偽斜柔性掩護支架採煤法
偽斜柔性掩護支架採煤法,是在輕型水平式掩護支架採煤法基礎上,經過不斷改進與創新發展起來的一種新型掩護支架採煤法。其實質就是沿偽斜工作面架設一種特殊的掩護架,將採煤工作空間與採空區分隔開,作業人員在支架保護下進行回採工作。掩護支架在自重和垮落岩石的推動下,隨工作面推進而同步移動。
這種採煤法的採煤工作面沿偽傾斜布置、沿走向推進,具有走向長壁採煤法的特點,並從根本上解決了開採急斜煤層回採巷道掘進率高、頂板管理困難的問題,還使各項技術經濟指標得到了改善。因此它是我國開採急斜煤層比較正規的一種採煤法 。
採區巷道布置
偽斜柔性掩護支架採煤法,是在階段內沿走向劃分採區,各採區可採用單翼或雙翼布置,但一般為雙翼布置。採區內每翼的走向長200-300m,後退式開採。
由採區運輸石門進入煤層後,沿煤層布置一組上山與迴風石門貫通。採區沿傾斜劃分成若干區段,按採區內地質與生產條件以及開採技術水平的不同,區段高度可取20-50m。在區段的上部布置區段迴風平巷,下部布置區段運輸平巷。兩條巷道掘到採區邊界後便可掘開切巷,安裝掩護支架進行回採。
在區段運輸平巷上方3-5m處掘輔助平巷,每隔5m用聯絡眼和區段運輸平巷連通。輔助平巷要超前工作面15m,保持有2-3個聯絡眼,以便溜煤、行人和通風。
為解決支架初次下放和結束下放時,架頭或架尾和溜煤、通風、行人的安全等問題,在採區邊界要布置開切巷、停采線要布置收作巷,並要求開切巷和收作巷呈雙巷布置,兩巷相距5-8m,沿傾斜5-15m用聯絡巷連通。
工作面采出的煤自溜到超前輔助平巷,經聯絡眼下放到區段運輸平巷,由刮板輸送機運至採區溜煤上山,再下放到採區煤倉後裝車外運。新鮮風流由運輸石門進入採區,沿通風行人上山上行到區段運輸平巷,經聯絡眼和超前輔助平巷進入採煤工作面;乏風經區段迴風平巷與迴風上山,由迴風石門排出採區。
掩護支架結構
掩護支架是由鋼樑、撐木、鋼絲繩、螺栓和夾板等連線而成的整體式結構支架。在其上再鋪設1-2層金屬網或荊笆帘子。支架鋼樑可採用9-12號礦用工字鋼或24kg/m的軌鋼。鋼樑的長度應比煤層厚度小0.2-0.4m,以便支架順利下放。根據煤層厚度不同,鋼樑排列密度亦有所不同。煤層厚度小於4m時,每米3根;大於4-5m時,每米5根。鋼樑間用0.2-0.3m的撐木隔開,使支架在移動過程中,鋼樑受力均衡、保持等距。
掩護支架的連線,可採用直徑25-38m的廢舊鋼繩,每節長15-20m,以便拆卸和運輸。組架時,鋼繩搭接長度不少於2m,並用繩卡固緊。鋼繩的數目視支架寬度而定:架寬3m以下時2-3根;架寬3m以上時4-5根。單梁平板型掩護支架是套用最廣泛的一種架型。它結構簡單,下放時容易控制、加工製作不難、支拆方便,是開採2.5-5.0m厚煤層比較理想的架型。對於急斜煤層來說,由於它產狀變化很大,實踐中各礦依照不同的地質條件,因地制宜地採用了不同結構形式的掩護支架。例如,開採煤層厚度大於5m的組合梁掩護支架;開採1.5-2.5m煤層的“Ⅱ”字型梁掩護支架等 。
採煤工作面的採煤工作
偽斜柔性掩護支架採煤法的採煤工作,分為準備、正常採煤和收尾三步。
1.采前準備
掩護支架在區段迴風巷組裝,逐步下放直至形成偽斜工作面的過程叫采前準備。它包括擴巷、挖地溝、組裝支架、巷道放頂和支架下放等項工作。擴巷是將區段迴風平巷斷面擴大至煤層全厚,以便掩護支架組裝。由於支架初次下放時會產生內錯,所以擴巷要從開切巷向外推移3-5m開始。這樣可使架尾在下放過程中,始終保持有兩個開切巷。當擴大巷道超過15m時,在巷道底板中部挖倒梯形地溝4-6m,以便進行支架安裝與調架。地溝上寬1.2-1.4m,下寬0.8-1.0m,高1.0m左右。巷道斷面的擴大與地溝的挖掘,將隨支架的組裝不斷向前延展。
