煤矿急倾斜薄煤层采煤方法研究

大安山煤矿急倾斜薄煤层采

煤方法研究

大 安 山 煤 矿

山 东 技 大 学

2007．8

目录

第一部分 急倾斜薄煤层开采方法综述

1单一走向长壁采煤法适应性------------------------------------2 2 倒台阶采煤法----------------------------------------------4

3 俯伪斜走向长壁分段密集采煤法------------------------------8 4 伪倾斜柔性掩护支架采煤法---------------------------------10 ５ 钢丝绳锯采煤法适应性------------------------------------16 6 仓储采煤法------------------------------------------------20 7 斜坡采煤法-----------------------------------------------22 8 螺旋钻开采急倾斜薄煤层-----------------------------------28

9 刨煤机开采薄煤层-----------------------------------------35

第二部分 大安山煤矿螺旋钻采煤法可行性研究39

1 大安山煤矿的应用条件-------------------------------------40

2 大安山煤矿实施螺旋钻采煤法的具体设想---------------------40

3 螺旋钻法与薄煤层高档普采综采比较-------------------------43

4 结论-----------------------------------------------------44

大安山煤矿急倾斜薄煤层采煤方法研究

第一部分 急倾斜薄煤层开采方法综述

我国薄煤层资源丰富，分布广泛，已探明可采储量为61.5亿吨，约占总可采储量的

20%。由于薄煤层开采单产低、生产成本高、经济效益差，缺乏适应性好、生产效率高的开采装备，尤其是急倾斜薄煤层开采的技术难度更大，致使很多煤炭企业放弃薄煤层开采，造成煤炭资源的严重浪费。随着开采力度的不断加大，很多矿井厚及中厚煤层的储量日趋减少，薄及极薄煤层将成为主采煤层。为延长矿井服务年限、提高资源回收率、发展循环经济，亟需解决薄煤层高效开采问题。目前急倾斜薄煤层采煤方法技术现状如下。

1单一走向长壁采煤法适应性

走向长壁采煤法广泛应用于开采缓倾斜及倾斜煤层。这种采煤方法也早已用于开采

大倾角煤层。走向长壁采煤法的主要特点是巷道布置简单。沿煤层走向划分采区，沿阶段斜长划分区段，区段的上部有回风平巷，下部有运输机平巷，在上下两条平巷之间开切回采工作面，回采工作面沿走向推进。在急倾斜薄及中厚煤层中应用走向长壁采煤法，其特点就是回采工作面的长度较小，一般在50m左右。

1.1 采区巷道布置 用单一走向长壁采煤法开采大倾角煤层时，采区巷道初置比较

简单，与开采缓倾斜及倾斜煤层时类似。在阶段内沿煤层走向划分成采区。采区一翼的长度可达300m或更长。采区内沿倾斜—般划分为2~4个区段，区段斜长一般40~60m。当阶段斜长较小时，也可以不划分区段。采区可双面布置也可单面布置，采区内布置—套上山眼。区段巷道布置，与缓倾斜及倾斜煤层一样在区段上部布置回风平巷、在区段下部布置区段运输平巷

1.2 回采工艺 工作面一般采用打眼放炮落煤。根据工作面长度和顶底板稳定性等

情况，可采用全工作面一次爆破或分段爆破的方法。例如，马家沟煤矿，工作面长40～

60m，为了防止全工作面一次放炮崩落煤量过分集中造成下出口堵塞，一般采用一次打眼、装药，分段(每段长5~10m)联线放炮的方法。

工作面炮眼布置根据煤层具体条件确定，可采用单排眼、双排眼或五花眼。炮眼的

方向一般稍向上斜(在煤层层面上与煤壁法线成10º～20º 的夹角)。炮眼如此布置：钻粉容易排出，炮眼内不存积水，崩落的煤块对支柱冲击力较小，打眼工少吸煤尘，容易掌握打眼的开口位置。炮眼深度一般l.2~1.5m。每次爆破进度一般约1.0m。工作面倾角大，煤炭自溜运输。工作面支架形式，主要根据顶底板岩层的稳定性确定，一般有带帽点柱、顺板棚子和上行横板连锁棚子等几种。为了行人方便，支柱的柱距和排距一般均不大于1.0m。底板松软破碎时，为了防止底板滑脱，支柱下需设置底梁和背板。

近些年有的矿井已采用单体液压柱。大倾角煤层单一走向长壁工作面的支柱所承受的

压力较小，崩落的煤块和冒落的矸石下落时却具有较大的冲击力，要特别注意采取措施防止崩倒和冲倒工作面支柱。架设工作面支架，一般采取分段作业，如工作面长度50m，一般可分为2~3段。为了能使各段同时作业，在每一段工作面的上方，要挡好“安全闸”，即在放炮之后，先在这些地点的煤壁前打一根支柱，再挡上护身板。支架架设完毕后，再自下而上的拆除这些护身板。除了为便于溜煤设置挡煤板外，为了便于操作还要架设 脚手板。

所用的特种支架有密集支柱和木垛两种。为使密集支枝更好地发挥其支撑、切顶和挡矸作用，一般采用双行单排密集支柱。有时为了提高特种支架支护顶板和挡矸的效果，除架设密集支柱外，还沿放顶线每隔—定距离(7～l0m)架设一个木垛。工作面压力大时，还要在工作面上、下出口附近增设木垛。当煤层厚度大于1.8m时，密集支柱的稳定性较 差，不能有效地阻挡冒落矸石，因而只用木垛作为特种支架，而不用密集支柱。

主要用全部挎落法处理采空区。一般采用四、六排控顶或五、七排控顶，放顶步距

一般为两排支柱。回柱一般在回风巷中用回柱绞车进行。由于倾角大，回柱后，采空区中一部分冒落矸石向采空区下部滚滑，使采空区下部得到充填，而采空区上部则常不能填实。为此，有些矿井将上阶段(或上区段)采空区的矸石放下来，充填本工作面采空区。如果顶板比较坚硬，回柱后不能及时垮落，往往需要采取措施，强制放顶。

1.3 采煤方法评价及使用条件 工作面长度为40～60m、煤厚1.5—1.7m时，大倾

角煤层单一走向长壁采煤法取得的技术经济指标大致为：工作面月进度40～50m、工作面月产量5000—7000t，回采工效率3.5—5.5t/工，坑木消耗130—210m3／万t，采区回采率约90％。工作面采用单体液压支柱，可以较大幅度地改善技术经济指标。

单一走向长壁采煤法的主要优点：对地质条件(煤层厚度变化、顶底板岩性等)的适

应性较强；巷道布置简单，巷道掘进率较低；通风系统简单；回采率较高；便于实现机械化采煤。其主要缺点是：顶板管理工作量较大；坑木消耗较高；当采用全部垮落法处理采空区时，冒落的大块矸石易冲入工作面。采用部分垮落法处理采空区，对减少顶板大面积悬空与减缓大块冒落矸石的冲击是有效的。但人工砌筑矸石带不仅劳动强度大，而且煤层愈厚，砌筑矸石带愈困难。开采近距煤层时，上煤层采空区中的矸石带还会对 下煤层造成应力集中的不良后果。单一走向长壁采煤法，一般用于倾角小于55º、厚度小于2.0～2.5m的煤层。

2 倒台阶采煤法

台阶式采煤法是开采急斜薄及中厚煤层的一种走向长壁采煤法，其主要特点是工作

面呈台阶状布置。

2.1 采煤系统

倒台阶采煤法的采煤工作面呈倒台阶形，如图1所示。工人在各台阶下分组作业，

既可避免上方米落煤块的伤害，又能充分利用工作面全长进行多点作业。

为了通风、溜煤和行人安全，在区段运输巷上方4～5 m处，开—条超前辅助平巷3，

两者之间每隔5～6m用联络眼贯通。为了溜煤方便，联络眼上端做成漏斗形。该区段运输巷做为下区段回风巷。

工作面长度较短，—般为40～50m。工作面沿倾斜分为2～3个台阶，台阶长度一

般为10～20m。上下台阶的错距为2～3m。为了通风和行人方便及临时贮存煤炭．最下

面的台阶与上一台阶错距应加宽到5～6m，台阶长度缩短为8～10m。

2.2 采煤工艺

倒台阶工作面—般采用风镐落煤，每个台阶上配备—台风镐，由2～3m采煤工进行

落煤和支架上作。倒台阶工作面一般采用木支架。为了保证支架的稳定性，应采用平行与工作面的一粱三柱或两柱的对接棚子，后者应用较多。棚距一般为0.8～0.9m，柱距为0.8～0.9。一般取0.8m。为避免采空区垮落的矸石滚人工作面，必须支设密集支柱隔离采空区。台阶面每向前推进0.8～0.9m，应立即架没一排支架。底板不坚固有滑脱危险时，支架应设底梁。为了防止煤块砸人或滚入采空区．沿工作面适当地点血设溜煤护身板，每个阶檐处要刹好背板以防阶槽煤壁塌落伤人。工人操作地点应设置脚手板以保证安全、便于操作。

采空区一般用全部垮落法处理(也可采用充填法处理采空区，称为倒台阶矸石充填采

煤法)，工作面控顶距一般不超过4～6排支柱，各台阶错开—定距离放顶。回柱工作多采用回柱绞车进行，回柱绞车设在回风巷内，通过钢丝—绳沿工作面自下面上将支柱拉倒，支柱回收较困难。

工作面—般为两班采煤，每班推进0.8～0.9m，另一班放顶，每日一循环，循环进

度为1.6～1.8m。

2.3 评价及适用条件

到台阶采煤法是我国50年代开采急倾斜薄及中厚煤层常用的一种采煤方法，具有巷

道布置、通风系统简单，掘进率低，采出率高，对地质条件变化适应性强等优点。但是，这种采煤方法不利于实现采煤机械化，劳动强度大，劳动生产效率低，顶板管理工作量大，坑木消耗大，在台阶上隅角处容易积聚瓦斯等缺点。由此，目前应用越来越少，只在煤层赋存条件变化较大，厚度小于2m的急倾斜薄及中厚煤层中还有少量应用。

