第七章礦井開采

第七章緩傾斜、傾斜薄及中厚

煤層長壁采煤法回采工藝

目前，我國長壁回采工作面普遍采用的回采工藝有炮采、普采和綜采三種方式。今后發(fā)展方向是大力發(fā)展綜合機(jī)械化采煤，推廣普通機(jī)械采煤。長壁采煤法的生產(chǎn)過程，主要包括破煤、裝煤、運(yùn)煤、支護(hù)、及采空區(qū)處理等工序，前三種是為了把煤從煤壁上采下來運(yùn)出去，為基本工序，簡稱采煤；后兩項(xiàng)是為了保證采煤正常進(jìn)行而控制頂板，為輔助工序。簡稱頂板管理。

第一節(jié)爆破采煤回采工藝

一、炮采發(fā)展史

隨著技術(shù)裝備的發(fā)展，我國炮采工藝經(jīng)歷了三個(gè)主要發(fā)展階段：建國初期改革采煤方法，推行長壁采煤工藝，工作面采用拆移式刮板輸送機(jī)運(yùn)煤、木支柱支護(hù)頂板，生產(chǎn)效率很低，工作極為繁重，勞動(dòng)條件差；60年代中期開始，采用能力較大、能整體前移的可彎曲刮板輸送機(jī)運(yùn)煤，用摩擦式金屬支柱和鉸接頂梁支護(hù)頂板，使工作面單產(chǎn)和效率有較大提高，勞動(dòng)強(qiáng)度有所降低；

進(jìn)入80年代，炮采工作面的裝備和技術(shù)手段更新速度加快，用防炮崩單體液壓支柱代替摩擦式金屬支柱，工作空間頂板得到有效控制，生產(chǎn)更加安全，支護(hù)工作效率提高，而且工作面輸送機(jī)裝上鏟煤板和可移動(dòng)擋煤板，使80～90％的煤在爆破和推移輸送機(jī)時(shí)自行裝入輸送機(jī)，同時(shí)工作面采用大功率或雙速刮板輸送機(jī)運(yùn)煤和毫秒爆破技術(shù)，進(jìn)一步提高了生產(chǎn)效率。

二、爆破落煤

1、炮采工藝過程包括，打眼、放炮落煤和裝煤，人工裝煤、刮板輸送機(jī)運(yùn)煤，移置輸送機(jī)、人工支架和回柱放頂?shù)戎饕ば颉?、爆破落煤由打眼、裝藥、填炮泥、聯(lián)炮線及放炮等工序組成。根據(jù)煤層厚度、硬度、節(jié)理及裂隙的發(fā)育程度和頂板的狀況，正確確定炮眼排列、角度、深度、裝藥量、一次起爆的炮眼數(shù)量及爆破次序等鉆眼爆破參數(shù)。3、炮眼布置方式1）單排眼2）雙排眼：對(duì)眼；三花眼；三角眼3）三排眼；五花眼；三、裝煤與運(yùn)煤

1．爆破裝煤采用刮板輸送機(jī)運(yùn)煤，在單體支柱及鉸接頂梁所構(gòu)成的懸壁支架掩護(hù)下，輸送機(jī)靠近煤壁，有利于爆破裝煤，爆破裝煤率可達(dá)31～37％。

2．人工裝煤人工裝煤，主要是輸送機(jī)與煤壁間松散煤安息角線以下的煤，崩落或撒落到輸送機(jī)與采空區(qū)間的煤。

3．機(jī)械裝煤輸送機(jī)靠煤壁側(cè)裝上鏟煤板，放炮后部分煤自行進(jìn)入輸送機(jī)，然后部分煤靠人工裝入輸送機(jī)，余下的部分底部松散煤借輸送機(jī)推移，靠鏟煤板將其裝入輸送機(jī)。

