倾斜柔性掩护支架采煤法.doc

伪倾斜柔性掩支架采煤法

掩护支架采煤法是较成功的一种采煤方法，最早使用是沿倾斜下行回采的平扳型掩护支架采煤法。这种采煤方法如图一所示，先在区段范内沿走向划分成宽20——30米的倾斜条带，每个条带内掘进四条相距6米的溜煤眼贯通区段运输平巷和回风平巷。掩护支架在回风平巷内安装，支架宽度比煤厚约0.3—0.5米，支架长度约等于倾斜条带的走向度。安装好支架后，先在支架下面用风镐或钻眼爆破的方法采落溜煤眼周围的煤，形成沟形工作面。
采落的煤炭沿溜煤眼放至区段运输平巷。随着采煤，掩护支架靠自重和支架上首落矸石重量的作用，沿倾斜方向自动下滑，直到采完整个倾斜条带，最后在区段平巷上方拆除支架。这种方法的通风路线是：新风-----区段运输平巷-----一段溜煤眼-----倾斜条带-----另一端溜煤眼和相邻条带的联络横巷与溜煤眼-----回风平巷。
这种采煤方法的优点：（1）消除了繁重的工作面支架和顶扳管理；（2）工作安全可靠；（3）减少了坑木消耗。缺点：（1）掘进量大；（2）工作通风条件差，煤尘大，工人劳动条件差；（3）工作面连续推进距离短，造成掩护支架安装、拆除及运输频繁，准备工作量大。
1965年，淮南大通煤矿在大量实践的基础上对掩护支架采煤法进行了改变，将沿倾斜方向推进的平扳型掩护支架，改为沿走向推进的伪倾斜柔性掩护支架，目前这种采煤方法已普遍应用。
一、采区巷道布置及生产系统
（一）采区巷道布置
采区巷道布置如图二所示，图中表示双翼采区一翼的第一区段，采区一翼走向长约300米，沿倾斜划分三个区段，区段高度为30-----40米。
采区运输石门1贯穿煤层后，向上掘一组上山眼（2、3、4）直到采区上部回风石门8，形成通风系统后，再从上山眼开始掘区段运输平巷6和回风巷7至采区边界5米处，由区段运输平巷向上掘两条切割眼9，作为回采开始时的运输、行人和通风、运料，在工作面下端，区段运输平巷上面3---5米掘进前顺槽11，沿走向每隔5---6米，掘溜煤小眼12贯通区段运输平巷与超前顺槽。
在区段回风平巷中安装掩护支架，利用两条切割眼逐步把水平铺设的掩护支架 一端下放到与水平面成25度-----30度夹角的伪倾斜位置，这样就形成了伪倾斜回采工作面，然后在掩护支架下进行正常的回采工作，在回采过程中使工作面经常保持这一伪倾斜位置，向采区上山方向后退回采。
近年来为了增大采区生产能力，实现集中运输，提高采区回采率，减少支架安装拆卸次数，以节省人力和降低材料消耗，有些矿井在煤层地质条件许可下，对采区巷道布置进行了一些改进，增加区段高度，加度工作面长度，用伪倾斜上山（或溜之大吉煤眼）把工作面分段，每段长度为30---40米，如图三所示。上段工作面超前下段工作面1---2米，每段工作面采出的煤分别沿相应的伪倾斜上山（或溜煤眼）运到区段运输平巷。伪倾上山按25度---30度伪倾角沿煤层底扳布置，巷道高度可不超过1.4米，一般采用梯形棚子支护，分为两个间隔，一侧铺溜槽运煤，一侧行人通风。
（二）生产系统
工作面采落的煤自溜到区段运输平巷，运至采区溜煤眼，下放到石门装车外运。工作面所需的材料，设备由回风平巷进入。新鲜风流从采区石进入，经行人眼，至区段运输平巷，到回采工作面；泛风从工作面经区段回风平巷到采区回风石门排出。
二、掩护支架的结构
柔性掩护支架主要组成部门为钢梁和钢丝绳，钢梁面铺设金属网与竹笆帘。钢梁之间用等宽大扳或方木充塞，然后用绳卡将钢丝绳上紧，使其成为一个具有柔性的整体。近年来某些煤矿结合本矿区煤层开采条件和技术水平因地制宜地创制了多种掩护支架结构。