掩護支架組裝時,在地溝兩側和中部適當位置放置鋼絲繩,在其上每隔0.2-0.3m垂直頂底板放一根鋼樑。在靠頂板一側放置一根枕木,使鋼樑有3°-5°的仰斜角,這樣既方便支架的組裝,又有利於支架的下放。鋼樑間放上撐木後,便可用螺栓與夾板,將鋼樑與鋼絲繩連線組合成整體,並在其上鋪設金屬網或荊笆帘子,再用壓條與鐵絲將其固定在鋼樑上。為保證支架組裝質量,鋼樑要與鋼絲繩垂直放置、各節鋼絲繩的接頭位置要錯開、鬆緊程度要相近、鋼絲繩與金屬網邊至鋼樑的端頭均不得少於0.2-0.3m。
支架組裝5-6m後,開始回撤區段迴風平巷的支架,使巷道上部的護巷煤柱垮落到支架上。必要時採取爆破法崩落,使其堆積在掩護架上,作支架緩衝墊層並可增加支架下放的重量。在支架下放和移動的過程中,為防止支架沿偽傾斜方向往下滑移,要保持冒落巷道至拐點的長度不少於5m。
支架組裝與回巷放頂超過15m時,支架便可開始初次下放,即從開切巷外側支架尾端開始,沿地溝打眼放炮採煤,使掩護架由水平位置逐步下放與調斜,直至架尾落到超前輔助平巷上,形成25°-30°的偽斜工作面。至此,完成了回採的準備工作。
2.正常採煤
掩護架下的正常採煤包括:採煤工作面打眼放炮、落煤、向上接長溜槽出煤、下放與調整支架、區段迴風平巷支架延伸與超前輔助平巷支架縮短等項工序。由於上述工序在空間上不同位,故可以平行作業。
地溝是偽斜工作面的採煤工作空間,落煤等作業均在地溝內進行。落煤採用打眼放炮,爆破參數視煤層傾角與煤質軟硬程度而定,煤層厚度小於2m時,採用單排眼、煤層厚度大於2m,而煤質又較硬時,採用雙排眼。炮眼一般只布置地溝眼,兩幫煤台靠支架及其上部垮落岩石重量壓碎後片落。地溝眼的間距0.5-0.6m,炮眼深度1.2-1.6m,炮眼與工作面的夾角一般為60°。炮眼裝藥量不宜過多,以免崩壞兩幫煤台,造成支架歪斜或懸空甚至造成竄矸事故。
採煤工作面爆破,分全工作面一次爆破和分段爆破兩種方式。全工作面一次爆破是打眼裝藥後一次起爆,這種爆破方式的優點是:全工作面支架能同步下移到新的位置,支架不會因受拉而變形。但工作面打眼與出煤不能平行作業,工時利用差,影響工作面產量的提高。工作面分段爆破與上相反,能充分利用工作空間與工時,打眼與出煤可以平行作業。但支架下放時上下不同步,支架受力不均容易損壞。
工作面放炮後,出煤工作由下向上進行,邊出煤邊向上接長溜槽。煤裝入溜槽後,自溜到區段運輸平巷外運,所以,第一節溜槽要特別架設牢固。隨著工作面煤炭運出,支架在自重和垮落岩石的推動下移動。為了控制支架一次的下放高度,必須邊出煤邊調整支架。做法是打兩行點柱支撐支架,使整個工作面支架保持平直,並與煤層頂底板法線成3°-5°的仰角。點柱一般採用圓木或鋼管,並用鐵絲拴在支架上,以免出煤時傾倒、滑落傷人。
掩護支架工作面應保持三班出煤的作業方式。這樣工作面產量高,支架下放速度快、受力好,有利工作面管理。為此,應按工作面長度、煤層厚度等確定爆破參數,配備勞動力,合理組織生產。
隨著工作面向前推進,掩護架的上端架頭不斷縮短。為此,要在區段迴風巷不斷加長掩護架,其操作過程與采前準備時的支架組裝完全相同。另外,在支架下端的架尾落平段不斷增長,所以要在區段超前輔助平巷內不斷地回收支架。
支架回收前先擴大巷道斷面,使鋼樑兩端暴露出來,並用點柱支撐住鋼樑;然後卸掉螺栓,並將鋼繩拉至區段運輸平巷;最後拆除點柱與回收鋼樑,運至區段運輸平巷準備復用。
3.收尾工作
