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壁式采煤法发表评论(0)编辑词条

 特点是:回采工作面长度较长;工作面两端有可供运输、通风和行人的巷道;回采工作面向前推进时,必须不断支护;采空区要随工作面推进按一定方法及时处理;回采工作面内煤的运输方向与工作面煤壁平行。壁式采煤法有多种分类。①按煤层厚薄不同,薄及中厚煤层,通常按煤层全厚一次开采,称整层(单一)开采;厚煤层,一般分为若干中等厚度的分层进行开采,称分层开采。②按工作面推进方向不同,可分为走向长壁采煤法和倾斜长壁采煤法。在分层开采中,由于分层的回采顺序和顶板管理方法不同,可分为下行垮落法和上行充填法等。在中国,开采倾斜和缓倾斜煤层时常用单一(整层)走向长壁采煤法、单一(整层)倾斜长壁采煤法、倾斜分层走向长壁下行垮落采煤法、倾斜分层倾斜长壁下行垮落采煤法、倾斜分层走向长壁上行充填采煤法和倾斜分层V型倾斜长壁充填采煤法和开采坚硬顶板煤层的刀柱采煤法等。开采急倾斜煤层时,有水平分层采煤法、倒台阶采煤法、仓贮采煤法和掩护支架采煤法,这些都属于壁式采煤法。20世纪初,刮板输送机开始使用,壁式采煤法随之有很大发展,目前已成为各国的主要采煤方法。除美国和澳大利亚等国外,在苏联、英国、联邦德国、波兰等国壁式采煤法占矿井总产量的90%;中国煤矿自50年代开始采用壁式采煤法,1980年占统配煤矿总产量的90%左右,随着采煤机械化程度不断提高,壁式采煤法的使用范围将日益扩大。
  单一走向长壁采煤法   也称整层走向长壁采煤法,特点是回采工作面沿煤层倾斜方向布置,沿走向方向推进;工作面长度较长,一般为100~150m,短的有30~40m,长的超过200m。在回采工作面的上方和下方沿走向分别布置回风平巷和运输平巷,构成回采工作面和采区巷道之间的通风、运输和行人的通道。根据煤回采工艺不同,每一循环的推进度一般为0.6~1.2m(图1)。通常在回风平巷内铺设轨道,用矿车或平板车运送材料和设备;运输平巷内用带式输送机、刮板输送机或矿车运送煤炭。回风平巷和运输平巷采用单巷布置,也有采用双巷布置的。回采工作面的推进方向有两种:①后退式,由采区边界向采区上山(或石门)推进;②前进式,由采区上山(或石门)向采区边界推进。中国各矿区大都采用后退式回采。在综采采区,为减少综采设备的长距离搬移,有的采用混合式,即上区段回采工作面用前进式回采至采区边界后,将综采设备搬移至下区段边界的开切眼中,用后退式回采。


  目前,在走向长壁采煤法的回采工作面中,炮采、机采和综采均有使用。中国随着采煤机械化程度的提高,近期回采工作面的平均长度已在100m左右,工作面月平均产量炮采为1万吨左右,机采为1.5万吨左右,综采为3.5 万吨左右。此法主要适用于缓倾斜和倾斜的薄及中厚煤层。
  倾斜分层走向长壁下行垮落采煤法   开采缓倾斜厚煤层时,需将煤层按倾斜方向划分为若干分层,每个分层的厚度在炮采和普采工作面为1.8~2.4m,在综采工作面可达3.5m左右,各分层由上而下利用全部垮落法依次逐层开采。顶分层的回采与单一中厚煤层回采相同,回采以下各分层时,由于其顶板是上一分层回采时冒落的破碎岩块,管理上困难极大。过去曾采用分层间留煤皮的方法解决,但煤炭损失大,自燃发火严重,后来逐步改用木板、金属网、竹笆或荆笆等人工假顶。煤层顶板为页岩或含泥质成分较高的岩石时,向采空区注水或灌注泥浆,有的在冒落岩石中加固结剂,在上覆岩层的压力作用下,使其结合成一个整体,成为再生顶板,供下一分层使用。在铺设人工假顶时进行注水或注浆,效果更好。金属网分单层网和双层网两种。开采两个分层时铺荆笆、竹笆或单层网;开采三个以上分层时铺双层网。因金属网假顶成本高,中国现时采用荆笆、竹笆假顶较多。金属网假顶的铺设方法有底网和顶网两种。目前不少矿区已将铺底网改为铺顶网,分层顶板破碎或有伪顶难于管理时,铺顶网优点更多。
  本法的巷道有分层布置和联合布置两种。分层布置是将每一个分层作为一个中厚煤层看待,各有独立的巷道系统,通常是分层分采。联合布置,除每分层都有为本层服务的分层平巷外,还有为各分层共用的平巷和上山、下山。在共用巷道与分层巷道之间用平巷、斜巷或立眼联系(见矿山井巷)。为便于维护,应将共用巷道布置在受采动影响较小的煤层底板岩石中(图2)。上下分层工作面可同时回采,其超前距离取决于上分层回采后顶板岩层垮落状况,一般为80~200m,但下分层工作面必须在上分层采空区岩层活动已经稳定后方可回采。为了提高厚煤层开采的经济效益,目前许多国家正在发展增大采高、减少分层数目的新工艺。设计和使用大采高的自移式液压支架和采煤机,煤层采高可达3.5~5.0m。此外,还有将特厚煤层分为两个分层:开采顶分层时,铺金属网假顶,开采底分层的同时回收网下顶煤。

