厚煤层;简易型放顶煤一次采全厚,煤层厚度一般在 6~8m 以下; ②预采顶分层放顶煤:将煤层划分为两个分层,沿煤层顶板下先采一个 2~3m 的顶 分层长壁工作面。铺网后,再沿煤层底板布置放顶煤工作面,将两个工作面之间的 顶煤放出。一般适用于厚度大于 12~14m ,直接顶坚硬或煤层瓦斯含量高需预先抽 放的缓倾斜煤层; ③分段放顶煤开采:当煤层厚度超过 20m ,甚至达到数十米或近百米,可将煤层沿 倾斜分为数段(每段 10~20m ),自顶板向底板依次进行放顶煤开采。在第一个放 顶煤工作面底部进行铺网, 使以后的放顶煤工作都在网下进行, 以减少煤的含矸率。 也可不铺网,须视煤层的顶板岩性而定。 ( 1 )急倾斜煤层放顶煤的开采方式 开采方式:水平分层和斜切分层开采。一般工作面倾角 3 ° ~25 °,分层厚度 10~15m 。工作面倾角超过 15 ° ~25 °,要增设防倒防滑调架装置,而且要相应 地改造和加强工作面的端头支护。 3 .放顶煤开采的优缺点和适用条件 ( 1 )放顶煤综采的优点 ①有利于合理集中生产; ②对煤层及地质条件具有较强的适应性; ③具有显著的经济效益。 ( 2 )放顶煤综采的缺点 ①煤炭采出率较低(比分层开采低 10% 左右); ②工作面粉尘大,自然发火、瓦斯积聚隐患较大,对防灭火及防尘要求高,需要专 门的设备和技术措施; ③放顶煤工艺比较复杂。 ( 3 )适用条件 煤层厚度为 5~12m ; 煤的硬度系数一般小于 3 ; 每一夹石层厚度不宜超过 0.5m ,其硬度系数也应小于 3 ; 直接顶应具有随顶煤下落的特性,其冒落高度不宜小于煤层厚度的 1.0~1.2 倍; 地质破坏较严重、构造复杂、断层较多和使用分层长壁综采较困难的地段、上下山 煤柱等条件。 6 . 2 放顶煤设备的类型及选择 1 .综采放顶煤采煤法采煤工艺 ( 1 )放顶煤液压支架的类型及选择 ①放顶煤液压支架的类型:单输送机高位放顶煤支架、双输送机中位放顶煤支架、 双输送机低位放顶煤支架; ②放顶煤液压支架的选择:支架的稳定性和整体性、支架结构、放煤窗口尺寸及位 置、支架的工作阻力要合理、支架内要有足够的通风断面和操作空间、支架多煤层 底板的比压要小,以防止钻底、有可靠的防倒防滑装置。 ( 2 )采煤机和刮板输送机的类型及选择 缓倾斜煤层工作面:放顶煤的采煤机和刮板输送机与普通综采相似。 急倾斜煤层工作面:选用短机身采煤机。 2 .放顶煤综采的采煤工艺 放顶煤综采的采煤工序有采煤机割煤、移架、推溜和放顶煤等。 ( 1 )割煤:采煤机的进刀方式与普通综采相同; ( 2 )移架:采用及时支护; ( 3 )推移输送机:在采煤机割过煤 15m 后即可推溜; ( 4 )放顶煤 放顶煤是综放开采成败的关键工序。因此,要确定好放煤工艺参数和放煤顺序。 ①放煤步距: 确定循环放煤步距的原则是使放出范围内的顶煤能够充分破碎和松散, 提高采出率,降低含矸率; 生产实践总结出综采放顶煤工作面的放顶步距为 1.0~1.2m ,即采煤机割煤两刀, 支架前移两次后放顶煤的效果最好,能保证煤充分冒落,并通过放煤口顺利放出。 也有的煤矿放煤步距为 0.6m ,也有的可达 3.5~4m 。 ②放煤口间距及放煤口高度:放煤口间距以 1.5~3.0m 为宜;尽量降低放煤口的高 度。但其高度也不能太小,必须高于输送机的高度,否则装煤困难; ③放煤方式:单轮顺序放煤、多轮顺序放煤、单轮间隔放煤; 3 .