采煤方法(建国后)

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1950年2月,华东财办工矿部矿务局在洪山召开第一次山东煤矿工作会议, 贯
彻燃料工业部第一次全国煤矿会议精神,会上作出推行长壁采煤方法的决定。3月,
燃料工作部部长陈郁来山东,指示推行新采煤方法的试点工作要作出方案,决定地
点和工作面,限期执行。为此,矿务局决定洪山、西河、新博煤矿各选1 个工作面
进行新采煤法试验,并以洪山矿山三井为重点,调坊子煤矿经理郭承全任山三井井
长,调集全省各矿割煤机、运煤机和风镐等机械装备予以支援。7月, 先后在二层
和四层进行试验,面长100米左右,用截煤机掏槽,人工卷煤,V型运输机运煤, 6
排木支柱支护,其中两排密集支柱,经历3次冒顶垮面事故, 终于摸索出一套支、
回柱操作、顶板管理、劳力配备、工序衔接、机械配套、循环图表等工艺流程和管
理方法,长壁式机械采煤获得成功。10月,山东矿务局召开采煤会议,总结推广洪
山矿山三井新法采煤经验,到12月全省推广新法采煤的有4矿 17 个工作面, 总长
1063米,平均长62.5米,最长120米,最短40米,产煤13.76万吨, 占回采量的 8.
07%,回采工效比残采法高17.6%。1951年,全省新法采煤产量达到44.94万吨, 占
回采产量的23.88%。
1952年上半年,洪山煤矿山三井五四采煤队在薄煤层长壁工作面创造出一套完
整的正规循环作业法,并在全省各矿进行了大力推广。9月, 燃料工业部煤矿管理
总局在该矿召开全国煤矿采煤会议,推广五四采煤队正规循环作业经验。是年,全
省新法采煤产量猛增到139.2万吨,占回采产量的比重上升到59.59%。
1952年,位于柴汶河岸边的新汶煤矿孙村井,在14012 工作面试验成功水砂充
填走向长壁采煤法。该工作面顶、底板稳定,煤厚2米左右,工作面走向长250米,
倾斜长50米,设计循环进度1.2米,用木支柱作临时支护,排距1.2米,柱距1 米,
见五回二,实行两采一充,即采2.4米,充填2.4米,工作面保持3排木支柱, 控顶
距离最大为5.2米,最小控顶距为3.8米,电煤钻打眼,放炮落煤,钢板溜槽溜煤,
人工卷煤,下平巷使用苏式CKP-11型刮板运输机运输,大巷溜子装车,人力推车至
东斜井车场提升上井。该井试验水砂充填时地面建有砂仓,地下建有注砂室及水、
砂配比间,开凿一条专门用来辅设充填管路的管子道直至回采工作面上平巷。1957
年,新汶矿务局张庄、良庄矿建成投产后,利用风井及采区回风道装设充填管路,
在风井地面建一简易锥形砂盆,井下紧接砂盆下端构筑注砂室(俗称喇叭口),用闸
板控制下砂量。这一简易充填系统被国内同行誉为“新汶式”风砂井充填系统。同
年,孙村矿为解决-75米水平东翼采区高倍线充填, 在地面打一用作充填的钻孔,
建简易砂盆。这两种充填系统与圆形、矩形砂井充填系统相比,具有结构简单、造
价低、工期短、投产快等优点,特别对浅部充填,提高自然压头,降低充填倍线都
有很好作用。
1954年,陶庄煤矿西井872里面采用分层长壁上行矸石充填法, 由于效率低、
成本高、单产少等缺陷而终止,后在872 外面推行峰峰矿务局分层长壁木板假顶全
部垮落下行采煤法,用200×200×2100毫米的方木底梁,上铺20毫米厚的木板,用
铁钉钉成一个完整的假顶,顺利完成上下层的安全开采,并在实践中进行了两大改
进:一是将木板假顶改为木底梁金属网假顶或荆条底梁竹笆假顶,大大降低了假顶
材料成本;二是在上下分层的两道(材料道和溜子道)相对位置上把原来下分层两道
较上分层两道的外错或内错布置改为垂直重叠布置。这样,不仅为下分层工作面创
造了安全工作条件,而且减少了煤炭丢失量和自然发火因素。1956年,长壁采煤法
在枣庄矿务局得到全面普及,全局回采工作面平均个数为8.13个,工作面平均长度
为69米,其中田屯煤矿工作面平均长度达到91米。
