(42)-第一講爆破采煤工藝

任務(wù)一爆破采煤工藝爆破采煤工藝，簡稱“炮采”，其特點(diǎn)是爆破落煤，爆破及人工（或輔助機(jī)械）裝煤、機(jī)械化運(yùn)煤，單體支柱支護(hù)作業(yè)空間頂板。其主要工藝過程包括電鉆打眼、放炮落煤和運(yùn)煤、人工裝煤，可彎曲刮板輸送機(jī)運(yùn)煤，推移輸送機(jī)，人工支護(hù)，回柱放頂?shù)裙ば?。爆破采煤工藝在我國一些地質(zhì)條件復(fù)雜不適合采用機(jī)械化采煤的礦井或機(jī)械化程度低的小型礦井應(yīng)用較多。知識要點(diǎn)爆破作業(yè)參數(shù)及要求；裝煤與運(yùn)煤方式；工作面單體支架布置；采空區(qū)處理方法。技能目標(biāo)掌握爆破作業(yè)操作過程及安全措施；掌握單體支架的架設(shè)方法及要求；熟悉全部垮落法處理采空區(qū)的方法。任務(wù)導(dǎo)入賦存在地下的煤炭在較大范圍內(nèi)呈層狀分布，對于煤炭的開采，如何將完整的煤體進(jìn)行破碎？如何將破碎的煤炭運(yùn)出？煤炭采出后暴露的空間如何進(jìn)行有效的支護(hù)？這些工作進(jìn)行是否合理會直接影響到安全生產(chǎn)與回采效率，本任務(wù)將針對炮采工作面各生產(chǎn)工序進(jìn)行介紹。任務(wù)分析采煤工作面的生產(chǎn)工序包括：落煤（破煤）、裝煤、運(yùn)煤、支護(hù)和采空區(qū)處理。爆破落煤，由打眼、裝藥、填炮泥、連炮線、爆破等工序組成，對于炮眼的布置要根據(jù)煤層厚度、硬度、節(jié)理裂隙狀況及頂板條件確定。裝煤主要依靠人工將崩落的煤塊裝入刮板輸送機(jī)運(yùn)出工作面。煤炭采出后，煤層頂板暴露，必須及時進(jìn)行支護(hù)，炮采工作面目前使用單體液壓支柱配合金屬鉸接頂梁來支護(hù)頂板。隨著工作面不斷向前推進(jìn)，除及時對工作面進(jìn)行支護(hù)外，還必須對采空區(qū)頂板進(jìn)行處理。這些工序的合理進(jìn)行，是炮采工作面安全有序生產(chǎn)的重要保證。相關(guān)知識一、爆破落煤鉆眼爆破是炮采工藝中最初的工序，鉆眼的質(zhì)量、爆破的效果會直接影響后序工序和安全生產(chǎn)。因此，既要保證爆破后工作面平直，保證規(guī)定進(jìn)度，不留頂煤和底煤，不破壞頂板，不崩倒支柱，不崩翻工作面輸送機(jī)，還要使崩落的煤塊均勻、不崩向采空區(qū)，并盡量降低雷管和炸藥消耗。因此，要根據(jù)煤層的硬度、厚度、節(jié)理和裂隙發(fā)育狀況及頂板條件，正確確定炮眼布置參數(shù)與爆破參數(shù)。（一）炮眼布置參數(shù)1.炮眼排列方式一般常用的炮眼布置有三種：（1）單排眼布置，如圖5-1（a）所示，一般適用于薄煤層或煤質(zhì)軟，節(jié)理裂隙發(fā)育的煤層。（2）雙排眼布置，如圖5-1（b）（c）（d）所示，其布置形式有對眼、三花眼和三角眼，一般適用于采高較小的中厚煤層，煤質(zhì)中硬時可用對眼，煤質(zhì)軟時可用三花眼，煤層上部煤質(zhì)軟或頂板較碎時可用三角眼。（3）三排眼布置，如圖5-1（e）所示，也稱為五花眼，用于煤質(zhì)堅(jiān)硬或采高較大的中厚煤層。圖5-1炮眼布置圖2.炮眼角度炮眼與煤層層面和垂直面上應(yīng)有一定的角度：=1\*GB3①炮眼與煤壁的水平夾角一般為50°～80°，煤質(zhì)軟時取大值，煤質(zhì)硬時取小值。