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第1篇 炮采、普采工作面采煤工藝及安全操作
炮采是一種落后的采煤工藝方式，但對復雜的地質條件適應性強，設備簡單，所以，廣泛使用于條件比較復雜的中小型煤礦。
一、炮采工藝方式
炮采工作面的工藝過程有：破煤、裝煤、運煤、支護和回柱放頂?shù)取?/p>
（一）破煤
爆破落煤的生產過程包括打眼、裝藥、填炮泥、聯(lián)炮線、放炮等工序。
1、爆破應達到的要求
爆破落煤應滿足“兩高”、“兩少”、“五不”的要求
“兩高”：炮眼利用率高，保證工作面的循環(huán)進度；爆破自裝率高，保證爆破后煤體松散適度，盡量減少人工攉煤量，同時要防止煤拋到采空區(qū)一側，提高煤炭采出率。
“兩少”：盡量增加每一次爆破的炮眼個數(shù)，以減少放炮次數(shù)，縮短爆破消耗的時間；合理布置炮眼和裝藥量，降低炸藥和雷管消耗，提高經濟效益。
“五不”：不崩壞頂板；不崩倒、崩壞支架；不崩翻刮板輸送機；不爆底煤，減少工人起底煤的工作量；不出大塊煤，減少工人二次破碎煤的工作量。
另外，對有瓦斯、煤塵爆炸危險的工作面進行爆破作業(yè)時的特殊安全要求如下：
（1）有瓦斯、煤塵爆炸危險的工作面，必須使用取得產品許可證的煤礦許用炸藥和煤礦許用雷管。
（2）放炮工必須由經過專門培訓、取得爆破合格證的專職爆破工擔任。爆破作業(yè)只準爆破工1人操作。
（3）在爆破作業(yè)時，必須執(zhí)行“一炮三檢”和“3人聯(lián)鎖放炮制”。
（4）炮眼封泥必須使用水泡泥，水泡泥外剩余部分炮眼，應用粘土泡泥充填封實，嚴禁放半炮和出現(xiàn)放炮“打筒”現(xiàn)象。
（5）采煤工作面可以采用分組裝藥，但一組裝藥必須一次起爆，嚴禁在一個采煤工作面使用兩臺放炮器同時進行放炮。
為達到上述要求，就要根據頂板的穩(wěn)定程度、煤層厚度和硬度及節(jié)理等情況，采用合理的炮眼排列、角度、深度及每眼裝藥量等。
2、合理的炮眼布置及爆破參數(shù)
采煤工作面的炮眼布置包括有炮眼布置方式、炮眼深度、角度和炮眼間的距離等內容。合理炮眼布置一般根據煤層的厚度、煤質的軟硬、煤層的層理與節(jié)理以及煤層頂?shù)装宓那闆r來確定。
（1）采煤工作面的炮眼布置方式。在正常情況下，當煤層厚度在1.0m以下或煤質松軟的中厚煤層中，可沿工作面中間打一排向下傾斜的炮眼，稱為單排眼。炮眼與工作面煤壁的夾角為65°-75°。
當煤層厚度在1.0m-1.5m時，煤質中硬的中厚煤層中，可靠近頂、底板沿工作面打兩排眼稱為雙排眼。如上、下兩眼互相錯開，又稱三花眼。當煤層厚度大于1.5m時，且煤質較硬的中厚煤層，沿工作面打三排眼，且上、中、下三排眼互相錯開，稱為五花眼。
綜上所述，采煤工作面的炮眼，可歸納為底眼、中間眼、頂眼三種。
底眼位于采煤工作面下部，靠近底板。它的作用是將下部的煤沿底板首先拋出，起掏槽眼的作用，為中間眼和頂眼的爆破創(chuàng)造條件。底眼在垂直面上有俯角，俯角為10°-15°，眼底距底板約0.2m，以下留底煤且不破碎底板為原則。
中間眼（又稱腰眼）位于煤層頂板與底眼之間。其作用是進一步擴大底眼掏槽，保證頂眼與頂板震動極小時將煤崩落。
頂眼位于采煤工作面上部，靠近頂板。它的作用是將煤層沿頂板崩落而不留下頂煤。頂眼在垂直面上有仰角，一般為5°-10°。眼底距頂板0.1m-0.5m，視煤質軟硬及煤的粘頂情況而頂。以下不破碎頂板的完整性為原則，如頂板不穩(wěn)定時，則頂眼平行于頂板。
（2）炮眼角度與間距。垂直面上，頂眼一般有仰角，底眼有俯角，仰角或俯角的大小視頂板穩(wěn)定性及煤質軟硬情況而定。
炮眼與煤壁在水平面上的角度（水平角）一般為65-75°。煤質較軟時取大值，煤質較硬時取小值。由于絕大多數(shù)炮眼都是在一個自由賣弄的條件下爆破，所以炮眼的水平角都不能過大，否則將降低炮眼利用率，使煤體得不到充分的爆破；但炮眼的水平角也不能太小，否則爆破時將大量的煤塊拋向采空區(qū)，易崩倒工作面支架，造成煤炭資源損失，不利于安全生產。機械化采煤時，因煤質堅硬而需要放震動炮松動煤體時，炮眼水平角可更大些。
炮眼的間距，可根據煤的硬度和塊度要求而定。在正常情況下，炮眼的間距與深度之比，應限制在3：5左右。因此，采煤工作面炮眼間距一般為1.0m-1.2m。頂眼與頂板距離，在一次采全高一般為0.3-0.5m；在分層開采采頂層煤時一般為0.3m-0.5m，采中、底層煤時以0.4-0.6m為宜。底眼一般應高出刮板輸送機槽0.2m。
（3）炮眼深度。采煤工作面炮眼深度取決于一次推進（循環(huán)）進度和炮眼角度。
炮采工作面一般多采用小進度，一次推進（循環(huán)）進度為1.0-1.2m，炮眼深度要大于循環(huán)進度0.2。小進度可使每個眼裝藥量少，可實行一次多放炮，能較好地實現(xiàn)爆破裝煤，頂板受震動小，懸頂面積小，有利于頂板管理。
為了保證爆破落煤的安全，對裝藥的外部環(huán)境應嚴格要求。
3、采煤工作面裝藥時的安全要求（十不裝藥）
（1）采煤工作面及上、下出口的支護達不到工程質量要求，不得裝藥；
（2）采煤工作面風量不足，不得裝藥；
（3）炮眼參數(shù)不符合作業(yè)規(guī)程要求，不得裝藥；
（4）炮眼異常，如炮眼縮小、塌孔、變形或有裂隙，不得裝藥；