放顶煤综采的安全技术措施 ( 1 )正常生产时处理硬煤及夹石的办法 ①在支架的架间向上打眼,在硬煤或夹石部位装药,移架前进行放炮; 放煤过程中对大块煤堵塞窗口的处理办法:放炮崩碎、高压脉冲水射流破碎窗口内 大块、对煤体注入高压水,软化煤体。 6 . 3 简易放顶煤开采技术 1 .滑移顶梁支架放顶煤采煤工艺 ( 1 )落煤:采用采煤机落煤和爆破落煤。 ①采煤机落煤:滑移顶梁支架放顶煤有铺顶网、剪网放顶煤等工序; ②爆破落煤: 为便于控制端面顶板。 工作面采高 2~2.2m , 一般采用 3 花眼或 5 花 眼,严格掌握不要正对支架的立柱,立柱也要有防炮崩措施; ( 2 )挂网:落煤后应及时挂设顶网; ( 3 )推移输送机及滑移顶梁液压支架:一般顺序是:挂顶网后随即伸出前探梁或 挂铰接顶梁→移支架前输送机→缩前探梁→提前梁支柱推顶梁前移( 0.8m )→支 好前架→提后梁后柱移后输送机→迅速提后梁支柱拉后梁前移→支好后架; ( 4 )落煤放顶:按顶煤放落规律,不同工作面在移 1~3 次支架后,进行一次放 落煤工序; ( 5 )端头支护:一是∏型钢梁下架设 3~4 根单体液压支柱;二是十字铰接顶梁 下架设单体液压支柱。 2 .∏型钢梁铺顶网放顶煤采煤工艺 应用单体支柱配合∏型钢梁或十字铰接顶梁铺顶网放顶煤,支架结构与布置方式和 单一长壁采煤法相同,不同点是有铺顶网、剪网放顶煤、移架放煤工序。放煤方法 通上。 在倾斜煤层中采用放顶煤开采时,可采用自溜运输。 6 . 4 放顶煤开采的安全措施 1 .防止自然发火的措施 ( 1 )地面防灭火措施 ①用黄土、矸石等回填塌陷区,断绝地下采空区与地面的空气联系,使采空区不漏 风,达到灭火的目的; ②打钻孔向采空区进行黄泥灌浆或灌入 CO 2 、 N 2 等气体,达到灭火和防止自然 发火的目的。 ( 2 )地下防灭火措施 ①采用后退式通风、均压通风,以减少向采空区漏风。为此,要同时采取人为的隔 风措施,如密闭、充填砂带、喷涂泡沫隔风等; ②向巷道顶部,特别是高处破碎带处洒注阻化液,防止巷道周围煤柱自然; ③煤体高压注水或注阻化液。这种方法不但能防止煤炭自然,同时可以防止煤尘飞 扬,起到防尘作用; ④向采空区洒注阻化液或喷射气雾阻化剂。 2 .防尘措施 ( 1 )综采放顶煤工作面喷雾防尘 ①在放顶煤工作面进、回风顺槽各设两趟管路,一是供采煤机喷雾;二是供支架喷 雾及进、回风顺槽胶带、机尾喷雾。供水压力为 2.5~5.0MPa 。 ②在采煤机附近、支架前探梁下增设一道喷雾装置,配合采煤机本身两道喷雾,采 煤机割煤时,降低采煤机附近煤尘。 ③在液压支架的掩护梁两侧各安设一个水力引射器,对准支架放煤口,当放煤时喷 雾降尘。 ( 2 )煤体预注水 在工作面开采前,预先向煤体注入高压水,以湿润煤体,减少煤尘飞扬。 ( 3 )选用低位放煤口液压支架。 3 .防治瓦斯的措施 ( 1 )工作面上隅角和回风巷设瓦斯监测头,瓦斯超限时能自动报警和断电。 ( 2 )抽排采空区,特别是靠近工作面冷却带的瓦斯。 ( 3 )注 N 2 ,并配合抽放瓦斯。注 N 2 量必须大于或等于抽放量。 第七章 本章主要介绍 : 其他采煤法的采煤工艺技术 ( 1 )急倾斜煤层倒台阶采煤法工艺特点,包括:采煤工艺、倒台阶采煤法的优缺 点; ( 2 )急倾斜煤层直线工作面采煤工艺特点,包括:采煤工艺、技术措施; ( 3 )急倾斜煤层俯伪斜分段走向密集长壁采煤法采煤工艺,包括:俯伪斜分段走 向密集长壁采煤法工作面布置、采煤工艺、工作面长度、俯伪斜长壁采煤法的适用 条件; ( 4 ) 急倾斜煤层伪斜柔性掩护支架采煤法采煤工艺, 包括: 柔性掩护支架的结构、 采煤工艺、工作面劳动组织、故障处理; ( 5 )水力采煤工艺技术,包括:倾斜短柱采煤法(漏斗式采煤法)采煤工艺、走 向短壁(小阶段)采煤法采煤工艺。 