煤礦開采學(xué)講義：3-8柱式體系采煤法

PAGE1第十五章柱式體系采煤法（自學(xué)）柱式體系采煤法有兩種基本類型，即房式采煤法和房柱式采煤法。根據(jù)地質(zhì)和技術(shù)條件的不同，此類采煤法又有很多變化。柱式體系采煤法的實(shí)質(zhì)是在煤層內(nèi)開掘一系列寬為5-7m左右的煤房，煤房間用聯(lián)絡(luò)巷相連，形成近似于長條形或塊狀的煤柱，煤柱寬度由數(shù)米至二十多米不等一采煤在煤房中進(jìn)行廠煤柱可根據(jù)條件留下不采，或在煤房采完后，再將煤柱按要求盡可能采出。留下煤柱不采的稱為房式采煤法，既采煤房又采煤村的稱為房杜式采煤法。80年代以前，美國和澳大利亞主要采用這種柱式體系采煤法。但近年來，壁式采煤法在迅速增加，出現(xiàn)了長壁工作面采煤，巷道仍是采用柱式采煤法的多巷布置系統(tǒng)，利用煤房采出部分煤，同時(shí)為長壁工作面準(zhǔn)備出兩側(cè)平巷這種柱式與壁式相結(jié)合的采煤法，在美國和澳大利亞有較大的發(fā)展。

第一節(jié)柱式體系采煤工藝按落煤方式的不同，采煤工藝大致可分為兩大類：一類為傳統(tǒng)的放炮落煤工藝；一類為連續(xù)采煤機(jī)采煤的工藝。日前美國和澳大利亞般采用后者。連續(xù)采煤機(jī)采煤工藝系統(tǒng)按運(yùn)煤方式的不同，又可分為兩種：一種是連續(xù)采煤機(jī)-梭車-轉(zhuǎn)載破碎機(jī)-膠帶輸送機(jī)工藝系統(tǒng)；另一種是連續(xù)采煤機(jī)-橋式轉(zhuǎn)載機(jī)-萬向接長機(jī)-膠帶輸送機(jī)工藝系統(tǒng)。前者是間斷運(yùn)輸工藝系統(tǒng)，后者是連續(xù)運(yùn)輸工藝系統(tǒng)。一、連續(xù)采煤機(jī)一梭車工藝系統(tǒng)這種系統(tǒng)上要用中厚厚煤層，有時(shí)也用于厚度較大的薄煤層。其工藝系統(tǒng)如圖9-1所示。連續(xù)采煤機(jī)主要有橫滾筒和縱螺旋兩大類。在中厚煤層公中使用的都是橫滾筒。如喬伊(JOY)12CM型，就屬這一類。滾筒寬度2.9-3.2m，采煤機(jī)長9-10m，同時(shí)完成割煤與裝煤工作。梭車容量一般為7-16t，車高0.7-1.6m，車長8.0m左右，車寬2.7-3.3m，自重11-18t。為了將煤勻速送人膠帶輸送機(jī)，在輸送機(jī)前面設(shè)置了轉(zhuǎn)載破碎機(jī)，以利梭車快速卸載，并破碎大塊煤錨桿機(jī)是系統(tǒng)中的重要設(shè)備，大多為拖電纜膠輪自行式（也有簡易手提的），打錨桿也是作業(yè)中耗時(shí)較多的一道工序，采煤機(jī)與錨桿機(jī)輪流進(jìn)入煤房作業(yè)先采煤到定進(jìn)度（例如6m），采煤機(jī)退出至另一煤房采煤，錨桿機(jī)進(jìn)人進(jìn)行支護(hù)。這種工藝系統(tǒng)與傳統(tǒng)工藝系統(tǒng)相比，機(jī)械化程度商，大大減少了作業(yè)人員。一般采用三班作業(yè)制，每班配備7-9人，工效較高。二、連續(xù)采煤機(jī)-輸送機(jī)工藝系統(tǒng)這種系統(tǒng)是將采煤機(jī)采落的煤，通過多臺(tái)輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至膠帶輸送機(jī)上。其工藝系統(tǒng)如圖9-2,所示。這種系統(tǒng)主要用于薄煤層，在中厚厚煤層的使用也呈上升趨勢(shì)。這種連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)克服了梭車間斷運(yùn)輸產(chǎn)生的影響，且有利于在薄煤層中應(yīng)用。雞西小恒山煤礦采用的就是這種工藝系統(tǒng)。所用采煤機(jī)為MK-22型，采用縱向螺旋滾筒，滾筒長1.2m，一般可鉆進(jìn)1.1m。兩滾筒一上一下（前上后下）向左（向右）擺動(dòng)割煤，最大擺動(dòng)角度為900，不挑頂，不臥底。其割煤方式如圖9-3所示。