（5）炮眼若打到斷層處，有出水現(xiàn)象和溫度高低明顯變化時，不得裝藥；
（6）采煤工作面的煤壁傘檐突出0.5m時，不得磚窯；
（7）炮眼沒有清楚粉塵，沒有使用水泡泥或水泡泥的質量、數(shù)量不夠，不得裝藥；
（8）采煤工作面煤、巖塵超過規(guī)定時，不得裝藥；
（9）裝藥前，必須檢查瓦斯，如果附近20m以內風流中瓦斯?jié)舛冗_到1%時，不得裝藥；
（10）煤幫破碎或在放炮地點20m以內有未清除的煤堆時，不得裝藥。
4、裝藥操作時的安全要求
（1）應先清除炮眼內的煤、巖粉，并用炮棍探明炮眼深度、角度。按作業(yè)規(guī)程規(guī)定要求，確定炮眼裝藥量。
（2）按炮眼裝藥量，先將藥卷一個接一個地送進眼口，然后一手拉住雷管腳線，另一手操作炮棍，把藥卷輕輕推進眼底。推進藥卷時，不得猛力沖擊，以防雷管腳線損壞，確保炮眼內的藥卷間彼此密接。
（3）對仰角大的炮眼裝藥時，將藥卷一個接一個地送進眼口，最后裝1段-2段泡泥隨藥卷儀器推進眼底，并用炮棍輕輕壓一下，以防去掉炮棍后藥卷掉出來。
（4）對有水的俯角炮眼裝藥時，必須把一定數(shù)量帶有防水套的藥卷一次送入炮眼內，其外口必須立即封炮泥，并要求隨裝隨放。
（5）炮眼內藥卷安置順序符合作業(yè)規(guī)程規(guī)定的爆破方向，藥卷和雷管的驟能穴朝向爆破方向，即：正向起爆的藥卷要一致朝向炮眼底，反向起爆的藥卷要一致朝向炮眼口。
（6）不準出現(xiàn)蓋藥和墊藥。在有瓦斯煤塵爆炸危險的工作面，都必須采用正向起爆，不能采用反向起爆。
（7）裝藥和填裝泡泥工作最好是單人操作，也可以2人操作。裝填工作須按先底眼后中間眼再頂眼的順序進行。每裝好一個眼后，隨即將腳線端部扭結，盤放在眼口。
（8）填裝泡泥時須用一只手拉住雷管腳線，另一只手持炮棍送泡泥。開始進入一二節(jié)泡泥要輕輕搗，再送進水泡泥，而后送進泡泥，依次輕輕搗實，不得使勁沖擊。
（9）填裝泡泥長度必須符合安全規(guī)定要求。
（10）炮眼裝藥時，必須先檢查后裝藥，詳見“十不裝藥”的要求。
5、放炮時的安全要求
為確保放炮工作的安全，有下列情況之一者，不準放炮。
（1）采煤工作面工具未收拾好，機電設備、電纜未加保護，不準放炮。
（2）工作面未檢查瓦斯?jié)舛然蚍排诘攸c附近20m以內風流中瓦斯?jié)舛冗_1%時，不準放炮。
（3）在有煤塵爆炸危險的采煤工作面，放炮地點附近20m以內未經清掃煤塵和灑水降塵，不準放炮。
（4）工作面風量不足，而又未改善通風狀況以前，不準放炮。
（5）工作面上、下安全出口不安全暢通，工作面頂板、支架不完整，煤壁片幫、有傘檐等不安全隱患而又未處理時，不準放炮。
（6）放炮母線長度不夠又未掛好，不準放炮。
（7）不執(zhí)行一次裝藥、一次起爆（在采煤工作面可以采用分組裝藥，但一組裝藥必須一次起爆），不準放炮。
（8）放炮器不防爆或有故障，一個采煤工作面同時使用2臺以上（含2臺）放炮器，不準放炮。
（9）工作面人員沒有撤離到警戒線以外的頂板、支架完好的安全地點，不清點人數(shù)，未設好警戒崗哨，不準放炮。
（10）不發(fā)出三聲放炮信號，不準放炮。
（二）裝煤
放炮崩落的煤一部分因爆破崩入刮板輸送機外，其余的煤由人工裝載。在裝載前應首先檢查端面空頂范圍及煤壁，若發(fā)現(xiàn)問題，處理后在攉煤。人工裝載勞動強度大、效率低，應設法增加爆破裝煤比列。
（三）運煤
采煤工作面的運輸方式主要根據落煤方式及煤層傾角來確定。傾斜工作面可采用鐵溜槽或搪瓷溜槽，緩傾斜工作面主要采用刮板輸送機。推移刮板輸送機時，可根據工作面具體情況，采用逐節(jié)推、間隔推或幾節(jié)同時推，但在彎曲段不能出現(xiàn)急彎。在推移刮板輸送機時應注意隨時調整推移步距，保持刮板輸送機的平直狀態(tài)，減小其運行阻力，預防卡（掉）鏈事故的發(fā)生。推移刮板輸送機時輸送機正常運行，此時若發(fā)現(xiàn)運行阻力增大或卡鏈時，要及時停機檢查，找出原因并處理好后方可再推移。
（四）支架
炮采工作面常用金屬支柱或木支柱。頂板完整時用點柱。一般常用三、四排或四、五排控頂、人工架設。其操作及安全措施見本章第二節(jié)、第三節(jié)、第四節(jié)。
（五）回柱放頂
回柱放頂是采煤工作面生產中一項重要工序。為保證采煤工作面的安全及足夠的工作空間，應減小放頂步距。回單排柱比回雙排柱雖然增加了回柱次數(shù)及準備工作量，但支柱承壓時間短，放頂后頂板活動量小，操作安全。其具體要求、操作安全措施見本章第五節(jié)。
二、采煤工作面循環(huán)作業(yè)圖表和勞動組織
為使采煤工作面按計劃、有節(jié)奏地持續(xù)穩(wěn)產穩(wěn)高，需要充分發(fā)揮人的能動作用，使采面空間、工作時間和設備得以充分利用，因此要合理組織勞動生產，采用正規(guī)循環(huán)作業(yè)。
采煤工作面循環(huán)作業(yè)，就是完成一個采煤工藝并周而復始的采煤過程。通常隨工作面推進，按規(guī)定步距回一次支柱，則標志著完成一個“循環(huán)”。
正規(guī)循環(huán)作業(yè)，系指按工作面生產過程配套的工種及定員，一晝夜內，遵循一定采煤工藝順序，保證質量，按時完成既定任務，并周而復始地進行采煤作業(yè)。
