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三、采煤工艺
由于煤层的自然条件和采用的机械不同,完成回采工作各工序的方法也就不同,并且在进行的顺序、时间和空间上必须有规律地加以安排和配合。这种在采煤工作面内按照一定顺序完成各项工序的方法及其配合,称为采煤工艺。在一定时间内,按照一定的顺序完成回采工作各项工序的过程,称为采煤工艺过程。
1、采煤方法
采煤方法种类很多,目前世界主要产煤国家使用的采煤方法,总的划分
为壁式和柱式两大类。这两种不同类型的采煤方法,无论从采煤系统,还是回采工艺都有很大的区别。
壁式采煤法的特点是煤壁较长、工作面的两端巷道分别做为入风和回风、运煤和运料用,采出的煤炭平行于煤壁方向运出工作面,我国多采用壁式采煤法开采煤层。
柱式采煤法的特点是煤壁短呈方柱形,同时开采的工作面数较多,采出的煤炭垂直于工作面方向运出。
2、矿山压力
地下岩体在采动以前,由于自重的作用在其内部引起的应力,通常称为
原岩应力,因为开采前的岩体处于静止状态,所以原岩体是处于应力平衡状态,当开掘巷道或进行回采工作时,破坏了原来的应力平衡状态,引起岩体内部应力的重新分布,重新分布的应力超过煤岩的极限强度时,使巷道和回采工作面周围的煤,岩发生破坏,这种情况将持续到煤,岩内部重新达到新的应力平衡为止。此时,巷道和回采工作面周围的煤,岩体内形成一个与原岩应力场显然不同的新的应力场,这种由于在地下进行采掘活动而在井巷,硐室及回采工作面周围煤,
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岩体中和支护物上所引起的力,就叫矿山压力,简称矿压,也叫地压,岩压等等
3、长臂式采煤法
回采工艺与走向长壁采煤法基本相似,不同点是回采工作面沿走向布置,沿倾斜推进。即
在井田范围内,沿煤层走向布置主水平大巷,在大巷两侧沿倾斜向上山或下山方向掘进工作面的运输斜巷和回风斜巷,掘至采区边界后,掘进开切眼使两斜巷连通。在开切眼和巷道内安装设备,沿煤层倾斜方向,用仰斜或俯斜方式采煤。用本法开采单一薄层及中厚煤层,巷道布置十分简单(图3)。回采工作面有成对布置的,也有按单一工作面布置的。每个工作面长 150~200m或更长。工作面沿倾斜的推进长度即运输斜巷和回风斜巷长度,可达1000~1500m。在运输斜巷中铺设可伸缩带式输送机,回风斜巷中铺设轨道,用无极绳绞车或单轨吊车运送设备和材料。在厚煤层中采用本法时,由于掘进和维护长距离的分层回采斜巷比较困难,维护费用高,故需在煤层底板岩石中布置供各分层共用的集中巷,每隔150~200m开掘联络巷道,与分层回采斜巷相连接。各分层的回采斜巷可逐段超前于工作面掘进,并随采随废。各分层工作面回采顺序,可在保持一定错距的条件下,上下分层同时回采,也可在上分层工作面采至边界后再采下部分层,以利形成再生顶板。
倾斜长壁工作面按推进方向分仰斜开采和俯斜开采两种。如煤质较硬或顶板淋水较大,一般宜用仰斜开采;如煤层厚度大,煤质松软容易片帮,宜用俯斜开采。回采工作面一般应朝大巷方向推进,即水平大巷上方的煤层用俯斜方式开采,水平大巷下方的煤层用仰斜方式开采,以利于工作面通风和巷道维护。在地质条件适宜的矿井中,本法与走向长壁采煤法相比,优点是:①巷道布置简单,巷道掘进和维护费用低,投产快。据苏联矿井对比资料,在相同的矿山地质条件下,倾斜长壁开采比走向长壁开采的巷道长度减少10~20%,大型矿井的建设工期可缩短1~2年。②运输系统和通风系统均较简单,回采工作面技术经济效果好。③易于实现等长工作面,减少了由于工作面长度变化而增加拆装自移式液压支架和接长或缩短输送机的工序。本法的缺点是倾斜巷道距离长,使辅助运输和行人比较困难。中国自70年代开始推广使用。适用于倾角12°以下的煤层,机采和炮采可扩大应用于开采15°~18°的煤层。国外采用俯斜综采工作面开采倾角为33°的煤层已获成功。
4、采煤工作面作业规程的编制
(1) 编制采煤工作面作业规程的依据 ① 采区设计、 ② 采、掘工程图; ③ 采煤工作面地质说明书;
④ 本煤层及邻近采区的矿压观测资料;
⑤ 本煤层类似采煤工作面的开采经验,存在的问题,以及解决问题的途径
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和方法等;
