第十三章急倾斜煤层采煤法.docx

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第十三章急倾斜煤层采煤法

第七章急倾斜煤层采煤方法

第一节急倾斜煤层开采特点

我国急倾斜煤层储量丰富，分布很广。

急倾斜煤层的产量占有相当比重。

由于急倾斜煤层倾角大，在开采上具有许多特点。

1．由于煤层倾角大，落在底板上的煤岩块，会自动向下滑落，从而简化了采场内的装运工作。

为了防止滑落的煤块冲倒支架，砸伤人员，在技术上必须采取相应的安全措施。

2．急倾斜煤层中，煤炭、矸石沿倾斜方向可采用自溜运输，在采区中可开掘采区溜煤眼以代替缓倾斜煤层中的运输上山。

这种上山眼的布置方式如图7—1所示。

图7—1采区上山眼布置

1—采区运输石门；2—采区溜煤眼；3—运料眼；4—行人眼；5--联络巷；6--区段运输平巷；

7--区段回风平巷；8采区回风石门；9—采区煤仓

由于煤层倾角大，沿走向留设的煤柱容易片帮塌落，使得在采空区上方布置的煤层平巷维护困难。

因此，阶段平巷一般均布置在底板岩石或底板不可采的煤层中，通过采区石门与煤层进行联系。

采煤工作面皆由采区边界向采区石门（或采区溜煤眼）方向推进。

为了减少采区石门、采区上山眼的开掘费，在急倾斜煤层中，双面采区布置应用极为广泛。

3．开采急倾斜煤层，多采用立井多水平开拓方式。

由于受到技术上的限制，其水平垂高一般为100m~150m。

一般来说，急倾斜煤层的开采速度较慢，煤层自燃大多比较严重，因而，采区的走向长度比缓倾斜煤层要短。

4．开采两个相距较近的急倾斜煤层，上层开采后，由于底板岩层移动，会使下层煤遭受破坏。

因此，应合理安排上、下煤层的开采顺序，如图7—2所示。

图7—2急倾斜煤层群开采顺序

a—先采上层煤影响下层煤；b—上下煤层各区段的开采顺序

第二节急倾斜煤层采煤方法

我国煤矿开采急倾斜煤层，使用过多种采煤方法。

下面就比较常用的几种方法简要介绍如下：

一、倒台阶采煤法

倒台阶采煤法采区巷道布置如图7—1所示，工作面沿倾斜方向呈倒台阶布置，目的在于充分利用工作面长度，使工人在各个台阶阶檐的保护下，多点同时作业。

如图7—3所示。

图7—3倒台阶工作面支架

1—溜煤板；2--脚手架；3—护身板

工作面落煤一般用风镐或用炮采。

落煤一般先从上隅角开始，然后逐次沿台阶面向下采。

每班进2~4排柱，排距为0.8m~0.9m。

倒台阶工作面一般采用顺板棚子，采空区处理多用全部垮落法。

工作面采出的煤，沿工作面自溜，经溜煤眼到区段运输巷，用输送机运至采区溜煤眼，下放至采区石门装车外运至井底车场。

新鲜风流经行人眼、运料眼、区段运输巷进入回采工作面、然后经回风巷、采区回风石门排至区段回风平巷。

工作面所需的材料、设备一般由回风石门运入，沿回风巷送至工作面。

下区段工作面用料，可用运料眼中安装的小绞车提升至区段回巷道，再送至各采煤工作面。

工作面长度为40m~50m左右，一般由2~3个台阶组成。

台阶长度一般10m~20m左右。

倒台阶采煤法的优点是：

巷道系统简单，掘进率底，采出率高，通风方便。

但是，这种采煤方法具有生产工艺复杂，工作面支护和顶板管理工作量大，操作不便，以及坑木消耗大，安全条件差，工作面难以实现机械化等缺点。

因此，近年来它的使用已逐渐减少。

当煤层不适宜用掩护支架开采时，厚度2m以下的煤层可采用倒台阶采煤法。

二、正台阶采煤法

在急斜煤层的阶段或区段内沿倾斜或伪斜方向布置正台阶形工作面而沿走向推进的采煤方法。

现将沿伪斜方向布置正台阶工作面的正台阶采煤法又称伪斜短壁采煤法或斜台阶采煤法。

该采煤法是将一个在上下区段平巷之间的伪斜长壁工作面分为若干个短壁工作面，短壁工作面呈正台阶状布置。

每个短壁工作面沿倾斜长5m左右，沿层面与走向线30°夹角的伪斜方向间距为15m~20m。

长壁工作面沿走向推进，始终保持沿倾斜方向的短壁工作面沿30°伪斜方向推进，见图7—4所示。

图7—4伪斜短壁采煤法工作面布置图

1—回风石门；2—运输石门；3—工作面回风巷；4—工作面运输巷；5—伪斜小巷；6—竹笆；7—胶带挡煤板；8--支柱；9—放煤插板；10—溜槽

短壁工作面上方利用木支柱、竹笆护顶使假采空区冒落矸石形成的垫层构成人工顶板以隔离采空区，该人工顶板与伪斜煤壁之间为一小巷，作为短壁工作面行人、运料、通风、溜煤的通道。