為了便于管理生產，正規(guī)循環(huán)作業(yè)常用循環(huán)圖表來表示，它包括循環(huán)作業(yè)圖、技術經濟指標圖、勞動組織表和工作面布置圖。其作業(yè)方式有：三班采準平行作業(yè)；兩班半出煤，半班準備；兩班出煤，一班準備。
第二節(jié)? 炮采、普采工作面的支護材料及使用
在地下采煤時，為了維護采煤工作面的有效使用空間，防止頂板冒落，保證安全生產，必須合理選擇支護材料。普采、炮采工作面支護材料和支護設備有：木材、金屬頂梁、摩擦式金屬支柱、單體液壓支柱、液壓切頂支柱等。
一、木支護
目前，我國仍有一些中小型煤礦使用木材作為采煤工作面的支護材料。木支護的優(yōu)點是支柱制作簡單，并具有一定的支撐能力和可縮性，頂板來壓時還有響動，起到警示信號作用；木支護的缺點是支設勞動強度大，支柱復用率低。
（一）木支護的種類
1、點柱
支護成排支設，垂直于頂?shù)装?。平行于工作面支護的支柱叫排，排距依循環(huán)進度而定，一般為0.8m-1.2m；垂直工作面支設的支柱叫行，行距也叫柱距，柱距一般為0.6m-1.1m，均勻地分布在工作面內支撐頂板。頂板比較松軟或破碎時，應在頂板與支柱間“戴帽”，支柱與底板間墊柱鞋。
2、木棚子
木棚子是用較長的圓木或半圓木作頂梁，梁下有2根-3根木支柱形成一梁兩柱或一梁三柱。采煤工作面采用木棚子支護時，其形式有：順山棚子和橫板棚子。木棚子支護時，棚腿必須砍口，棚腿與棚梁間要接觸嚴密，不要加楔子。
3、木垛
木垛由矩形或圓形的坑木組成，用圓木時最好將相對兩個面削平以使木垛平穩(wěn)。木垛形式有正方形、長方形、三角形三種。
4、密集支柱
密集支柱是由直徑大致相等、沿工作面靠采空區(qū)側加密布置支柱，其作用是加強切頂。密集支柱的排數(shù)根據頂板壓力、采空區(qū)選定及基本柱距決定，可用一排或兩排。分組支設的密集支柱叫分組密集，每組密集之間相隔0.8-1.2m作安全出口。
5、叢柱
叢柱是由一組緊挨著成叢狀的支柱組成。每組叢柱數(shù)量為3-6棵，叢柱間距為4-10m。叢柱有很大的剛性，支撐能力大，但易造成集中壓力，圓木需用量大，又難回收，只在特殊情況下使用。
（二）木棚子的架設操作
（1）先把柱窩為位置找好，其位置必須符合作業(yè)規(guī)程規(guī)定的質量標準。
（2）挖好柱窩，柱子不能打在浮煤、浮矸上。
（3）量柱子。木柱高度等于頂板至柱窩底處高度減去棚梁和梁板厚度，選擇符合要求的柱子。
（4）立柱。要大頭朝上，其位置要與相鄰的柱子橫豎成直線，柱根用煤堆好，防止倒柱砸人。
（5）上棚梁。棚梁的寬度一定要不柱子的直徑大，梁的拱面向上。上梁時，雙手托梁放在棚柱上，隨即在棚梁上邊放好楔子，然后人站在棚子上方，找正位置，用錘由斜上方向下打緊打牢。之子打緊后，在敲打時會發(fā)出清脆的聲音。
（6）背頂。背頂長度要大于兩架棚子的距離，一般要大出200mm背板（或串桿）應成雙數(shù)且均勻排列。
（7）木柱和木梁應為鴨嘴式接觸。
（8）楔子要打在梁和背板之間，柱肩上要背實打緊。嚴禁把楔子打在梁柱接口內。
（9）順山棚子要平行于工作面架設：
①順山棚子排與排之間棚梁接頭處要對接嚴密，兩架棚梁之間不得留有空隙，以免發(fā)生抽頂。
②順山棚子必須一梁兩柱或一梁三柱。在一般條件下，不準彼此搭接借以少打一根柱子。特殊情況下，可按作業(yè)規(guī)程規(guī)定執(zhí)行。
③順山棚子之間不準加點柱，特殊情況如柱距不夠寬時，可增加支護密度。
④楔子必須加在柱頂處梁上，不準在一顆柱頂梁上加兩塊或兩塊以上木楔。
⑤棚梁上除楔子外，還應插好小板，以防頂板掉碴。小板應背緊，其數(shù)量應為雙數(shù)，并受力均勻。
（10）橫板棚子（與工作面垂直）及連鎖棚子：
①棚板棚子的棚梁必須垂直工作面，不準歪斜，以免來壓時被掃倒。
②橫板棚梁上與柱頂之間不準墊楔子，柱頂梁上必須背實。
③連鎖式棚子，柱頂背巖石后，盡量將棚梁頭的臨時楔子回掉，以房子受壓時頂梁折斷。
④使用圓坑木做梁時，必須把梁與柱接觸部分削平，柱腿必須使用鴨嘴式，鴨嘴柱與橫梁間不得有空隙，不得打楔子。
一般木材的強度如表1-1
表1-1? 木材強度表
木材名稱?抗壓強度/mpa?抗拉強度/ mpa?抗彎強度/ mpa
黑松?43.12?49.98?68.89
落葉松?62.34?68.21?80.95
馬尾松?29.78?98?7.06
垂柳?28.87??8.57
樟木?31.26?65.07?8.82
黃松?56.84?98?29.60
白松?36.26?51.45?10.00
栗木?34.60?58.60?57.04
檜木?50.67?56.15?78.70
二、摩擦式金屬支柱的類型及使用
（一）摩擦式支柱的類型
目前，煤礦使用比較多的摩擦式金屬支柱有兩種類型。
一種是微增阻支柱。它的活柱斜度小于1：500。微增阻支柱在工作過程中支柱工作阻力增加緩慢，如圖1-3所示。曲線1是微增阻摩擦支柱特性曲線，它的工作阻力開始增長較快，當達到初工作阻力后，隨支柱下縮而壓力增加緩慢，它的可縮量比急增阻支柱大。
另一種是急增阻支柱。它的活柱斜度為1：300。急增阻支柱工作時，隨著活柱的壓縮，工作阻力急劇增加，支柱可縮量小，其特性如圖1-3中曲線2。
（二）摩擦式金屬支柱的選擇
金屬支柱型號選擇主要依據工作面煤層厚度、采高、頂板巖性等因素來確定。
hzja型支柱是急增阻金屬支柱，它適用于頂板下沉量小于100mm，采高在1.3m以下的緩斜采煤工作面。
