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壁式採煤法回採工作面長度較長;工作面兩端有可供運輸、通風和行人的巷道;回採工作面向前推進時,必須不斷支護;採空區要隨工作面推進按一定方法及時處理;回採工作面內煤的運輸方向與工作面煤壁平行。

1 壁式採煤法 -壁式採煤法

 

2 壁式採煤法 -正文

  特點是:回採工作面長度較長;工作面兩端有可供運輸、通風和行人的巷道;回採工作面向前推進時,必須不斷支護;採空區要隨工作面推進按一定方法及時處理;回採工作面內煤的運輸方向與工作面煤壁平行。壁式採煤法有多種分類。①按煤層厚薄不同,薄及中厚煤層,通常按煤層全厚一次開採,稱整層(單一)開採;厚煤層,一般分為若干中等厚度的分層進行開採,稱分層開採。②按工作面推進方向不同,可分為走向長壁採煤法和傾斜長壁採煤法。在分層開採中,由於分層的回採順序和頂板管理方法不同,可分為下行垮落法和上行充填法等。在中國,開採傾斜和緩傾斜煤層時常用單一(整層)走向長壁採煤法、單一(整層)傾斜長壁採煤法、傾斜分層走向長壁下行垮落採煤法、傾斜分層傾斜長壁下行垮落採煤法、傾斜分層走向長壁上行充填採煤法和傾斜分層V型傾斜長壁充填採煤法和開採堅硬頂板煤層的刀柱採煤法等。開採急傾斜煤層時,有水平分層採煤法、倒台階採煤法、倉貯採煤法和掩護支架採煤法,這些都屬於壁式採煤法。20世紀初,刮板輸送機開始使用,壁式採煤法隨之有很大發展,目前已成為各國的主要採煤方法。除美國和澳大利亞等國外,在蘇聯、英國、聯邦德國、波蘭等國壁式採煤法佔礦井總產量的90%;中國煤礦自50年代開始採用壁式採煤法,1980年占統配煤礦總產量的90%左右,隨著採煤機械化程度不斷提高,壁式採煤法的使用範圍將日益擴大。
  單一走向長壁採煤法  也稱整層走向長壁採煤法,特點是回採工作面沿煤層傾斜方向布置,沿走向方向推進;工作面長度較長,一般為100~150m,短的有30~40m,長的超過200m。在回採工作面的上方和下方沿走向分別布置迴風平巷和運輸平巷,構成回採工作面和採區巷道之間的通風、運輸和行人的通道。根據煤回採工藝不同,每一循環的推進度一般為0.6~1.2m(圖1)。通常在迴風平巷內鋪設軌道,用礦車或平板車運送材料和設備;運輸平巷內用帶式輸送機、刮板輸送機或礦車運送煤炭。迴風平巷和運輸平巷採用單巷布置,也有採用雙巷布置的。回採工作面的推進方向有兩種:①後退式,由採區邊界向採區上山(或石門)推進;②前進式,由採區上山(或石門)向採區邊界推進。中國各礦區大都採用後退式回採。在綜采採區,為減少綜采設備的長距離搬移,有的採用混合式,即上區段回採工作面用前進式回採至採區邊界后,將綜采設備搬移至下區段邊界的開切眼中,用後退式回採。