（一）平扳型掩护支架，这种支架是我国最早使用的一种结构简单的掩护支架，它采用比煤层厚度小0.3---0.5米的直钢梁，密集排列于数根钢丝绳上，然后用螺栓，夹扳连接成为一个具有柔性的整体结构物，如图四所示。钢梁排列的密度，根据煤厚每米3---5根，当煤厚大于4---5米时，可取每米5根。
钢梁材料可采用矿用工字钢，V型钢，钢梁排列保持20---30厘米空隙，中间用方木或圆木。钢丝绳直径为22---43.5毫米，钢丝根数随架宽而定，架宽小于2米为2根，架宽2---3米，采用2---3根，架宽大于3米时，采用4---5根。
为防止钢丝绳松捻，其两端要做好封头，如图五所示。为便于井下运输，每段钢丝绳长度取15---20米。钢丝绳接头处须用5---6付绳长搭接。钢丝绳与钢梁用螺栓，夹扳联接成柔性整体且，还需在其上面交错铺设1---2层金属或竹笆，荆笆，并用压木及铁丝系于钢梁上，用于挡矸。网宽应比钢梁长度略短，以防放架时笆片被矸石挂住拉散，发生漏矸现象。
（二）八字形掩护支架
当煤厚为1.3---2.5米时，平扳型掩护支架下面地沟面积小，操作不便，通风不良。因此，可采用具有较大工作空间的八字型掩护支架，如图六所示。
这种支架为采用矿用工字钢制成的八字形钢梁，同样用钢丝、螺栓把八字形钢梁联接成整体，再铺上荆笆或金属网而成八字形掩护支架。
（三）组合梁型掩护支架
当煤厚大于5米时，可采用两根钢梁对接或搭接而成长度等于煤厚的一根钢梁，称为组合梁，如图七所示。把组合梁排列好，用钢丝绳、螺栓联接成一个整体称为组合梁掩护支架。这种组合梁掩护支架工作面为双地沟，能开采8米以上的急倾斜煤层。
（四）“<”型掩护支架
当煤层倾角小于60度时，为使支架便于下放和保持适当工作空间，可采用“<”型掩护支架。这种支架用矿用工字钢加工成“<”形梁，然后用钢丝。V型螺栓联接成整体，如图八所示。再铺上荆笆或金属网；在梁的下肢底端加焊一块铁扳，作为支架贴底下放时的撬扳。
（五）“7”字型掩护支架
它是由特制的“7”型钢梁及单排木梁用钢丝、螺栓、夹扳连接而成，如图九所示。
“7”字型钢梁下肢是既作为支撑又用于导向的长腿，钢梁间隔1米。使用时，底扳一侧的煤不须采净，以便“7”字型钢梁的长腿能紧贴底扳下滑。
三、以“八”字型掩护支架对该采煤方法作介绍
（一）“八”字型掩护支架沿煤层倾斜方向移动原理，“八”
字型掩护支架受力后，将力分布给八字拱脚（如右图）顶扳拱脚AB，在S力的作用下，牢牢地扎入顶扳煤壁，架子受F力的作用使架子向底扳切入，但在底扳拱脚CD段与底扳之间的矸石受挤压产生反作用力R，同时底扳拱脚CD在T力的作用下使架脚尖端插入煤壁，增加了抵抗下力的作用，使架子沿煤层倾斜方向下滑。
（二）回采工作
分阶段：准备回采、正常回采和收尾工作
1．准备回采
主要在回风平巷内安装掩护支架，并逐步下放支架，使工作面形成伪倾斜工作面，为正常回采作准备。
（1）先将回风平巷断面扩大到煤层顶底扳；
（2）从切割眼到5米处开始挖地沟，地沟位于切割眼之上，呈倒梯形；
（3）在地沟两侧沿走向放置钢丝绳，绳上每隔200---300毫米放一根钢梁，钢梁垂直于顶板，一端紧靠顶板并垫高，使梁有3---5度的倾角，以利于下放。钢梁从切割眼外3---5米的地方开始铺起。
（4）钢梁与钢丝绳夹板和螺栓联接好，