倾斜分层走向长壁上行充填采煤法   各分层自底至顶用充填法依次逐层开采,上分层的回采工作在下分层的充填体上进行。如用水砂充填管理顶板,回采工艺复杂化,因为增加了充填工序;在巷道布置上增加了输砂、疏干系统和泥砂沉淀装置。因此,水砂充填工作面除落煤、装煤、运煤和支护等工序与一般垮落法相同外,还有疏导和沉淀充填废水等临时构筑物。充填采区的巷道布置,应合理解决运料与输砂、运煤与疏干的关系问题,方能保证正常生产。充填采煤法工序复杂,增加一套充填设备,成本高,投资大,效率低;但有利于防止井下自燃发火和煤尘爆炸,有效地减少围岩移动和地表沉陷,是建筑物下采煤、铁路下采煤和水体下采煤的有效方法之一。中国阜新、辽源、鹤岗等矿区曾广泛采用本法。近年来,由于扩大了垮落法的使用范围,充填法的百分比逐渐减少,但不能采用垮落法的倾角为5°~25°的厚煤层,仍多采用本法。
  倾斜长壁采煤法   回采工艺与走向长壁采煤法基本相似,不同点是回采工作面沿走向布置,沿倾斜推进。即在井田范围内,沿煤层走向布置主水平大巷,在大巷两侧沿倾斜向上山或下山方向掘进工作面的运输斜巷和回风斜巷,掘至采区边界后,掘进开切眼使两斜巷连通。在开切眼和巷道内安装设备,沿煤层倾斜方向,用仰斜或俯斜方式采煤。用本法开采单一薄层及中厚煤层,巷道布置十分简单(图3)。回采工作面有成对布置的,也有按单一工作面布置的。每个工作面长 150~200m或更长。工作面沿倾斜的推进长度即运输斜巷和回风斜巷长度,可达1000~1500m。在运输斜巷中铺设可伸缩带式输送机,回风斜巷中铺设轨道,用无极绳绞车或单轨吊车运送设备和材料。在厚煤层中采用本法时,由于掘进和维护长距离的分层回采斜巷比较困难,维护费用高,故需在煤层底板岩石中布置供各分层共用的集中巷,每隔150~200m开掘联络巷道,与分层回采斜巷相连接。各分层的回采斜巷可逐段超前于工作面掘进,并随采随废。各分层工作面回采顺序,可在保持一定错距的条件下,上下分层同时回采,也可在上分层工作面采至边界后再采下部分层,以利形成再生顶板。