工作面的煤，根據(jù)煤層傾角，主要有自重運(yùn)輸和輸送機(jī)運(yùn)輸兩種方式。1、一般在傾角大于250時(shí)采用自重運(yùn)輸。使煤順利下滑，通常在煤層底板上鋪設(shè)鐵溜槽，傾角大于200時(shí)，可采用搪瓷溜槽，2、傾角小于250時(shí)，一般采用可彎曲刮板輸送機(jī)。輸送機(jī)的移置多采用液壓式推移千斤頂。

第二節(jié)普通機(jī)械化采煤回采工藝

普通機(jī)械化采煤工藝，簡稱“普采”，其特點(diǎn)是用采煤機(jī)械同時(shí)完成落煤和裝煤工序，而且運(yùn)煤、頂板支護(hù)和采空區(qū)處理與炮采工藝基本相同。一、普采發(fā)展史50年代，曾采用深截式采煤機(jī)（截深為1.5～1.6m）落煤和裝煤、拆移式刮板輸送機(jī)運(yùn)煤、木支柱支護(hù)頂板。由于頂板懸露面積大且得不到及時(shí)支護(hù)，單產(chǎn)和效率低，安全生產(chǎn)條件差，這種技術(shù)裝備已被淘汰。

60年代以來，普遍采用了淺截式（截深0.6～1.0m）采煤機(jī)械。按照這種技術(shù)裝備的發(fā)展，我國淺截式普采經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段。

60年代初采用淺截式采煤機(jī)械、整體移置的可彎曲刮板輸送機(jī)、摩擦式金屬支柱和鉸接頂梁相配套的采煤機(jī)組，使普采單產(chǎn)和效率有較大提高，安全生產(chǎn)有所改善。這種第一代淺截式普采設(shè)備目前在國有重點(diǎn)煤礦已經(jīng)被淘汰，在某些地方煤礦仍在使用。

70年代后期采用第二代普采裝備，即對(duì)第一代淺截式普采設(shè)備進(jìn)行技術(shù)更新，提高配套水平，主要是采用了單體液壓支柱管理頂板，使普采出現(xiàn)了新的面貌。

80年代中期開始，對(duì)第二代普采設(shè)備實(shí)行進(jìn)一步更新?lián)Q代，即第三代普采，采用了無鏈牽引雙滾筒采煤機(jī)，雙速、側(cè)卸、封底式刮板輸送機(jī)以及“II”型長鋼梁支護(hù)頂板等新設(shè)備和新工藝，使普采的單產(chǎn)、效率和效益又上了一個(gè)新臺(tái)階。二、普采回采工藝過程一般采煤機(jī)自工作面下缺口開始割煤，滾筒截深為1.0m，滾筒直徑為1.25m。采煤機(jī)向上運(yùn)行時(shí)升起搖臂，滾筒沿頂板割煤；并利用滾筒螺旋及弧形擋煤板裝煤；工人隨機(jī)掛梁，拖住剛裸露的頂板。采煤機(jī)運(yùn)行至工作面上缺口后，翻轉(zhuǎn)擋煤板，降下?lián)u壁，采煤機(jī)下行，滾筒沿底板割底煤、裝余煤。滯后采煤機(jī)10～15m，依次開動(dòng)千斤頂推移輸送機(jī)，緊跟其后開始支設(shè)單體液壓支柱。支柱沿煤壁方向的距離稱為柱距，為0.6m；支柱垂直于煤壁方向的距離稱為排距，等于滾筒截深，為1.0m。當(dāng)采煤機(jī)下行至下缺口時(shí)，支設(shè)好下缺口處的支架，移直輸送機(jī)，采用直接推入法進(jìn)刀，使采煤機(jī)滾筒進(jìn)入新的位置，以便重新割煤。三、采煤機(jī)的割煤方式1、單向割煤、往返一刀2、雙向割煤,往返兩刀