⑥ 矿、采区对本工作面的开采要求,包括产量、效率、材料消耗、煤质、 (2) 作业规程的内容:概况、地质情况、采区巷道布置示意图、采煤工艺、直接成本等。
顶板管理方法、工作面机电设备、正规循环作业图及劳动组织表、主要技术经济指标表、安全技术措施。
作业规程的编制与审批步骤: ① 明确任务;
② 召开工人、干部、技术人员三结合会,研究生产技术和安全问题; ③ 具体编制作业规程,一般复写 3~4 份上报; ④ 审批; ⑤ 贯彻执行;
⑥ 作业规程在执行中如条件发生变化时,应及时进行修改,或编制补充措 (3) 特殊条件下安全技术措施的编制 安全技术措施的内容
① 对特殊情况的说明,通常附有示意图; ② 对问题的处理方法(措施)要具体; ③ 处理问题时的组织分工,责任要明确。 (4) 安全技术措施的编制步骤和方法
① 调查研究,把需要处理的特殊情况搞清,有时需要地质、测量、矿压等 ② 召开工人、干部、技术员三结合研讨会,确定问题的解决办法; ③ 由采煤技术员按研究确定的处理方法编制安全技术措施; ④ 上报矿里经总工程师批准;
⑤ 向参与处理问题的有关人员贯彻,要求严格遵照执行;
⑥ 特殊情况处理后,要向有关领导汇报,经同意后,才使采煤工作面转入正常生产。
施。
有关人员帮助搞清;
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四、掘进施工
掘进工艺是指岩土掘进工程中所采用的各种不同工序和达到所要求的技艺水平。普通掘进法的工序包括钻眼(孔)、爆破、通风、装运岩碴、支护及其他一些辅助工序,每个工序都有本身的技术、工艺水平要求。其他掘进方法,亦有相应的工序及其工艺水平要求。
1、井巷掘进与支护
开采地下矿藏之前,须按合理的采区巷道布置,开凿一定数量的井筒、巷道,通达矿床或煤层;如围岩不稳,还须进行支护;这项作业总称井巷掘进与支护,也称井巷工程。矿井井巷用于提运矿石或煤、矸石、人员、材料、设备和通风、排水、铺设管线等。硐室多布置在井底车场或运输巷道一侧,有的作为工作场所,如值班室、调度室、等候室等;有的作仓库,如装载矿仓或煤仓、水仓、消防材料库、炸药库等;有的还安装机电设备如水泵房、变电所、破碎机等。
金属矿山或煤矿矿井的建设,包括井巷、土建、机电设备安装三类工程。其中,井巷工程因受井下同时掘进工作面数目的限制,是影响矿井建设总工期的主要方面。井巷工程量依据矿体的埋藏深度和赋存条件、矿井生产规模、矿井开拓方式、开采方法等的不同而变化。提高矿井施工速度,抓住建井连锁工程,做好三类工程的综合平衡,是保证矿井早日投产的关键。
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凿井 立井 井筒是矿井的咽喉。井筒工程量约占井巷工程总量的5~10%,而井筒工期却占建矿或建井总工期的30~55%。因此,加快井筒施工速度,对加速矿井建设具有重要意义。平巷、斜巷工程量一般约占井巷工程总量的90%左右,其中平巷工程量约占井巷工程总量的70%,应选择合理的施工方案,组织快速掘进,以缩短建矿工期。井筒施工根据岩层稳定程度和涌水量大小,采用普通凿井法和特殊凿井法。前者用于稳定、含水量较小的地层;后者用于不稳定的含水地层和含水量大的稳定岩层。
普通凿井法 根据围岩稳定程度、井筒直径、井筒深度、涌水量大小、施工设备条件等因素,选取作业方式:①长段单行作业;②长段平行作业;③短段单行作业;④掘、砌、安一次成井等。单行作业所需掘砌设备较少,组织管理较简单,适用性较广;平行作业设备较多,组织管理较复杂,但成井速度较快。
特殊凿井法 根据临时加固井筒围岩或隔绝井筒涌水方式和破岩特点,凿井方法分为:降低水位法、板桩法、冻结凿井法、注浆凿井法、矿山钻井法、沉井法、混凝土帷幕法等。特殊凿井法的选择,取决于井筒所穿过的含水层深度、涌水量大小、土层或岩层赋存状况及物理力学性质、施工设备的技术条件等,有时也可用两种特殊凿井法配合施工。
巷道掘进 广泛采用一次成巷法,即将掘进、永久支护和水沟掘砌在一定距离内(50~100m)顺序完成。有条件时还应铺设永久轨道、安装永久管线。
井巷掘进通常采用凿岩爆破法,其工序包括:凿岩或钻眼、装药、爆破、通风、装岩、、运输、提升等。
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