炮采普采工作面采煤工艺及安全操作.docx

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炮采普采工作面采煤工艺及安全操作

炮采、普采工作面采煤工艺及安全操作

  炮采是一种落后的采煤工艺方式，但对复杂的地质条件适应性强，设备简单，所以，广泛使用于条件比较复杂的中小型煤矿。

      一、炮采工艺方式

      炮采工作面的工艺过程有：

破煤、装煤、运煤、支护和回柱放顶等。

（一）破煤

      爆破落煤的生产过程包括打眼、装药、填炮泥、联炮线、放炮等工序。

      1、爆破应达到的要求

      爆破落煤应满足“两高”、“两少”、“五不”的要求

      “两高”：

炮眼利用率高，保证工作面的循环进度；爆破自装率高，保证爆破后煤体松散适度，尽量减少人工攉煤量，同时要防止煤抛到采空区一侧，提高煤炭采出率。

      “两少”：

尽量增加每一次爆破的炮眼个数，以减少放炮次数，缩短爆破消耗的时间；合理布置炮眼和装药量，降低炸药和雷管消耗，提高经济效益。

      “五不”：

不崩坏顶板；不崩倒、崩坏支架；不崩翻刮板输送机；不爆底煤，减少工人起底煤的工作量；不出大块煤，减少工人二次破碎煤的工作量。

      另外，对有瓦斯、煤尘爆炸危险的工作面进行爆破作业时的特殊安全要求如下：

（1）有瓦斯、煤尘爆炸危险的工作面，必须使用取得产品许可证的煤矿许用炸药和煤矿许用雷管。

（2）放炮工必须由经过专门培训、取得爆破合格证的专职爆破工担任。

爆破作业只准爆破工1人操作。

      （3）在爆破作业时，必须执行“一炮三检”和“3人联锁放炮制”。

      （4）炮眼封泥必须使用水泡泥，水泡泥外剩余部分炮眼，应用粘土泡泥充填封实，严禁放半炮和出现放炮“打筒”现象。

      （5）采煤工作面可以采用分组装药，但一组装药必须一次起爆，严禁在一个采煤工作面使用两台放炮器同时进行放炮。

      为达到上述要求，就要根据顶板的稳定程度、煤层厚度和硬度及节理等情况，采用合理的炮眼排列、角度、深度及每眼装药量等。

      2、合理的炮眼布置及爆破参数

      采煤工作面的炮眼布置包括有炮眼布置方式、炮眼深度、角度和炮眼间的距离等内容。

合理炮眼布置一般根据煤层的厚度、煤质的软硬、煤层的层理与节理以及煤层顶底板的情况来确定。

（1）采煤工作面的炮眼布置方式。

在正常情况下，当煤层厚度在1.0m以下或煤质松软的中厚煤层中，可沿工作面中间打一排向下倾斜的炮眼，称为单排眼。

炮眼与工作面煤壁的夹角为65°-75°。

      当煤层厚度在1.0m-1.5m时，煤质中硬的中厚煤层中，可靠近顶、底板沿工作面打两排眼称为双排眼。

如上、下两眼互相错开，又称三花眼。

当煤层厚度大于1.5m时，且煤质较硬的中厚煤层，沿工作面打三排眼，且上、中、下三排眼互相错开，称为五花眼。

      综上所述，采煤工作面的炮眼，可归纳为底眼、中间眼、顶眼三种。

      底眼位于采煤工作面下部，靠近底板。

它的作用是将下部的煤沿底板首先抛出，起掏槽眼的作用，为中间眼和顶眼的爆破创造条件。

底眼在垂直面上有俯角，俯角为10°-15°，眼底距底板约0.2m，以下留底煤且不破碎底板为原则。

      中间眼（又称腰眼）位于煤层顶板与底眼之间。

其作用是进一步扩大底眼掏槽，保证顶眼与顶板震动极小时将煤崩落。

      顶眼位于采煤工作面上部，靠近顶板。

它的作用是将煤层沿顶板崩落而不留下顶煤。

顶眼在垂直面上有仰角，一般为5°-10°。

眼底距顶板0.1m-0.5m，视煤质软硬及煤的粘顶情况而顶。

以下不破碎顶板的完整性为原则，如顶板不稳定时，则顶眼平行于顶板。

（2）炮眼角度与间距。

垂直面上，顶眼一般有仰角，底眼有俯角，仰角或俯角的大小视顶板稳定性及煤质软硬情况而定。

      炮眼与煤壁在水平面上的角度（水平角）一般为65-75°。

煤质较软时取大值，煤质较硬时取小值。

由于绝大多数炮眼都是在一个自由卖弄的条件下爆破，所以炮眼的水平角都不能过大，否则将降低炮眼利用率，使煤体得不到充分的爆破；但炮眼的水平角也不能太小，否则爆破时将大量的煤块抛向采空区，易崩倒工作面支架，造成煤炭资源损失，不利于安全生产。