壁式採煤法壁式採煤法

  目前,在走向長壁採煤法的回採工作面中,炮采、機采和綜采均有使用。中國隨著採煤機械化程度的提高,近期回採工作面的平均長度已在100m左右,工作面月平均產量炮採為1萬噸左右,機採為1.5萬噸左右,綜採為3.5 萬噸左右。此法主要適用於緩傾斜和傾斜的薄及中厚煤層。
  傾斜分層走向長壁下行垮落採煤法  開採緩傾斜厚煤層時,需將煤層按傾斜方向劃分為若干分層,每個分層的厚度在炮采和普采工作面為1.8~2.4m,在綜采工作面可達3.5m左右,各分層由上而下利用全部垮落法依次逐層開採。頂分層的回採與單一中厚煤層回採相同,回採以下各分層時,由於其頂板是上一分層回採時冒落的破碎岩塊,管理上困難極大。過去曾採用分層間留煤皮的方法解決,但煤炭損失大,自燃發火嚴重,後來逐步改用木板、金屬網、竹笆或荊笆等人工假頂。煤層頂板為頁岩或含泥質成分較高的岩石時,向採空區注水或灌注泥漿,有的在冒落岩石中加固結劑,在上覆岩層的壓力作用下,使其結合成一個整體,成為再生頂板,供下一分層使用。在鋪設人工假頂時進行注水或注漿,效果更好。金屬網分單層網和雙層網兩種。開採兩個分層時鋪荊笆、竹笆或單層網;開採三個以上分層時鋪雙層網。因金屬網假頂成本高,中國現時採用荊笆、竹笆假頂較多。金屬網假頂的鋪設方法有底網和頂網兩種。目前不少礦區已將鋪底網改為鋪頂網,分層頂板破碎或有偽頂難於管理時,鋪頂網優點更多。
  本法的巷道有分層布置和聯合布置兩種。分層布置是將每一個分層作為一個中厚煤層看待,各有獨立的巷道系統,通常是分層分采。聯合布置,除每分層都有為本層服務的分層平巷外,還有為各分層共用的平巷和上山、下山。在共用巷道與分層巷道之間用平巷、斜巷或立眼聯繫(見礦山井巷)。為便於維護,應將共用巷道布置在受采動影響較小的煤層底板岩石中(圖2)。上下分層工作面可同時回採,其超前距離取決於上分層回採后頂板岩層垮落狀況,一般為80~200m,但下分層工作面必須在上分層採空區岩層活動已經穩定後方可回採。為了提高厚煤層開採的經濟效益,目前許多國家正在發展增大采高、減少分層數目的新工藝。設計和使用大采高的自移式液壓支架和採煤機,煤層采高可達3.5~5.0m。此外,還有將特厚煤層分為兩個分層:開採頂分層時,鋪金屬網假頂,開採底分層的同時回收網下頂煤。

壁式採煤法壁式採煤法

  傾斜分層走向長壁上行充填採煤法  各分層自底至頂用充填法依次逐層開採,上分層的回採工作在下分層的充填體上進行。如用水砂充填管理頂板,回採工藝複雜化,因為增加了充填工序;在巷道布置上增加了輸砂、疏干係統和泥砂沉澱裝置。因此,水砂充填工作面除落煤、裝煤、運煤和支護等工序與一般垮落法相同外,還有疏導和沉澱充填廢水等臨時構築物。充填採區的巷道布置,應合理解決運料與輸砂、運煤與疏乾的關係問題,方能保證正常生產。充填採煤法工序複雜,增加一套充填設備,成本高,投資大,效率低;但有利於防止井下自燃發火和煤塵爆炸,有效地減少圍岩移動和地表沉陷,是建築物下採煤、鐵路下採煤和水體下採煤的有效方法之一。中國阜新、遼源、鶴崗等礦區曾廣泛採用本法。近年來,由於擴大了垮落法的使用範圍,充填法的百分比逐漸減少,但不能採用垮落法的傾角為5°~25°的厚煤層,仍多採用本法。
  傾斜長壁採煤法  回採工藝與走向長壁採煤法基本相似,不同點是回採工作面沿走向布置,沿傾斜推進。即在井田範圍內,沿煤層走向布置主水平大巷,在大巷兩側沿傾斜向上山或下山方向掘進工作面的運輸斜巷和迴風斜巷,掘至採區邊界后,掘進開切眼使兩斜巷連通。在開切眼和巷道內安裝設備,沿煤層傾斜方向,用仰斜或俯斜方式採煤。用本法開採單一薄層及中厚煤層,巷道布置十分簡單(圖3)。回採工作面有成對布置的,也有按單一工作面布置的。每個工作面長 150~200m或更長。工作面沿傾斜的推進長度即運輸斜巷和迴風斜巷長度,可達1000~1500m。在運輸斜巷中鋪設可伸縮帶式輸送機,迴風斜巷中鋪設軌道,用無極繩絞車或單軌吊車運送設備和材料。在厚煤層中採用本法時,由於掘進和維護長距離的分層回採斜巷比較困難,維護費用高,故需在煤層底板岩石中布置供各分層共用的集中巷,每隔150~200m開掘聯絡巷道,與分層回採斜巷相連接。各分層的回採斜巷可逐段超前於工作面掘進,並隨采隨廢。各分層工作面回採順序,可在保持一定錯距的條件下,上下分層同時回採,也可在上分層工作面采至邊界后再採下部分層,以利形成再生頂板。

