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煤矿开采学讲义倾斜分层起走向长壁采煤法 12-13 第十二章 倾斜分层走向长壁采煤法 目前，在我国缓斜、倾斜厚煤层中，广泛使用倾斜分层采煤法。其采煤工艺与前述开采缓斜、倾斜薄及中厚煤层类似。 倾斜分层采煤法的主特点是下分层是在上分层垮落的岩石下近行，为保证下分层采煤工作面的安全，上分层必须铺设人工假顶或形成再生顶板。 回采顺序下行式（descending） 先采顶分层，依次下行回采各分层，垮落法管理顶板，称倾斜分层下行垮落采煤法。 倾斜分层采煤法有两种回采方式 1、分层同采同一区段内上下分层工作面可在保持一定错距的条件下，同时进行回采； 2、分层分采在上分层采完后，经过一定时间，待顶板垮落基本稳定后，再掘进下分层平巷进行回采。 第一节 示 例 一、采区巷道布置特点 1、 阶段运输大巷 1和 回风大巷 2 均布置在距煤层15 20m的底板岩石中。 2、 各分层采用集中（共用）上山、集中（共用）区段平巷 联合布置方式（之一） i、集中上山 轨上（5）和运上（4）均布置在距煤层15m 的底板岩石中，且在层位上错距 ≮2m（运“上”在下，轨“上”在上） ii、集中运输巷（10）布置在距煤层810m的底板岩石中。 iii、区段集中轨巷（9）提前在下区段顶分层回风巷位置开掘，超前（10）掘进，为（10）定向。从（9）每隔200m 开（11）沟通各分层。最后一个（11）距采区边界约200m。 IV、集中区段平巷与分层平巷间联系 （10） （12 ） 沟通各分层机巷； （9） （11） 沟通各分层机巷； 从最后一个（12）反向掘（14）至采区边界， 从最后一个（13）反向掘（15）至采区边界。 3、顶分层采面 顶分层（14）、（15）超前采面两个（12）掘进。 （14） 开切眼（15）顶分层工作面 4、I 区段 i、利用总回风巷（2）作为轨道集中巷，每隔200m左右开掘区段回风小石门（13）沟通各分层风巷。（如采用采区小风井，则另开集中岩石巷）。 ii、从（10）每隔200 400m （一台刮板运输机有效铺设长度，当用吊挂胶带机时，联络眼间距可扩大到400m）掘溜煤眼（12）沟通各分层机巷，最后一个（12）距采区边界约200m。 5、分层同采时集中轨道巷（9）作用 l 服务于各（顶、中、底）分层之辅助运输。 l 探清煤层走向变化，为（10）定向；同时满足顶分层超前平巷施工定向和泄水 l 利用（9）掘二、三分层超前运输机巷，掘进煤由（12）10）运出； l 物料由（9）（11）。采掘无干挠。 l 缩短区段准备时间，利于接替 二、巷道掘进顺序 1、 运大1→下部车场3→上山5、4→上部平车场6→回风大巷2； 2、 在第一区段下部掘中部车场的甩车场7区段回风石门8→集中平巷9、10→联络眼11、溜煤眼12→超前运输平巷14→开切眼； 3、 与2同时，在第一区段上部从回风大巷2→回风小石门13→超前回风平巷15与开切眼相通。 4、 在掘进上述巷道的过程中，要掘进采区煤仓19、采区变电所16、绞车房17和区段溜煤眼等，检查安装好设备后既可生产。 三、生产系统 1、运煤系统 P97； 2、材料运输系统P97； 3、排矸及掘进出煤系统P97； 5、 通风系统P97。 第二节 采煤系统分析 一、区段分层平巷的布置 主要有三种基本布置形式 1、倾斜式 各分层平巷是按25-35度呈斜坡布置，其中又有内错式和外错式两种 （1）、内错式把下分层平巷布置在上分层平巷内侧，即处于上分层采空区下，形成正梯形的区段煤柱。 优点是巷道容易维护、沿假顶掘进，方向容易掌握； 缺点是煤柱越到下面越大，工作面越短。 （2）、外错式把下分层平巷布置在上分层平巷外侧，即处于上分层煤柱下面，形成倒梯形的区段煤柱。优缺点与上相反。很少用。 2、水平式布置各分层平巷位于同一标高上，区段煤柱为1行四边形。 优点是下分层平巷处于上分层采空区下，巷道容易维护，由于可用石门联系个分曾平巷，因此，材料运输、行人、通风都比较方便。 