机械化采煤时，因煤质坚硬而需要放震动炮松动煤体时，炮眼水平角可更大些。

      炮眼的间距，可根据煤的硬度和块度要求而定。

在正常情况下，炮眼的间距与深度之比，应限制在3：

5左右。

因此，采煤工作面炮眼间距一般为1.0m-1.2m。

顶眼与顶板距离，在一次采全高一般为0.3-0.5m；在分层开采采顶层煤时一般为0.3m-0.5m，采中、底层煤时以0.4-0.6m为宜。

底眼一般应高出刮板输送机槽0.2m。

      （3）炮眼深度。

采煤工作面炮眼深度取决于一次推进（循环）进度和炮眼角度。

      炮采工作面一般多采用小进度，一次推进（循环）进度为1.0-1.2m，炮眼深度要大于循环进度0.2。

小进度可使每个眼装药量少，可实行一次多放炮，能较好地实现爆破装煤，顶板受震动小，悬顶面积小，有利于顶板管理。

      为了保证爆破落煤的安全，对装药的外部环境应严格要求。

      3、采煤工作面装药时的安全要求（十不装药）

（1）采煤工作面及上、下出口的支护达不到工程质量要求，不得装药；

（2）采煤工作面风量不足，不得装药；

      （3）炮眼参数不符合作业规程要求，不得装药；

      （4）炮眼异常，如炮眼缩小、塌孔、变形或有裂隙，不得装药；

      （5）炮眼若打到断层处，有出水现象和温度高低明显变化时，不得装药；

      （6）采煤工作面的煤壁伞檐突出0.5m时，不得砖窑；

      （7）炮眼没有清楚粉尘，没有使用水泡泥或水泡泥的质量、数量不够，不得装药；

      （8）采煤工作面煤、岩尘超过规定时，不得装药；

      （9）装药前，必须检查瓦斯，如果附近20m以内风流中瓦斯浓度达到1%时，不得装药；

      （10）煤帮破碎或在放炮地点20m以内有未清除的煤堆时，不得装药。

      4、装药操作时的安全要求

（1）应先清除炮眼内的煤、岩粉，并用炮棍探明炮眼深度、角度。

按作业规程规定要求，确定炮眼装药量。

（2）按炮眼装药量，先将药卷一个接一个地送进眼口，然后一手拉住雷管脚线，另一手操作炮棍，把药卷轻轻推进眼底。

推进药卷时，不得猛力冲击，以防雷管脚线损坏，确保炮眼内的药卷间彼此密接。

      （3）对仰角大的炮眼装药时，将药卷一个接一个地送进眼口，最后装1段-2段泡泥随药卷仪器推进眼底，并用炮棍轻轻压一下，以防去掉炮棍后药卷掉出来。

      （4）对有水的俯角炮眼装药时，必须把一定数量带有防水套的药卷一次送入炮眼内，其外口必须立即封炮泥，并要求随装随放。

      （5）炮眼内药卷安置顺序符合作业规程规定的爆破方向，药卷和雷管的骤能穴朝向爆破方向，即：

正向起爆的药卷要一致朝向炮眼底，反向起爆的药卷要一致朝向炮眼口。

      （6）不准出现盖药和垫药。

在有瓦斯煤尘爆炸危险的工作面，都必须采用正向起爆，不能采用反向起爆。

      （7）装药和填装泡泥工作最好是单人操作，也可以2人操作。

装填工作须按先底眼后中间眼再顶眼的顺序进行。

每装好一个眼后，随即将脚线端部扭结，盘放在眼口。

      （8）填装泡泥时须用一只手拉住雷管脚线，另一只手持炮棍送泡泥。

开始进入一二节泡泥要轻轻捣，再送进水泡泥，而后送进泡泥，依次轻轻捣实，不得使劲冲击。

      （9）填装泡泥长度必须符合安全规定要求。

      （10）炮眼装药时，必须先检查后装药，详见“十不装药”的要求。

      5、放炮时的安全要求

      为确保放炮工作的安全，有下列情况之一者，不准放炮。

（1）采煤工作面工具未收拾好，机电设备、电缆未加保护，不准放炮。

（2）工作面未检查瓦斯浓度或放炮地点附近20m以内风流中瓦斯浓度达1%时，不准放炮。

      （3）在有煤尘爆炸危险的采煤工作面，放炮地点附近20m以内未经清扫煤尘和洒水降尘，不准放炮。