壁式採煤法壁式採煤法

  傾斜長壁工作面按推進方向分仰斜開採和俯斜開採兩種。如煤質較硬或頂板淋水較大,一般宜用仰斜開採;如煤層厚度大,煤質鬆軟容易片幫,宜用俯斜開採。回採工作面一般應朝大巷方向推進,即水平大巷上方的煤層用俯斜方式開採,水平大巷下方的煤層用仰斜方式開採,以利於工作面通風和巷道維護。在地質條件適宜的礦井中,本法與走向長壁採煤法相比,優點是:①巷道布置簡單,巷道掘進和維護費用低,投產快。據蘇聯礦井對比資料,在相同的礦山地質條件下,傾斜長壁開採比走向長壁開採的巷道長度減少10~20%,大型礦井的建設工期可縮短1~2年。②運輸系統和通風系統均較簡單,回採工作面技術經濟效果好。③易於實現等長工作面,減少了由於工作面長度變化而增加拆裝自移式液壓支架和接長或縮短輸送機的工序。本法的缺點是傾斜巷道距離長,使輔助運輸和行人比較困難。中國自70年代開始推廣使用。適用於傾角12°以下的煤層,機采和炮采可擴大應用於開採15°~18°的煤層。國外採用俯斜綜采工作面開採傾角為33°的煤層已獲成功。
  傾斜分層傾斜長壁V型工作面上行充填採煤法  工作面沿走向布置,沿傾斜向上推進;為便於工作面的通風、運輸和充填工作,自開切眼開始回採后,將工作面逐步調整成兩端高、中間低的偽傾斜 (8°~12°)。整個工作面由兩個偽傾斜工作面組成,形成V型。隨著分層工作面沿傾斜向上推進,在充填體中逐漸維護出一條分層溜道,以便溜煤、進風和流水。為了不使工作面與溜煤道相交處頂板的懸露面積太大而難於維護,V型兩側工作面始終保持 5~6m的錯距。回採工作面從運輸水平向上推進直到迴風水平為止(圖4)。V型工作面目前仍用打眼放炮落煤,小型輸送機運煤。落煤中的50%,自行裝入輸送機內,其餘用人力裝載。工作面支護用帶帽木柱或棚子。採區走向長度通常為 320~400m。沿走向可布置4~5個V型工作面,每個長度為80~100m,每翼長40~50m。與走向長壁充填法相比,優點是:充填準備工作簡單,工作量少,充填事故少,採區產量較高;缺點是:目前尚未實現機械化,工作面容易片幫,巷道系統複雜,通風路線曲折,容易聚集瓦斯。本法適用於傾角20°~45°的特厚煤層,或地質構造複雜,走向斷層較多的煤層。