hzwa型支柱是微增阻金屬支柱，它的適用條件是：
（1）煤層傾角小于25°，傾角在25-30°時采取安全措施后也可使用；
（2）采高在1.3-2.4m，當采高不大于2.7m、頂板壓力不特別大時也可使用；
（3）頂板不宜過軟，頂板最終下沉量小于400mm。
金屬支柱高度可由式（1-1）、式（1-2）確定。
支柱最大高度
h1=m1-b?? （1-1）
支柱最小高度
h2=m2-h-b-a? （1-2）
式中? m1--煤層最大采高，mm；
m2--煤層最小采高，mm；
h--頂板最小下沉量平均值，mm；
a--支柱的卸載安全高度，一般取50mm。
（三）采煤工作面金屬支架的架設
（1）工作面使用金屬支柱時，必須與金屬鉸接頂梁配套。特殊情況下按作業(yè)規(guī)程執(zhí)行。
（2）摩擦式金屬支柱若有頂蓋丟失、柱體彎曲、楔組錯位、鎖箍變形和彈簧失效，不得使用。
（3）金屬頂梁如果變形，焊縫開裂，不得使用。
（4）掛金屬鉸接頂梁的操作要求：
①工作地點頂板暴露出來后，要立即掛金屬鉸接頂梁護頂，即一人把梁豎起，接頭朝上，其接端插到原支架頂梁的梁耳內，另一個人把圓銷子插進去；
②用手把頂梁托向頂板，迅速在頂梁鉸接口處插上水平銷。頂梁要垂直煤壁，并把梁調直、調平后，用錘子輕輕打緊，使頂梁受力而懸起，懸起的頂梁與頂板之間要留有一定空隙，便于插頂；
③按作業(yè)規(guī)程規(guī)定，在頂梁上均勻布置串桿，梁頭和柱肩要墊實；
④頂板破碎和再生頂板，串桿頂上必須用竹巴背嚴，空頂要剎實；
⑤持錘打緊水平銷，使頂梁和頂板間接緊。如果頂板壓力較大時，頂梁下需打上臨時柱，防止把梁壓下來造成事故。
（5）架設摩擦金屬支柱的操作要求：
①架設支柱時，必須兩人操作；
②先找柱窩，同時找好排距、柱距和迎山角位置，將支柱豎起來，柱鎖水平楔小頭轉向煤壁，以便回柱；
③由一人抽出活柱至所需頂梁位置，并卡在梁牙上，另一人立即打緊柱鎖水平楔；
④使升柱器掛在柱鎖上，其u型夾套在活柱上，并打緊升柱器夾緊活柱后，松開柱鎖水平楔；
⑤操作升柱器手把，使活柱上升達到支柱撐緊為止，支柱頂蓋必須與頂梁相吻合，以防偏心承載；
⑥持錘打緊鎖上的水平楔，并先輕后重逐漸打緊，把柱子打成一個整體響聲為止；
⑦打緊水平鎖、升柱楔和水平楔時，周圍不準站人，以免用勁過猛，打偏錘傷人。打緊或打松及升柱時，要一手扶柱鎖，另一手持錘或升柱器，不要手持活柱芯子，以免活柱突然下降把手擠傷。
三、單體液壓支柱的類型與安全操作
（一）單體液壓支柱的類型
單體液壓支柱按升柱時工作循環(huán)方式分為外注式和內注式兩個類型。
1、外注式單體液壓支柱
額定工作阻力245-294kn。其主要特點：工作介質（乳化液）由遠距離的液壓泵站通過液壓管路，經專用的注液槍注入缸內。回柱時，柱內乳化液需排出柱體，每支設一根支柱需注入一次乳化液。
外注式單體液壓支柱的主要優(yōu)點是：三用閥一體組裝，零部件少，結構簡單；初撐力靠泵站壓力獲得，可靠性高；升柱速度是內注式液壓支柱的3-4倍，能提高支柱的支設效率；使用同一規(guī)格的支柱，外注式支柱自重減輕了5kg，減輕了工人勞動輕度。
其主要缺點是：液壓管路系統(tǒng)較復雜；乳化液不能回收復用，增加了成本，且乳化液流失在工作面底板上，使底板巖面膨脹變軟，影響支護效果。
2、內注式單體液壓支柱
額定工作阻力為245kn。工作介質為乳化油。由內注式支柱本身的手搖泵升柱，初撐力大小由人力操作手柄來決定，降柱靠支柱的活柱自重進行。
目前，在我國普遍推廣使用是是外注式單體液壓支柱。
（二）單體液壓支柱的使用范圍
（1）煤層傾角小于25°的采煤工作面。若煤層傾角在25-35°之間，采取安全措施后也可使用。
（2）煤層底板不宜過軟，支柱壓入底板的深度按《采煤工作面質量標準》規(guī)定小于100mm，否則應采取加大底座或穿鐵柱鞋的措施。
（3）綜采工作面端頭支護和臨時點柱。
（4）一般薄及中厚煤層可使用單體液壓支柱。
（三）單體液壓支柱的安全使用
（1）采煤工作面必須經常配備10%左右的備用支柱，立著存放于工作面附近的安全、干燥、清潔的地點，支柱的卸載手把處于“關閉”位置。
（2）采煤工作面嚴禁使用失效的單體液壓支柱。
（3）單體液壓支柱工作面中，不得混合使用不同類型或不同性能的支柱。確因地質條件的變化必須使用時，必須制定安全措施。及時是使用同一類型的單體液壓支柱，為保證單體液壓支柱工作特性的一致，操作應注意以下幾點：
①柱帽規(guī)格一致，柱鞋規(guī)格一致，不得帶“病”使用，防止造成支柱對頂板實際支撐能力的差異；
②頂梁上必須加護頂插板時，木板規(guī)格應保持一致，架設規(guī)格也必須保持一致；
③支柱架設前必須清理底板的浮煤浮矸。
（4）單體液壓支柱入井前必須逐根進行壓力試驗，并編號登記造冊。
（5）采煤工作面回采結束后或使用時間超過8個月或在井下貯存3個月以上的單體液壓支柱必須升井檢修。檢修好的支柱必須進行壓力試驗，合格后方可使用。
（6）為保證支柱有足夠的初撐力，并且不小于50kn，升柱注液一定時間后方可停止操作。支柱必須有防倒、防滑措施，嚴禁將支柱架設在浮煤浮矸上。
（7）采煤工作面放炮時，必須采取防止損壞單體液壓支柱的有效措施。對崩倒、碰倒、損壞的支柱必須立即恢復或更換。嚴禁在控頂區(qū)域內提前摘柱。底板松軟時必須穿柱鞋。