（5）随着铺梁要不断挖地沟并接长钢丝绳。钢丝绳接头处，作4---5个绳卡卡紧，防止支架受力后滑脱。联接时要注意将绳拉紧，每一根绳的拉紧程度要力求一致使其受力均匀。
（6）钢梁和钢丝绳联接好一段距离后（15米左右），在其上面铺荆条笆，将平巷的支架拆除，使上面的煤住冒落，如不自行冒落，应放炮崩落，使支架上面有一层2—3米厚的碎煤和矸石垫层，用以保护支架。如下图
（7）为了防止支架在下放炮过程中下滑，应使冒落地点距工作面上拐点的距离经常保持5米以上。
（8）在支架长度超过15米，并冒落好矸石垫层后，即可调整支架下放，下放支架利用切割眼来完成。在切割眼中打眼放炮，使支架一端（架尾）由水平逐步调斜下放，最后达到与水平面成25度--=30度的夹角，然后进入正常回采，如下图
2、正常回采
（1）在正常回采过程中，除了在掩护支架下采煤外，同时要在回风平巷中扩巷，挖地沟，按长支架，并在工作面下端顺槽中拆除支架。掩护支架下采煤，主要采用打眼放炮。其主要工序包括打眼、装药、联钱、放炮、铺溜槽出煤、调整支架等内容。
（2）布置炮眼应根据煤层厚度和煤的软硬确定，可用单排炮眼或双排炮眼，煤硬时，加打刷帮眼。
（3）放炮工作，最好全工作面一次放炮，以利于支架均匀下放。
（4）放炮后从工作面下端开始，逐渐向上铺搪瓷，溜槽出煤，随着出煤支架就逐渐下降，支架悬空的地方打点柱加以支撑，使支架的倾斜角度保持均匀一致，并与顶底板有一适当的迎山角（3度---5度），全工作面的碎煤出完后，整个支架沿走向推进一定距离，一般为0.8—1米，即为一个循环进度，然后拆除溜槽，再进行下一个循环的打眼、放炮、出煤、调整等工作。
（5）随着回采工作面向前推进，支架下端不断增长，因此要随时拆除一段支架成水平状态。将支架下的顺槽扩大，露出钢梁的两端，及时条点柱托柱，要求支架下面的空间保持1.2米以上的高度，以便拆架时进行操作。拆架时先卸掉螺栓，将钢丝绳经过溜煤小眼拉到区段运输平巷内，然后拆除点柱，回收钢梁经溜煤小眼运到区段运输平巷内，回收的钢梁和钢丝绳再经采区运斜眼运到回风平巷支架安装地点，重复使用。
3、收尾工作
当工作面推进到区段边界停采线时，在停采线靠工作面一侧掘两条收尾上山眼，两眼相距8—10米，沿倾斜每隔5米用联络平巷连通。支架安装到靠工作面一侧的收尾眼时，不再继续接长，然后利用收尾眼逐步减小工作面的长度和伪倾角度，并拆除上端多出的支架，最后使支架平放到超前顺槽的标高上仍用上述方法，把支架 全部拆除。如下图所示
四、应该注意的问题
（一）架子在压实够15米后才可下放，架尾应保持一段长2—5米的平架子，上翘不得超过15度，以防串矸子。
（二）架子初次下放时，架尾至少要有两个开切眼，且不得同时下煤，并留有一个眼口不准打眼。
（三）伪倾斜掩护支架工作面不得超过30米，一般应保持在25度为。
（四）工作面上端平架子长度不少于8米，压实碴不少于5米，老塘口到架头的距离不得小于2.5米。
（五）架内支柱顶端支设在钢梁拐点面内20毫米处较为适当，支柱下端支设在靠钢梁下肢拐点面内0.2米处，并打在底板上。
（六）打眼前必须将地沟内的虚煤攉净。
（七）放炮后任何人不准在虚煤上爬行。
（八）架子下口应保持正常透眼，不得提前用长钎子打眼崩透，以眩架子悬空过高，影响安全。
（九）放炮时，必须距下口出煤外30米处，独头巷道及架尾不得有人，更不能躲炮。必须在支护良好，有新鲜风流和有掩护的安全地点躲炮。
（十）放炮后的相关规定。
（十一）架子钢梁排距为0.2米，即要求每米安装5排。