壁式採煤法壁式採煤法

  倒台階採煤法  用於急傾斜薄煤層的一種走向長壁採煤法,其採區巷道布置與走向長壁採煤法基本相同。由於傾角大,為了安全,採區上山由3~4個上山眼組成,分別用於溜煤、溜矸石、運料、通風和行人。急傾斜工作面用風鎬落煤時,為適應多颱風鎬同時安全作業而布置成倒台階方式。倒台階工作面全長通常為40~50m,有時可達100m。一個台階長度為10~20m,台檐寬為2~3m。最下部的台階溜放煤塊,兼作通風及安全出口用。其台檐寬度應加大到 4~6m。工作面支架既用於維護頂底板,又作為工人操作的腳手架,必須牢固。為操作安全,還應設置護身板、腳手板及溜煤板。頂板管理一般用全部垮落法。為開採近距煤層,可用矸石充填,以消除上下層的采動影響。本法巷道布置簡單,對地質變化適應性強,回採率較高;但回採工序多,勞動條件差,頂板管理困難,不安全,坑木消耗大,煤塵大。主要用於開採煤質鬆軟的急傾斜較薄煤層,現正逐步被掩護支架採煤法代替。
  倉貯採煤法  在區段(或階段)內沿走向劃分成若干個倉房,房內用爆破法回採。采落的煤大部分貯在倉內,臨時支護頂底板。整個倉房采完后,再把貯存的煤全部放出(圖5)。本法與留礦法相同(見空場採礦法)。為了平衡出煤,應同時配備工作倉、貯煤倉、放煤倉和準備倉。倉房的形狀一般為傾斜條帶和偽斜條帶等。倉房內工作面沿走向布置,仰斜推進。倉房間多用煤柱隔離。為降低煤柱損失並減少掘進工作量,也可用密集支柱護倉。區段高度和倉房尺寸主要根據頂板穩定情況和工作面推進速度等因素確定。區段高度一般為40~60m,倉房寬度為15~30m。本法工序簡單,易於操作,勞動強度較低,效率較高,坑木損耗少;但回採率低,煤質差,難於實現機械化。本法只適用於頂底板堅固,煤層傾角在45°以上,煤層厚4m以下,煤質堅硬,節理不發育,不易自燃,瓦斯含量低,淋水小等條件。

壁式採煤法壁式採煤法

  水平分層採煤法  把急傾斜厚煤層沿水平方向分成若干2~3m厚的分層,由上而下依次開採。在每個分層內布置回採工作面和分層平巷,採區巷道可按雙翼或單翼布置。區段高度一般為 15~30m。回採工作面長度就是煤層的水平厚度,工作面沿走向推進。煤層水平厚度小於8m時,僅需在分層底板掘一條分層平巷;大於8m時,應在頂板位置再掘一條分層平巷,兩條分層平巷間,沿走向每隔 15~18m用煤門貫通。回採時要經常保持2~3個溜煤眼與分層工作面相通。上下分層工作面的超前距離應保持15~30m,同時生產的工作面可達5~7個。工作面用風鎬或爆破法落煤,人力裝煤,工作面較長時應安設刮板輸送機。用木支架或金屬支柱配合鉸接頂梁支護。分層間可鋪設假頂。用全部垮落法處理採空區。本法能適應煤層厚度和傾角的變化,回採率高;但巷道布置複雜,產量低,掘進量大,通風、運料困難,回採工序多,勞動強度大,機械化程度低。厚度大於4m的急傾斜煤層可用本法,但目前已逐步被其他方法代替。
  斜切分層採煤法  巷道布置和回採工藝與水平分層採煤法基本相同,不同的是分層面與水平面成25°~30°交角。通常分層面向底板傾斜。本法簡化了工作面的裝煤和運煤工序,改善了勞動條件,在煤層傾角和厚度比較穩定的情況下,用本法比水平分層採煤法更有利。
  掩護支架採煤法  在急傾斜煤層的回採工作面安裝一種特殊支架(一般由鋼樑和木料構成),把採空區與工作空間隔開,工人在支架掩護下進行回採。長期以來,中國使用平板型掩護支架採煤法。在區段內,沿走向劃分成20~30m的條帶,在每個條帶內掘進4條相距6m的溜煤眼,將區段運輸平巷和迴風平巷貫通。在迴風平巷內預先擴巷並安裝一個長 24m、寬比煤層厚度小0.5m以內的掩護支架。采落的煤經溜煤眼自溜到運輸平巷,隨著回採,掩護支架靠自重和上部垮落岩石的推力,沿傾斜自動向下移動,直到采完全部條帶為止。最後拆除支架。本法的主要優點是:消除了回採過程中架設支架的繁重勞動,坑木消耗少。但巷道掘進的工程量大,煤塵大,勞動條件差。近年來為擴大本法的使用範圍,有的礦井對支架結構作了許多改進:如用於開採1.3~1.5m煤層的八字形鋼樑;用於開採3.5m以上厚煤層的組合梁以及在傾角45°~65°,煤厚4m左右的條件下試驗了「ㄑ」型掩護支架和帶腿的「ㄑ」型掩護支架等,均取得了一定的效果。
  70年代,中國淮南礦務局創造了偽傾斜柔性金屬掩護支架採煤法(圖6)。在距採區邊界5m處掘兩條上山眼,貫通平巷后,在迴風平巷中擴巷並安裝掩護支架。安裝工作進行15m后,逐步調斜掩護支架,使其與水平面成25°~30°,然後在掩護支架下進行正常回採。隨著工作面沿走向推進,要不斷接長迴風平巷中的掩護支架,同時在工作面下端的順槽內拆除支架。採下的煤沿工作面鋪設的搪瓷溜槽經溜煤眼溜到運輸平巷。掩護支架下可用風鎬或爆破法落煤。支架隨著出煤而逐漸下降,生產時應注意調正支架,使之處於正常位置。