3、雙向割煤，往返一刀4、“”字型割煤，往返一刀

其特點(diǎn)是在中部預(yù)設(shè)彎曲段，其過程為：（a）采煤機(jī)從工作面中部向上牽引，滾筒逐步升高，其割煤軌跡為A-B-C(b)采煤機(jī)割至上平巷后，滾筒割煤軌跡為C-D-E，其間全工作面輸送機(jī)移直；（c）滾筒割煤軌跡為A-E-B-F,工作面上端開始移輸送機(jī)；（d）軌跡為F-G-A，全工作面煤壁割直，輸送機(jī)機(jī)槽在工作面中部重新出現(xiàn)彎曲斷，回復(fù)（a）的狀態(tài)。

四、單滾筒采煤機(jī)的進(jìn)刀方式滾筒采煤機(jī)每割一刀煤之前,必須使其滾筒進(jìn)入煤體,這一過程稱之為進(jìn)刀。滾筒采煤機(jī)以輸送機(jī)機(jī)槽為軌道,沿工作面運(yùn)行割煤,其自身無進(jìn)刀能力,只有與推移輸送機(jī)工序相結(jié)合才能進(jìn)刀。因此,進(jìn)刀方式的實(shí)質(zhì)是采煤機(jī)運(yùn)行與推移輸送機(jī)的配合關(guān)系。單滾筒采煤機(jī)的進(jìn)刀方式主要有三種：1、直接推入法,該法的特點(diǎn)是在工作面上、下端頭預(yù)先開出缺口，一般下缺口長3～4m，上缺口還要加上機(jī)體長度，一般為6～10m，如果輸送機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾伸入上下順槽中，則可不開下缺口，上缺口長度也可縮短。工藝過程是：當(dāng)采煤機(jī)運(yùn)行至上、下缺口處后，用多臺(tái)千斤頂同時(shí)動(dòng)作，將輸送機(jī)頭和采煤機(jī)一起推入缺口。這種方式進(jìn)刀快，但因被推移總重量大，需采用液壓推移千斤頂推移。2、“∞”字形割煤時(shí)，采煤機(jī)沿工作面中部輸送機(jī)彎曲段運(yùn)行自行進(jìn)刀,沒有單獨(dú)進(jìn)刀過程,有利于端頭作業(yè)和頂板支護(hù)；3、斜切進(jìn)刀。斜切進(jìn)刀可分為割三角煤和留三角煤兩種方式。

第三節(jié)綜合機(jī)械化采煤工藝

綜合機(jī)械化采煤工藝，簡稱“綜采”，即破、裝、運(yùn)、支、處五個(gè)主要生產(chǎn)工序全部實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，因此綜采是目前最先近的采煤工藝。世界先進(jìn)的煤炭生產(chǎn)國，凡以長壁為主的都已全部或大部分實(shí)現(xiàn)綜合機(jī)械化采煤。一、綜采面雙滾筒采煤機(jī)的割煤方式

綜采面采煤機(jī)的割煤方式是綜合考慮頂板管理、移架與進(jìn)刀方式、端頭支護(hù)等因素確定的,主要有如下兩種：1、往返一次割兩刀這種割煤方式也叫做“穿梭割煤”,多用于煤層賦存穩(wěn)定、傾角較緩的綜采面,工作面為端部進(jìn)刀。

2、往返一次割一刀即單向割煤,工作面中間或端部進(jìn)刀。該方式適用于：頂板穩(wěn)定性差的綜采面；煤層傾角大、不能自上而下移架,或輸送機(jī)易下滑、只能自下而上推移的綜采面；高大而滾筒直徑小、采煤機(jī)不能一次采全高的綜采面；采煤機(jī)裝煤效果差、需單獨(dú)牽引裝煤行程的綜采面；割煤時(shí)產(chǎn)生煤塵多、降塵效果差,移架工不能在采煤機(jī)的回風(fēng)平巷—端工作的綜采面。二、綜采面采煤機(jī)的進(jìn)刀方式1.直接推入法進(jìn)刀其過程與單滾筒采煤機(jī)直接推人法進(jìn)刀相同。因該方式需提前開出工作面端部切口,而且大功率采煤機(jī)和重型輸送機(jī)機(jī)頭(尾)疊加在一起,推移困難,因而很少采用。2.工作面端部斜切進(jìn)刀該方式又分為割三角和留三角煤兩種。3.綜采面中部斜切進(jìn)刀綜采面中部斜切進(jìn)刀,其特點(diǎn)是輸送機(jī)彎曲段在工作面中部,操作過程為：