      （4）工作面风量不足，而又未改善通风状况以前，不准放炮。

      （5）工作面上、下安全出口不安全畅通，工作面顶板、支架不完整，煤壁片帮、有伞檐等不安全隐患而又未处理时，不准放炮。

      （6）放炮母线长度不够又未挂好，不准放炮。

      （7）不执行一次装药、一次起爆（在采煤工作面可以采用分组装药，但一组装药必须一次起爆），不准放炮。

      （8）放炮器不防爆或有故障，一个采煤工作面同时使用2台以上（含2台）放炮器，不准放炮。

      （9）工作面人员没有撤离到警戒线以外的顶板、支架完好的安全地点，不清点人数，未设好警戒岗哨，不准放炮。

      （10）不发出三声放炮信号，不准放炮。

（二）装煤

      放炮崩落的煤一部分因爆破崩入刮板输送机外，其余的煤由人工装载。

在装载前应首先检查端面空顶范围及煤壁，若发现问题，处理后在攉煤。

人工装载劳动强度大、效率低，应设法增加爆破装煤比列。

     （三）运煤

      采煤工作面的运输方式主要根据落煤方式及煤层倾角来确定。

倾斜工作面可采用铁溜槽或搪瓷溜槽，缓倾斜工作面主要采用刮板输送机。

推移刮板输送机时，可根据工作面具体情况，采用逐节推、间隔推或几节同时推，但在弯曲段不能出现急弯。

在推移刮板输送机时应注意随时调整推移步距，保持刮板输送机的平直状态，减小其运行阻力，预防卡（掉）链事故的发生。

推移刮板输送机时输送机正常运行，此时若发现运行阻力增大或卡链时，要及时停机检查，找出原因并处理好后方可再推移。

      （四）支架

      炮采工作面常用金属支柱或木支柱。

顶板完整时用点柱。

一般常用三、四排或四、五排控顶、人工架设。

其操作及安全措施见本章第二节、第三节、第四节。

      （五）回柱放顶

      回柱放顶是采煤工作面生产中一项重要工序。

为保证采煤工作面的安全及足够的工作空间，应减小放顶步距。

回单排柱比回双排柱虽然增加了回柱次数及准备工作量，但支柱承压时间短，放顶后顶板活动量小，操作安全。

其具体要求、操作安全措施见本章第五节。

      二、采煤工作面循环作业图表和劳动组织

      为使采煤工作面按计划、有节奏地持续稳产稳高，需要充分发挥人的能动作用，使采面空间、工作时间和设备得以充分利用，因此要合理组织劳动生产，采用正规循环作业。

      采煤工作面循环作业，就是完成一个采煤工艺并周而复始的采煤过程。

通常随工作面推进，按规定步距回一次支柱，则标志着完成一个“循环”。

      正规循环作业，系指按工作面生产过程配套的工种及定员，一昼夜内，遵循一定采煤工艺顺序，保证质量，按时完成既定任务，并周而复始地进行采煤作业。

      为了便于管理生产，正规循环作业常用循环图表来表示，它包括循环作业图、技术经济指标图、劳动组织表和工作面布置图。

其作业方式有：

三班采准平行作业；两班半出煤，半班准备；两班出煤，一班准备。

   第二节 炮采、普采工作面的支护材料及使用

      在地下采煤时，为了维护采煤工作面的有效使用空间，防止顶板冒落，保证安全生产，必须合理选择支护材料。

普采、炮采工作面支护材料和支护设备有：

木材、金属顶梁、摩擦式金属支柱、单体液压支柱、液压切顶支柱等。

      一、木支护

      目前，我国仍有一些中小型煤矿使用木材作为采煤工作面的支护材料。

木支护的优点是支柱制作简单，并具有一定的支撑能力和可缩性，顶板来压时还有响动，起到警示信号作用；木支护的缺点是支设劳动强度大，支柱复用率低。

（一）木支护的种类

      1、点柱

      支护成排支设，垂直于顶底板。

平行于工作面支护的支柱叫排，排距依循环进度而定，一般为0.8m-1.2m；垂直工作面支设的支柱叫行，行距也叫柱距，柱距一般为0.6m-1.1m，均匀地分布在工作面内支撑顶板。