短壁工作面用风镐落煤，采落的煤先堆积与其下部伪斜小巷的溜煤槽内。

各小巷内设挡煤板，当煤堆积到一定高度时，停止采煤，开始从下向上去掉挡煤板放煤。

为防止煤炭窜到人工顶板上造成损失，可挂一胶皮挡煤板，使煤流落到伪斜小巷内。

采用木支柱支护，木支柱支在沿顶底板的护板上，排距和柱距约为0.8m~1.0m。

人工顶板支柱支在柱窝内，上有短梁，支柱上仰5°。

短壁工作面用人工回柱，回撤工作面支柱前，先补人工顶板柱和加强支柱，再铺上竹笆，然后按矸石堆积的斜面，由下而上，由采空区向煤壁回收支柱。

并使矸石滚到新铺的人工顶板上。

放顶时短壁工作面停止生产，并挡住上短壁工作面的煤流，使回柱放顶与采煤交替进行。

各短壁工作面每班推进两排并回柱两排，实行一班一循环，昼夜多循环方式。

这种采煤方法的优点是：

工作面位于采空区下方，不会积聚瓦斯，为采空区抽放瓦斯创造了条件；工作面浮煤少，采出率高，减少了采空区自然发火的隐患；对煤层厚度和倾角多变化、瓦斯含量大等地质条件适应性较强；巷道布置简单、掘进率低。