“一五”期间,全省煤矿在薄厚煤层中全面推广长壁采煤法,1957年长壁新法
采煤产量占回采产量的比重达到90%以上。 淄博矿务局针对薄煤层推广长壁式采煤
所出现的问题进行了五项改革:一是改前进式回采为后退式回采。推行长壁采煤初
期,因掘进跟不上,多数长壁工作面采用前进式回采,巷道维护费用高,上、下出
口维护困难大,有效风量低,后经大力加强掘进,逐步将前进式回采改为后退式回
采,1957年全局长壁式采煤面全部改为后退式回采。二是改变长壁工作面下端留煤
柱维护巷道的做法,用4米宽的充填带代替,实行无煤柱开采。 此法每个工作面每
推进1米可多回收煤7~9吨。三是合理确定长壁工作面长度。 长壁工作面长度曾达
到260米,通过对回采过的不同长度工作面进行比较总结,结合地质、 煤厚和机械
化程度等技术状况,确定工作面长度一般为120~150米,0.7 米以下煤层的工作面
长度为80~100米,停止了200米以上的极长工作面。四是含夹石煤层推行分采分攉
采煤法。五是改进断层区域内的长壁采煤法。遇有落差大于煤层厚度2 倍的断层,
采取另开工作面溜子道方法,回采到断层根再移往新溜子道开采,遇有较小的断层、
摺曲或零星块状喷出岩,则组织专门力量,提前起底或松顶,以保证截煤机和运输
机顺利通过。1957年全局长壁式采煤产量比重达到91.2%。
1958年10月,新汶矿务局禹村矿一号井投产时经反复研究井田水文地质资料,
确认在开采范围内无水害威胁,便在-50 米水平以上第三煤层工作面首先采用顶板
全面冒落走向长壁法采煤。之后,新汶矿区的水砂充填矿井陆续改用顶板全面冒落
走向长壁采煤法。60年代,东都井在柴汶河古河床边缘的2601工作面( 距含水砂砾
层52.1米)采用顶板全面冒落法开采了2.7万平方米的范围,井上下均未发现异状;
协庄矿在-50米水平以上的2204工作面东(采厚2.0~2.3米,柴汶河下)、31104工作
面东(采厚1.6~1.8米,含水砂砾层下)等区段进行顶板全面冒落法开采试验也获成
功。实践证明,有柴汶河流经的新汶矿区,地质条件比较简单,正负零水平以下采
用顶板全面冒落法开采是可行的。
1958年,枣庄矿务局陶庄矿北井率先推广水力采煤,用井底水仓提供水源,将
泵房排水用的罗壳泵2台串联作为高压供水泵,扬程448米,流量每分钟4.8立方米,
向119工作面等提供水采动力,使用自制的55型水枪,后改用上海-14型水枪,在运
输巷内通过双链刮板脱水筛脱水,筛上品装车,矿车运至北井用绞车提升上井;筛
下品进入沉淀池,人工清理装车后也经北井绞车提升上井,成为全省第一个水采、
旱采兼容矿井。
1959年先后建成投产的肥城、莱芜矿务局,全面推行长壁采煤法,根据煤层厚
度不同,分别采用单一长壁或倾斜分层长壁两种形式。莱芜矿区因牟汶河流经其中,
地面水文地质条件与新汶矿区近似,初期用水砂充填走向长壁采煤法,后改为顶板
全面冒落走向长壁采煤法。1960年投产的肥城矿务局杨庄矿为全省第一对正规水力
采煤矿井,采区走向长度一般在800~1200米,倾斜长度600~800米, 在采区中间
掘进轨道和溜槽上(下)山,自上下山开掘若干集中巷和回风巷构成工作面。在工作
面内再沿走向分为若干区段,区段倾斜长100~200米,走向长80~120米。 在区段
内采用倾斜漏斗法和走向短壁法两种采煤方法。倾斜漏斗法,在采区区段内沿倾斜
掘区段上山,在上山两侧按5~7%的坡度掘区段集中运输巷, 再从集中运输巷向上
掘回采切眼,在回采切眼内安设水枪,向切眼两侧或一侧煤垛冲采,形成漏斗式落
煤,煤沿切眼经集中运输巷的溜槽被水冲运到煤水硐室,由煤水泵排至地面。由切
眼向两侧煤垛冲采的称双面漏斗法,由切眼向一侧煤垛冲采的称单面漏斗法,两者
巷道系统相同,仅切眼间的间距不同。双面漏斗法的煤垛宽20~30米,单面漏斗法
的煤垛宽12米左右,每次移枪距离均在6~8米。双面漏斗法顶板暴露面积大,安全
条件差,回采率不高,但切眼掘进率低。单面漏斗法虽掘进率稍高,但对顶板适应