7 . 1 急倾斜煤层倒台阶采煤法工艺特点 1 .采煤工艺 倒台阶采煤工作面沿倾斜分为三个台阶,上两个台阶长 15m ,阶檐宽度一般为 2.4m , 即三排柱的宽度。 最下一个台阶略短些, 阶檐宽度一般为 3.2m , 可作储煤, 三个台阶同时开采。 倒台阶工作面多用风镐落煤,由三名工人负责落煤、运料、支护等工作。采落的煤 顺着溜煤板自溜到下部储煤仓,经溜煤小眼到区段运输平巷,再由区段运输平巷运 出。 台阶工作面支护采用顺山木棚支架, 棚梁对接, 上下成直线, 一梁三柱, 棚距 0.8m , 柱距 0.9m 。支柱向上倾斜 5 °左右。 2 .倒台阶采煤法的优缺点 ( 1 )优点:巷道布置简单,对煤层地质条件的适应性较强;通风系统简单;便于 分段平行作业;煤炭采出率高; ( 2 )缺点:劳动强度大,顶板管理工作量大,安全性较差,坑木消耗多,不利于 实现采煤机械化,劳动工效低,风镐落煤时煤尘大、噪音大。 7 . 2 急倾斜煤层直线工作面采煤工艺特点 1 .采煤工艺 ( 1 )工作面长: 40~100m ; ( 2 )工作面的炮眼布置:根据煤层具体条件,可采用单排眼、双排眼或五花眼。 炮眼的方向一般稍向上斜(在煤层层面上与煤壁法线成 10 ° ~20 °的交角); ( 3 )炮眼深度:一般为 1.2~1.5m ; ( 4 )爆破进度:一般约 1m 。根据工作面长度、顶底板稳定性情况,可采用全工 作面一次放炮或分段爆破的方法。分段爆破时每段长度为 5~10m 。 2 .技术措施 ( 1 )加强支柱架设质量,必须挖柱窝,并使支柱有 3 ° ~5 °的迎山角; ( 2 )根据顶底板稳定性,适当加宽“炮道”(即第一排支柱至煤壁间的距离,一 般为 0.3~1.0m ); ( 3 )工作面内沿倾斜每 10~15m 设一道斜挡板(高约 0.4m ),以减缓崩落煤块 的冲力; ( 4 )采用适宜的炮眼布置和装药量。 7 . 3 急倾斜煤层俯伪斜分段走向密集长壁采煤法采煤工艺 1 .俯伪斜分段走向密集长壁采煤法工作面布置 布置成与倾斜方向夹角的俯伪斜直线工作面, 工作面与水平面夹角为 30 ° ~35 °, 煤炭可在溜槽中有控制地自溜(防止飞出砸伤人员),也便于人员行走和工作。 排距一般为工作面一次推进距离,采用“三五排控顶”。 沿倾斜方向划分为若干分段。每个分段沿走向布置密集支柱,密集支柱上方铺荆笆 网,或塑料网带。它的作用是阻挡了每个分段向下滚落的矸石,并形成一个天然的 冒落矸石充填带,不仅保护回采工作空间,还能有效支撑顶板(和底板),控制基 本顶破断后的回转运动,减缓基本顶来压的影响。 俯伪斜分段走向密集长壁采煤法 1 ——区段运输平巷; 2 ——俯伪斜长壁工作面; 3 ——区段回风平巷; 4 ——控顶区基本支柱; 5 ——分段走向密集支柱 2 .采煤工艺 ( 1 )工作面初采和收尾 工作面一般采用后退式开采,在采空区边界沿真倾斜掘进开切眼,按计算的俯伪斜 角度自上而下推采。当推至工作面运输平巷后,进入正常开采阶段。当工作面上出 口推至上山眼煤柱边界时, 自上而下缩短, 直至整个工作面至上山眼煤柱边界停采。 ( 2 )回采工序 采用爆破落煤,一般由工作面下部向上部分段放炮,而装煤从上向下进行,以保证 安全。支护采用齐梁齐柱,如直接顶在中等稳定及以下,可采用倒悬臂。