連續(xù)運(yùn)輸設(shè)備是由一臺(tái)橋式轉(zhuǎn)載機(jī)和三臺(tái)萬向接長機(jī)（自行輸送機(jī)、互相鉸接）、一臺(tái)特低型膠帶輸送機(jī)組成。由于薄煤層巷道低，條件較差，為方便運(yùn)送人員、設(shè)備和材料及清掃浮煤，設(shè)一臺(tái)鏟車。連續(xù)采煤機(jī)采煤后，若頂板不太穩(wěn)固，可先用金屬支柱臨時(shí)支護(hù)，永久支護(hù)采用金屬錨桿或樹脂錨桿，邊打錨桿邊回撤臨時(shí)支柱。一臺(tái)采煤機(jī)配備2臺(tái)頂板錨桿機(jī)，進(jìn)行頂板打眼和安裝錨桿

第二節(jié)采謀方法特點(diǎn)一、房式采煤法這種采煤方法的特點(diǎn)是只采煤房不回收煤柱，用房間煤柱支承上覆巖層圖9-4為美國某礦井采用連續(xù)采煤機(jī)一梭車工藝系統(tǒng)的房式采煤方法。主巷由5條巷道組成，盤區(qū)準(zhǔn)備巷為3條，在盤區(qū)巷兩側(cè)布置煤房，形成區(qū)段。盤區(qū)一翼前進(jìn)，另一翼后退一采取較大的煤柱（60m）維護(hù)主巷。區(qū)段由6個(gè)房同時(shí)推進(jìn)房寬7m，煤柱尺寸為8m·8m，區(qū)段間煤柱寬為8m．因受地質(zhì)構(gòu)造影響，房長約220m。房式采煤法根據(jù)煤柱尺寸和形狀還可分為很多種形式，如長條式、切塊式等。但其基本布置方式相似。房式采煤法主要適用于頂板穩(wěn)定、堅(jiān)硬的條件，根據(jù)頂板性質(zhì)來確定房和柱的尺寸，采出率可達(dá)50%-60%。當(dāng)為保護(hù)地面采用房式采煤法時(shí)，留設(shè)的煤柱尺寸不宜太小。西山西曲礦回收高壓輸電鐵塔下的煤柱，采用了房式采煤法該礦為低瓦斯礦井，近水平煤層，平均厚度2.2m，采用LN-800連續(xù)采煤機(jī)及其配套的10SC22-40B型梭車，TD1-45型錨桿機(jī)等設(shè)備。煤房寬度5m，房間煤柱寬為15m。采煤工作在區(qū)段內(nèi)三個(gè)煤房中交替進(jìn)行，其布置如圖9-5所示。二、房柱式采煤法這種方法的特點(diǎn)是房間留設(shè)不同形狀的煤柱，采完煤房后有計(jì)劃地回收這些煤柱。（一）切塊式房柱式采煤法通常把4-5個(gè)以上煤房組成一組同時(shí)掘進(jìn)，煤房寬5-6m，煤房中心距為20-30m,每隔一定距離用聯(lián)絡(luò)巷貫通，形成方塊或矩形煤柱。煤房掘進(jìn)到預(yù)定長度后，即可回收煤柱。圖9-6為一典型切塊式房柱式采煤法布置方式。在圖中主巷由5條巷道組成，中間三條進(jìn)風(fēng)，兩邊各一條回風(fēng)。采用膠帶輸送機(jī)運(yùn)煤。主巷一側(cè)的獨(dú)頭短巷，用來堆放矸石，以便矸石不外運(yùn)；在主巷另一側(cè)布置盤區(qū)，盤區(qū)內(nèi)不再布置盤區(qū)準(zhǔn)備巷道，直接多房推進(jìn)然后返回回收煤柱。盤區(qū)由5條煤房組成，房寬5m，留方形煤柱，房與房中心距為29m盤區(qū)間留設(shè)24m長條形煤柱。該煤柱也可在后退回收煤柱時(shí)采出。煤柱回收方式因主巷工藝方式、煤柱尺寸和圍巖條件的不同而異，主要有袋翼式和外進(jìn)式兩種。1．袋翼式袋翼式是使用連續(xù)采煤機(jī)采煤時(shí)的一種常用方式。這種方式是在煤柱中采出2-3條通道做為回收煤柱時(shí)的通路（袋），然后回收其兩翼留卜的煤（翼），通道的頂板仍用錨桿支護(hù)。通道不少兩兩條，以便連續(xù)采煤機(jī)、錨桿機(jī)輪流進(jìn)人通道進(jìn)行采煤工作。當(dāng)穿過煤柱通道打通時(shí)，連續(xù)采煤機(jī)斜過來對(duì)著留卜的側(cè)翼煤柱采煤，側(cè)翼采煤時(shí)不再支護(hù)，邊采邊退出，然后頂板冒落為了安全，在回收側(cè)翼煤柱前，在通道中近采空區(qū)一側(cè)打１排支柱儀。如圖９一７所示。圖中數(shù)字表示連續(xù)采煤機(jī)在煤柱中的采煤順序。