（8）嚴格按照支護設計的規(guī)格控制柱距、排距、控頂距，保證橫成排、豎成線。
（四）使用單體液壓支柱應注意的問題
（1）支柱在操作前均應按最大行程進行升柱、降柱至少兩個循環(huán)，以排出缸體內的空氣。
（2）支柱架設前檢查零部件是否齊全，柱體有無彎曲、缺件、漏液等現(xiàn)象，不合格的支柱不得使用。
（3）支柱支設前還必須檢查乳化液泵站及液壓管路系統(tǒng)。
（4）支柱支設時應根據煤層傾角大小，設一定量迎山角，其范圍為0-9°。
（5）單體液壓支柱支設的最大高度應小于支柱設計最大高度0.1；支設的最小高度大于支柱設計最小高度0.2m。
（6）支柱與輸送機應有適當距離，以防采煤機撞倒支柱。
（7）支柱頂蓋四爪應卡在頂梁槽內，不允許頂在頂梁上或頂梁接頭處。
（8）禁止用錘、鎬等物體猛擊支柱的任何部分，搬運支柱時不許碰撞，以免損壞支柱
（9）放頂時回出的支柱應支撐在作業(yè)規(guī)程規(guī)定的位置，并全部承載；對“壓死”的支柱，要打好臨時支柱，通過挑頂、臥底的方法取出。
（10）嚴禁用單體液壓支柱做推溜器。
（11）在操作過程中，若發(fā)現(xiàn)損壞、失效的支柱應及時更換。
四、單體支柱的初撐力、始動阻力和額定阻力
（一）單體支柱的初撐力、始動阻力和額定工作阻力
在對頂板進行有效支護過程中，單體支柱從支設直至回柱，其作用經歷了初撐力、始動阻力和額定工作阻力的變化。
支架的初撐力是指支架剛架設時對頂?shù)装宓闹鲃訐瘟?。對木支柱和摩擦支柱，初撐力是借人工打緊或升柱器所形成的對頂板的支撐力。人工打緊的初撐力一般為2kn，絲桿升柱器的初撐力為8kn，液壓升柱器的初撐力為30-50kn。對液壓支柱，初撐力是液壓泵給定的。
支架的始動阻力是指頂板下沉、摩擦支柱或液壓支柱開始動作時的阻力。液壓支柱的始動阻力就是初撐力。
額定工作阻力是指支柱允許的最大工作載荷。支柱達到額定工作阻力時，摩擦金屬支柱的零件的變形尚未超出允許范圍。液壓支柱達到額定工作阻力時，安全閥開始動作。
提高支架的初撐力對減少頂板的下沉量、下沉速度和支架穩(wěn)定性有直接影響。初撐力過低，容易造成直接頂離層，使巖層變形破碎而造成局部冒頂。
（二）影響支柱支撐能力的因素
支柱在井下的實際支撐能力由于在工作過程中受多方面因素的影響，不能簡單地用支柱出廠技術標準所規(guī)定的工作阻力來表示。進行支護密度的計算時，應從中扣除有關因素影響的部分。
1、自然地質條件的影響
（1）傾角。煤層傾角過大的工作面，支柱搬移困難，支設的支柱穩(wěn)定性也較差，受力狀況惡化，支柱容易偏心受壓，產生縱向彎曲以至變形破壞。支柱支設不好，在偏心載荷的作用下，也易滑倒。所以，一般規(guī)定在煤層傾角小于25°的工作面才可使用單體液壓支柱，超過25°必須采取相應措施。主要有兩個方面：一是挖柱窩，防止倒滑竄滑；二是迎山角要找準，不能沒有也不宜過大，使支柱大體上垂直于頂、底板，保證軸向受力。
（2）局部地質破壞。工作面遇到斷層帶或地質破壞嚴重地段、頂?shù)装迤扑椋踔吝€有淋水的情況下，支柱容易穿頂、插底，嚴重影響支柱效果。必須采取在支柱頂上密封頂板、加頂梁、加密頂梁上的插板、支柱下面鋪設柱鞋、擴大支柱底座支撐面積等措施，減少局部地質破壞產生的影響。
（3）頂?shù)装宓膸r性。原則上說，支柱對頂板支撐力的大小，一方面取決于支柱的初撐力，另一方面取決于初撐后壓縮活性，支柱得到增阻。但支柱的支撐力是支柱和圍巖（包括頂板和底板）相互作用的結果。支柱承受的頂板載荷，也是支柱施加于頂板的力。有時則通過柱帽、頂梁或柱鞋等輔助墊層將此力傳至頂?shù)装澹@樣一來，支架一圍巖系統(tǒng)的實際支撐力，有時將不取決于支柱本身有多大支撐能力，而僅取決于頂?shù)装逡约八妮o助墊層有多大的抗力（即反力）。
對于抗壓入強度低的頂?shù)装?，提高支撐力，防止支柱插入頂?shù)装宓奈┮煌緩绞羌哟笾Ъ芎晚數(shù)装宓慕佑|面積。加大頂板接觸面積的方法有戴柱帽、加頂梁或在頂梁上再加插板等。加大底板接觸面積的方法主要是“穿鞋”。由于木材橫向抗壓強度低，而液壓支柱初撐力高、剛度大，所以使用單體液壓支柱時，“鞋”、“帽”、頂梁等均不宜使用木材。同時也要盡量避免單柱帶帽的支護形式，而要采用鉸接頂梁的形式，在過于松軟地段采用特制的加寬頂梁上板的結構。底板特松軟時，則可使用增阻床和加寬的（尼龍）防止支柱鉆底的柱鞋。
2、混用支柱的影響
不同特性與不同材質的支柱以及不同的支護結構都會對控制頂板產生不同的影響。因而在同一采煤工作面中，不得使用不同類型或不同性能的支柱。如遇采高變化，使用一種規(guī)格支柱不適用時，可換用相同類型、相同工作阻力的其他規(guī)格的支柱。也就是說，一個工作面只能使用同一種技術特性的支柱。
以摩擦式金屬支柱與單體液壓支柱混用為例。摩擦式金屬支柱是增阻式的，只有頂板下沉量達到幾百毫米時，支柱才能達到額定工作阻力；而單體液壓支柱是恒阻式的，增阻快，在達到額定工作阻力以前下縮很少，達到額定阻力后 能保持恒定的高阻力。當這兩種不同技術特性的支柱在同一工作面混合使用時，各支柱的支撐力不能均勻的作用于頂板上，頂板壓力大多數(shù)集中在單體液壓支柱上，頂板的受力不均勻將使頂板狀況惡化。尤其頂板來壓時，單體液壓支柱急速超載，易于損壞。