性强,安全条件较好,回采率较高。倾斜漏斗式采煤法适应煤层倾角6~8度,该矿
投产初期一直采用双面漏斗法,1970年逐步改为单面漏斗法。走向短壁法,在采区
内掘进集中运输巷,在集中运输巷沿煤层倾斜方向掘区段上山(长度一般为 100 ~
200米),并与上回风巷联通。然后由区段上山每隔12米左右沿煤层伪倾斜方向以7%
以上的坡度掘进切眼(切眼长度一般在80~120米), 将煤层分割为条带式短壁垛,
在切眼内安设水枪,沿走向后退冲采煤垛,每隔8米左右移动一次水枪, 即采一个
煤垛(每个煤垛面积约8×12=96平方米)。走向短壁采煤法对顶板较易控制,回采率
较高(一般达60~70%),故1983年后逐渐将漏斗法改为走向短壁法。 走向短壁法在
煤层倾角10°以上才较适用。在煤层倾角较小的块段,仍保留单面漏斗法。1963年
投产的枣庄矿务局八一矿为水采矿井,在地面泵房安装Aял-300×8型水泵,吸取
蓄水池中的地面循环水,通过直径219毫米的无缝管将高压水导入井下工作面, 用
上海-14型水枪落煤,煤和水从采区运输槽运出经固定筛脱水后,粒度小于50 毫米
的筛下品流入吸入式煤仓,利用-120米水平的煤水泵(一组为2台K2型水泵串联,另
一组为2台淮5-150型水泵串联,一组工作,一组备用)吸取煤浆,通过2路煤水管输
送到地面;粒度大于50毫米的筛上品进入块煤仓,用矿车运至副井,经绞车提升上
井,成为水旱提升并举的水采矿井。同年,济宁地区邹县煤矿推行短壁式采煤法,
面长30~50米,后又推行单一长壁采煤法,以V型运输机取代了人力拉筐运煤。
进入70年代,全省统配煤矿在推行走向长壁采煤法中采取增加面长的措施提高
工作面单产,受到了煤层倾角的严重制约。因为工作面长度增加后需要使用2部或2
部以上刮板运输机,几部运输机在同一方向运输的情况下,工作面越长,第一部运
输机承受的负荷就越大,所以经常发生事故,造成运输困难。为此,有些矿在工作
面中部或中下部布置运输机平巷,将工作面下部运输机反向安装,与上部运输机实
行对拉运输,暂时缓解了这一矛盾。但是,对于不断移设的拉上山运输机,在煤层
倾角超过5度时运输能力降低,也容易发生事故。为了解决这一问题,1973 年枣庄
矿务局田屯矿率先在第16层煤下山采区采用条带式采煤法(倾斜长壁采煤法),从水
平大巷沿倾斜向下直线掘进巷道,将煤层切割成条带,一个工作面由3 条倾斜巷道
形成的两个条带组成,中间的倾斜巷道为运输巷,两侧的倾斜巷道为材料、进风或
回风巷,每个条带的走向长度80米,称为一个分段,工作面长度为160米, 各分段
一同向前仰斜推进,形成倾斜长壁对拉工作面,并在一个工作面包含2 个分段的基
础上逐步发展到3~4个分段,1978年工作面平均长度260米,平均月产量15351吨。
条带采煤法还具有节省巷道、利于疏水等优点,因而很快在薄厚煤层的炮采、普采、
高档普采和综采中得以大力推广。1974年,淄博矿务局洪山矿在二井3层-180 米水
平采区首次推广倾斜长壁采煤法。它比走向长壁采区巷道掘进工程量下降14%, 开
采不留安全煤柱,回采效率提高9%,有利于提高薄煤层工作面单产,单一工作面月
产一般在6000吨以上,对拉工作面月产可达20000吨以上。1975年, 兖州矿务局南
屯煤矿为解决工作面水患问题,将6采区西翼(倾斜长600米,走向长500米) 改为倾
斜分层倾斜长壁开采。1978年,枣庄矿务局柴里矿在第三层煤334、335工作面,实
行厚煤层倾斜分层倾斜长壁下行采煤,煤厚9米,面长230 米, 倾斜推进总长度为
490米,工作面中部布置一条运输巷兼回风。两侧的巷道为材料道兼进风。 这些巷
道都按中线掘进直线切割,并在底板岩石中布置与此相对应的集中材料道兼进风和
集中皮带机运输巷兼回风,334、335工作面所产煤炭实行对拉运输,一同仰斜推进。
为了加快工作面的推进速度,在采第2、3分层时将上下工作面错开一定距离同时推