為了不崩倒支架，應(yīng)使水平方向的最小抵抗線朝向兩柱之間的空檔；=2\*GB3②頂眼在垂直面上向頂板方向仰起5°～10°，視煤質(zhì)軟硬和煤層粘頂情況而定，應(yīng)在保證頂板完整的情況下，盡量將頂煤爆落。=3\*GB3③底眼在垂直面上應(yīng)向底板保持10°～20°之間的俯角，眼底要接近底板，要避免留底煤和崩翻輸送機(jī)。3.炮眼間距相鄰炮眼之間的間距，一般介于0.8～1.2m之間，煤質(zhì)軟時取大值，反之取小值。4.炮眼深度炮采工作面一般采用單體液壓支柱配合金屬鉸接頂梁支護(hù)，鉸接頂梁的長度一般為0.8m、1.0m、1.2m，炮眼深度應(yīng)與鉸接頂梁長度相匹配，否則暴露的頂板無法及時支護(hù)。（二）爆破參數(shù)1.炮眼裝藥量炮眼的裝藥量，應(yīng)根據(jù)煤質(zhì)軟硬、炮眼位置和深度及爆破次序等因素確定，也可根據(jù)噸煤炸藥消耗定額計(jì)算。在生產(chǎn)中一般通過經(jīng)驗(yàn)取值。由于底煤難以爆破，一般適當(dāng)加大底眼的裝藥量，為150～600g，頂眼、腰眼可酌情減少，頂眼、腰眼、底眼裝藥量之比可取0．75：O．5：1。2.一次起爆炮眼數(shù)量爆破采用串聯(lián)法連線。每次起爆的炮眼數(shù)目，應(yīng)根據(jù)頂板穩(wěn)定性、輸送機(jī)啟動及輸送能力、工作面安全情況而定。條件好時，可同時起爆數(shù)十個眼；條件較差、頂板不穩(wěn)定，每次只能爆破幾個炮眼，甚至采用留煤垛間隔爆破的方法。二、裝煤與運(yùn)煤1.爆破裝煤如圖5-2所示，爆破前刮板輸送機(jī)在懸臂支架掩護(hù)下推向煤壁，爆破后一部分落入刮板輸送機(jī)內(nèi)，爆破裝煤率可達(dá)30%左右。 （a）爆破前 （b）爆破后 圖5-2爆破裝煤示意圖2.人工裝煤爆破后，對于崩落在輸送機(jī)與新煤壁之間松散煤安息角以下或輸送機(jī)后部采空區(qū)側(cè)的煤塊，需要工人用鐵鍬鏟入刮板輸送機(jī)。這部分工序是炮采工作面各工序的薄弱環(huán)節(jié)。3.機(jī)械裝煤為減輕工人勞動強(qiáng)度，提高裝煤效率。我國部分礦井研制使用了多種裝煤機(jī)械，最具代表性的是兗州北宿煤礦炮采工作面機(jī)械裝煤布置，如圖5-3。其布置特點(diǎn)是：在輸送機(jī)的煤壁側(cè)裝上鏟煤板6；在輸送機(jī)的采空側(cè)裝上擋煤板4。擋煤板4靠其底座5上的支撐桿7支撐，通過操縱手柄可使支撐桿7帶動擋煤板豎起或向采空側(cè)放倒；工作面裝備SGD型雙伸縮切頂墩柱1.切頂墩柱通過大推力千斤頂3的收縮實(shí)現(xiàn)自行前移，并可在推移輸送機(jī)時鏟裝煤。打眼和裝藥時將擋煤板放倒，放炮時擋煤板立起，防止煤被崩入采空側(cè)，這樣可使60%以上的煤自行裝入輸送機(jī)，余下的煤在大力千斤頂3的推動下被鏟煤板鏟入輸送機(jī)。1—SQD雙伸縮切頂墩柱；2—單體液壓支柱；3—千斤頂；4—擋煤板5—擋煤板底座；6—鏟煤板；7—支撐桿圖5-3兗州北宿礦炮采面機(jī)械裝煤作業(yè)布置圖4.運(yùn)煤及推移刮板輸送機(jī)炮采工作面運(yùn)煤方式的選擇與煤層傾角有關(guān)，對于煤層傾角30°的工作面可采用溜槽自溜運(yùn)輸；傾角小于30°時多采用可彎曲刮板輸送機(jī)。輸送機(jī)推移器多為液壓式推移千斤頂[圖5-4(a)]，工作面內(nèi)每隔6m設(shè)一臺千斤頂，輸送機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾各設(shè)3臺千斤頂。