采煤工作面推进到距区段回风巷4～5m处，将工作面拉平停止回采，留作区段回风

巷的临时护巷煤柱。这一煤柱有时不需打眼放炮，即可在放仓前自行崩落，但是作为下一仓房回风用的上山眼，必须与回风巷贯通并加以支护。

3 俯伪斜走向长壁分段密集采煤法

为了克服斜台阶(或称伪斜短壁)采煤法工作面煤壁有效利用率低和短壁面有时易发生局部推顶、滑底、片帮等缺点，发展了一种新的采煤方法俯伪斜走向长壁分段(水平)密集采煤法。

图2 伪斜走向长壁采煤法

1—密集支柱 ；2—“人”字形溜煤眼；3—单边钢板溜槽；4—戴帽点柱；5—超前掘进

这种采煤法的主要特点是：采煤工作面成直线形按俯伪斜方向布置，沿走向推进；用分段水平密集切顶挡矸隔离采空区与回采空间；工作面分段爆破落煤，煤炭自溜运输。

3.1 采煤系统

采煤系统如图2所示。为了满足煤炭自溜又方便人员行走，工作面伪倾斜角一般为30°～35°，工作面斜长可达80～90m。为了溜煤、通风、行人和溜煤眼掘进工作的方便工作面下部的溜煤眼不少于3个。掘成漏斗状，并铺有溜槽。

3.2 采煤工艺

1）工作面初采

工作面初采由开切眼与区段回风巷交接处开始，按工作面伪倾角要求自上而下推进，工作面长度逐渐增大。为便于韧采时工作面出煤和人员通行，开切眼沿伪斜方向布置。随着工作面向下推进，开切眼自上而下逐段报废。当工作面下端距回风巷4 m时，开始支设分段密集支柱。当第一分段密集支柱长度达到5 m而直接顶仍不垮落时，采用强制放顶措施。随着工作面的继续推进，不断增设新的分段密集支柱。

2）工作面正常回采

工作面用爆破落煤，自下而上分段爆破。支护采用金属支柱和铰接顶梁。支护形式采用倒悬臂齐粱齐柱布置，柱距0.8m，排距1.0m，金屑支柱架设应采取防倒措施。沿煤层倾向每隔4～5m设置一排密集支柱，每排密集支柱沿走向4m，上铺竹笆或荆片。密集支柱随工作面推进，前添后回，支柱间距一般不超过0.3m．放顶前后始终保持13-15根带帽点柱。相邻两

排密集支柱沿煤层走向保持有1.0-1.5 m错距。密集支柱除起切断顶板作用外，主要用于挡矸。

采空区采用全部垮落法处理。当网风巷下方采空区出现大面积悬顶时，除采用人工强制放顶外，可将上区段采空区冒落矸百放人本区段采空区。

分段密集支柱的长度与顶板性质、工作面采高、采空区日落矸石的安息角、煤层瓦斯涌出量以及相邻两排密集支柱的间距等因素有关。分段密集支柱过长，工作面控顶增大，顶板压力随之增大，造成回柱困难，而且在密集支柱下方的“三角区”也易积聚瓦斯。分段密集支柱长度过短则不能有效地起到挡矸作用。根据广旺矿务局旺苍矿的经验，在顶板中等稳定的条件下，分段密集支柱的走向长度以4.0m为宜，最长不宜超过5.0m。

3）工作面收尾

当工作面上端推进到距收作眼4m时，工作面进入收尾阶段，这时工作面长度逐渐缩短。

3.3 评价及使用条件

这种采煤方法的主要优点是：工作面沿俯斜直线布置，减少了煤、矸的下滑速度，有利于防止冲倒支架和砸伤人员，改善了工作面安全生产条件；同时因工作面伪斜直线布置，改善了工作面顶底板受力状况，相对增加了稳定性，不会出现大面积推底和顶板拉裂现象；在区段垂高相同条件下．工作面有效利用率比台阶采煤法高，为提高单产、改善工作面近煤壁

处的通风状况，为实现机械化采煤提供了条件；分段走向密集除切顶外，主要起挡矸作用，拦截采空区矸石，在工作空间与顶板冒落区之间形成一个自然充填带，使老顶来压滞后较远，减缓了老顶来压的作用，减少了工作面支柱的损耗量及维修工作量。

芙蓉巡场矿采用这种采煤方法的结果表明，在相同地质条件下，比台阶采煤法单产、回采工效高。使用这种采煤方法的其他矿井，也取得了较好的技术经济效果。开滦马家沟矿采用这种采煤方法时，成功地使用了单体液压支柱，生产、安全条件进一步得到改善。

这种采煤方法存在的主要问题是：工作面支回柱工作量仍很大，工人操作还不够方便； 分段密集支柱下方的“三角区”通风条件较差，易积聚瓦斯；煤层顶板有淋水时，劳动环境比较差。

伪斜走向长壁采煤法适用于倾角40°以上，顶板中等稳定，煤壁易片帮，工作面采高不超过2.0m的低瓦斯煤层。或不宜使用伪倾斜柔性掩护支架采煤法的不稳定急斜薄及中厚煤层。它是目前开采地质条件较复杂的急斜薄及中厚煤层的一种较好的方法，将逐步取代台阶式采煤法在全国得到推广与应用。

4 伪倾斜柔性掩护支架采煤法

伪倾斜柔性掩护支架采煤法具有走向长壁采煤法的某些特点，采煤工作面是直线形，按伪倾斜方向布置，沿走向推进，用秉性掩护支架隔离采空区，工人在掩护支架下进行采煤。

4.1 采煤系统

如图5所示，该采煤方法区段高度取决于煤层倾角大小、沿倾斜变化情况以及采煤技术条件。目前实际使用的一般在30m左右，若煤层沿倾斜赋存稳定，构造简单，区段高度可加大到40～60m。在区段范围内，区段运输巷和回风巷掘到边界后，距采区边界5m处掘进一对斜巷，两巷相距5—8m，并沿倾斜每隔10～15 m用联络巷贯通。斜巷贯通回风巷后，在回风巷中安装掩护支架。利用这两条斜巷逐步把水平铺设的掩护支架下放到与水平面成25°～30°夹角的伪倾斜位置，即形成了伪倾斜采煤工作面。然后在掩护支架下进行正常回采工作。

正常回采过程中，不断在回风巷中接长支架，同时在工作面下端掩护支架放平地点拆除一段支架。为保证工作面的运煤和通风，随着工作面的推进，在区段运输巷内沿走向每隔5～6m掘进溜煤小眼。工作面采下的煤，沿工作面铺设的搪瓷溜槽，经溜煤小眼到区段运输巷的输送机。为了使溜煤、通风和行人互不干扰，同时维持的溜煤小眼应不少于三个。当工作面推进到采区上山眼附近时，在该处开掘°对收作眼，逐步将掩护支架下放成水平位置，然后

全部回收。

回采时，新鲜风流自采区运输石门进入，经行人眼到区段运输巷，再经溜煤小眼到采煤工作面；回风从工作面经回风巷到采区回风石门排出。支架材料可由运输石门运进，经采区运料眼提到区段回风巷，再用运料小车运到支架安装地点。

4.2掩护支架的结构

平板型掩护支架是使用最早和最广的一种，主要由钢梁及钢丝绳构成。钢梁可用矿用工字钢、u型钢或旧钢轨。钢粱的长度比煤层厚度小0.2～0.4m，以利于支架下放。为了便于运输，每根钢粱的长度不宜超过3.0～3.2m。钢梁的规格应根据支架的宽度(即相应的煤层厚度)选用不同型号。钢丝绳可用直径为25～35 mm的旧钢丝绳。为了便于安装和拆卸，可将钢丝绳加工成20～10m—段，两端做好封头，以防松捻。掩护支架上钢丝绳的根数，根据支架宽度确定。根据开滦赵各庄和淮南大通矿的经验，架宽在3m以下时用2～3根，架宽在3m以上时用4～5根。

4.3回采工作

可将回采工作分为三个阶段，即准备回采、正常回采和收尾。

1)准备回采

主要是在回风巷内安装掩护支架，并逐步下放支架使工作面成伪斜工作面，为正常回采作准备。安装支架前，应先将回风巷扩大到煤层顶底板，并从初采斜巷以外5m处开始挖地沟。地沟挖好一段后，即可安装掩护支架。其一端紧靠顶板并垫高，使粱有3°～5°的倾斜，便于联接钢梁和钢丝绳，而且也有利于支架下放改为伪倾斜时转动方便。钢梁从初采斜巷以外3—5m处就开始铺设。钢丝绳和钢梁用螺栓和夹板联接好一段距离后，就可以在钢粱上铺竹笆。随着铺粱，不断地挖地沟并接长钢丝绳。钢丝绳接头处的搭接长度应不小于2m，并要用5个绳卡夹紧。防止支架受力后，绳头滑脱，联接钢梁和钢丝绳时，应注意将绳拉紧，各条钢丝绳的拉紧程度要力求一致。掩护支架安装超过—段距离后，将平巷的支架拆除，使上面的煤柱自行冒落或放炮崩落，使掩护支架上面有2～3m厚的煤、矸垫层，用以保护掩护支架。为了防上支架在下放过程中下滑，应使煤和矸石冒落点距伪斜工作面上部拐点的距离经常保持在5m以上。支架安装长度超过15m，并冒好矸石垫层以后，即可调整支架下放，使支架的尾端(安装支架的一端为支架头部)由水平状态逐步调斜下放，支架与水平面成25°～30°的夹角。在支架下放到工作面下端时，再调整回水平位置。如图６所示。