密集支柱 按设计进度随工作面推进前添后回,一般为带帽点柱。沿工作面线铺设搪瓷溜槽, 煤炭自溜装入区段运输平巷的刮板输送机。 分段走向密集支柱每排沿走向长度一般在 4~6m 布置一根密集支柱(一般为单体液 压支柱),相邻两排密集支柱沿倾斜方向距离也为 4~6m 。 3 .工作面长度 由于俯伪斜长壁采煤法应用打眼放炮落煤, 工作面长度一般在 80~100m 。 在倾角为 45 °时,工作面上出口超前下出口 56~70m 左右,沿走向控制顶板总的范围很长。 当采用俯伪斜小巷密集正台阶采煤时,每间隔一个分段有一沿真倾斜的台阶面,沿 走向跨度较小,目前应用的工作面最长达 100~120m 。 4 .俯伪斜长壁采煤法的适用条件 ( 1 )倾角大于 35 °的倾斜和急倾斜煤层,开采区域内倾角和采高的变化不适宜 于应用伪斜柔性掩护支架采煤法的煤层; ( 2 )在倾角 45 ° ~60 °时,煤层一般不大于 2~2.5m ; ( 3 )倾角大于 60 °的煤层,一般煤厚不大于 1.2~1.8m 。 7 . 4 急倾斜煤层伪斜柔性掩护支架采煤法采煤工艺 1 .柔性掩护支架的结构 ( 1 )柔性平板型掩护支架 ( 2 )八字型掩护支架 2 .采煤工艺 采煤工作包括三个部分:安装护架、正常采煤和下放护架,以及在下部区段运输平 巷中进行护架回收。 ( 1 )柔性掩护支架的安装 护架安装在回风平巷中进行。 在回风平巷工作面上出口前方 15m 将回风平巷扩宽至 顶底板,以便安装柔性掩护支架。并从开切眼以外 5m 处开始挖地沟,地沟位于开 切眼之上,呈倒梯形断面。 扩巷及挖地沟后,即可开始安装。在地沟两侧沿走向放置钢丝绳,在绳上沿走向放 置钢梁,钢梁垂直顶底板,一端紧靠顶板并垫高,使梁有 3~5 °的倾角,这样便联 钢梁和钢丝绳,而且也有利于支架下放改为伪倾斜时转动方便。第一根钢梁应从开 切眼以外 3~5m 处开始铺起。钢梁用螺栓夹板联成整体后,还应在钢梁上铺设金属 网及荆笆, 以防漏矸。 随着铺梁不断挖地沟并接长钢丝绳。 钢丝绳接头处, 要用 4~5 个绳卡夹紧,防止支架受力后,绳头脱落。联接钢梁和钢丝绳时,应注意将绳拉紧, 各条钢丝绳的拉紧程度要力求一致。安装工作沿走向推进 15m 后就应当回柱放顶, 即将平巷的支架拆除,使上面的煤柱冒落,回柱一般采用回柱绞车。冒落的煤矸压 在护架上,用以增加护架重量以防止护架向伪斜工作面滑移,所以冒落的碎煤矸沿 走向长度不应小于 5m ,碎煤矸形成缓冲垫层还可以避免护架被砸损坏。如煤柱不 能自行冒落,应放炮崩落。 当护架的安装水平长度超过 15m 时, 开始调放支架, 即在其后方开切眼中进行爆破, 逐步将柔性整体护架由水平状态调为伪斜状态,达到规定的位置,即与水平面成 25~30 °夹角。 ( 2 )正常开采 正常开采工作主要是爆破落煤、铺溜槽出煤及支架调整等工作。 炮眼布置:根据煤层厚度及煤质软硬而定,当煤层厚度小于 2m 时,在地沟中布置 单排炮眼,煤厚大于 2m 及煤质较软时布置双排炮眼。炮眼与工作面的夹角均为 60 °,软煤夹角可大一些,硬煤夹角可小一些, 地沟眼的间距一般为 0.5~0.6m ,眼深 1.2~1.6m ,装药量不宜过大,以防崩坏两 端煤台,造成架子歪斜或悬空,使架子起伏或发生局部窜矸等事故。 工作面爆破之后,自下而上铺设溜槽,煤装入溜槽中自溜到下部运输平巷中。 随着工作面出煤,护架便自动下落,应随时注意调整,使护架落到预定的位置。 ( 3 )护架的回收工作 回收时将下拐点以外的护架平放在运输辅巷中,在放平段的尾部,由地沟向煤层顶 底板两帮扩巷,到钢梁两端露出为止,这时钢梁失去两侧煤台的支承,应及时打上 点柱支承悬露出来的护架,下部的回收巷道高度不小于 1.2m 。回收工作自最后一 根钢梁开始,卸掉螺栓、夹板,将钢梁由小眼运走,钢丝绳也由小眼拉出。后方悬 露出的假顶应及时架设点柱维护,当达到一定控顶距时回柱放顶。 3 .工作面劳动组织 伪倾斜掩护支架工作面,每天可以三班出煤。每班的工作内容大致相同,配备的工 种和人数也大致相同。 根据煤层厚度和工作面长度不同, 每个工作面一般配备 40~50 人。 4 .故障处理 ( 1 )支架切入底板或顶板 将局部底板或顶板岩石打掉,并加大切入底板或顶板一端支架的下放距离,逐步使 支架回到正常位置。在处理过程中应注意切入端的下放距离,每次不应过大,需经 几次调整,逐步使支架回到煤层中正常位置; ( 2 )矸石窜入工作面 及时将窜矸处的空洞,用木料或笆片堵塞;支架通过旧的巷道时,预先把这种旧巷 用碎煤填塞起来,支架经过时,应注意使支架座实在煤帮上; ( 3 )支架扭斜 安装支架时,注意拉紧钢丝绳,上紧螺栓;生产过程中,经常检查螺栓拧紧程度; 发现有扭斜现象时,用点柱支撑,逐步把扭斜现象调整过来;打眼放炮时,注意炮 眼方向及装药量,保证支架正常下放; ( 4 )钢丝绳接头故障 把已经拉开滑脱的部分,用短绳接上用绳卡固定牢固,下放支架过程中经常检查绳 卡螺丝是否拧紧;锈蚀、断丝严重的绳应更换,尽量采用全工作面一次放炮,使支 架下放时受力均匀。 7 . 5 水力采煤工艺技术 1 .倾斜短柱采煤法(漏斗式采煤法)采煤工艺 水采工作面中采煤工艺包括水力掏槽和落煤,拆移水枪、管道及溜槽,架设保护水 枪的支架以及安设水枪等工序。 ( 1 )水力落煤(落垛) 煤垛:水枪移动一次所冲采的范围。 落垛方式: 开式落垛法、闭式落垛法、半闭式落垛法。 ( 2 )其它辅助工作 每个煤垛冲采完毕之后,暂停供水,进行拆移水枪、水管、溜槽等,这些工作可同 时进行。然后,拆去原来保护水枪的支架,并在将要移置水枪的新地点重新安设保 护水枪的支架。支架形式一般有两种,当采用双面冲采的平垛口时,用八字形支架; 当采用错半垛的双面冲采或单面冲采时,用一字形支架。 2 .走向短壁(小阶段)采煤法采煤工艺 走向短壁采煤法的采煤工艺与倾斜短柱采煤法的采煤工艺基本相似。落垛顺序也分 为开式、闭式、半闭式三类。 垛参数确定的原则和步骤与倾斜短壁采煤法相同。实际应用中,煤垛宽度(移枪步 距) 一般为 4~8m , 煤垛长度 (回采巷间距) 10~15m , 为 最终冲采角为 65 ° ~75 °。 倾斜短壁水力采煤法落垛示意图 ( a )开式;( b )闭式;( c )半闭式 1~6 ——煤垛内冲采顺序 3 .水采工作面的顶板管理 顶板管理的主要任务是防止在冲采煤垛的中途发现冒顶和窜矸。 在周期来压期间应适当减少移枪步距(即煤垛宽度)和工作面错距,工作面错距以 不小于一垛为宜。 采垛以留设挡矸煤皮和预留出足够的窜矸距离来防止窜矸威胁。 水采一般用暂留挡矸煤皮的方法来防止窜矸,挡矸煤皮的厚度,一般煤层愈厚,倾 角愈大,窜矸方向的坡度角愈大;煤质愈软,裂隙愈发育,挡矸煤皮愈厚,常用经 验值为 0.5~2m 。 为防止窜矸阻塞冲采通道和压埋水枪,煤垛在窜矸方向上的宽度应大于窜矸距离。 4 .作业方式及劳动组织 一般采用三个工作面为一组的作业方式,即一个工作面开枪落煤,一个工作面做好 开枪准备, 一个工作面做移枪、 检修等准备工作。 采煤工作面一般设水枪司机 1 人, 助手 1 人。