进,历时两年零10个月,先后采完4个分层,出煤102万吨,以后的综采面和高档普
采面推行这一采煤方法都取得了满意效果。1980年,新汶矿务局泉沟矿在11101 工
作面试行倾斜长壁上行采煤法获得成功,该工作面煤层倾角12°以下,采用单巷直
线送巷,对拉工作面布置,沿空留巷,倾斜长壁上行无煤柱开采,煤电钻打眼,放
炮落煤,人工攉煤,用金属摩擦支柱配合金属绞接顶梁支护,全面冒落法处理采空
区顶板,最大控顶2.9米,放顶距离1米,两个面同时推进,共用一条运输机道,效
果良好。因大多数矿煤层倾角大,不适宜倾斜长壁上行采煤而未推广。肥城、龙口
矿务局和坊子煤矿也因地制宜先后推广应用倾斜长壁采煤法。70年代以来,全省统
配煤矿典型年度各类采煤方法产量比重见表3-9。
采煤工艺主要包括落煤、装煤、运煤、顶板支护及其处理等工序。19世纪以前,
全省煤矿采煤工艺流程除顶板自然冒落外,其他工序全靠人力完成。20世纪初,开
始用风、电钻打眼,炸药爆破,结束了手镐落煤的历史。其后,由于采煤技术装备
的进步和落煤方法的不同,逐步形成了炮采、水采、普采、高档普采和综采工作面,
其具体回采工艺流程如下:
炮采工作面。单一长壁式炮采工作面的回采工艺是:打眼→装药→放炮落煤→
装煤→运煤→支柱→移溜→扫浮煤→回柱放顶。人工假顶倾斜分层长壁式炮采工作
面的回采工艺是:打眼→装药→放炮落煤→挂梁→支临时支柱→装煤→运煤→移溜
→铺网→支柱→回柱放顶→洒水注浆。有些工序交叉平行作业,底分层无铺网工序。
水采工作面。除水力外,既不需人力或其他机械设备进行装、运煤,也不存在
支柱、回柱工序,只有落煤是唯一的、主要的生产工序。倾斜漏斗式采煤法或走向
短壁式采煤法都是根据现场条件采取开式、闭式或半闭式不同工艺流程,在顶板坚
硬、无窜矸的条件下用开式工艺,在水枪的前方、对角方和上方都可按冲采顺序直
接采透老塘;在顶板不好、有窜矸危险的地质条件下用闭式工艺,在水枪的前方和
上方都必须暂留隔离老塘的煤皮,在其保护下,用水枪按顺序尽可能地采出隔离圈
内的煤垛,再根据顶板情况适度冲采隔离煤皮;半闭式工艺,对有老塘窜矸威胁,
但顶板完整的煤垛,应在闭式隔离圈内尽可能采透顶板,多出顶部煤,减少厚度损
失。在落煤过程中必须严格执行掏槽、扩槽、挑顶、回煤皮的程序。
普采工作面。单一长壁式普采工作面回采工艺为:割煤→扫浮煤→移溜→支柱
→回柱放顶→开上下缺口(机窝),使用铰接顶梁时要跟机挂梁,顶板破碎时要超前
挂梁,煤硬或含硬夹矸时需打眼放震动炮。人工假顶倾斜分层长壁式普采面回采工
艺在上述工艺流程中增加了铺网和洒水注浆工序。高档普采工作面回采工艺流程与
普采工作面相同。
综采工作面。人工假顶倾斜分层长壁式铺顶网综采工作面回采工艺是:挂网→
割煤→移架→推溜→斜切缺口→洒浆。铺底网时则是:割煤→伸前探梁→推溜→铺
网→移架→开缺口→洒浆。双滚筒采煤机自开缺口有斜切进刀和钻割缺口两种开缺
口方式,采煤机双向割煤,前方滚筒割顶煤,后方滚筒割底煤,螺旋叶往运输机装
煤,少量浮煤在推溜时利用铲煤板装入运输机,将煤运至顺槽桥式转载机,机上安
有破碎机破碎大块煤和矸石后转卸到可伸缩皮带运输机运出。实行四班作业,三班
生产,一班整修。整修班进行上下端头替棚回撤,拉移转载机,收缩皮带机,前移
泵站、电站,洒注防火泥浆、阻化剂,检修机电设备等工作。一次采全高的综采工
作面回采工艺流程无铺网和注浆工序。综采工作面回采工艺流程的各道工序都实现
了机械化作业,尤其是液压支架全面支撑了工作面顶板,隔离了采空区,具有初撑
力大、增阻快、支护强度高、切顶挡矸效果好及作业空间完全可靠等优点。但端面
(液压支架顶梁端至煤壁之间)和端头(上下出口)是综采顶板管理的薄弱环节,老顶
来压或顶板破碎时经常发生局部冒顶,影响产量,威胁安全。维护端面主要采取串
板梁、穿钢管或打锚杆、贴帮支柱,及时或超前拉架等措施;防止端头冒顶采取以
基本支架代替端头支架、“十”字顶梁、单体液压支柱配套超前支护等方法。