①采煤機(jī)割煤至工作面左端；

②空牽引至工作面中部,并沿輔送機(jī)彎曲段斜切進(jìn)刀,繼續(xù)割煤至工作面右端；

③移直輸送機(jī),采煤機(jī)空牽引至工作面中部；

④采煤機(jī)自工作面中部開始割煤至工作面左端,工作面右半段輸送機(jī)移近煤壁,恢復(fù)初始狀態(tài)。4.滾筒鉆入法進(jìn)刀滾筒鉆入法進(jìn)刀的過程如下：①采煤機(jī)割煤至工作面端部距終點(diǎn)位置3～5m時(shí)停止?fàn)恳?但滾筒繼續(xù)旋轉(zhuǎn)；②開動(dòng)千斤頂推移支承采煤機(jī)的輸送機(jī)槽；

③滾筒邊鉆進(jìn)煤壁邊上下或左右搖動(dòng),直至達(dá)到額定截深井移直輸送機(jī)；

④采煤機(jī)割煤至工作面端頭,可以正常割煤。鉆入法進(jìn)刀要求采煤機(jī)滾筒端面必須布置截齒和排煤口。三、綜采面液壓支架的移架方式我國采用較多的移架方式有三種：1、單架依次順序式又稱單架連續(xù)式,支架沿采煤機(jī)牽引方向依次前移,移動(dòng)步距等于截深,支架移成一條直線,該方式操作簡單,容易保證規(guī)格質(zhì)量,能適應(yīng)不穩(wěn)定頂板,應(yīng)用比較多。2、分組間隔交錯(cuò)式該方式移架速度快,適用于頂板較穩(wěn)定的高產(chǎn)綜采面。3、成組整體依次順序式該方式按順序每次移一組,每組二三架,一般由大流量電液閥成組控制,適用煤層地質(zhì)條件好、采煤機(jī)快速牽引割煤的日產(chǎn)萬噸綜采面。我國采用較多的分段式移架屬于依次順序式。四、綜采工作面工序配合方式綜采面割煤、移架、推移輸送機(jī)三個(gè)主要工序,按照不同順序有以下兩種配合方式,即及時(shí)時(shí)支護(hù)方式和滯后支護(hù)方式。1.及時(shí)支護(hù)方式采煤機(jī)割煤后,支架依次或分組隨機(jī)立即前移、支護(hù)頂板,輸送機(jī)隨移架逐段移向煤壁,推移步距等于采煤機(jī)截深。這種支護(hù)方式,推移輸送機(jī)后,在支架底座前端與輸送機(jī)之間要富裕一個(gè)截深的寬度,工作空間大,有利于行人、運(yùn)料和通風(fēng)；若煤壁容易片幫時(shí),可先于割煤進(jìn)行移架,支護(hù)新暴露出來的頂板。2.滯后支護(hù)式割煤后輸送機(jī)先逐段移向煤壁,支架隨輸送機(jī)前移,二者移動(dòng)步距相同.這種配合方式在底座前端和機(jī)槽之間沒有一個(gè)截深富裕量,比較能適應(yīng)周期壓力大及直接頂穩(wěn)定性好的頂板,但對(duì)直接頂穩(wěn)定性差的頂板適應(yīng)性差。為了克服該缺點(diǎn),在某些綜采面支架裝有護(hù)幫板,前滾筒割過后將護(hù)幫板伸平,護(hù)住直接頂,隨后推移輸送機(jī),移架。無論是及時(shí)支護(hù)式或滯后支護(hù)式,均由設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸決定,使用中不能隨意改動(dòng)。第四節(jié)回采工作面循環(huán)工作組織