顶板比较松软或破碎时，应在顶板与支柱间“戴帽”，支柱与底板间垫柱鞋。

      2、木棚子

      木棚子是用较长的圆木或半圆木作顶梁，梁下有2根-3根木支柱形成一梁两柱或一梁三柱。

采煤工作面采用木棚子支护时，其形式有：

顺山棚子和横板棚子。

木棚子支护时，棚腿必须砍口，棚腿与棚梁间要接触严密，不要加楔子。

      3、木垛

      木垛由矩形或圆形的坑木组成，用圆木时最好将相对两个面削平以使木垛平稳。

木垛形式有正方形、长方形、三角形三种。

      4、密集支柱

      密集支柱是由直径大致相等、沿工作面靠采空区侧加密布置支柱，其作用是加强切顶。

密集支柱的排数根据顶板压力、采空区选定及基本柱距决定，可用一排或两排。

分组支设的密集支柱叫分组密集，每组密集之间相隔0.8-1.2m作安全出口。

      5、丛柱

      丛柱是由一组紧挨着成丛状的支柱组成。

每组丛柱数量为3-6棵，丛柱间距为4-10m。

丛柱有很大的刚性，支撑能力大，但易造成集中压力，圆木需用量大，又难回收，只在特殊情况下使用。

（二）木棚子的架设操作

（1）先把柱窝为位置找好，其位置必须符合作业规程规定的质量标准。

（2）挖好柱窝，柱子不能打在浮煤、浮矸上。

      （3）量柱子。

木柱高度等于顶板至柱窝底处高度减去棚梁和梁板厚度，选择符合要求的柱子。

      （4）立柱。

要大头朝上，其位置要与相邻的柱子横竖成直线，柱根用煤堆好，防止倒柱砸人。

      （5）上棚梁。

棚梁的宽度一定要不柱子的直径大，梁的拱面向上。

上梁时，双手托梁放在棚柱上，随即在棚梁上边放好楔子，然后人站在棚子上方，找正位置，用锤由斜上方向下打紧打牢。

之子打紧后，在敲打时会发出清脆的声音。

      （6）背顶。

背顶长度要大于两架棚子的距离，一般要大出200mm背板（或串杆）应成双数且均匀排列。

      （7）木柱和木梁应为鸭嘴式接触。

      （8）楔子要打在梁和背板之间，柱肩上要背实打紧。

严禁把楔子打在梁柱接口内。

      （9）顺山棚子要平行于工作面架设：

      ①顺山棚子排与排之间棚梁接头处要对接严密，两架棚梁之间不得留有空隙，以免发生抽顶。

      ②顺山棚子必须一梁两柱或一梁三柱。

在一般条件下，不准彼此搭接借以少打一根柱子。

特殊情况下，可按作业规程规定执行。

      ③顺山棚子之间不准加点柱，特殊情况如柱距不够宽时，可增加支护密度。

      ④楔子必须加在柱顶处梁上，不准在一颗柱顶梁上加两块或两块以上木楔。

      ⑤棚梁上除楔子外，还应插好小板，以防顶板掉碴。

小板应背紧，其数量应为双数，并受力均匀。

      （10）横板棚子（与工作面垂直）及连锁棚子：

      ①棚板棚子的棚梁必须垂直工作面，不准歪斜，以免来压时被扫倒。

      ②横板棚梁上与柱顶之间不准垫楔子，柱顶梁上必须背实。

      ③连锁式棚子，柱顶背岩石后，尽量将棚梁头的临时楔子回掉，以房子受压时顶梁折断。

      ④使用圆坑木做梁时，必须把梁与柱接触部分削平，柱腿必须使用鸭嘴式，鸭嘴柱与横梁间不得有空隙，不得打楔子。

      一般木材的强度如表1-1

   表1-1 木材强度表

   木材名称 抗压强度/MPa 抗拉强度/MPa 抗弯强度/MPa 

   黑松 43.12 49.98 68.89 

   落叶松 62.34 68.21 80.95 

   马尾松 29.78 98 7.06 

   垂柳 28.87  8.57 