另外，在一個工作面中也不能分段使用不同類型的支柱。試驗表明，分段使用的工作面單體液壓支柱支護的區(qū)段，頂板下沉量平均為30mm左右，頂板比較完整。使用摩擦式金屬支柱的區(qū)段，頂板下沉量明顯增大，平均達290mm左右。在兩種支柱交界附近則明顯地看出頂板變化很大，單體液壓支柱普遍變形，甚至明顯彎曲。此外，由于現(xiàn)場缺乏足夠的儲備，當單體液壓支柱數(shù)量不足時，往往以木支柱補充。由于木材縱向可縮性很小，基本上是剛性，混用的結果是木支柱超載被壓折，大量毀損。木支柱折損后，單體液壓支柱支撐力不夠，下縮量大，頂板急劇惡化。因此，同一工作面不能混用不同類型的支柱。
3、單體液壓支柱維護使用狀況的影響
液壓支柱清潔度的影響。液壓支柱清潔度是指液壓支柱內腔或三用閥中所含雜質的多少，其指標為：支柱內腔平均含雜質小于40毫克/根；最長支柱內腔平均含雜質小于50毫克/根；支柱三用閥含雜質小于10毫克/根。
使用過程中保持支柱內腔良好的清潔狀態(tài)，對保證支柱性能、防止支柱失效、減少支柱維修量至關重要。外注液式單體液壓支柱的單向閥和內注液式單體液壓支柱的通氣閥是易被污染的主要配件，使用時要采取有效措施防止被污染。
（2）工作液的影響。例如dz型外注式支柱，采用1-2%乳化油配制的乳化液，濃度大了造成浪費，濃度低了使支柱和閥銹蝕。工作介質的更換或濃度的改變等，都會使支柱和閥件銹蝕，影響其密封性能。
五、液壓切頂支架的特點及安全操作
（一）液壓切頂支架的特點
（1）工作阻力大，切頂效果好；
（2）支柱的支設、回撤和刮板輸送機的推移能全部實現(xiàn)機械化，保證采煤工作面切頂線的安全，降低工人勞動強度；
（3）對底板比壓較小，不易插入底板。
（二）操作液壓切頂支柱應注意的事項
（1）新下井或新檢修的液壓切頂支柱，初次使用時，應反復升降3-4次，排出缸體內的空氣；
（2）支柱應排列整齊，符合作業(yè)規(guī)程要求；需要調整柱距時，應用繩子或長鐵鉤勾住底座把手防止打滑，并由2人進行操作；
（3）液壓切頂支架的推移千斤頂盡量和溜子垂直，若因傾角增大，下滑超過0.2m時，要及時調整；
（4）推溜時，應清除機道內的大塊煤矸，并保持平整，防止推溜時損壞立柱和千斤頂?shù)倪B接桿件；
（5）降柱時工作人員應撤到人行道，防止降柱時矸石噴出傷人；頂板壓力較大時，可將降柱和拉柱同時進行，以縮短空頂時間；
（6）升柱時使柱頂中心受力，若頂板不平，頂蓋偏斜超過15°時，應加墊木楔，防止活柱偏載受力；
（7）在采高和傾角較大的采煤工作面操作支柱時，應使支柱擦頂前移，以利于頂板完整和防止下滑；
（8）采高必須大于液壓切頂支柱最低高度0.2m，如煤層厚度滿足不了這一要求，必須拉底保持高度；
（9）嚴禁用錘和其他金屬物敲砸千斤頂和各種閥件。
第三節(jié)? 炮采、普采工作面的支護方式
支護方式是指工作面各類支架的布置形式。合理的支護方式必須滿足下列要求：
（1）有足夠的作業(yè)空間，滿足采煤、通風和行人的要求；
（2）能有效地控制頂板，保證安全生產；
（3）最低的材料消耗；
（4）合理的支護密度。
一、單體支架布置形式
地質條件不同，采煤方法不同，支架類型不同，就有不同的支架布置方式。我國普采、炮采工作面普遍采用單體支架（包括摩擦金屬支柱和單體液壓支柱）和金屬鉸接頂梁支柱頂板。其頂梁的架設方向與工作面煤壁垂直。因回采過程中礦山壓力的作用，產生的平行于工作面煤壁的裂縫較多，這種方式可有效防止頂板事故。行人和機械運行最頻繁的地方，即靠煤壁的空間，均有頂梁支護，比較安全。
工作面支架的基本任務是能夠主要、有效地支撐采煤工作面空間的直接頂板，盡可能不使上覆巖層離層。為此，要求支柱必須具備既能支撐又能回縮的性能。支撐是基本的，因為有了足夠的支撐力才能保持直接頂?shù)耐暾裕股细矌r層不發(fā)生離層而成為一個整體；可縮有時必要的，因為支架的支撐力不可能阻止巖層一點不下沉，頂板下沉是必然的，因此支柱就必須可縮，否則就會被壓壞。所以支柱要有一定的可縮性才能保證支柱本省不被損壞。
普采、炮采工作面的支架布置應適應煤層賦存條件及頂?shù)装鍘r性，保證回采工作面作業(yè)安全，還要能和采煤機的截深相配合，滿足支柱、回柱工作的要求。
（一）懸梁與支柱的關系
普采、炮采工作面最常用的是懸臂梁支架，按懸梁與支柱的關系可分為正懸臂和倒懸臂兩種，如圖1-4。
采用正懸臂時，機道有懸臂支護，必要時還可掏梁窩提前掛梁，打貼幫柱，因此機道安全條件好；懸臂靠煤壁側深處較長，易回收；懸梁靠采空區(qū)一側伸出較短，故不易折損；有較好的支撐特性。倒懸臂則相反。
（二）支架布置形式
普采工作面單體支架的布置形式有以下幾種：
1、齊梁直線柱
這種布置形式的特點是沿工作面傾斜方向，頂梁和支柱都為直線排列，頂梁為正懸臂架設。根據截深和頂梁長度的關系，有分為兩種布置形式。
（1）截深和頂梁長度相等時的布置形式。當截深為0.8m或1.0m時，則相應地選用0.8m或1.0m的頂梁，即采煤機每割一刀，可沿工作面全長掛了兩打柱。該方式的優(yōu)點是：支護方式較簡單，規(guī)格質量容易掌握；放頂線整齊，頂梁不易被壓壞；工序簡單，便于組織管理。其缺點是：每割一刀，全工作面均需掛梁打柱，工作量較集中；在煤質堅硬、采高較大時，采煤機負荷增加，牽引速度低。所以這種形式適用于頂板較穩(wěn)定，煤質較軟，采高不太大的工作面。