2)正常回采

在正常回采阶段，除厂在掩护支架下采煤外，同时要在回风巷接长支架，并在工作面下端支架放干位置拆陈——段支架。掩护支架下采煤包括打眼、装药、放炮、铺溜槽出煤及调整支架等项工作。炮眼布置根据架宽和煤的硬度来定。在架宽为2m或2m以下时，仅布置单

排地沟眼即可，眼距0.5～0.6m，眼深为1.2～1.6m；架宽为2～3m时，打双排地沟眼，跟距和眼深同上，排距为0.4～0.5m；架宽在3.0m以上，顶底板侧煤质又较硬时，应增加帮眼，帮眼的水平位置是架子下放后的位置，炮眼深度以不超出支架的两端为限。

工作面爆破之后，自下而上铺设溜槽，煤装入溜槽自溜到下部运输巷中。随着出煤，掩护支架自动下落，应随时注意调整，使掩护支架落到预定位置。一般用点柱控制掩护支架，使它在工作面中保持平直。钢梁应垂直顶底板，并根据煤层的倾角不同而保持2°-5°的仰角(当煤层倾角为90°时仰角为0°，当煤层倾角为60°时仰角为5°)。煤出清后，支架整体沿走向推进—定距离，—般为0．8～0.9m。然后拆除溜槽，再进行下一个循环的打眼放炮，出煤调架工作。

3）工作面收尾

当工作面推进到接近停采线以前，应及时掘好两条收尾上山眼，两眼相距8～10m，

沿倾斜每隔5m用联络巷将两上山眼连通。架头安装超过内侧(即靠近工作面一侧)的收作眼0.8—1m不再接长。工作面继续按原角度(25°～30°)推进，利用收作眼，逐步减少工作面长度，并拆除上端多出的一段支架。当工作面长度缩短到15—20m时，按扇形下放到水平位置。掩护支架在扇形下放时，为了减少攉煤距离，可预先加高溜煤眼。在掩护支架下放过程中，为了防止架头窜矸和护架在斜面上下滑，架头必须保持2—3m的水平 段，并要求工作面伪倾角不超过30°。最后将放平的掩护支架依次拆除回收，整个工作面的回采全部结束。三角煤柱回收由架尾、架头下放的轨迹线可知，若不采取措施，在采区边界线内侧和停采线处工作面一侧都要丢失一个三角煤柱。如果区段垂高大、煤层厚，应采取措施回收。采区边界线内侧的三角煤柱的回收方法有两种：一种是在联络巷内接长架尾并加掘边界眼，在初采护架下放中回收。这种方法回采率较高，但要接长掩护支架，降低初采中掩护支架下放速度，延长不正常回采时间。另二种是延长开切眼联络眼并加掘边界眼，用落垛法回收。此法较简单，但缺点是回收率较低。

4.4 改进支架结构，扩大使用范围

为了扩大这种采煤方法的使用范围，我国开采急斜煤层的一些矿井，多年来结合本矿区煤层地质及技术条件，因地制宜地试验制造了多种结构型式的掩护支架。

1)“八”字形掩护支架

当煤层厚度为1 3～1．6m时．由于掩护支架下地沟断面小，操作不方便，而且工作面通风情况不良，因此不能采用平板形支架，而改用“八”串形支架。为防止支架切入底板，支架底脚呈斜面。“八”字形支架高度可在0.3～0.5 m范围内变化．以便增大掩护支架下工作空间的高度。

2)“

当煤层倾角小于60°时，为了增加掩护支架下的工作空间及便于支架向下移动，有些矿井试验了“

3)单腿支撑式掩护支架

当煤层倾角为45°～60°时，为使支架能顺利下放而不切人底板，淮南李郢孜一矿试验了单腿支撑式掩护支架。掩护支架由扁“八”字形钢梁和连接这些钢梁的走向钢粱组成，在伪斜工作面中每隔1m在掩护支架下打一根含屑支柱，金属支柱与水平面的交角为75～80。放炮落煤时支架顶端失去支撑，在自重和采空区矸石推力的作用下，金属支柱以下支点为圆心，顶起支架转动—个角度，直到支架顶端靠到煤帮上，支架下端点和金属支柱柱脚接触，再去掉金属支柱，使支架落到底板上。最后，适当地调整支架顶端，使支架的仰角和下放前—致，并再打上点柱，从而完成了一次迈步式下放。试验结果表明，这种支架下放性能良好，下放过程中不仅不啃底，而且能克服较小的底板凸起变化。这种单腿支撑式掩护支架适用于开采厚度1.45—4.6m，倾角在40°以上，产状赋存较稳定的煤层。

4)“7”字型掩护支架

为了在厚度小于1．3m的煤层十使用伪倾斜柔性掩护支架采煤法，四川省中梁山煤矿试验了“7”字形钢木混合结构的柔性掩护支架，用于开采厚度为0.7～1．3m的急斜煤层。“7”字形掩护支架的结构，是由木粱排成的干板形结构和木梁下工作空间内每隔0.7m（5根木粱)安装—根“7”字形的钢梁，木梁之间以及木梁与“7”字形钢粱之间，用u形螺栓将其与钢丝绳联合成一个柔性整体，并在其上铺设两层笆网片，“7”字形钢粱起支撑及导向作用。工

作面可用爆破或风镐落煤，在伪斜工作面中沿底板一侧的煤必须采净，使“7”字形钢粱的腿紧贴底板向下滑行，防止钢脚离开底板发生“撬脚”。

4.5改进巷道布置减少支架安装和拆除次数

为了减少支架的安装、拆除次数，以节省人力和减少材料消耗．有些矿井改进厂巷道布置，增加区段高度，加长了工作面长度，用伪斜上山或溜煤眼把工作面分段如图7和图8

所示。

上段工作面超前下段工作面1～2m。采煤工作面分段打眼放炮出煤，各段工作面采出的煤分别沿各自的伪斜上山(或溜煤眼)运到区段运输巷。伪斜上山可用梯形棚子支护，分为两个隔间，一侧铺溜槽运煤，一侧行人通风。这种布置方式不仅减少了支架的安装、拆除次数，而且减少了运输设备，减少了区段间的煤柱，提高了采区采出率。

有的矿井在不改变原来区段高度和巷道布置的情况下，成功地把掩护支架连续下放两个区段，甚至三个区段，也达到了减少支架安装和拆除次数的目的。

4.6 评价及适用条件

伪倾斜柔性掩护支架采煤法将正作面倾角变缓、工作面较长，从而具有缓斜、倾斜煤层走向长壁采煤法巷道布置和生产系统简单、掘进率低的一系列优点；这种采煤方法利用掩护支架把工作空间与采空区隔开，大大简化了复杂繁重的顶板管理工作．为安全生产和三班出煤创造了良好条件；工作面煤炭自溜运输，减轻了繁重的攉煤劳动。由于上述三个基本优点，这种采煤方法的技术经济效果明显高于其他急斜煤层采煤方法(综采放顶煤除外)，是我国开采急倾斜煤层的一种主要方法。

这种采煤方法存在的主要问题是：掩护支架的结构固定而不能调宽，对煤层厚度、倾角等产状变化的适应性较差，今后应设计可以伸缩和凋整的液压掩护支架；采煤工艺尚待实现机械化，工作面基本上是单点出煤，限制了这种采煤方法各项技术经济指标的进一步提高；在含有夹石的煤层中使用这种方法无法排除矸石，降低了煤质；工作面煤尘大，工作环境较

差。一般适用于开采倾角大于60°，厚度为2～6m，埋藏稳定，煤厚变化不大的急斜厚煤层。

５ 钢丝绳锯采煤法适应性

钢丝绳锯采煤的特点主要是用钢丝绳锯落煤，其次是工作面一般不支护和用刀柱法

管理顶板。

５.1 巷道布置

用钢丝绳据采煤时，工作

面可沿煤层倾斜布置、沿走向

推进，也可沿走向布置、仰斜

推进，前者应用较多。工作面

布置和推进方向不同，阶段内

的巷道布置略有不同。

工作面沿倾斜布置、走向推进时的巷道布置见图9。区段上部开掘区段回风平巷，区

段下部开掘区段运输平巷，两平巷分别掘有辅助平巷，用于安装绞车等设备。运输平巷与其辅助巷间留有4—5m煤

柱，其间每隔5m左右用溜煤眼

连通。当回采工作面推进到某个

溜煤眼前，应将溜煤上端扩成漏

斗形以便使工作面锯落的煤炭

能顺利溜人运输平巷

装车或用输送机外运。

工作面走向推进时，还有几

种与上述不完全相同的巷道布

置方式。例如一种是区段回风平巷下不布置辅助平巷，绞车等设备直接安设在回风平巷内。北票冠山三井曾采用区段间无煤柱的护巷的方式，但最上一区段的回风平巷下方留4m隔离煤柱。工作面沿走向布置、仰斜推进的巷道布置如图10

所示，除工作面布置不

同外，它与图9的区别主要是回风平巷下少了一条辅助平巷。这种采煤方法用刀柱法处理采空区.刀柱(隔离煤柱)宽度和刀柱间隔根据顶板岩性而定，前者一般2—3m，后者一般10—30m。

如图11所示，工作面下巷布置电机l、绞车2、两个对轮4、二个导向轮5、手动葫芦7；工作面上巷布置后轮6、导向轮5、手动葫芦7。绞车牵引的钢丝绳共分两段一段装有锯齿，与煤壁接触，称锯绳8。该段磨损较快，需要定期更换。锯绳在工作面的布置方式为：一根在靠近顶板的煤壁上截割，另一根在靠近底板的煤壁上截割。有一段在上下巷中运行的钢丝绳称牵引绳。在下巷运行的牵引绳ll的一端与绞车大轮的偏心往轴套连接，另一端穿过对轮和导向轮与锯绳连接，称下牵引绳；在上巷运行的牵引绳10绕过层轮，通过导向轮与铝