   樟木 31.26 65.07 8.82 

   黄松 56.84 98 29.60 

   白松 36.26 51.45 10.00 

   栗木 34.60 58.60 57.04 

   桧木 50.67 56.15 78.70 

      二、摩擦式金属支柱的类型及使用

（一）摩擦式支柱的类型

      目前，煤矿使用比较多的摩擦式金属支柱有两种类型。

      一种是微增阻支柱。

它的活柱斜度小于1：

500。

微增阻支柱在工作过程中支柱工作阻力增加缓慢，如图1-3所示。

曲线1是微增阻摩擦支柱特性曲线，它的工作阻力开始增长较快，当达到初工作阻力后，随支柱下缩而压力增加缓慢，它的可缩量比急增阻支柱大。

      另一种是急增阻支柱。

它的活柱斜度为1：

300。

急增阻支柱工作时，随着活柱的压缩，工作阻力急剧增加，支柱可缩量小，其特性如图1-3中曲线2。

（二）摩擦式金属支柱的选择

      金属支柱型号选择主要依据工作面煤层厚度、采高、顶板岩性等因素来确定。

      HZJA型支柱是急增阻金属支柱，它适用于顶板下沉量小于100mm，采高在1.3m以下的缓斜采煤工作面。

      HZWA型支柱是微增阻金属支柱，它的适用条件是：

（1）煤层倾角小于25°，倾角在25-30°时采取安全措施后也可使用；

（2）采高在1.3-2.4m，当采高不大于2.7m、顶板压力不特别大时也可使用；

      （3）顶板不宜过软，顶板最终下沉量小于400mm。

      金属支柱高度可由式（1-1）、式（1-2）确定。

      支柱最大高度

                         H1=M1-b  （1-1）

      支柱最小高度

                         H2=M2-h-b-a （1-2）

   式中 M1--煤层最大采高，mm；

         M2--煤层最小采高，mm；

         h--顶板最小下沉量平均值，mm；

         a--支柱的卸载安全高度，一般取50mm。

      （三）采煤工作面金属支架的架设

（1）工作面使用金属支柱时，必须与金属铰接顶梁配套。

特殊情况下按作业规程执行。

（2）摩擦式金属支柱若有顶盖丢失、柱体弯曲、楔组错位、锁箍变形和弹簧失效，不得使用。

      （3）金属顶梁如果变形，焊缝开裂，不得使用。

      （4）挂金属铰接顶梁的操作要求：

      ①工作地点顶板暴露出来后，要立即挂金属铰接顶梁护顶，即一人把梁竖起，接头朝上，其接端插到原支架顶梁的梁耳内，另一个人把圆销子插进去；

      ②用手把顶梁托向顶板，迅速在顶梁铰接口处插上水平销。

顶梁要垂直煤壁，并把梁调直、调平后，用锤子轻轻打紧，使顶梁受力而悬起，悬起的顶梁与顶板之间要留有一定空隙，便于插顶；

      ③按作业规程规定，在顶梁上均匀布置串杆，梁头和柱肩要垫实；

      ④顶板破碎和再生顶板，串杆顶上必须用竹巴背严，空顶要刹实；

      ⑤持锤打紧水平销，使顶梁和顶板间接紧。

如果顶板压力较大时，顶梁下需打上临时柱，防止把梁压下来造成事故。

      （5）架设摩擦金属支柱的操作要求：

      ①架设支柱时，必须两人操作；

      ②先找柱窝，同时找好排距、柱距和迎山角位置，将支柱竖起来，柱锁水平楔小头转向煤壁，以便回柱；

      ③由一人抽出活柱至所需顶梁位置，并卡在梁牙上，另一人立即打紧柱锁水平楔；

      ④使升柱器挂在柱锁上，其U型夹套在活柱上，并打紧升柱器夹紧活柱后，松开柱锁水平楔；