缺点是：

短壁工作面多，溜煤相互干扰，工作面利用率低；伪斜小巷断面小，煤尘大；落煤方法、支护设备有待改进；片帮滑底事故仍未能完全杜绝。

这种采煤方法可用于煤厚、倾角有变化或有小构造、厚度在2.4m以下，不宜使用伪斜柔性掩护支架采煤法的急斜煤层。

三、水平分层及斜切分层采煤法

水平分层采煤法就是把煤层沿水平面划分成若干分层，并在每个分层中布置准备巷道及采煤工作面，然后顺次进行回采，采煤工作面一般沿走向推进。

水平分层采煤法分层间的开采顺序及采空区处理方法，有下行垮落法和上行（下行）充填法。

我国煤矿都采用的是下行垮落法。

图7—5为水平分层下行垮落采煤法的采区巷道布置。

在双面采区的中间，沿煤层底板布置一组上山眼。

采区沿倾斜分为5~6个区段，区段高度一般为15m~20m。

区段内的分层数目一般为5~7个，每个分层的厚度为2.2m~2.8m。

当上山眼与采区回风石门贯通后，从上山眼开始同时掘进区段运输和回风平巷。

最上面区段的回风平巷与上一水平已采区之间每隔20m~30m掘一联络眼。

两条平巷掘到采区边界后，从第一分层平巷开掘沟通煤层顶底板的煤门，作为第一分层的回采工作面。

与此同时，从区段运输平巷，沿走向每隔5m~6m向上掘进小眼贯通第一分层平巷，用于回采时通风、溜煤、行人和运料。

工作面从采区边界后退回采。

随着回采，要超前工作面掘好小眼，同时掘进第二分层平巷和煤门，准备好回采第二分层。

这样，依次回采以下各分层。

上下分层应保持一定错距，一般为6m~8m。

为了溜煤和通风，每一分层工作面应保持两个小眼的空顶距。

根据产量要求，以及运输和通风条件，可以同时有3~6个分层回采。

分层工作面的运煤系统是：

采落的煤人工攉入附近的小眼，溜到区段运输平巷的输送机上，然后运到采区溜煤眼，下放到采区运输石门内装车运往井底车场。

所需支架材料、设备经采区运料眼提到区段回风平巷，再经小眼分送到分层工作面。

各分层工作面的通风是串联的，距分层平巷较远的地点依靠扩散通风。

图7—5水平分层下行垮落采煤法采区巷道布置

1—采区运输石门；2—采区溜煤眼；3—采区行人眼；4—采区运料眼；5—区段运输石门；6—溜煤眼；

7—分层平巷8—分层采煤工作面；9—区段回风平巷；10—回风石门

当煤层厚度较大时，例如大于7m~8m，工作面人工攉煤距小眼太远，很困难。

而且扩散通风效果很差。

这时，可以采用斜切分层方法，使工作面向溜煤小眼方向倾斜25°~30°角，利用搪瓷溜槽溜煤，以减轻攉煤的繁重劳动。

为了克服扩散通风的缺点、可沿顶板再掘一条分层平巷，并用斜煤门与沿底板的分层平巷贯通，如图7—6所示。

水平分层和斜切分层工作面的回采工作，基本上是一样的，包括落煤、装煤、支架、铺假顶、回住放顶等工序。

图7—6斜切分层采煤法分层平巷布置

1—区段运输平巷；2—区段回风平巷（第一分层沿底板平巷）；

3—第一分层沿顶板平巷；4—小眼；5—斜煤门

工作面落煤一般用打眼放炮或用风镐。

工作面支架多采用金属支柱和金属铰接顶梁，顶梁垂直工作面布置。

人工假顶的铺设方法与倾斜分层下行跨落采煤法中所介绍的基本相同。

假顶材料目前一般使用荆笆、竹笆，也可使用金属网。

水平分层、斜切分层采煤法的主要优点是对煤层地质条件适应性强，能适应煤层倾角和厚度的变化，回采率较高。

这种采煤法的主要缺点是：

巷道布置和通风系统复杂，巷道掘进量大，回采工序多，通风运料困难，工作面劳动强度大，特别是水平分层工作面，人工攉煤繁重。

由于这些缺点，这种采煤方法的产量、效率较底，材料消耗较多。

其适用条件是：

厚度大于2m的急倾角煤层，由于倾角、煤厚变化而不能采用伪斜柔性掩护支架采煤法时，可以采用水平分层煤法；而斜切分层采煤法则适用于更厚的急倾斜煤层。

四、伪倾斜柔性掩护支架采煤法

这种采煤方法的特点是：

采煤工作面成直线形，按伪倾斜方向布置，沿走向推进；用柔性掩护支架隔离采空区与回采空间，工作人员在掩护支架的保护下进行采煤工作。

（一）采区巷道布置

伪倾斜柔性掩护支架采煤法的巷道布置如图7—7所示。

图7—7伪倾斜柔性掩护支架采煤法巷道布置

1—采区运输石门；2—采区回风石门；3—采区溜煤眼；4—采区运料眼；5—采区行人眼；

6--区段运输平巷；7—区段回风平巷；8—采煤工作面；9—溜煤眼；10—开切眼

采区运输石门1通入煤层后，向上掘进一组上山眼，布置区段运输平巷6、回风平巷7，在采区边界开掘一对开切眼10，用于回采开始阶段的运输、通风和行人。

然后即可安装支架，进行回采工作。

正常的采煤工作面应有25°~30°的伪倾斜角。

回采时，为了溜煤、行人、通风和运料，在工作面下端掘进超前平巷，并沿走向每隔5m左右，由区段运输平巷回风巷向上开掘小眼与超前平巷贯通。

工作面落下的煤，自溜至区段运输平巷6，再运至采区溜煤眼3，在石门装车外运。

新鲜风流从采区石门进入，经行人眼区段运输平巷6，到采煤工作面。

废风从工作面经区段回风巷7到采区石门2排出。

（二）掩护支架的结构

柔性掩护支架主要由钢梁及钢丝组成。

其结构如图7—8所示。

钢丝绳沿走向布置，钢梁沿煤层厚度布置。

架子的厚度，视煤层厚度而定，可由3-5根组成。

钢梁间距不大于0.3m，其间用撑木及荆笆条填充。

钢梁与钢绳可用垫板和螺栓进行联结，也可用环形卡子联结。

在钢梁上部铺设双层荆笆，用作隔离采空区矸石和折架子时的人工假顶。

这种架子结构，其有柔性切便于控制和回收。

（三）回采工作

这种采煤法的回采工作，大致可分为三个阶段：

即准备回采、正常回采和收尾工作。

1．准备回采

主要是在回风平巷内安装掩护支架，并逐步下放成为伪倾斜工作面，为正常回采做准备。

掩护支架安装前，将回风平巷断面扩大到煤层顶底板并挖出地沟（图7—9）。

安装时，

图7—8柔性掩护支架结构

1—工字钢；2—钢丝绳；3—荆笆条；4—压木；5—撑木

可在前面安装架子，后面进行回柱放顶，使架子顶上有厚度为2m~3m的矸石垫层，以缓冲围岩跨落时对架子的冲击。

随后进行架子的调整下放，使架子由水平状态，逐步下放为伪倾斜状，采煤工作面的伪倾斜角应不小于25°（见图7—7）。

图7—9支架的安装

2．正常回采

在正常回采过程中，除了在掩护支架下回采外，同时要在回风平巷中扩巷、挖地沟，加长掩护支架，以及在工作面下端的顺槽中拆除支架。

在支架下采煤，目前主要用打眼放炮。

其工序包括打眼、装药、放炮、铺溜槽出煤、调整支架等项内容。

回收架尾时先将地沟向两帮扩大，用点柱支撑钢梁，然后卸下钢丝绳，经小眼送至运输平巷，再取下钢梁，运到回风平巷继续复用。

3．收尾工作

当工作面推进到区段停采线附近时，在停采线靠工作面一侧掘进两条收尾上山眼，然后加大工作面上部的下放步距，缩小工作面下部的进尺，同时逐渐缩小工作面长度和伪倾斜角度，直至变成水平状态（见图7—10）。