當(dāng)進(jìn)至16后，采煤機(jī)轉(zhuǎn)至另外的房（柱）內(nèi)工作。2．外進(jìn)式當(dāng)煤柱寬10-12m左右時(shí)，可直接在房內(nèi)向兩側(cè)煤柱進(jìn)刀，如圖9-8所示。（二）“汪格維里”采煤法（以澳大利亞一個(gè)煤層名命名）在盤區(qū)準(zhǔn)備巷道一側(cè)或兩側(cè)布置長條形房柱，如圖9-9所小長條形房柱寬約15m,長約65-95m.條形房柱內(nèi)先采房，房寬6m，到邊界后，后退回出9m寬的煤柱。盤區(qū)準(zhǔn)備巷道長度按地質(zhì)條件和膠帶輸送機(jī)長度確定。長條房柱間的回采順序一般用后退式兩側(cè)布置時(shí)，也可以一側(cè)前進(jìn)式，另一側(cè)后退式。自運(yùn)輸大巷起，沿煤層傾向，開掘３條準(zhǔn)備巷道，中問為膠帶輸送機(jī)巷，一側(cè)為材料巷，另一側(cè)為回風(fēng)巷。每林隔20-25m開聯(lián)絡(luò)巷，巷寬4.5--6.0m，巷間煤柱尺寸為14m×15m或10m×25m。準(zhǔn)備巷道兩側(cè)的煤層沿傾斜劃分為若干區(qū)段在區(qū)段中央，大致順走向開掘區(qū)段巷道。區(qū)段巷道兩側(cè)的煤房，沿走向劃分為若干采段。采段中央自區(qū)段巷道向邊界開一條回采中巷，將采段分為左右兩翼在第一個(gè)采段的一側(cè)邊界開兩條巷道，一為采段回風(fēng)巷，一為其輔巷，并與回采中巷用瓦斯尾巷相通。另一側(cè)邊界在回采過程中留出下一采區(qū)的回風(fēng)巷，下一采段不再開掘輔巷?；夭芍邢飪蓚?cè)煤體被劃分為若干長條，每一長條內(nèi)包括一條煤房和一條待采煤柱。所有巷道斷面軍均為矩形，寬度為4.5-6.0m，高度與煤層厚度相同。用樹枝錨固的金屬錨桿和波形鋼帶支護(hù)，錨桿長度1.2-1.6m，矩形或?qū)遣贾?。小恒山礦采用這種采煤法，一平均月產(chǎn)星為16270t，最高月產(chǎn)舉為21175t，平均效率13．256t／工。比相同地質(zhì)條件下長壁普采的指標(biāo)要好。

第三節(jié)適用條件及評(píng)價(jià)柱式體系采煤法在美國、澳大利亞、加拿大、印度和南非等國廣泛應(yīng)用。目前在美國的地下開采中，這種采煤方法的產(chǎn)量約占50%。澳大利亞使用房柱式采煤法所占的比重也較大。我國已引進(jìn)多套連續(xù)采煤機(jī)配套設(shè)備，在雞西、大同、西山、黃陵礦區(qū)和神府大柳塔等礦使用。植式體系采煤法有以下優(yōu)點(diǎn)：①設(shè)備投資少，一套柱式機(jī)械化采煤設(shè)備的價(jià)格為長壁綜采的四分之一到子五分之一（均以20世紀(jì)80年代中期進(jìn)口價(jià)格計(jì)算）；②采掘可實(shí)現(xiàn)合一，建設(shè)期短，出煤快；③設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，搬遷快；④巷道壓力小，便于維護(hù)，支護(hù)簡單，可用錨桿支護(hù)頂板；由于大部分為煤層巷道，故矸石量很少；矸石可在井下處理不外運(yùn)，有利于環(huán)境保護(hù)；⑤當(dāng)?shù)孛嬉Ｗo(hù)農(nóng)田水利設(shè)施和建筑物時(shí)，采用房式采煤法有時(shí)可使總的噸煤成本降低；⑥全員效率較高，特別是中小型礦井更為明顯。主要要缺點(diǎn)：①采區(qū)采出率低，一般為50%-60%左右，回收煤柱時(shí)可提高到70%-75%左右；②通風(fēng)條件好，進(jìn)回風(fēng)并列布置，通風(fēng)構(gòu)筑物多，漏風(fēng)大，采房及回收煤柱時(shí)，出現(xiàn)多頭串聯(lián)通風(fēng)。適用條件如下：①開采深度較淺，一般不宜超過300-500m；②頂板較穩(wěn)定的薄及中厚煤層；③傾角在100以下，最好為近水平煤層,煤層賦存穩(wěn)定，起伏變化小，地質(zhì)構(gòu)造簡單；④底板較平整，不太軟，且頂板無淋水；⑤低瓦斯煤層，