绳连接，称层绳。设置对轮的目的是当绞车工作时，偏心柱带动下牵引绳，形成往复运动和上下摆动。为避免牵引绳因摆动而跳出导向轮，特对每根牵引绳设置对轮，清除上下摆动力，让下牵引绳通过导向轮时只有往复运动。导向轮的作用是将牵引绳由平巷转向工作四。下牵引绳、锯绳、尾绳围绕着上下巷和工作面形成一个半环形。

钢丝锯绞车由11.4kw电机、减速箱、绞车大轮和底盘组成。电机和减速箱的对轮通过

销子联接。电机经减速箱的两级减速，带动绞车主轴旋转。绞车主轴上安装有两个大轮，每个大轮上固定一个偏心柱，两个偏心柱位于绞车主轴中心线的对称位置。采用此种安装方式，绞车受力均匀，运转平稳。偏心柱至绞车主轴中心线的距离为R。绞车运转时，下牵引绳在两个偏心柱的驱动下形成往复运动，行程步距为2R，称为截距。偏心柱外面装配一个轴套．下牵引绳的端头固定在轴套上，避免绞车工作时下牵引绳缠绕在偏心柱上。

钢丝绳上安装锯刀。锅刀形式和结构简单、制作比较方便，制作时要根据煤层软硬和厚度确定其规格尺寸。图12为北票等矿区常用的一种锯刀．具有六角十二刃。钢丝绳可根据使用的绞车合理选配。北票矿区选用Φ22mm的钢丝绳作牵引绳，广东夏茅煤矿采用Φ14—18mm的作牵引绳。锯刀之间的锯绳绳径可略小于牵引绳，并截成长2.0一2.5m的短绳与锯刀连接。锯刀的个数可根据煤层硬度和绞车的牵引能力确定，一般2—3个。如采煤层比较松软也可利用旧钢丝绳作锯绳。

5．2 应用效果及评价

钢丝绳锯采煤法是我国50年代末首先在四川鱼田堡煤矿进行试验和应用的、以后又有一些矿井试验和应用。70年代以来，一些矿井采用该采煤法时的主要技术经济指标见表1。

实践证明，条件适宜时，这种采煤方法具有单产和工效较高，生产安全和材料消耗较低等优点。因为工作面无支护，工人不进人工作面，只在平巷内操纵绞车和维护巷道，工序单一，所以不仅劳动条件较好，而且安全条件好。采用这种采煤法的矿井，多年来末发生过重大人身事故。工作面机械配备简单，日常生产中很少出现机电故障。

5.3采煤方法评价和使用条件

钢丝绳锯采煤法是我国50年代末首先在四川鱼田堡煤矿进行试验和应用，以后又有

一些矿井试验和应用。70年代以来，一些矿井采用该采煤法时的主要技术经济指标较好。实践证明，条件适宜时，这种采煤方法具有单产和工效较高，生产安全和材料消耗较低等优点。因为工作面无支护，工人不进入工作面，只在平巷内操纵绞车和维护巷道，工序单一，所以不仅劳动条件较好，而且安全条件好。采用这种采煤法的矿井，多年来未发生过重大人身事故。工作面机械配备简单，日常生产中很少出现机电故障。

根据实践经验，在顶底板岩石比较稳固、允许有较大的悬露面积、煤质松软、且煤

层不粘顶底板，又无夹石层的倾角较大的急倾斜煤层中，使用这种采煤方法能取得较好的技术经击效果。如马家沟煤矿，薄煤层工作面的长度为50m，在采场有支护的条件下，工作面平均日产量超过500t；该矿在厚煤层中采用无支护的钢丝绳锯采煤法，其产量比同等条件下使用水平分层采煤法高67.5％，工作面效率提高60％，坑木消耗仅为水平分 层的40％。这种采煤方法的主要缺点是采场支护和顶板管理等问题尚未得到妥善解决，造成采区回采率普遍较低，一般在70％以下。此外，由于煤炭自溜运输，难以控制顶底

板岩石滑脱，所以煤质较差。煤层倾角变缓时，采场内煤炭自溜运输困难，限制这种采煤方法的应用范围。

6 仓储采煤法

仓储采煤法是我国较早用于开采急斜薄及中厚煤层的一种方法。50年代末和

60年代初，在北栗、北京等矿区就已应用。此后，在开滦、六枝、乌鲁木齐、攀枝花等矿区也曾相继采用。

仓储采煤法的主要特点是，利用急斜煤层倾角丈、煤炭可以自溜的特点，将采落的

松散煤炭暂时储存在仓房内，然后有计划地将煤炭放出。根据仓房布置和采煤工作面推

进方向不同，仓储采煤法主要有下列两种，即倾斜条带仓储采煤法和伪斜走向长壁仓储采煤法。前者工作面沿仰斜方向推进，后者沿煤层走向推进。倾斜条带仓储采煤法如图12所示。

在区段范围内沿走向以一定宽度，划分成若干仓房，每个仓民内有—个沿走向布置、

仰斜推进的采煤工作面，采落的煤暂时储存在工作面下面的采空区内，临时支撑顶底板。

仓房的宽度，主要取决于顶板允许暴露的面积和时间，并与区段高度和采煤工作面

推进速度有关。—般以保持仓房在放煤过程中顶底板不发生塌落为原则。仓房高度一般为15～30m，区段高度一般为40～60m。当煤层顶板稳定性好，允许暴露面积大时，可取大值。

根据仓房沿走向的隔离方式不同，这种采煤方法的巷道布置有两种形式：一种是仓

房之间留煤柱的布置形式，如图12(a)所示；另一种是仓房之间不留煤柱，如图12(b)所示。使用前一种布置方式时，沿走向每隔—定距离开掘两条上山眼贯通区段运输和回风巷，用作工作面的进风和行人。在回采过程中沿倾斜每隔6 m用联络巷将上山眼与仓房工作面贯通。当相邻仓房回采时，用此上山跟回风和运料。仓房间的煤柱宽度，一般为

2.5—3.0m。

使用后一种布置方式，可以只在采区边界处开一条上山眼，作为回采第一仓房时回

风用。随着工作面向上推进加打密集支柱(或框形棚)形成工作面的进风跟，并作为下一仓房的回风眼使用。密集支柱用来代替煤柱隔离仓房。前一种布置方式巷遭掘进量大，煤炭损失多。但后一种布置方式坑木消耗量大，而且煤层厚度不能太大。

采煤工作面一般使用爆破落煤。由于工人是站在碎煤上向上方煤壁打眼，为了防止

煤壁片帮伤人，应使煤壁与水平面成70°～80°的伪斜。在煤质较松软时，还应支设临时支柱或打木锚杆。放炮后，煤体松散膨胀，为了保持工作面有一定的工作空间和通风断面，每次放炮后，需要将碎煤放出—部分(放出煤量．—般为爆破后松散煤体的25%—30%左右)，其余大量碎煤，暂时存放在工作面下方的采空区内。

采煤工作面推进到距区段回风平巷4～5m处，将工作面拉平停止回采，留作区段回

风平巷的临时护巷煤柱。这一煤柱又是不需打眼放炮，即可在放仓前自行崩落，但作为

下一仓房回风用的上山眼，必须与回风平巷贯通并加以支护。

第一仓房回采结束后．可依次在相邻的第二、第三仓房内回采。为了保证仓房中回

采工作的顺利进行，通常不应放出相邻仓房中的存煤，而应在间隔有一个储煤仓房的仓房中放煤以免互相干扰。

该采煤方法具有工艺过程简单，取消了在急斜条件下支设与回撤支架的繁重劳动，

操作技术易于掌握，坑木消耗量较少，产量容易调整等优点。但也存在着使用条件要求比较严格，采出率往往较低，以及煤质不易保证等缺点。这种采煤方法的适用条件是，顶板稳定能暴露较大面积而不冒落，底板平整稳固不易滑脱，煤层倾角在50°上；煤厚1～3m，煤质较坚硬，层理、节理不太发育，不易自燃；煤层瓦斯含量不大和无淋水等。

7 斜坡采煤法

斜坡采煤法的特点是，用一系列伪倾斜巷道把煤层划分成一系列呈平行四边形的倾

斜条带、在伪斜巷道内用爆破法回采，采落的煤炭沿一系列伪斜巷道直接自溜到装车煤仓(或溜煤眼)，在采区内形成从掘到采的连续无动力运输。斜坡采煤法属柱式体系采煤法。它可以看成把分段放顶煤(水平分层煤皮假顶)。

采煤法或小阶段爆破采煤法的水平巷道改为伪斜的而来。斜坡采煤法对复杂地质条

件的适应性较强，因此在这类地质条件下应用广泛，巷道布置方式也比较多。

7. 1 巷道布置

图8~l所示，为区段上山斜坡布置方式。当采区倾斜尺寸较大时，将其沿倾斜划分

成若干区段，区段斜长—般50~60m。采区一翼区段走向长度大时，再划分成沿走向长150m左右的块段。

掘进一组采区上山眼贯通上下采区石门后，在第一区段上､下部分别掘区段回风平巷

和区段运输平巷到采区边界。然后在块段中部开掘3条区段上山，中间行人､两侧溜煤。从区段溜煤上山开口掘回采斜坡，斜坡巷坡度一般25°~30°在回采斜坡内自上而下后退

下行采煤，所以称为下行斜坡采煤法。上下平巷布置在煤层底板岩石中，用岩石斜巷通达煤层。下部岩石斜巷间距30~50m，坡度25°~30°。由下岩石斜巷上端在煤层中掘斜巷(斜坡)，坡度同上。当该斜坡掘至一定高度后，以相反的方向和同样的坡度掘斜坡(反斜坡)，这样反复多次最后到达回风水平，形成斜坡网，把煤层切割成平行四边形。在这些平行四边形块段内开掘回采斜坡回采。在以上这些斜坡中，有些斜坡起主斜坡的作用，负担着一个采区的溜煤､通风､运料和行人等任务，有些斜坡则随着开采的结束而报废。斜坡工作面正常生产及收尾期间，工作面的通风主要靠局部扇风机来实现。