      ⑤操作升柱器手把，使活柱上升达到支柱撑紧为止，支柱顶盖必须与顶梁相吻合，以防偏心承载；

      ⑥持锤打紧锁上的水平楔，并先轻后重逐渐打紧，把柱子打成一个整体响声为止；

      ⑦打紧水平锁、升柱楔和水平楔时，周围不准站人，以免用劲过猛，打偏锤伤人。

打紧或打松及升柱时，要一手扶柱锁，另一手持锤或升柱器，不要手持活柱芯子，以免活柱突然下降把手挤伤。

      三、单体液压支柱的类型与安全操作

（一）单体液压支柱的类型

      单体液压支柱按升柱时工作循环方式分为外注式和内注式两个类型。

      1、外注式单体液压支柱

      额定工作阻力245-294kN。

其主要特点：

工作介质（乳化液）由远距离的液压泵站通过液压管路，经专用的注液枪注入缸内。

回柱时，柱内乳化液需排出柱体，每支设一根支柱需注入一次乳化液。

      外注式单体液压支柱的主要优点是：

三用阀一体组装，零部件少，结构简单；初撑力靠泵站压力获得，可靠性高；升柱速度是内注式液压支柱的3-4倍，能提高支柱的支设效率；使用同一规格的支柱，外注式支柱自重减轻了5kg，减轻了工人劳动轻度。

      其主要缺点是：

液压管路系统较复杂；乳化液不能回收复用，增加了成本，且乳化液流失在工作面底板上，使底板岩面膨胀变软，影响支护效果。

      2、内注式单体液压支柱

      额定工作阻力为245kN。

工作介质为乳化油。

由内注式支柱本身的手摇泵升柱，初撑力大小由人力操作手柄来决定，降柱靠支柱的活柱自重进行。

      目前，在我国普遍推广使用是是外注式单体液压支柱。

（二）单体液压支柱的使用范围

（1）煤层倾角小于25°的采煤工作面。

若煤层倾角在25-35°之间，采取安全措施后也可使用。

（2）煤层底板不宜过软，支柱压入底板的深度按《采煤工作面质量标准》规定小于100mm，否则应采取加大底座或穿铁柱鞋的措施。

      （3）综采工作面端头支护和临时点柱。

      （4）一般薄及中厚煤层可使用单体液压支柱。

      （三）单体液压支柱的安全使用

（1）采煤工作面必须经常配备10%左右的备用支柱，立着存放于工作面附近的安全、干燥、清洁的地点，支柱的卸载手把处于“关闭”位置。

（2）采煤工作面严禁使用失效的单体液压支柱。

      （3）单体液压支柱工作面中，不得混合使用不同类型或不同性能的支柱。

确因地质条件的变化必须使用时，必须制定安全措施。

及时是使用同一类型的单体液压支柱，为保证单体液压支柱工作特性的一致，操作应注意以下几点：

      ①柱帽规格一致，柱鞋规格一致，不得带“病”使用，防止造成支柱对顶板实际支撑能力的差异；

      ②顶梁上必须加护顶插板时，木板规格应保持一致，架设规格也必须保持一致；

      ③支柱架设前必须清理底板的浮煤浮矸。

      （4）单体液压支柱入井前必须逐根进行压力试验，并编号登记造册。

      （5）采煤工作面回采结束后或使用时间超过8个月或在井下贮存3个月以上的单体液压支柱必须升井检修。

检修好的支柱必须进行压力试验，合格后方可使用。

      （6）为保证支柱有足够的初撑力，并且不小于50kN，升柱注液一定时间后方可停止操作。

支柱必须有防倒、防滑措施，严禁将支柱架设在浮煤浮矸上。

      （7）采煤工作面放炮时，必须采取防止损坏单体液压支柱的有效措施。

对崩倒、碰倒、损坏的支柱必须立即恢复或更换。

严禁在控顶区域内提前摘柱。

底板松软时必须穿柱鞋。

      （8）严格按照支护设