（2）截深為頂梁長度一半時的布置形式。其截深一般為0.5m或0.6m，分別配用1.0m、1.2m的頂梁。即采煤機每割兩刀時，進行一次掛梁打柱。其缺點是：由于割第一刀后不能掛梁，故空頂面積大且時間長；掛梁打柱集中在割第二刀時進行，工作量不均衡。所以這種形式只宜在頂板較好的條件下使用。
2、錯梁直線柱
這匯總布置形式的特點是：每排支柱成一直線，頂梁交錯排列，其相鄰兩行支架，一行為正懸臂，一行為倒懸臂。
圖1-7為截深等于梁長一半、雙向穿梭割煤時的錯梁直線柱布置形式。采煤機上行割一刀后，a行進行掛梁，并移輸送機，在a行梁下大上臨時柱；采煤機下行割第二刀后，b行進行掛梁，并移輸送機，在a、b梁下打固定柱，回臨時柱 。
這種形式的優(yōu)點是：懸露的頂板能及時支護；放頂線處支柱排列整齊，便于切頂和擋矸；掛梁工作面均衡。缺點是：割第一刀后，一般要打臨時支柱，割第二刀后又回臨時支柱，增加了工作量；倒懸臂伸入采空區(qū)，頂梁易損壞。這種布置形式一般適用于頂板比較破碎，或在假頂下進行采煤的工作面。
3、錯梁錯柱式
這種布置形式的特點是：沿工作面傾向方向，柱子頂梁都是交錯排列，頂梁均為正懸臂架設，在放頂線處的支柱數(shù)量較錯梁直線式布置要少一半。
圖1-8為截深等于頂梁長度的一半、雙向穿梭割煤時的錯梁錯柱式布置方式。采煤機上行割第一刀后，a行掛梁并移輸送機，在a行梁下打柱；采煤機下行割第二刀煤后，b行掛梁并移輸送機，在b行梁下打柱。
這種形式的優(yōu)點是：采煤機每割一刀后均能間隔掛梁，及時支護頂板；每刀的支架工作量均衡，支架密度均勻，便于打柱、回柱綜合作業(yè)；每次放頂步距小，放頂較安全。其缺點是：支柱交錯排列，規(guī)格質量不好掌握；放頂線處支柱少，受力大，不利于擋矸；支架間檔小，行人、運料不便。
這種布置形式宜在頂板穩(wěn)定條件下采用，目前應用較少。
炮采工作面支架布置形式同樣有上述三種。但第一種最常用，頂梁長度和循環(huán)進度相等，每推進一排，全工作面掛一次頂梁。
我國絕大部分普采、炮采工作面支護方式采用齊梁直線柱布置。
二、單體支架采煤工作面的支護設計及安全出口支護
（一）采煤工作面基本柱的支護設計
為保證采煤工作面支護必須滿足的要求得到落實，必須對工作面的控頂距、放頂步距、迎山角、支護強度、支護密度、底板比壓等進行設計，并進行風量驗算。
1、控頂距離
最小、最大控頂距以及放頂距應根據頂板巖性、回采工作空間的需要、采煤工藝和保證人員的安全因素確定。
（1）最小控頂距：為了回采工作正常進行，工作面留設的最小寬度，即回柱放頂之后從放頂線到工作面煤壁的距離。最小空頂距要滿足通風、行人、運料和工作的需要。
（2）放頂距：工作面每推進一定距離，需要進行回柱放頂，這個距離就叫做頂距。放頂距的大小應根據頂板巖石性質和循環(huán)進度確定。放頂距過小，將增加放頂距次數(shù)，頂板也不易充分垮落，對減輕頂壓不利。放頂距過大，頂板下沉量及頂壓增加，冒落塊度大，可能造成頂板事故。放頂距應與工作面推進度相適用。
（3）最大控頂距：放頂距與最小控距之和為最大控頂距。為了減少頂板對支架的作用施加和柱梁占用量，降低頂板下沉和變形破壞程度，盡量減小最大控頂距。
2、支護強度與支護密度
（1）支護強度。支護強度即支柱或支架達到工作阻力時，對所支護頂板單位面積上的支撐力。通俗地說就是支柱或支架抵抗頂板壓力和頂板下沉的能力。很顯然，當頂板壓力和支柱額定工作阻力一定，支護密度越大，則單個支柱支護的頂板面積越小，頂板單位面積的支撐力就越大，即支護強度越大。反之，支護密度越小，則支護強度越小。當支護強度小時，采煤工作面表現(xiàn)為頂板下沉量大，下沉速度快。為了有效地支撐頂板，當控制其下沉速度，必須給頂板一個最低的有效支護強度，當頂板壓力和支柱額定工作阻力一定時，支護強度的大小由支護密度決定。
（2）支護密度。單位頂板面積內支撐頂板的支柱數(shù)量叫支護密度，單位為：棵/平方米。支護密度是根據頂板壓力大小和支柱額定工作阻力來確定的。
頂板壓力的大小根據經驗公式來估算，即頂板壓力p為4倍-8倍采高的巖重，用公式（1-3）表示為
p=（4-8）gmr????????? （1-3）
式中? p--單位面積的頂板壓力，pa；
m--工作面采高，m；
r--頂板平均密度，kg/m3；
g--常數(shù)，g=9.9n/kg。
應用這個公式時要考慮直接頂厚度。直接頂厚度較大時取小的系數(shù)，直接頂厚度較小時取大的系數(shù)。
支柱額定工作阻力取支柱的平均工作阻力，考慮地質條件等因素的影響時，有
p′=rt·80%????? （1-4）
式中? p′--支柱平均工作阻力，kn；
rt--支柱原有的額定工作阻力，kn。
根據p值大小和支柱的平均工作阻力，確定每棵支柱支撐的平均面積s為
s=l柱·l排=p′/p
根據采煤工作面的循環(huán)進度，選用頂梁。最后確定柱距。考慮機道空頂寬度大于排距，應引入修正系數(shù)，即
l柱= p′/（l排·pk）
式中? l柱--采煤工作面的柱距，m；
p′--支柱平均工作阻力，kn；
l排--采煤工作面的排距，m；
p--頂板壓力，mpa；
k--修正系數(shù)。
根據頂梁長度的不同，k值分別為：
l排=0.8m時，k=1.2；
l排=1m時，k=1.1;
l排=1.2m時，k=1.0。
3、采煤工作面風量驗算