最后将支架全部拆除。

图7—10掩护支架采煤工作面收尾

伪倾斜性掩护支架采煤工作面可三班出煤，不需要专门的准备班。

伪斜柔性掩护支架采煤法与水平分层，倒台阶采煤法比较，具有产量高，效率高，工序简单，操作方便，生产安全，掘进率底等优点。

当前，这种采煤方法的主要缺点是掩护支架的宽度不能自动调节，难以适应煤层厚度的变化。

因此，当煤层厚度为1.5m~6.0m，倾角大于55°，在一个条带内煤层比较稳定的条件下，应优先选用伪倾斜柔性掩支架采煤法，其工作面伪倾角度一般不小于25°，工作面长度一般为30m~60m，年进度可达480m~660m。

五、水平分段放顶煤采煤法

在急斜特厚煤层中，水平分段放顶煤采煤法类似于水平分层采煤法，其差别是按一定高度划分为分段，在分段底部采用水平分层采煤法的落煤方法（机采或炮采），分段上部的煤炭由采场后方放出运走。

这样，各段依次自上而下使用放顶煤采煤工艺进行回采。

（一）采煤系统

如图7—11所示。

煤层平均厚度22m，煤层倾角37º～85º，平均55º，煤的坚固性系数f=0．82～1．2，密度1．4t/m3。

在+1700平水平至+1650m水平之间划分为五个分段，分段高为10m。

第一分段为+1690m水平，回风和运输巷分别沿煤层顶底板布置，工作面的净长度约20m.。

通风系统：

主井1和副井２→+1650m大巷３→+1650m石门５→进风斜巷10→运输巷8→工作面7→回风平巷9→回风（材料）斜巷12→+1700m石门６→+1700m大巷４→风井。

运输系统：

工作面前部和后部输送机→运输巷8→b-溜煤眼11→+1650m石门５→+1650m大巷３→主井1。

它的特点是分段高度大。

10m的分段高度相当于四个水平分层的高度。

由此，巷道掘进工程量小，费用低；减少铺网工作量及其费用。

（二）综采放项煤采煤工艺特点

急斜煤层综采放顶煤的采煤工艺过程及其参数选择的原则与缓斜煤层放顶煤采煤法基本相同。

由于在急斜煤层中水平分段放顶煤工作面的长度受煤层厚度限制，根据我国的煤层条件，一般在６０ｍ以下。

由此，对采煤设备有一些特殊要求。

主要是要求适用于短工作面的短机身采煤机及其与之相配套使用的输送机。

液压支架的型式并无差异，只是根据采场压力显现特征，可适当减小工作阻力及其重量。

我国生产有MGD150-NW型采煤机，为无链牵引采煤机，包括滚筒在内，全长只有3m。

它的摇臂出轴位于机身中部，能自由回转270º。

与短机身采煤机配套使用的SGI-730/90W型工作面刮板输送机的特点是：

机头和机尾短而矮；在机头和机尾的侧帮上也设有齿轨。

从而使采煤机能直接开到机头或机尾上部，滚筒能割透端部，进人巷道。

这样，采煤机可从巷道人刀，不需专开切口。

图7—11水平分段放顶煤采煤法巷道布置

1—主斜井；2—副斜井；3—＋1650m运输大巷；4—＋1700m回风大巷；

5—＋1650m运输石门；6—＋1700m回风石门；7—开切眼；8—运输巷；

9—回风巷；10—进风斜巷；11—溜煤眼；12—回风斜巷

采煤工艺过程为：

割煤、移架、推移输送机和放顶煤。

一般割煤进刀量为0.5m。

放煤自底板向顶板方向依次进行，放煤方式与缓斜放顶煤时大体相同，可以采用多轮顺序或单轮间隔顺序。

顶煤高度较大、顶煤裂碎不充分时，一般用多轮放煤。

为了发挥综采设备效能，一般工作面长度宜大于25m。

思考题

1．急倾斜煤层开采有哪些特点？

2．什么是倒台阶采煤法？

3．倒台阶采煤法的优点、缺点和适用条件是什么？

4．什么是正台阶采煤法？

5．正台阶采煤法的优点、缺点和适用条件是什么？

6．伪倾斜柔性掩护支架的特点是什么？

7．伪倾斜柔性掩护支架采煤法的采煤工作分哪几个阶段？

8．柔性掩护支架的结构由哪些部分组成？

9．什么是水平分层采煤法？

10．水平分层采煤法的优点、缺点和适用条件是什么？