在回采斜坡内自下而上后退上行采煤，所以称为上行斜坡采煤法的一种巷道布置方

式。采区内煤层数目多，在采区中部布置一条采区运输石门(也可布置两条，另一条作辅助运输)，在煤层底板布置一条岩石集中轨道上山，供采区内各煤层通风和运料用。在中间辅助水平掘中间石门和各煤层中间运输巷(或集中底板中间运输巷)。在采区内掘进主斜坡，沿主斜坡每隔一定距离掘进副斜坡(或反斜坡)。而后掘进长度小于60m､倾角25°~28°的回采斜坡，其下口与主斜坡连通，其上口与主斜坡或回风大巷贯通。回采斜坡之间，每隔10m左右掘进联络巷，供回采工作面进风､运煤和行人用。斜坡间的回采 顺序为自上而下。斜坡内沿伪斜向上回采，称为上行斜坡采煤法。

大斜坡布置方式可以先从运输大巷开掘双斜坡直达回风水平，两斜坡间以联络巷贯

通。然后沿下斜坡掘进反斜坡巷道，再从反斜坡掘回采斜坡。这种方式巷道布置简单，采区准备速度快，沿煤层开掘大斜坡可预先探明地质条件。当阶段斜长大时，人工运料困难，应采用机械运料。

7. 2 回采工艺

沿回采斜坡(斜巷)的回采顺序

有两种，自上而下为下行式(或后退

式)，反之为上行式。

下行式回采工

作面如图13所示。每段落煤的距离根据煤层厚度和在巷道内的地点不同而定，薄煤层可达4—5m。回采前的一段巷道要事先加固。在回采段和未回采段之间，木支柱横竖交错将巷道支护牢固，并加上斜撑以形成封塘闸。封塘闸只留0.4~0.6m左右的空隙，用以溜煤。封塘闸还有阻止和防止大块煤､矸冲出伤害在闸门外捅煤的工人的作用。炮眼的深度､间距，根据顶煤的厚度､硬度而定。炮眼不要与采空区打通，应留出0.5~~0.8m的间距。放炮前，对回来段的支架应认真检查，部分拆除，应以不引起顶煤冒落威胁工作全为准。出煤时，使用长柄工具把塘内流不出来的煤捅出或扒出。捅煤时必须注意准备好通路，不得进入封塘回煤。当出现大块矸石且煤已出尽时，即可把封塘空隙堵死。

当开采特厚煤层时，回采工作应从斜(坡)煤门开始。为了有效地对斜坡煤门之间的

煤校和巷顶煤进行爆破落垛，一般要在回采前在斜坡煤门之间的煤柱内开小斜巷，把煤柱二次切割小块段(现场称之为“破方”。然后依次在破方的小斜巷内､斜煤门内和分段斜坡内打眼放炮，炮眼布置成放射状。装药量根据煤的软硬和炮眼深度而定。每段落煤距离根据煤的厚度和在巷道内的不同地点确定，如在破方小斜巷或斜煤门内，一般落煤距 离1.5—2.0m，在分段斜坡内根据联络眼的间距不同可定为3—4m。

煤层较硬时，放炮之前应用简易回柱机拆棚回柱，并用木柱做好封塘闸门封塘柱之

间的空隙断面不超过0.4×0.6m2。下行后退式落煤有以下缺点:一是通风系统不完善，回风流下行，采空区和巷道上方空顶处易积聚瓦斯，二是在斜坡巷道内由上而下进行回柱作业，工作困难而且不安全;三是崩落顶煤时其上方矸石也随即冒落，煤矸混杂，既提高 了含矸率又降低了回采率，有些矿井因此改用上行斜坡回采顺序。

上行斜坡工作面布置如图14所示。回

采前应检查和处理回采工作面的安全退路

､通风和瓦斯等情况;加强巷道支护5打炮

眼。用抬棚加固巷道，将棚顶板皮换上厚

板皮，将封塘内的支架拆除回收，封好塘，

然后按顺序放炮。

用长杆钎子把封塘内崩落的煤捅出，经斜坡中的溜槽运出。每段放炮崩落的长度

3—4m。采完相邻两个联络巷的距离后，集中回柱放炮､回柱绞车安装在未回段斜坡的上方。

上行斜坡回来工作面采用三班作业，每班应完成检查､打眼､放炮､出煤和回柱放顶等

工序。上行斜坡采煤比下行斜坡采煤有如下优点:回采率高，据广东曲仁二矿统计工作面回采率上行斜坡比下行斜坡高10%~20%;上行斜坡采煤人员和设备均在上方，回采工作安全，绞车回柱，坑木回收率比下行斜坡高得多;掘进与回采方向一致，有利于采掘平行作业，上下分段工作面也可以保持一定错距同时回来､连续推进，产量比较均衡，采区生产能力较大;上行斜坡采煤有两个安全出口，可以做到上行风流通风，改善了通风和安全条件。但上行斜坡也存在一些缺点:增加了大量联络巷，掘进率比下行斜坡提高20%~30%;工人在污风中工作，工作面煤尘含量比下行斜坡大。因此上行斜坡虽比下行有一定改进，但仍不够完善，有待继续研究和完善。

7.3 采煤方法评价及适用条件

木城涧煤矿首先应用下行斜坡法开采不稳定急倾斜厚煤层，1980年以前年产量曾达

18万吨。斜坡采煤法对复杂的煤层赋存条件适应性强；充分利用煤层倾角大的特点进行煤炭的自溜运输，节省了机电设备和装运机械，简化了装煤、运煤和顶板管理工作。采用斜坡采煤法可以较快地准备出采区，回采工作面产量大，接替灵活，工序简单，操作方便，条件适用时，产量和效率指标略高于同等条件下的倒台阶或水平分层采煤法。一些矿井开采赋存条件复杂的煤层，应用斜坡采煤法后，产量、工效和材料消耗指标均有所好转。目前使用的斜坡采煤法通风系统不完善，事故隐患多。下行斜坡、采、掘工作面要用局部扇风机长距离独头通风。由于悬挂风筒、铺溜槽等，在薄层巷道内空间狭窄、操作、行动不便。上行法虽有两个出口，但采区内通风系统仍较复杂，采空区漏风严重，工作空间煤尘很大。准备和回采巷道纵横交错，巷道交岔口很多，既难维护又易冒顶，工人有被冒顶堵困在独头斜坡巷道内的危险。工人靠近采空区作业，隐患也很多。应将单斜坡改为双斜坡布置，用联络眼相连同，加强通风，加强支护，采取措施改善劳动环

境，消除事故隐患。由上可知，对于顶底板不够稳固、属于高瓦斯、有爆尘爆炸危险的 煤层，均不宜采用斜坡采煤法。

一般只适用于倾角大于45°、顶底板岩石稳定、瓦斯含量低、无自然发火、厚度和

倾角变化大的不稳定煤层和构造复杂难以使用正规采煤法开采的煤层。

8 螺旋钻开采急倾斜薄煤层

钻机采煤法在美国、乌克兰、澳大利亚、德国等主要产煤国家已广泛应用，它具有工艺简单、投资少、设备移动灵活、节省人力、效率高、安全可靠等优点。适用于回采极薄煤层、残留煤柱、边角煤、大倾角煤层、开采解放层、“三下”采煤、顶板松软破碎煤层、露天矿残留边坡煤、露头发育的近水平煤层等。对提高回采串、充分挖掘并巷工程及固定设备的潜力、延长矿井寿命有着明显的经济效益和社会效益。该采煤法在昊华公司有广泛地应用前景。

8.1 国内外钻机采煤法概况

8.1.1．美国compton公司研制单向螺旋钻采煤机(图

15)

图15 Compton公司的螺旋钻

该机适用于开采0.75m以上煤层。其特点：○7借助液压迈步机构自行移动；○2导板呈扳状，主轴轴线接近底板，巷道卧底量少；○3钻架座由液压马达通过传动机构驱动绞盘旋转向

前推进．达到无极调速目的；④配备刮板输送机，将钻头切削下来的煤，送往皮带运输机，⑤钻机工作时，用4个液压油缸支撑在顶底板之间固定钻机；○6主轴与钻杆转速45r／min，驱动电机功率l8.4kw，钻架座推进度2m/min，钻孔深度38m。

8.1.2．美国Saleym Tool公司制造Auger Miner型螺旋钻机为双向单主轴钻机(图

16)

其特点：①钻进机构和运输机构安装在同一底架上，各自有独立的传动机构；○2螺旋钻杆放在巷道底板上和悬吊箱内，借助风力驱动单轨吊车完成运送钻杆任务：○3导向槽向接杆

侧移出1米，并紧压在煤壁上；○4钻出的煤从孔口落入导向槽内，然后转到环形刮板运输机上，该刮板运输机行独立的液压驱动装置；⑤钻机在工作状态，用4根千斤顶对机体固定；

①钻机没有履带行足机构。

Underground Auger Miner型螺旋钻机(图17)

其特点：①论钻机台架上有两个钻架座、一个用于钻孔、另一个用于从钻孔取出钻杆，它们同时作业；○2钻机上设有两个钻头，一个处于工作状态，另一个处于非工作状态；○3钻杆输出的煤由双级输送机装入自行矿车；○4钻机机体安装在一个矩形平台上，借助两个迈步滑板，沿巷道移动；○5为了便于输送钻杆，在平台的前缘安设一个单轨吊起重机。将从钻孔中取出的钻杆移到待钻的孔位处；○6设置流量可变的液压泵，用来驱动钻架座进、退的移动机构、钻孔的固定和定位机构、钻机的移动和操纵机构；⑦钻机工作时，用四个没在机架四角的液压泊缸紧顶巷道顶板，固定钻机，用两个侧向液压油缸承担钻进时推力；⑧设有通风系统、排出在钻孔时产生的煤少和瓦斯。