    倾斜长壁工作面按推进方向分仰斜开采和俯斜开采两种。如煤质较硬或顶板淋水较大,一般宜用仰斜开采;如煤层厚度大,煤质松软容易片帮,宜用俯斜开采。回采工作面一般应朝大巷方向推进,即水平大巷上方的煤层用俯斜方式开采,水平大巷下方的煤层用仰斜方式开采,以利于工作面通风和巷道维护。在地质条件适宜的矿井中,本法与走向长壁采煤法相比,优点是:①巷道布置简单,巷道掘进和维护费用低,投产快。据苏联矿井对比资料,在相同的矿山地质条件下,倾斜长壁开采比走向长壁开采的巷道长度减少10~20%,大型矿井的建设工期可缩短1~2年。②运输系统和通风系统均较简单,回采工作面技术经济效果好。③易于实现等长工作面,减少了由于工作面长度变化而增加拆装自移式液压支架和接长或缩短输送机的工序。本法的缺点是倾斜巷道距离长,使辅助运输和行人比较困难。中国自70年代开始推广使用。适用于倾角12°以下的煤层,机采和炮采可扩大应用于开采15°~18°的煤层。国外采用俯斜综采工作面开采倾角为33°的煤层已获成功。
  倾斜分层倾斜长壁V型工作面上行充填采煤法   工作面沿走向布置,沿倾斜向上推进;为便于工作面的通风、运输和充填工作,自开切眼开始回采后,将工作面逐步调整成两端高、中间低的伪倾斜 (8°~12°)。整个工作面由两个伪倾斜工作面组成,形成V型。随着分层工作面沿倾斜向上推进,在充填体中逐渐维护出一条分层溜道,以便溜煤、进风和流水。为了不使工作面与溜煤道相交处顶板的悬露面积太大而难于维护,V型两侧工作面始终保持 5~6m的错距。回采工作面从运输水平向上推进直到回风水平为止(图4)。V型工作面目前仍用打眼放炮落煤,小型输送机运煤。落煤中的50%,自行装入输送机内,其余用人力装载。工作面支护用带帽木柱或棚子。采区走向长度通常为 320~400m。沿走向可布置4~5个V型工作面,每个长度为80~100m,每翼长40~50m。与走向长壁充填法相比,优点是:充填准备工作简单,工作量少,充填事故少,采区产量较高;缺点是:目前尚未实现机械化,工作面容易片帮,巷道系统复杂,通风路线曲折,容易聚集瓦斯。本法适用于倾角20°~45°的特厚煤层,或地质构造复杂,走向断层较多的煤层。

    倒台阶采煤法   用于急倾斜薄煤层的一种走向长壁采煤法,其采区巷道布置与走向长壁采煤法基本相同。由于倾角大,为了安全,采区上山由3~4个上山眼组成,分别用于溜煤、溜矸石、运料、通风和行人。急倾斜工作面用风镐落煤时,为适应多台风镐同时安全作业而布置成倒台阶方式。倒台阶工作面全长通常为40~50m,有时可达100m。一个台阶长度为10~20m,台檐宽为2~3m。最下部的台阶溜放煤块,兼作通风及安全出口用。其台檐宽度应加大到 4~6m。工作面支架既用于维护顶底板,又作为工人操作的脚手架,必须牢固。为操作安全,还应设置护身板、脚手板及溜煤板。顶板管理一般用全部垮落法。为开采近距煤层,可用矸石充填,以消除上下层的采动影响。本法巷道布置简单,对地质变化适应性强,回采率较高;但回采工序多,劳动条件差,顶板管理困难,不安全,坑木消耗大,煤尘大。主要用于开采煤质松软的急倾斜较薄煤层,现正逐步被掩护支架采煤法代替。
  仓贮采煤法   在区段(或阶段)内沿走向划分成若干个仓房,房内用爆破法回采。采落的煤大部分贮在仓内,临时支护顶底板。整个仓房采完后,再把贮存的煤全部放出(图5)。本法与留矿法相同(见空场采矿法)。为了平衡出煤,应同时配备工作仓、贮煤仓、放煤仓和准备仓。仓房的形状一般为倾斜条带和伪斜条带等。仓房内工作面沿走向布置,仰斜推进。仓房间多用煤柱隔离。为降低煤柱损失并减少掘进工作量,也可用密集支柱护仓。区段高度和仓房尺寸主要根据顶板稳定情况和工作面推进速度等因素确定。区段高度一般为40~60m,仓房宽度为15~30m。本法工序简单,易于操作,劳动强度较低,效率较高,坑木损耗少;但回采率低,煤质差,难于实现机械化。本法只适用于顶底板坚固,煤层倾角在45°以上,煤层厚4m以下,煤质坚硬,节理不发育,不易自燃,瓦斯含量低,淋水小等条件。