一、回采工作面循環(huán)作業(yè)圖的編制（一）循環(huán)作業(yè)的基本概念是指：回采工作面在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)保質(zhì)、保量、安全地完成“破、裝、運(yùn)、支、處”這樣一個(gè)采煤全過程，簡稱為“循環(huán)”。對(duì)于普采工作面，完成這個(gè)循環(huán)是以回柱放頂為標(biāo)志。綜采工作面是以移架為標(biāo)志。通常把在一晝夜內(nèi)完成循環(huán)的次數(shù)稱為循環(huán)方式。循環(huán)方式有一日單循環(huán)或一日多循環(huán)兩種。

（二）作業(yè)形式的選擇編制回采工作面循環(huán)作業(yè)圖，首先應(yīng)確定工作面的作業(yè)形式，也就是一晝夜內(nèi)工作面中采煤工作與準(zhǔn)備工作在時(shí)間上的配合關(guān)系。通常有以下幾種方式：（1）“兩采一準(zhǔn)”或“邊采邊準(zhǔn)”即將一晝夜劃為三個(gè)班。前者為兩個(gè)采煤班、一個(gè)準(zhǔn)備班，采煤班內(nèi)進(jìn)行“破煤、裝煤、運(yùn)煤、支護(hù)、移輸送機(jī)”等工序，準(zhǔn)備班完成“回柱放頂、檢修設(shè)備、推移轉(zhuǎn)載機(jī)及伸、縮運(yùn)輸巷膠帶輸送機(jī)等”工作，一日內(nèi)完成一個(gè)循環(huán)；后者為三采煤班，每班安排設(shè)備檢修等準(zhǔn)備工作，即“采、準(zhǔn)”平行作業(yè)，采煤、放頂錯(cuò)開一定距離，也可平行作業(yè)，一日完成三個(gè)循環(huán)。這兩種方式較適應(yīng)普采面。（2）“兩班半采煤、半班準(zhǔn)備”。綜采生產(chǎn)中，割煤和移架平行作業(yè)。因此，準(zhǔn)備班工作量小，主要是檢修設(shè)備，更換損壞零部件、遷移轉(zhuǎn)載機(jī)、縮膠帶輸送機(jī)、回收兩平巷支架、平巷超前支護(hù)等工作。工人技術(shù)熟練，一般半個(gè)班可以完成，另半個(gè)班可進(jìn)行采煤作業(yè)。（3）“三班采煤、一班準(zhǔn)備”，即四六工作制，每班工作6小時(shí)。這已在一些綜采面實(shí)施，并得到推廣。（4）“四班交叉”作業(yè)，即每日分為四個(gè)班，每班首尾2小時(shí)兩班工人共同工作，因此可以把工作量大的工序集中在人員多的交叉時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。該方式多用于炮采工作面。普采工作面正規(guī)循環(huán)作業(yè)圖綜采面作業(yè)循環(huán)圖示例移支架割煤移輸送機(jī)設(shè)備檢修炮采工作面“四班交叉”作業(yè)循環(huán)圖示例（三）工序安排形式的確定回采工作面各工序安排一般有流水作業(yè)、平行作業(yè)以及流水和平行相結(jié)合的形式，各工序在時(shí)間和空間上如何配合才能充分利用時(shí)間和空間，是在工序安排形式中應(yīng)當(dāng)正確解決的問題。因此，在工序安排時(shí)，要處理好主、次關(guān)系，保證主要工序順利進(jìn)行，盡量增加出煤時(shí)間。其它輔助工序盡可能與采煤平行作業(yè)，注意空間上的合理配合，保證安全作業(yè)。按上述要求，可排出工藝流程圖，作為編制循環(huán)圖的基礎(chǔ)。

（四）循環(huán)作業(yè)圖循環(huán)作業(yè)圖反映工作面內(nèi)各工序進(jìn)行的時(shí)間和空間位置關(guān)系，該圖以縱坐標(biāo)表示工作面的長度，以橫坐標(biāo)表示晝夜24小時(shí)的時(shí)間，將全部工序都按預(yù)定的時(shí)間和空間關(guān)系表示出來，就形成了循環(huán)作業(yè)圖。在該圖