缺点是回风平巷正好处于区段煤柱下，维护比较困难。 3、垂直式布置各分层平巷铅垂布置，区段煤柱近似于矩形。 优点是在倾角较小的煤层中，可减少区段煤柱尺寸，巷道受压小，容易维护。掘进方向容易掌握。 二、区段集中平巷的布置 在区段的上下边界开掘的，可同时为几个分层服务的平巷叫做区段集中平巷。为减少巷道的维护工作量和改善维护条件，并保证上下分曾同采时有完整的生产系统，常需要布置区段集中平巷。 设置区段集中平巷的优点 （1） 可超前掘进及多头掘进分层平巷，利于区段接替； （2） 可上下分层同采； （3） 超前平巷维护时间短，费用低； （4） 占用设备少、管理集中。 按其功能分为区段运输集中平巷和区段轨道（回风）集中平巷两种。 （一）区段集中平巷的布置方式 1、一煤一岩集中平巷的布置方式 区段轨道（回风）集中平巷布置在煤层中，运输集中平巷布置在底板岩石中的布置方式叫作一煤一岩集中平巷的布置方式。 区段轨道（回风）集中平巷一般沿煤层顶板挂腰线掘进，他不仅作为上区段各分层采煤工作面进风、行人、排水、为上分层超前运输巷掘进头运送材料，还可作为下区段顶分层的回风平巷。 区段运输集中平巷往往安装运输能力较大的吊挂式胶带输送机，为该区段所有的分层工作面服务。上区段采完后，作为下区段的回风集中平巷。 主要缺点轨道（回风）集中平巷要受到两次采动引起的支撑压力的影响，因而维护较困难。 2、“机轨合一” 集中平巷的布置方式 区段轨道（回风）集中平巷和区段运输集中平巷合并成一条巷道的布置方式叫做“机轨合一”集中平巷。 优点巷道的掘进和维护工作量较少，容易维护；设备布置在同一条巷道中，可充分利用巷道断面；设备的安装和拆卸比较方便。 缺点巷道的跨度和断面较大，掘进速度慢；运煤和运料在同一巷道内，管理复杂；上下分层同采时，通风较困难；在中部车场交叉点设备和线路布置复杂；输送机与轨道有一平面交叉问题需很好解决。 适用于煤质松软、底板岩层稳定、涌水量不大、采掘机械化水平高的情况。 （二）区段岩石集中平巷的位置 区段集中平巷一般布置在底板较稳定的岩石中，其合理位置受到两个参数的影响 1、巷道与煤层底板的垂直距离h h的值越大，支承压力越小；据我国的经验，最小的h值一般为8-12米。 2、压力传递影响角φ 巷道应在φ角以外；据我国的经验，φ角一般在25-55度之间。 （三）分层平巷与集中平巷间的联系方式 1、石门联系 优点掘进施工、运料行人方便； 缺点石门运煤不能实现自溜，要多占设备；倾角小时，石门长度较大，掘进施工量大。 2、斜巷联系 优缺点与上相反。 3、立眼联系 主要用来溜煤。 （a）当煤层倾角适宜时，可用石门和斜巷联系的方法； （b）当煤层倾角较大、分层平巷都是水平布置时，可用石（煤）门与溜眼联系的方法； （c）当煤层倾角较小时，分层平巷为斜巷布置时，可采用斜巷联络分层运输平巷，用斜巷加石门联络分层回风平巷； （d）当煤层倾角很小或为近水平时，可采用立眼联络分层运输平巷，用斜巷加石门联络分层回风平巷； （四）上下分层同采时采煤工作面的合理错距 第二分层工作面通常不少于3-4个月，第二分层以下工作面可适当缩短； 在采空区有黄泥灌浆的时候，要脱水以后才能进行下分层的开采； 当应用再生顶板时，有于再生顶板的形成通常要半年到一年的时间，这时的错距应更大。 三、无区段中巷的布置（分层分采） 即分层分采的巷道布置。这时，不设集中平巷，下分层巷道是在上分层采完并待顶板垮落基本稳定后，在假顶或再生顶板下一次沿全长掘出下一分层的平巷。 优点准备及生产系统简单，减少了岩石巷道的工程量，有利于减少掘进率和加快机度； 缺点（单产较低的情况） 1、 不能实现上下分层同采，上下分层不能及时接替； 2、 区段煤柱小时，相邻区段接替困难； 3、 区段平巷维护时间长，费用高； 4、 上下分层间隔时间长，对假顶管理不利。煤炭自燃时，增加了危险性。 四、跨上山回采时的巷道布置 当采区上山布置在底板岩石中时，为使上山维护容易，回采工作面可采用跨上山回采，这时，上山处于采空区下，可长期处于稳定状态。 