3．乌克兰顿涅茨克煤炭科学研究院研制的螺旋钻采煤机(图1.4)

其特点；①该机为双向双主轴钻机；②钻头直径为600mm和700mm，相配套的钻秆直径为525mm和625mm；○3为防止钻具偏离，在钻头和钻杆上均设系杆铰接；○4单轨吊完成搬运钻杆任务；⑤钻机工作时，用4个水平油缸对钻机固定，用4个垂直油缸调整钻进角度；○6设有通风除尘装置，保证机械在高瓦斯矿井应用；⑦靠履带行走。

8.2 钻机采煤法的巷迢布置及回采工艺

8.2.1采煤方法

（1）巷道及设备布置如图(1.5)所示。

(2)回采工艺

螺旋钻采煤法的回采巷道均为半煤岩巷道，超前掘进，掘进出煤由刮板运输机运走，掘进矸石先堆放在巷道一帮，钻采机钻进出煤由刮板运输机运走。当钻采机钻进到预定深度时，在钻杆上部加一个收料漏斗，用单轨吊将掘进矸石倒人收料漏斗内，钻具反转把充填材料输入到钻孔顶端，边充填边撤出钻矸，保证矸石不外运，顶板不下沉。根据井上下环境需要可全部充填，也可部分充填，或不充填。卸装钻杆、移动充填机、搬运充填材料均由单轨吊完成。利用局扇对超前掘进巷道进行通风，用高压水对钻孔端头灭尘。

2．矿压显现规律

实验室对钻采法模拟试验情况，模拟条件为：采深110m，煤厚2.3m，煤层硬度f＝1.3，直接顶为炭质页岩、松软易冒f＝2，厚度6m，老顶为页岩砂页岩f＝2，厚度10m。钻头直径 ＝1.4m．孔间煤柱0.2m。

钻采到17孔时，顶板出现初次来压，跨落步距24m，矿压显现为顶板急剧下沉，17孔下沉量为46mm、除第16孔外其余孔间煤柱中部被剪断、压酥、片帮如图1.6所示，煤层顶板出现与水平成55°折断线，向上延伸16m。钻采到23孔出现第二次来压，周期跨落步距16m，工作钻孔来压前后变形5.3mm、未发生冒落现象，顶板下沉曲线呈碟形，下沉量为煤厚的11％。在钻22孔时前方测点出现回弹现象(测点瞬间上移)。

1.1.2 MZ—520型采煤钻机结构

MZ—520型采煤钻机属于单向双主轴钻机。钻头直径 ＝0.52m，钻孔深度40m，钻进角度0～20°，切削煤岩硬皮f＝2～3，适用于回采煤厚0.6～0.69m的极薄煤层，井下煤柱、边角煤、顶板松软破碎煤层，开采高沼气的解放层，“三下”采煤。

该机采用全液压控制，工作系统为主电机带动主油泵产生高压油，经输油管驱动液压马达旋转，通过减速器带动钻机主轴及钻具工作，钻头切削下来的碎煤由螺旋钻杆输出钻孔。钻具在钻孔内的轴向移动、钻机的稳定、钻进方向的调整和钻杆的接卸均由副电机带动副油缸产生高压油，经操纵阀控制各油缸完成。

1.1.2.2 采煤钻机结构

采煤钻机结构由钻机、泵站、控制台、钻具及吊运装置5个部分组成(图1-7)

1．钻机

由钻架座、固定底盘、活动底盘、油缸、舌柄和滚轮组成，见图1.2。

(1)钻架座 钻架座由液压马达、减速器、主轴、推进油缸及减速箱组合在一起。

(2)活动底盘 活动底盘是调整钻进方向的框架，两侧为钻架座的板状导板，前横梁安装舌柄，框架后端用销轴与固定底盘铰接。

(3)舌柄 舌柄是接、卸钻具的前定位装置，接卸钻具的后定位装置是安装在主轴的一个托盘上。钻具通过它们配合单轨吊完成接、卸钻具任务。

(4)固定底盘 固定底盘是钻机的底托架，它的下面安装四个滚轮，四个角各安装一个垂直油缸，靠巷道上帮一侧安装两个水平油缸，两端为车体碰头和联接器。

(5)滚轮 滚轮是钻机的行走机构。它以刮板运输机的两个侧板为轨道，在调度绞车的牵引下沿回采巷道运行。

(6)油缸 钻机上设有16根油缸：4个HSGK 80／55E—1701型垂直油缸负责支撑钻机；4个Hs HSGK 80／55E—2701型水平油缸起稳定钻机作用，其中，2个前支撑油缸支撑巷道上帮，2个后支撑油缸安装在活动底盘的导板内，支撑巷道的下帮；2个HSGK—80／55E—170l型支项油缸与巷道上帮两个垂直油缸安装在同一箱体内，上下油缸保持同一轴线上支撑巷道项板，防止钻机工作时上下震动；2个HSGK—80／55E—2801型调角油缸，调解活动底盘与固定底盘张开角度，当活动底盘仰角满足要求时，用定位板将活动底盘锁住、钻机工作时调

角油缸不受力；2个舌柄油缸为HSGI—70／28F型，拆卸钻具时负责升降舌柄。

2．泵站

泵站是钻机的动力源，它由电机、油泵、油箱，回油冷却器、检控仪表、底盘和滚轮组成。

3.控制台

控制台是采煤钻机集中控制的地力，它由主控制台、副按制台、电控箱、底盘和滚轮组成。

4．钻具及吊运装置

(1)钻具 钻具由钻头、螺旋钻杆、定位钻杆及双轴螺旋钻杆四部分组成。

1)钻头：钻头是采煤机破煤的关键部件。

2)螺旋钻秆：螺旋钻杆长950mm，外径Φ480mm，芯管直径Φ168mm，在芯管上焊有螺旋叶片、导程为500mm。钻头切削下来的煤体由螺旋叶片向外输出。为完成向钻头送风供水任务，芯管采用双壁管结构，即在Φ168mm钢管中心焊有一根Φ16mm钢管，负责供水，利用两根钢管之间的环形空间送风。主轴末端设有风、水旋转密封接头，风泵和水泵送来的风、水由旋转密封接头经主轴，进入钻杆。

钻杆两端为无扣快装接手，其结构选用凸爪和弹簧销，凸爪传递主轴的回转扭矩，端面传递轴向推力，弹簧销传递轴向拉力。

3)定位钻杆；钻杆接长以后，由于受自重作用，钻杆旋转时，经常摩擦钻孔的底面，造成钻头出现扎底现象。定位钻杆上设有一个外径为Φ500mm的环，可对钻杆起到支撑作用，克服钻头扎底现象。

4)双轴螺旋钻秆：为避免两个钻头在工作过程中，相互挤在一齐或者分开，设置双轴螺

旋钻杆能严格控制两个钻头的间距。

5)短钻杆：短钻杆是安装在钻头后面的第一节钻杆，它是为钻头进入煤体满足装配要求而设置的。

6)钻具排列顺序：钻具由左、右旋两部分相向排列组成。其排列顺序：水旋转密封接头输出轴——主轴联接器一风旋转密封接头—普通螺旋钻杆(5—10节)一定位螺旋钻杆(1节)一普通螺旋钻杆(5—10节)——双轴螺旋钻杆(1节)一短螺旋钻秆(1节)一钻头。

7)钻具的导正：为保证钻具按预定方向钻进，本设计共采取五条措施：①设置超前钻为大钻头定位；②设双轴螺旋钻杆严格控制两个钻头间距；○3安装定位螺旋钻杆防止钻头扎底；○4用导板为钻架座移动定向；⑤双钻头相向旋转互相抵消离心力。司机在操作时注意调整钻进方向：推力大，转速低，钻头向上仰，推力小，转速高，钻头向下扎。

(2)吊运装置 该采法钻具多，在钻进过程中钻具装卸频繁，占用时间长，缩短装卸钻杆时间是提高钻采效率关键。为此，在钻机固定底盘上安装了单轨吊，钻杆的装卸由单轨吊完成。存放在巷道两帮的钻杆由钻杆车负责搬运。

采煤钻机各部件的外形尺寸如表1.1。

8.3 回采工艺

8.3.1调整和稳定采煤钻机

该采法选用区内后退式回采。采煤钻机布置在距边界上山15m处时开动副油条、调整钻

机主轴的钻进方向：用调角油缸将活动底盘调成14°，锁紧定位板；用垂直油缸调整钻机高度，让主轴轴线与煤层厚度中心线重合，用水平油缸顶住巷道两帮固定钻机，在煤壁与油缸之间加垫板，增加油缸与煤壁的接触面积；升起支顶油缸，用4m长板梁托住顶板。

8.3.2落煤

先将钻头与短钻杆接在一起，用单轨吊把钻头放在钻机上，启动推进油缸让主轴与短钻杆接在一起，并将超前钻头紧顶在煤壁上，启动主油泵旋转钻头破煤。当钻头全部进入煤体后升起舌柄，打开弹簧锁将钻架座退回原位，用单轨吊将第一对钻杆放在舌柄和托盘上，推进钻架座让主轴与钻杆接上，下降舌柄进行第二次钻进„，按此操作程序、不断接长钻杆直至将钻头钻透回风巷为止。