一些裝備程度較低的工作面，可使用電鉆改裝的推移器[圖5-4(b)]。推移輸送機(jī)時應(yīng)從工作面的一端向另一端推移，不得相向推移，防止機(jī)槽拱起損壞設(shè)備。(a)液壓千斤頂推移輸送機(jī)；(b)電鉆改裝的推移器1、2—軸；3—螺母；4—絲桿；5—套筒圖5-4炮采工作面推移輸送機(jī)示意圖二、炮采工作面支護(hù)和采空區(qū)處理（一）工作面支護(hù)我國目前絕大多數(shù)炮采工作面采用單體液壓支柱與鉸接頂梁組成懸臂支架支護(hù)頂板。按懸臂頂梁與支護(hù)的關(guān)系，可分為正懸臂與倒懸臂兩種形式，如圖5-5所示。正懸臂支架懸臂利于機(jī)道上方頂板支護(hù)，采空側(cè)頂梁不易折斷，倒懸臂支架則相反。(a)正懸臂布置(b)倒懸臂布置圖5-5單體支柱正懸臂和倒懸臂支護(hù)示意圖為行人和作業(yè)的方便，支柱在平行工作面方向一般排成直線，稱為直線柱。炮采工作面支架布置方式多使用正懸臂齊梁直線柱布置方式，如圖5-6。圖5-6正懸臂齊梁直線柱布置當(dāng)工作面頂板堅(jiān)硬完整時，可使用單體液壓支柱和柱帽組成的帶帽點(diǎn)柱形式進(jìn)行支護(hù)（如圖5-7）。圖5-7帶帽點(diǎn)柱支護(hù)示意圖為了保證足夠的工作空間，工作面至少應(yīng)有3排支柱，即應(yīng)布置機(jī)道、人行道和材料道。工作面最大支護(hù)空間不應(yīng)超過4排或5排支柱。通常推進(jìn)一排或兩排柱放一次頂，稱為三四排控頂距或三五排控頂距。使采空區(qū)頂板有計(jì)劃的自行垮落或強(qiáng)迫垮落的過程稱為放頂；撤除放頂區(qū)的支柱稱為回柱；工作面沿走向一次放頂?shù)膶挾确Q為放頂步距；放頂前采煤工作面沿走向的最大寬度稱為最大控頂距；放頂后采煤工作面沿走向的寬度稱為最小控頂距，如圖5-8。(a)最大控頂距(b)最小控頂距圖5-8最大最小控頂距示意圖在有周期來壓的工作面中，當(dāng)工作空間達(dá)到最大控頂距時，為了加強(qiáng)對放頂線處的支撐，回柱之前常在放頂線處另外架設(shè)一些支架，稱為工作面的特種支架。特種支架的形式有多種，如叢柱、密集支柱、木垛、斜撐支架、以及切頂墩柱等，如圖5-9所示。(a)叢柱(b)密集支柱(c)木垛(d)斜撐支架圖5-9炮采工作面各形式特殊支架（二）采空區(qū)處理隨著采煤工作面不斷向前推進(jìn)，頂板懸露面積越來越大，為了工作面的安全和正常工作，就需要及時對采空區(qū)進(jìn)行處理。由于頂板特征、煤層厚度和保護(hù)地表的特殊要求等條件不同，采空區(qū)有多種處理方法，但最常用的是全部垮落法。全部垮落法，通常適用于直接頂易于垮落或具有中等穩(wěn)定性的頂板。其方法是，當(dāng)工作面從開切眼推進(jìn)一定距離后，主動撤除采煤工作空間以外的支架，使直接頂自然垮落，以保持工作面最小的懸頂面積，減輕頂板壓力，垮落的松散巖石充填采空區(qū)后，又能支撐采空區(qū)內(nèi)裂縫帶巖層．減弱了上覆巖層對采煤工作空間的影響。以后隨著工作面推進(jìn)，每隔一定距離就按預(yù)定計(jì)劃回柱放頂。采用全部垮落法處理采空區(qū)簡單可靠、費(fèi)用少，但這種方法對上覆巖層及地表會有影響。當(dāng)?shù)乇碛兴w或建筑物時不允許使用。任務(wù)實(shí)施1.根據(jù)工作面開采條件，選擇工作面炮眼