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  偽傾斜柔性掩護支架採煤法具有以下優點:工藝簡單;勞動強度低;工人在掩護支架下工作比較安全;材料消耗少;與水平分層採煤法相比,巷道掘進量可減少60~70%,工作面月產量提高46%。但由於支架結構還不完善,煤層厚度和傾角有變化時開採困難。本法的適用條件是:煤層賦存穩定,傾角大於60°,煤層厚度1.8~8.0m。中國開灤、淮南、通化等礦區,廣泛使用本法。
  刀柱採煤法  在採空區內沿走向每隔25~50m留寬5m左右、與工作面等長的煤柱,簡稱刀柱(見礦柱),用以支撐頂板,使其不致冒落。工作面至采后的最近刀柱間,用木支柱或金屬支柱支護。工作面轉入下兩個刀柱之間后,即回收前兩刀柱間的支柱。在頂板不易冒落的煤層,可只在近工作面支護。要在工作面回採到留刀柱前把下一工作面準備出來。本法的採區巷道布置見圖 7,其落煤、裝運、通風、下料等其他工藝與單一走向長壁採煤法相同。

壁式採煤法壁式採煤法

  本法用於不易冒落的堅硬頂板煤層,工作面長度60~120m。采高1~4m,最高可達6m。優點是:使用設備少,工序簡單,適於炮采和機械裝煤,工效和產量較高,坑木消耗少,噸煤直接成本較低。缺點是:①殘留煤柱多、資源回收低;②采近距煤層時,上層刀柱對下層煤開採造成強大集中壓力,用刀柱重疊開採下層時,刀柱越留越寬,在刀柱下開採困難大,往往會造成近距煤層整層丟失;③刀柱工作面較短,切割巷多,掘進率低;④丟煤多,通風不好,易造成自燃發火;⑤隨採空區的增大,會造成大面積懸空頂板的隱患,一旦來壓,就會大面積塌頂,產生井下暴風的嚴重事故(見長壁工作面地壓)。
  為了消除大面積頂板懸空的隱患,可在已采完煤的兩刀柱間用深孔爆破法人工強迫放頂,使採空區頂板沿刀柱切斷,以防止大面積冒頂造成的災害,目前,大同礦區已採用強力支架、強制放頂等措施,逐步以長壁垮落採煤法代替本法。
  參考書目
 中國礦業學院等編:《採煤學》,煤炭工業出版社,北京,1979。
 劉吉昌、王慶康、呂光華編:《傾斜長壁採煤法》,煤炭工業出版社,北京,1981。

 

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