(42)-第一讲爆破采煤工艺

任务一爆破采煤工艺爆破采煤工艺，简称“炮采”，其特点是爆破落煤，爆破及人工（或辅助机械）装煤、机械化运煤，单体支柱支护作业空间顶板。其主要工艺过程包括电钻打眼、放炮落煤和运煤、人工装煤，可弯曲刮板输送机运煤，推移输送机，人工支护，回柱放顶等工序。爆破采煤工艺在我国一些地质条件复杂不适合采用机械化采煤的矿井或机械化程度低的小型矿井应用较多。知识要点爆破作业参数及要求；装煤与运煤方式；工作面单体支架布置；采空区处理方法。技能目标掌握爆破作业操作过程及安全措施；掌握单体支架的架设方法及要求；熟悉全部垮落法处理采空区的方法。任务导入赋存在地下的煤炭在较大范围内呈层状分布，对于煤炭的开采，如何将完整的煤体进行破碎？如何将破碎的煤炭运出？煤炭采出后暴露的空间如何进行有效的支护？这些工作进行是否合理会直接影响到安全生产与回采效率，本任务将针对炮采工作面各生产工序进行介绍。任务分析采煤工作面的生产工序包括：落煤（破煤）、装煤、运煤、支护和采空区处理。爆破落煤，由打眼、装药、填炮泥、连炮线、爆破等工序组成，对于炮眼的布置要根据煤层厚度、硬度、节理裂隙状况及顶板条件确定。装煤主要依靠人工将崩落的煤块装入刮板输送机运出工作面。煤炭采出后，煤层顶板暴露，必须及时进行支护，炮采工作面目前使用单体液压支柱配合金属铰接顶梁来支护顶板。随着工作面不断向前推进，除及时对工作面进行支护外，还必须对采空区顶板进行处理。这些工序的合理进行，是炮采工作面安全有序生产的重要保证。相关知识一、爆破落煤钻眼爆破是炮采工艺中最初的工序，钻眼的质量、爆破的效果会直接影响后序工序和安全生产。因此，既要保证爆破后工作面平直，保证规定进度，不留顶煤和底煤，不破坏顶板，不崩倒支柱，不崩翻工作面输送机，还要使崩落的煤块均匀、不崩向采空区，并尽量降低雷管和炸药消耗。因此，要根据煤层的硬度、厚度、节理和裂隙发育状况及顶板条件，正确确定炮眼布置参数与爆破参数。（一）炮眼布置参数1.炮眼排列方式一般常用的炮眼布置有三种：（1）单排眼布置，如图5-1（a）所示，一般适用于薄煤层或煤质软，节理裂隙发育的煤层。（2）双排眼布置，如图5-1（b）（c）（d）所示，其布置形式有对眼、三花眼和三角眼，一般适用于采高较小的中厚煤层，煤质中硬时可用对眼，煤质软时可用三花眼，煤层上部煤质软或顶板较碎时可用三角眼。（3）三排眼布置，如图5-1（e）所示，也称为五花眼，用于煤质坚硬或采高较大的中厚煤层。图5-1炮眼布置图2.炮眼角度炮眼与煤层层面和垂直面上应有一定的角度：=1\*GB3①炮眼与煤壁的水平夹角一般为50°～80°，煤质软时取大值，煤质硬时取小值。为了不崩倒支架，应使水平方向的最小抵抗线朝向两柱之间的空档；=2\*GB3②顶眼在垂直面上向顶板方向仰起5°～10°，视煤质软硬和煤层粘顶情况而定，应在保证顶板完整的情况下，尽量将顶煤爆落。=3\*GB3③底眼在垂直面上应向底板保持10°～20°之间的俯角，眼底要接近底板，要避免留底煤和崩翻输送机。3.炮眼间距相邻炮眼之间的间距，一般介于0.8～1.2m之间，煤质软时取大值，反之取小值。4.炮眼深度炮采工作面一般采用单体液压支柱配合金属铰接顶梁支护，铰接顶梁的长度一般为0.8m、1.0m、1.2m，炮眼深度应与铰接顶梁长度相匹配，否则暴露的顶板无法及时支护。（二）爆破参数1.炮眼装药量炮眼的装药量，应根据煤质软硬、炮眼位置和深度及爆破次序等因素确定，也可根据吨煤炸药消耗定额计算。在生产中一般通过经验取值。由于底煤难以爆破，一般适当加大底眼的装药量，为150～600g，顶眼、腰眼可酌情减少，顶眼、腰眼、底眼装药量之比可取0．75：O．5：1。2.一次起爆炮眼数量爆破采用串联法连线。每次起爆的炮眼数目，应根据顶板稳定性、输送机启动及输送能力、工作面安全情况而定。条件好时，可同时起爆数十个眼；条件较差、顶板不稳定，每次只能爆破几个炮眼，甚至采用留煤垛间隔爆破的方法。二、装煤与运煤1.爆破装煤如图5-2所示，爆破前刮板输送机在悬臂支架掩护下推向煤壁，爆破后一部分落入刮板输送机内，爆破装煤率可达30%左右。 （a）爆破前 （b）爆破后 图5-2爆破装煤示意图2.