    水平分层采煤法   把急倾斜厚煤层沿水平方向分成若干2~3m厚的分层,由上而下依次开采。在每个分层内布置回采工作面和分层平巷,采区巷道可按双翼或单翼布置。区段高度一般为 15~30m。回采工作面长度就是煤层的水平厚度,工作面沿走向推进。煤层水平厚度小于8m时,仅需在分层底板掘一条分层平巷;大于8m时,应在顶板位置再掘一条分层平巷,两条分层平巷间,沿走向每隔 15~18m用煤门贯通。回采时要经常保持2~3个溜煤眼与分层工作面相通。上下分层工作面的超前距离应保持15~30m,同时生产的工作面可达5~7个。工作面用风镐或爆破法落煤,人力装煤,工作面较长时应安设刮板输送机。用木支架或金属支柱配合铰接顶梁支护。分层间可铺设假顶。用全部垮落法处理采空区。本法能适应煤层厚度和倾角的变化,回采率高;但巷道布置复杂,产量低,掘进量大,通风、运料困难,回采工序多,劳动强度大,机械化程度低。厚度大于4m的急倾斜煤层可用本法,但目前已逐步被其他方法代替。
  斜切分层采煤法   巷道布置和回采工艺与水平分层采煤法基本相同,不同的是分层面与水平面成25°~30°交角。通常分层面向底板倾斜。本法简化了工作面的装煤和运煤工序,改善了劳动条件,在煤层倾角和厚度比较稳定的情况下,用本法比水平分层采煤法更有利。
  掩护支架采煤法   在急倾斜煤层的回采工作面安装一种特殊支架(一般由钢梁和木料构成),把采空区与工作空间隔开,工人在支架掩护下进行回采。长期以来,中国使用平板型掩护支架采煤法。在区段内,沿走向划分成20~30m的条带,在每个条带内掘进4条相距6m的溜煤眼,将区段运输平巷和回风平巷贯通。在回风平巷内预先扩巷并安装一个长 24m、宽比煤层厚度小0.5m以内的掩护支架。采落的煤经溜煤眼自溜到运输平巷,随着回采,掩护支架靠自重和上部垮落岩石的推力,沿倾斜自动向下移动,直到采完全部条带为止。最后拆除支架。本法的主要优点是:消除了回采过程中架设支架的繁重劳动,坑木消耗少。但巷道掘进的工程量大,煤尘大,劳动条件差。近年来为扩大本法的使用范围,有的矿井对支架结构作了许多改进:如用于开采1.3~1.5m煤层的八字形钢梁;用于开采3.5m以上厚煤层的组合梁以及在倾角45°~65°,煤厚4m左右的条件下试验了“ㄑ”型掩护支架和带腿的“ㄑ”型掩护支架等,均取得了一定的效果。
  70年代,中国淮南矿务局创造了伪倾斜柔性金属掩护支架采煤法(图6)。在距采区边界5m处掘两条上山眼,贯通平巷后,在回风平巷中扩巷并安装掩护支架。安装工作进行15m后,逐步调斜掩护支架,使其与水平面成25°~30°,然后在掩护支架下进行正常回采。随着工作面沿走向推进,要不断接长回风平巷中的掩护支架,同时在工作面下端的顺槽内拆除支架。采下的煤沿工作面铺设的搪瓷溜槽经溜煤眼溜到运输平巷。掩护支架下可用风镐或爆破法落煤。支架随着出煤而逐渐下降,生产时应注意调正支架,使之处于正常位置。

    伪倾斜柔性掩护支架采煤法具有以下优点:工艺简单;劳动强度低;工人在掩护支架下工作比较安全;材料消耗少;与水平分层采煤法相比,巷道掘进量可减少60~70%,工作面月产量提高46%。但由于支架结构还不完善,煤层厚度和倾角有变化时开采困难。本法的适用条件是:煤层赋存稳定,倾角大于60°,煤层厚度1.8~8.0m。中国开滦、淮南、通化等矿区,广泛使用本法。
  刀柱采煤法   在采空区内沿走向每隔25~50m留宽5m左右、与工作面等长的煤柱,简称刀柱(见矿柱),用以支撑顶板,使其不致冒落。工作面至采后的最近刀柱间,用木支柱或金属支柱支护。工作面转入下两个刀柱之间后,即回收前两刀柱间的支柱。在顶板不易冒落的煤层,可只在近工作面支护。要在工作面回采到留刀柱前把下一工作面准备出来。本法的采区巷道布置见图 7,其落煤、装运、通风、下料等其他工艺与单一走向长壁采煤法相同。

    本法用于不易冒落的坚硬顶板煤层,工作面长度60~120m。采高1~4m,最高可达6m。优点是:使用设备少,工序简单,适于炮采和机械装煤,工效和产量较高,坑木消耗少,吨煤直接成本较低。缺点是:①残留煤柱多、资源回收低;②采近距煤层时,上层刀柱对下层煤开采造成强大集中压力,用刀柱重叠开采下层时,刀柱越留越宽,在刀柱下开采困难大,往往会造成近距煤层整层丢失;③刀柱工作面较短,切割巷多,掘进率低;④丢煤多,通风不好,易造成自燃发火;⑤随采空区的增大,会造成大面积悬空顶板的隐患,一旦来压,就会大面积塌顶,产生井下暴风的严重事故(见长壁工作面地压)。
  为了消除大面积顶板悬空的隐患,可在已采完煤的两刀柱间用深孔爆破法人工强迫放顶,使采空区顶板沿刀柱切断,以防止大面积冒顶造成的灾害,目前,大同矿区已采用强力支架、强制放顶等措施,逐步以长壁垮落采煤法代替本法。

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