8.3.3钻孔中的煤炭运输

钻头切削下来的煤炭，被铲煤板自动推人钻杆的螺旋叶片孔隙中，因钻孔呈封闭状态，煤将以每分20m的速度被螺旋叶片输出钻孔。由区段煤巷的刮板运输机运往来区煤仓。

8.3.4钻孔中的通风与防尘

钻头切削煤层前，必须先给钻头通风、供水，钻孔中的瓦斯靠正压通风来稀释和排出，供水给钻头截齿降温和灭尘。停机时先停马达后停风停水。

8.3.5退钻

钻头钻到回风巷后开始退钻，退钻时钻具边旋转边退，当一节钻杆全部退出后升起舌柄，用拨叉先撬起靠煤壁一侧的弹簧锁，钻架座后移，钻孔内外两根钻杆便被打开，再用拨叉撬起锁住主轴的弹簧锁，后移钻架座，舌柄上的定位孔卡住钻杆，主轴与钻杆接口便被拉开，用单轨吊将卸掉的钻杆运走。降下舌柄，钻架座前移让主轴与钻孔中的钻杆接上，开动钻机从孔中退出第二根钻杆，按上述顺序将第二根钻杆运走，以此顺序直至将所有钻杆从孔中全部退出。停止主电机运转，被单轨吊运出的钻杆由钻具车运往采空区一侧巷道，摆放在巷道两帮。

8.3.6移动采煤钻机

当钻具从钻孔中全部退出后，采煤钻机要移到相邻预定钻孔位置。移机的应先缩回油缸，收缸顺序为：支顶油缸一水平油缸一垂直油缸，注意滚轮应准确落在轨道上。由调度绞车牵引钻机、控制台、泵站到新的钻孔位置，移动距离为1.28m。若钻进方向不变活动底盘的张开角度不必调整。

8.3.7沿空留巷

位于采空区一侧的运输和回风顺槽要加强维护，以满足通风、下料、摆故钻具及人员作业的需要，维护运输顺槽做下区段的回风顺槽。因此，采煤钻机移走后，应及时对梯形棚进行加强支护。其作法为沿巷道方向每米打一对金属磨擦支柱，上好铰接顶梁。回风顺槽靠下帮一侧打单排支柱，运输顺槽沿巷道两帮各打一排。顶梁之间应互相铰接好。对采过的钻孔用水泥、碎石浆充填，水泥比为1：6，水泥与碎石或碎煤重量比为1：3，充填宽度为1.5m，为使充填物快速起到支撑顶板的作用，应加适量的速凝剂。

9 刨煤机开采薄煤层

9.1 刨煤机开采薄煤层工作面布置与回采工艺

工作面煤层厚0.4—1.5m，倾角62°，煤层坚硬性系数、f

9.2应用效果及评价

刨煤机在坚硬性系数f＜1.5的煤层中，刨煤效果良好、而且具有结构简单，操作、维修容易等优点。

存在的主要问题是：

(1)牵引绞车自备的液压支撑装置不足以固定牵引绞车，需另打木校支撑，因而使移置牵引绞车占用的工时大为增加；

(2)下端牵引绞车维护条件不良；

(3)对上下顺槽的卧底深度要求严格；

(4)无配套的工作面支护装备，因而限制了它的应用效果和应用范围。

（5）工作面设备的防滑

输送机溜槽支顶和整机下滑的事故发生频繁，对生产影响极大。发生镇送机支顶事故的原因主要是推移输送机的距离掌握不好，一次推进度过大、造成刨煤机超负荷运行；其次是在正常刨煤的，输送机1；断地上下颤动，伎整机缓慢下移，每个循环整机下移量约为0.5一lm，特别是在上行割煤时下移量更大。

为解决整机下滑问题．在输送机层部设置了防滑座。座上安两台QD8—100型切顶柱。

防滑座与输送机之间用螺栓联接。在刨煤机工作开始前，升起切顶校，文牢顶板，防止输送机下滑。当推移输送机时，缩回切顶校，用千斤顶tb移防滑座，使输送机移到新的位置，重新升起切顶柱。通过试用，此种防滑装置效果较好，整机下移量大大减少。

对于输送机溜槽支顶问题，可用金属摩擦支柱改制成支顶支柱，固定在机层第3—4节溜槽两侧，效果较好，以后再未发生输送机溜槽支顶事故。一般来说，当工作面倾角小于l0°一12°时，利用输送机自身的防滑座稳定好，使可解决输送机下滑问题。当倾角大于20°时，机头、机尾均需设防滑座，并且用回柱绞车牵引输送机，或者减少刨刀上行时的截煤厚度，甚至刨刀空行，这样，镇送机就不会下滑。

（6）创煤机的端头限位及停车

刨刀下行刨煤时，刨头越位、卡在输送机头上，造成刨链拉断、刨头损坏的重大事故。其原因是刨煤机所带端头限位装置不可靠，在使用中工人将其装置拆除，靠人工控制刨头运行。为了监视刨煤机工作，输送机两端均留设一段小上导链架，此处最容易造成输送机溜槽支顶伤人。解决的办法是研制可靠的限位、停车装置，但目前只能加强管理，靠人工控制刨头运行。

（7）煤层厚度与创头高度的关系

刨煤机电机机壳被顶梁压住。其原因足输送机头尾两端长2m的范围内，设备高度为0.6m，而煤层厚度0.7m，局部地段层煤层厚度0.5M，顶板略有下沉，设备就被压住。解决方法如下：

(1)为适应薄煤开采需要，机头、机民的高度应设计矮一些，利用刨头自身所带的加高块调节刨头高度。(2)当煤层变薄，刨头无法通过时，一般采用卧底的方法来增加采高，不挑顶。采用该法工作面易于管理。(3)当煤层厚度大于刨头高度，留有顶煤，而且煤层粘顶时，一般采用故震动炮的方法，但要遵循刨刀切创后，顶煤随之冒落，顶板完整无损的原则。

（8）创煤机对开采煤层硬度的要求

刨煤机适合回采坚固性系数f＜2、结构简单稳定、夹矸中含硫核少、不粘顶、顶底板完整的煤层。但是，在生产过程中往往遇到坚固性系数f>2或夹矸含硫核的煤层。此时应采用放震动炮的方法予以解决。

（9）刨头的飘刀和啃底

一般刨硬煤时刨头易飘刀，刨软煤易啃底。此种情况，可通过调整底刀高度加以解决。在刨头体的凹转刀座上有偏心轴，它可将底刀调成4种不同高度，刨硬煤，将底刀调得低些，刨软煤则调得高些。

第二部分 大安山煤矿螺旋钻采煤法可行性研究

乌克兰研制出的BSHK-2DM型为三联动同时钻入煤的新型采煤机械，该机采用前进式独头钻采的工艺方式，掘进时沿煤层下山方向进行钻采，下山方向钻采完后再退回调头钻采上山方向煤层。2DM型螺旋钻采煤机组可用于薄煤层开采，该机实现了无人工作面采煤。其主要特点是钻孔效率高、钻孔长度可达85m，钻机定向简单，联接及拆卸钻杆方便，代表了当今世界螺旋钻采煤机的发展方向。该机一次采宽2105mm，钻机自动接杆，达到设计采深或遇到断层时退出钻杆，螺旋钻机整体前移，预留0.8m煤柱后开始下一循环钻，采钻孔高度0.825m，钻孔宽度2m。钻采工作面每班钻进30m，每天钻进深度90m~105m，钻煤时回收率0.95，该采煤法实现了前进式开采，即巷道在前边掘进，后面开采下向的煤层。

薄煤层螺旋钻无人工作面，有以下优点:

①能将传统的井工开采以“破、装、运、支、处”为中心的多元模式，创建为“单一化的一元模式”，由螺旋钻机钻采完成。

②实现煤炭开采的车间化。螺旋钻机无人工作面开采极大地改善了工人的劳动条件和劳

动环境，工人不再进入工作面，而是在巷道中操纵机械，劳动强度小，生产安全。

③实现薄煤层单巷前进式开采。在一条巷道中前面掘进，螺旋钻机组滞后前进式的采煤方法，并且不用另布置工作面回风巷，降低了巷道掘进率，有利于采掘接续。

④实现煤层洁净开采。钻采过程中遇到断层时退出钻杆，减少了开采过程研石采出量，提高了煤炭质量。

⑤劳动生产率高，经济效益好。螺旋钻机无人工作面开采，用人少，占用设备少，工作面内无输送机、支架等设备，减少设备的故障率。

⑥提高矿井安全生产程度。钻机采用局部通风机对迎头供风，使用无火花型钻头，迎头钻杆中安设瓦斯断电传感器，杜绝了瓦斯、煤尘爆炸事故。

薄煤层工作面采用螺旋钻机用人少，工效高，大大改善现场工人作业环境和安全环境，实现了无人开采，同时，还可使一些平衡表外的储量得到开采，工作面回采率由54%提高到80%，提高了资源利用率，延长矿井的服务年限，有利于矿井可持续发展。随着螺旋钻机采煤的不断完善，此种方法必将有较大的发展，因此，必须借鉴国外的经验研制出适合该矿地质条件的薄煤层开采新工艺、新方法和新设备，最大限度地开发地下煤炭资源。

1 大安山煤矿的应用条件

大安山煤矿单斜5、7、9、10、12槽和中南5、7、9槽煤层等地段为急倾斜薄煤层，其中单斜5下槽，中南5下槽和中南7槽等局部地段已有较为详细的地址说明书。

单斜5下槽有西一～西三三个采区地质状况较为清楚，煤层为半亮——半暗型，条带及块状结构，结构简单，阶梯状、贝壳状断口，顶板发育着一层碳质岩及劣质煤，局部厚度变大在0.4～3.2m之间。该区煤层又三个块段，现有资料表明301块段煤层赋存较好，平均厚度为1.47m。块段101和块段201中煤层赋存较差，平均煤厚分别为0.93（0.5～2.49m）、0.94（0.7～1.1m），且发育有反S倒转，每层产状变化大，煤层顶底板有波浪起伏现象，倾角变化分别为30～88°。煤层顶底板为灰黑色，中厚层状，层理发育，硬度中等，局部破碎、易冒伪底为0.1m厚的碳质粉砂岩，薄层较软，含碳质高，局部破碎。