1、跨上山回采注意 （1） 上山距离煤层10m; （2） 避免上山两侧的工作面同时逼近上山； （3） 停采线与上山水平距离20m； （4） 不留区段煤柱。 2、跨上山回采时的通风、运输问题。 五、无煤柱护巷时的巷道布置 在厚煤层中留煤柱，不仅煤损大、留下自燃法火的隐患，且由于煤柱上支撑压力大，巷道维护困难。因此，不少厚煤层都采用无煤柱护巷，即区段间不留煤柱的方法。 沿空留巷时，由于分层平巷要经受上下分层工作面的多次采动影响，加上平巷处于厚煤层中，维护十分困难，维护成本较高。因此，很少在厚煤层分层开采中采用。 沿空掘巷一般是恢复上区段的溜煤斜巷，各分层再依次掘巷。当溜煤斜巷难以恢复时，则按下区段回风巷的位置，另掘新的联络巷。 第三节 采煤工艺特点 一、顶分层采煤工艺特点 主要是增加了为下分层铺设假顶或形成再生顶板的条件。 （一）人工假顶 1、 竹笆或荆笆假顶 2、3--竹笆荆笆宽0.7 1.0m，长2.2 2.4m，笆片用铁丝编成整体。腐朽期为6 8月。 1--底梁半圆木，或厚木板。 5柱鞋。 铺设底梁与煤壁呈45 60布置，将竹笆放在底梁上，每片间搭接，用铁丝联好。 垮落矸石胶结性能好时可不铺底梁，改用双层笆片。 缺点整体性差，强度低，耐腐蚀性差，成本高。 2、 金属网假顶 金属网假顶一般用12 14镀锌铁丝编织而成。网边用8 10铁丝编成。网孔20 25mm 网孔形状正方形（经纬网）、菱形、蜂窝形。 优点承力好，延展性好，寿命长，广泛应用。 3、 塑料网假顶 塑料网假顶聚丙稀树脂制成的塑料编织而成。 优点无毒、无味，阻燃，抗静电，重量轻，柔性大，耐腐蚀，强度高，寿命长等。 缺点抗剪性能差；延展性大，易形成网兜。 4、 人工假顶铺设方法 铺网方法手工、机械 铺网方式铺顶网、铺底网 （1）铺顶网 优点 利于改善工作面顶板管理。铺一次网可为上、下分层服务。刚割过煤后，及时移架铺网，及时支护。 提高煤质。 提高煤炭采出率。采面浮煤在金属网下，采下分层时，一并采出。 简化回采工艺，提高效率。 缺点铺网与采煤工作相互干扰。 （2）铺底网 优点铺网与采煤工作互不干扰。 （二）再生顶板 当煤层的顶板为页岩或含泥质成分较高的岩层，顶分层开采后，采空区中垮落的岩石在上覆岩层的压力下加上顶分层回采时向采空区内注水或黄泥灌浆，经过一段时间后能从新胶结成具有一定稳定性和强度的再生顶板，下分层即可在再生顶板下进行回采。 再生顶板取消了铺设假顶的工作，提高了劳动生产率，降低了采煤成本，改善了下分层的安全条件。故在条件适宜时，应充分利用。 国外有的矿井采用向采空区浇灌化学胶结剂的方法以促进再生顶板的形成。 如果煤层中含有厚度大于0.5m的夹石层，分布稳定、位置合适，也可用它作分层假顶，这叫做天然假顶。 二、假顶下采煤工艺的特点 1、假顶下的支护及顶网管理 假顶下回采，顶板是已垮落的碎石，老顶周期来压不明显，顶板压力 较顶分层小。顶板管理的关键是护好破碎顶板。 护好破碎顶板技术措施 1）浅截深采煤机； 2）滚筒距网100mm； 3）及时支护； l 普采面 a、采用正倒悬臂错梁直线柱布置； b、割煤后及时挂梁，支贴帮柱； c、p型钢梁护顶。 l 综采面 掩护式支架，或支撑掩护式支架。 2、假顶下的放顶工艺 单体支柱采面 无密集柱放顶。 假顶下易拉斜歪支柱、推垮采面，必须设抬棚，或打斜撑柱。 3、分层采高的控制 根据我国目前条件，一般分层厚度为23m。 主要控制底分层采高足够。 在开切眼、采面及上、下平巷每隔30m向底煤打钻孔探煤厚。 三、适用条件及评价 1、优点 1）有效解决中倾斜以下厚煤层开采时顶板支护和采空区处理问题；顶分层以下各分层矿压显现缓和。 2）安全； 3）采出率高； 4）技术经济指标较好。 2、缺点 1）铺假顶工作量大； 2）巷道维护较困难； 3）生产组织管理工作较复杂； 4）开采易自燃煤层，采取防自燃措施等。 3、 适用 煤层顶板不太坚硬，易于垮落、直接顶有一定厚度的缓、中倾斜厚煤层。 习题 1、采用区段集中平巷布置时，说明布置方式的类型几应用，以及如何确定集中平巷的位置。 2、无区段和上山煤柱时采区巷道布置的特点。