人工装煤爆破后，对于崩落在输送机与新煤壁之间松散煤安息角以下或输送机后部采空区侧的煤块，需要工人用铁锹铲入刮板输送机。这部分工序是炮采工作面各工序的薄弱环节。3.机械装煤为减轻工人劳动强度，提高装煤效率。我国部分矿井研制使用了多种装煤机械，最具代表性的是兖州北宿煤矿炮采工作面机械装煤布置，如图5-3。其布置特点是：在输送机的煤壁侧装上铲煤板6；在输送机的采空侧装上挡煤板4。挡煤板4靠其底座5上的支撑杆7支撑，通过操纵手柄可使支撑杆7带动挡煤板竖起或向采空侧放倒；工作面装备SGD型双伸缩切顶墩柱1.切顶墩柱通过大推力千斤顶3的收缩实现自行前移，并可在推移输送机时铲装煤。打眼和装药时将挡煤板放倒，放炮时挡煤板立起，防止煤被崩入采空侧，这样可使60%以上的煤自行装入输送机，余下的煤在大力千斤顶3的推动下被铲煤板铲入输送机。1—SQD双伸缩切顶墩柱；2—单体液压支柱；3—千斤顶；4—挡煤板5—挡煤板底座；6—铲煤板；7—支撑杆图5-3兖州北宿矿炮采面机械装煤作业布置图4.运煤及推移刮板输送机炮采工作面运煤方式的选择与煤层倾角有关，对于煤层倾角30°的工作面可采用溜槽自溜运输；倾角小于30°时多采用可弯曲刮板输送机。输送机推移器多为液压式推移千斤顶[图5-4(a)]，工作面内每隔6m设一台千斤顶，输送机机头、机尾各设3台千斤顶。一些装备程度较低的工作面，可使用电钻改装的推移器[图5-4(b)]。推移输送机时应从工作面的一端向另一端推移，不得相向推移，防止机槽拱起损坏设备。(a)液压千斤顶推移输送机；(b)电钻改装的推移器1、2—轴；3—螺母；4—丝杆；5—套筒图5-4炮采工作面推移输送机示意图二、炮采工作面支护和采空区处理（一）工作面支护我国目前绝大多数炮采工作面采用单体液压支柱与铰接顶梁组成悬臂支架支护顶板。按悬臂顶梁与支护的关系，可分为正悬臂与倒悬臂两种形式，如图5-5所示。正悬臂支架悬臂利于机道上方顶板支护，采空侧顶梁不易折断，倒悬臂支架则相反。(a)正悬臂布置(b)倒悬臂布置图5-5单体支柱正悬臂和倒悬臂支护示意图为行人和作业的方便，支柱在平行工作面方向一般排成直线，称为直线柱。炮采工作面支架布置方式多使用正悬臂齐梁直线柱布置方式，如图5-6。图5-6正悬臂齐梁直线柱布置当工作面顶板坚硬完整时，可使用单体液压支柱和柱帽组成的带帽点柱形式进行支护（如图5-7）。图5-7带帽点柱支护示意图为了保证足够的工作空间，工作面至少应有3排支柱，即应布置机道、人行道和材料道。工作面最大支护空间不应超过4排或5排支柱。通常推进一排或两排柱放一次顶，称为三四排控顶距或三五排控顶距。使采空区顶板有计划的自行垮落或强迫垮落的过程称为放顶；撤除放顶区的支柱称为回柱；工作面沿走向一次放顶的宽度称为放顶步距；放顶前采煤工作面沿走向的最大宽度称为最大控顶距；放顶后采煤工作面沿走向的宽度称为最小控顶距，如图5-8。(a)最大控顶距(b)最小控顶距图5-8最大最小控顶距示意图在有周期来压的工作面中，当工作空间达到最大控顶距时，为了加强对放顶线处的支撑，回柱之前常在放顶线处另外架设一些支架，称为工作面的特种支架。特种支架的形式有多种，如丛柱、密集支柱、木垛、斜撑支架、以及切顶墩柱等，如图5-9所示。(a)丛柱(b)密集支柱(c)木垛(d)斜撑支架图5-9炮采工作面各形式特殊支架（二）采空区处理随着采煤工作面不断向前推进，顶板悬露面积越来越大，为了工作面的安全和正常工作，就需要及时对采空区进行处理。由于顶板特征、煤层厚度和保护地表的特殊要求等条件不同，采空区有多种处理方法，但最常用的是全部垮落法。全部垮落法，通常适用于直接顶易于垮落或具有中等稳定性的顶板。其方法是，当工作面从开切眼推进一定距离后，主动撤除采煤工作空间以外的支架，使直接顶自然垮落，以保持工作面最小的悬顶面积，减轻顶板压力，垮落的松散岩石充填采空区后，又能支撑采空区内裂缝带岩层．减弱了上覆岩层对采煤工作空间的影响。以后随着工作面推进，每隔一定距离就按预定计划回柱放顶。采用全部垮落法处理采空区简单可靠、费用少，但这种方法对上覆岩层及地表会有影响。当地表有水体或建筑物时不允许使用。任务实施1.根据工作面开采条件，选择工作面炮眼