採煤工作面推進到停采線前,要掘進收作巷並貫通區段運輸平巷與迴風平巷。當掩護架架頭超過靠工作面一側的收作巷時,停止向前延伸。開始利用收作巷回收工作面前下方的三角煤,逐步使工作面的傾角減小、長度縮短(不超過靠上山一側的收作巷),並拆除上端多出的鋼樑。最後使掩護架平放於超前輔助平巷。利用前述的回架方法,回收全部鋼樑等材料,以便繼續復用 。
套用與評價
偽斜柔性掩護支架採煤法,是開採急斜煤層的一種較正規採煤法,具有巷道系統簡單、掘進率較低;頂板管理工序少,勞動強度低,工效高;作業人員在掩護架下工作比較安全,頂板事故大為減少;工作面較長,可組織三班出煤,故工作面產量比較高;支護材料等消耗少,噸煤成本低等優點。但煤層賦存要穩定,煤層的厚度與傾角變化不能太大,使用範圍受到一定的限制;當煤層變厚時要丟煤,降低采出率;煤層變薄時支架下放困難,必須臥底或挑頂,影響採煤進度;當煤層含夾石層時,不能排矸而影響煤炭質量。這種採煤法只適用於賦存穩定、傾角在60°以上、厚度在2.5-5m以上的煤層及採區內地質構造與煤層結構簡單的礦井 。
偽斜分段走向排柱採煤法
偽斜分段走向排柱採煤法,是採煤工作面沿偽斜方向布置,偽斜角30°-35°,沿煤層走向推進。為防止矸石竄入採煤工作面衝倒支柱或砸傷人,沿偽斜每隔4-5m布置一組長4m的走向排柱,使採空區形成分段排柱與矸石充填區支撐頂板。排柱既起切頂作用又起擋矸作用。
1.採區巷道布置與生產系統
這種採煤法的採區巷道布置與急斜其他採煤法相同。一般也是沿煤層布置一組3-4條傾斜上山。根據採區走向長度可布置單翼或雙翼採區。採區內可分2-3個區段,工作面長可達80-100m。
偽斜工作面采出的煤,沿工作面自溜運輸,經超前輔助平巷、聯絡巷溜至區段平巷的輸送機上,然後由區段運輸平巷運至採區溜煤上山裝入採區煤倉,最後在採區石門裝入礦車運出採區。
採區工作面新鮮風流由採區石門進入採區,經採區通風、行人上山、區段運輸平巷、超前輔助巷進入採煤工作面;乏風由採煤工作面上出口經區段迴風平巷、採區迴風石門,排至迴風大巷。
2.採煤工藝
採煤工作面一般採用爆破落煤。爆破參數取決於煤層厚度、煤質軟硬程度與頂底板岩性,可以布置單排或雙排眼,深度1-1.2m,炮眼間距約為1m。採取由下向上分段起爆方式。
採煤工作面採用木支柱或單體金屬支柱支護。頂底板岩層穩定時採用帶帽點柱;頂底板鬆軟時採用懸臂樑支護。支架的排距與柱距0.8-1.0m。架設支柱時要採取防滑措施,以防傾斜或滑落。棚樑上要加背板與笆片或荊條接頂,防止空頂漏矸。
採空區處理採用全部垮落法。回柱順序是:先回三角區內的支柱,再回分段排柱。分段排柱的回收沿工作面由下向上依次進行。在回柱的同時要沿走向加長分段排柱,以形成新的排柱與充填區。三角區內沿切頂線支柱適當加密,提高切頂線支撐強度,以利切頂。
3.優缺點及適用條件
偽斜分段排柱採煤法,將採煤工作面布置成俯偽斜直線。上段超前採煤工作面下方的煤體,不僅改善了採煤作業條件,而且相應地提高了頂底板的穩定性,避免出現大範圍的頂底板滑動與支柱失穩;採用分段走向排柱後,在採空區形成矸石充填區支撐頂板,使基本頂來壓距離滯後、強度降低,從而可以改善頂底板的管理;走向排柱可以起控頂作用,使採煤工作面的控頂距減小,為安全生產創造了條件。據四川省廣旺礦務局所屬煤礦生產實踐經驗,採用這種方法,可以提高勞動工效、降低材料消耗、改善採煤工作面的經濟指標。
偽斜分段走向排柱採煤法存在的主要問題是:初采和末采時要采三角煤區,工作面長度變化很大,產量也不太穩定;採煤工作面架設與回撤分段走向排柱的工作量比較大;采高越大支護越困難。偽斜分段走向排柱採煤法只適用於厚度小於2m,傾角45°-60°的不穩定煤層;煤層頂板中等穩定,垮落後能充填滿採空區的礦井 。