（十二）架子装好后，地沟内要打两行点柱，点柱走向间距2—3米。
（十三）架上要铺设2—3层大笆片，大笆片和顶板架边齐头，和底板架边留有0.3米空隙，大笆片和架子钢梁间沿走向和顶底板方向每0.8米用双股铁丝拧结牢，笆片搭接头不少于0.4米。
（十四）钢丝绳接头搭接不少于2.5—3米，绳卡不少于5—6个，当架宽大于3.2米时，应把钢丝绳一头弯过来，搭在另一根绳上，再卡两个绳卡。
（十五）回柱（棚）必须使用机械，严禁手斧回棚回柱。
五、主要故障处理
伪倾斜柔性掩护支架采煤法放架容易出现的问题和主要故障有：
1、支架下放时产生扭斜
原因一般是铺架时未安装紧固，或支架经多次下放，钢丝绳受到反复拉伸，使联接钢梁的螺栓绳卡松动造成部分钢梁移动或出现扭斜。预防方法是注意加强支架安装质量和经常检修维护，发现支架扭斜时，应及时用点柱支撑。逐步调整，使其恢复正常状态。
2、窜矸
当顶板破碎或煤层变厚，煤质变软时，支架顶端的煤炭崩落出现空隙，使支柱上面老塘矸石大量下窜，或者由于炮破炮眼布置及药量不当，崩坏地沟两侧煤帮或顶底板。处理方法是，及时用斜撑撑住支架，并作木板，笆片做成假，堵塞孔洞，防止漏矸。
3、支架切入顶底板
发生这种故障，主要是爆破不当，崩坏顶或底板煤帮，使支架失去支撑从而向一侧倾斜逐渐切入顶板或底板，或者因煤层变落卡住支架及底板煤太硬未采净（指风镐落煤），使支架切入顶板。形成上述故障以后，必须打掉顶板或底板的局部岩石，加大支架切科尖的下放距离，使其恢复正常状态。
4、支架悬空
由于煤层变落，煤质松软，发生顶、底板煤片帮现象（特别在伪倾斜工作面的拐点处），造成支架失去支撑。此时，安适当利用主柱，撑木支撑住支架及顶底板空间，然后下放架子到正常位置。
5、断绳
由于操作管理不当，支架下放时产生褶绉，使钢绳受力过大，或因绳卡松脱，致使支架扭斜受力不均，从而造成断绳，脱绳，脱绳后，必须及时用8—12个绳卡将断脱绳两端连接好。下放支架过程中经常检查绳卡，螺栓是否拧紧，严重锈蚀，断丝、钢丝绳应更换；并尽量有采用全工作面一次放炮。
6、过架过断层或煤层落厚发生变化
当断层断距大于1米使煤层完全断脱时，只能撤架重铺。若褶曲或落厚变化不大，可适当挑顶，破底，并借助于留顶煤、底煤、调大支架仰角、俯角，经几次调整可使支架处于正常位置。职下图
7、支架过旧巷
支架过旧巷可采取打立柱，斜撑支撑和破碎顶板，撤除巷道中损坏棚子，利用煤矸填满底板空隙作为假底，并加强顶板管理，使支架安全通过旧巷。如下图
六、伪倾斜柔性掩护支架采煤法的优缺点及适用条件
1、优点：
（1）回采工艺简单，没有繁重的支护和回柱放顶工作，减轻了工人的劳动强度。
（2）工人在倾角为25—30度的伪倾斜回采工作面操作比较安全，避免了悬空作业，劳动条件较好。
（3）坑木消耗少，所而设备简单，成本较低。
（4）回采工作与掩护支架的安装，回收工作在不同地点进行，可以平行作业，工作面可实现三班连续出煤，产量高效率高。
（5）与倾斜条带平板型掩护支架采煤法和水平分层采煤法相比，回有械作面长度大，有利于提高产量，而且沿走向连续推进，搬家次数少，有利于安排工作面接续和均衡生产，同时咸少了掘进量。
2、缺点：
（1）掩护支架宽度不能自动调节，难以适应煤层厚度的变化。
（2）煤层变厚易丢煤，煤层变落支架不易下放或放不下来，处理时影响生产和效率。
（3）为尘含有夹矸难以排除，影响煤质。
适用条件：煤层赋存稳定，倾角大于60度，煤层厚度在1—5米的急倾斜煤层。