中南5下槽主要位于+680西四采区和+680西三采区。煤层为半亮型煤，条带状结构，阶梯状断口，中等硬度，煤质较好，每层厚度变化大0.5～３.98m，平均1.77m。煤层结构简

单，倾角50～85°，平均62°局部倒转。近煤层顶板处普遍发育着一层劣质煤，微粒状构造，易冒落，厚度约0.3～0.5m。直接顶10～13m，黑灰色，中厚层状，层理较发育，底板较完整。

中南7槽位于西四采区，煤层为半亮型条带状结构，阶梯状口，硬度中等，煤质较好厚度1.2～1.8m平均1.44m，结构极其复杂，局部含1～2层夹石，平均倾角71°,有伪顶0.5～

1.1m,粉砂岩与煤互层，完整性差，及易冒落，直接底为灰黑色中厚层状，层理发育。

2 大安山煤矿实施螺旋钻采煤法的具体设想

2.1 准备阶段

生产系统准备工作:螺旋钻为单工作巷双侧钻进采煤,巷道宽度必须保证同时容纳两部运输机平行作业,并留足人行通道。螺旋钻结构决定,钻机点距底板高度0.8m,为保证沿底钻孔,在巷道开掘过程中,必须卧底0.8~1.0m。根据通风系统要求,巷道在1 000 m以上,采用锚杆支护,扒斗出煤(矸),按月进70~80 m的掘进水平,月均75 m计,加上斜巷、溜煤眼等其它系统设施,准备这样一个试验系统,如单头掘进,至少需一年半时间。最好采用综掘机,掘进速度高,准备时间短,巷道成形好,更便于采用新的锚杆或锚网梁等支护效果好的工艺。

单轨吊系统准备工作:国外煤矿生产采用单轨吊运输方式较普遍,运输效率比轨道运输方式高。螺旋钻采煤机钻杆用单轨吊移动方便灵活。目前我国这种系统化的运输方式使用叫少。因此,必须提前准备单轨吊运输所需的一些设备,并培训操作人员。

高压供风及高压供水系统:高压供风、供水是系统正常运转的基本条件,供风能力除满足掘进、回采，应满足螺旋钻正常运行,可用井下移动式压风机专为钻机供风。

施工人员培训工作:螺旋钻系统对操作人员求较高，必须配备年轻、有知识、技术过硬的队伍。螺旋钻采煤机采用电及液压控制,驱动钻头部分为气动。原理同矿区其它液压驱动和气动设备相似,操作并不十分复杂。试验期间,对综采技术工人加以培训即可成为高素质的螺旋钻采煤操作人员。

2.2 试验阶段

大安山煤矿多为急倾斜煤层巷道布置,其钻采系统设想如下:以9m2断面的半煤岩掘一条巷道,由回风口安装螺旋钻采煤机开始采煤。钻出的煤由钻机下部刮板输送机经皮带到溜眼,

再由刮板运输机运出。这样一个完整的生产、通风系统基本就绪(图

1)

2.3 推广应用阶段

2#煤的开采:试验成功后,可在工作巷另一侧,沿巷道方向相距10~15 m布置另一台钻机双侧作业。一是提高出煤率,释放另一侧3#煤瓦斯压力;二是有效利用进退钻,提高钻杆利用率,避免同时钻进形成串联通风;三是降低钻杆投入量,防止富余钻杆堆放造成断面减小。使螺旋钻开采系统化(图2)。

根据目前桑树坪矿系统布置,一个工作巷可作为一个钻采系统,由一个施工单位负责。另在西二采区各布置一个2#煤施工单位,集中在短期内将2#煤开采结束,开采完2#煤即可试用于中厚及厚煤层开采。

新西兰色莱德业公司已采用澳大利亚直径为1.2m钻杆的螺旋钻采煤机成功开采7 m厚的煤层。单斜和中南各层煤都有煤厚为5m以上厚煤层。

应用的具体方法:从运输巷做斜巷进入煤层,再在厚煤层中沿底板(最好卧底1 m)平行掘两条留顶煤巷道,与从回风巷所做的斜巷穿煤平巷贯通,平行两巷间距为矿压确定的压力传递距离。钻采时以1 m以上直径钻机钻孔,在超前压力作用下,上部的煤被压酥破碎,钻杆四周的软煤或垮或片向钻孔,再经螺旋片运出,即形成钻放开采。厚煤层钻采时建议采用煤巷锚网梁支护,变形量小,稳定性好,便于维护，厚煤层开采过程必须解决好系统通风和工作点支护问题。

其它煤层的开采应用:螺旋钻采煤适应范围极大,尤其在大安山煤矿软煤层中潜力更大。采用螺旋钻开采工艺,比原来煤炭系统倡导的新集模式系统要简单,有利于在建矿井快速见效,只要井筒、主运输大巷、回风大巷等大系统形成,按倾斜条带(2#煤系统)布置就可快速出煤。螺旋钻开采应用于三角、边角煤及采区回采结束后残留煤柱的开采,只要有过道风流和出煤通道就可成为系统,不需象长壁布置方式要做大量巷道。

2.4 效益预计及前景分析

在2#煤层中采用直径为0.3~0.5 m双钻杆,按0.4m计算,钻孔宽度1m,密度1.4,钻深70 m,则一个钻孔的出煤量为钻孔及上部垮落的煤量之和,即整个煤层厚度。回收率按90%计,即0.9×1×70×1.4×90%=78.5t/孔。

螺旋钻在顿巴斯矿区钻进速率为0.4~4.5 m/min,大安山煤矿煤层硬度较大按平均3m计,一个钻孔需24min,退钻3~6.5m/min,按4m/min计,退钻18min,考虑接钻和抖钻时间,进钻

1.2m,退钻1m,移设及后巷支护0.8m,则一个循环为3h,每班2循环,至少出煤157t/孔。如果采用4-6制作业,三班出煤,可产原煤470t/d,每月25个有效工作日可出原煤1.18万t,如系统化布置,一个施工单位4台机组作业,可出原煤4×1.18=4.72万t/月。

以每台钻司机2人,运输机司机2人,电工1人,装卸24人,班长1人,每生产班10人,检修班10人,园班出勤人数须40人,一个单机组编制60人即可,系统化机组则只增加钻机及运输机司机,加后巷维护工,100人可操作4台机组。工效18t/工;在2#煤薄煤层按一个施工单位负责两条巷道4台机组考虑。可年产50万t以上,每个采区一个施工队,在生产的7个采区中,仅2#煤就可达到35万t/月。如果是厚煤层,也可用螺旋钻钻放厚煤层。单面产量将会更高。如果采用直径1.2 m钻杆的螺旋钻机组钻放开采,每班一孔,上部顶煤垮落宽度3m,每

循环出煤可达1180t,日产原煤3500t,月产近9万t,低耗高效。

螺旋钻还可将设计预留的煤柱回收,英、德等一些国家就是这样回收房柱或刀柱的。

3 螺旋钻法与薄煤层高档普采综采比较

3.1 投资比较

薄煤层综采及高档普采是适应薄煤层开采的全机械化采煤工艺,相对普通炮采,具有劳动强度小,安全系数大的优势,螺旋钻采煤法也具有以上优点,但从总投资看,同样采煤条件下采用螺旋钻采煤法为605.12万元,薄煤层高档普采系统则为977万元,若用薄煤层综采,其设备投资则要增加300万元。

3.2 安全生产状况比较

采用薄煤层综采或薄煤层高档普采工艺,人员操作施工需在低而矮的工作面爬行。事故隐患较多,人员作业环境安全系数小。尤其是高档普采作业环境,如遇突发事故,人员撤离很困难。安全保障程度相当低。采用螺旋钻采煤工艺,人员及机组设备集中在工作巷,人在宽敞明亮支护良好的巷道内就可将煤采出。安全状况好得多。

3.3 产量预测比较

采用薄煤层高档普采或综采,直接工效一般为1.5~3 t/工。采用螺旋钻采煤法,一条巷道双侧钻采同样煤厚,月产量可达2.4万t以上,所需人员只有原来的1/4多。直接工效达12~14 t/工

3.4 开采释放层速度和效果比较

采用综采或高档采煤工艺,按单面单月产量反算,月推进30~50 m。因其对变化起伏较大的煤层适应性差,可回采面积在可采煤厚范围内只能达到70%,加上55%范围的不可采,做为保护层释放面积达不到35%。若遇起伏构造,速度可能还要小,甚至另开切眼搬家倒面增加费用成本,还造成构造区煤不可回收,达不到预期释放效果,按普通长壁式布置,可采范围只占45%,甚至更低。而采用螺旋钻开采技术,可采范围界定要大得多。因此,螺旋钻开采保护层的2#煤比普通长壁式回采更有优势。从钻进一孔,到退钻移机,只需3h左右,遇构造时,可啃底前进或退钻另钻,只剩余一点构造区小煤。反算后,月推进可在120 m以上。开采速度明显高于薄煤层综采或高档普采,对解放层的释放也提供了更多时间和空间。

4 结论

从大安山煤矿的地质条件分析,螺旋钻的应用将给豪华公司煤炭生产带来极大的效益,在1.5m以下薄煤层中布置5个回采系统,每个系统年产原煤50万t,每年共可出煤250万t;边角煤及设计煤柱布置4套系统,每个系统60万t,年可出煤240万t。全矿区年可出煤860万t。

由于螺旋钻采煤系统简单,可节省回采巷道40%左右,仅此一项每年可节约成本费用5000余万元,并可使采面接续极大简化。加之所用人员少、工效高、投入少、安全系数大,通风系统完整可靠,薄煤层回采施工不用爬进低矮工作面,极大地改善回采工作人员的工作条件、劳动强度和安全状况等多项优点,其在大安山煤矿的应用前景非常乐观。