在保證采煤工作面進行正常工作的前提下，應盡可能縮小控頂距離，減輕工作面壓力，縮短支柱承壓時間。單體支柱工作面的控頂距離一般三、四排（最大四排、最小三排，即見四回一），三、五排（最大五排，最小三排，即見五回二），四、五排（最大五排，最小四排，即見五回一）比較適宜。
采煤工作面控頂距的大小，必須滿足通風的需要。確定控頂距時，必須按風速進行驗算?！睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定，采煤工作面最低風速為0.25m/s、最高風速為4m/s。檢驗工作面風量的公式為
0.25s×60≤q≤4s×60?? （1-7）
式中? s--采煤工作面的平均斷面，m2；
q--供風量，m3/min；
60--把每秒風速換算成每分鐘的系數(shù)。
4、底板比壓
支柱或支架在滿足對頂板支護的同時，支柱不得發(fā)生鉆底或盡量減小鉆底量。通常要求鉆底量小于100mm。否則，則會影響對頂板的支護效果。為此，在進行工作面支護設計時，必須進行支柱對底板的比壓計算。
煤層底板的抗壓入強度叫底板比壓，單位為：帕（pa）、兆帕（mpa）。底板比壓是底板固有的性質。
頂板壓力通過支柱（架）底座對底板產生的壓強，即支柱（架）工作阻力與底座面積的比值，稱為支柱（架）對底板的比壓。支護設計時，應使支柱（架）對底板的比壓小于底板比壓。否則，支柱（架）就會鉆入底板或陷入底板，影響支護性能，惡化頂板狀況。
5、支柱迎山角的確定
一般煤層都有一定沒量的傾角，為保證支柱沿其軸線受力，必須支設迎山角。否則，支柱易發(fā)生彎曲，影響支撐頂板的效果。
支柱軸線和煤層頂板法線的夾角稱為支柱的迎山角。支柱頂部由煤層頂?shù)装宸ň€向上偏移的距離叫迎山距。
煤層傾角是確定支柱迎山角的決定因素。煤層傾角越大，支柱迎山角也相應越大。其原因是煤層傾角越大。直接頂破碎斷裂后形成的可動六面體的下滑力越大。
支柱迎山角的大小還和直接頂巖性、穩(wěn)定程度有關。煤層傾角一定時，直接頂強度越大，支柱迎山角應越??；反之，則越大。對ⅰ、ⅱ、ⅲ類直接頂板，根據經驗，一般按下式計算支柱迎山角：
b=a/k??? （1-8）
式中? b--支柱迎山角，（°）；
a--煤層傾角，（°）；
k--直接頂穩(wěn)定系數(shù)，k=6-8°，直接頂層理、節(jié)理發(fā)育時，k取小值；反之，k取大值。
上式也可理解為當煤層傾角為6-8°時，支柱迎山角為1°。
（二）安全出口支護
采煤工作面安全出口是人員活動集中、機電設備較多的地點，且是人員進出必經之地。維護好上、下安全出口，對保證安全生產具有重要意義。為此，《煤礦安全規(guī)程》做了明文規(guī)定。
（1）每一個采煤工作面，必須經常 保持至少兩個暢通無阻的安全出口，一個通到回風巷道，另一個通到進風巷道。開采三角煤、斷層帶、殘留煤柱或地質構造極為復雜的煤層，不能采用正規(guī)采煤方法的采煤工作面，確實不能保持兩個安全出口時，必須制定安全措施，并按管理權限報縣級以上煤炭管理部門審批。開采有瓦斯噴出、煤與瓦斯（二氧化碳）突出危險或突水危險的煤層時，嚴禁采煤工作面只有一個安全出口。
（2）采煤工作面所有安全出口與巷道銜接處的20m范圍內，必須加強支護，巷道高度不得低于1.6m，綜合機械化采煤工作面所有安全出口與巷道銜接處的20m范圍內，巷道高度都不得低于1.8m。安全出口必須設專人維護，支架有斷梁折柱時，必須及時更換。
安全出口包括兩部分：一部分是兩巷超前支護，即采煤工作面上、下巷道距煤壁20m的范圍內；另一部分是工作面上、下端頭，即沿工作面方向，下巷上幫、上巷下幫向工作面方向10m的范圍內。由于這兩部分的礦壓和作業(yè)特點不同，其支護方式不同。
上、下安全出口處，除利用原平巷和工作面基本支架支撐頂板外，加強支護必須架設特殊支架，其原因是工作面上、下端頭與風巷、機巷相交處控頂范圍大，兩巷超前20m內受回采移動支承壓力和巷道固定支承壓力的雙重作用而壓力增大，斷梁折柱增多，支架損壞嚴重。根據頂板巖性和礦壓顯現(xiàn)的一般特征，采煤工作面兩巷超前支護為：煤壁外10m內，在原棚梁下架雙排鉸接頂梁和單體支柱支護；10-20m范圍內可采用單排單體支柱配鉸接頂梁支護。工作面上、下端頭支護為：機頭部位使用四對八根11﹟工字鋼長梁支護，一梁三柱，交替邁步前移，工字鋼梁制成花邊，以便于和支柱頂蓋配合；無傳動裝置的機尾部位使用兩隊四根11﹟工字鋼長梁支護，一梁三柱，交替邁步前移。上、下端頭的運輸機頭、機尾部位在靠采空區(qū)側架設木垛。高檔普采、炮采亦可采用工作面雙無銷頂梁配單體支柱支護。
金屬網下分層工作面安全出口支護，一般是在機巷靠工作面煤壁一側架設一梁三柱托棚，原巷道中棚梁的一端搭在托棚梁上，工作面尾部除按工作面正常支護外，仍架設一梁三柱托棚托住風巷原木梁。無論上部或下部，均應不使網邊脫離兩巷支架。
對于自然銹結的下分層工作面，其上、下端頭除使用兩隊兩根和四對八根工字鋼長梁支護外，還應采取提前探梁，在梁上插上小棍，用竹笆封頂。兩巷超前支護同上所述。
第四節(jié)? 炮采、普采工作面的支護與安全操作
隨著采煤工作面的推進，煤層的條件、頂板的條件、頂板的壓力都是在動態(tài)的變化過程中，頂板式中都在緩慢或劇烈地下沉，其完整性也遭到不同程度的破壞，使采煤工作面始終處在較明顯或潛在的危險狀況下。為此，必須對工作面進行敲幫問頂。
敲幫問頂就是利用于鎬或鋼釬等工具敲擊暴露而未加管理的巖（煤）體，使其發(fā)出回音來探明巖（煤）體內部是否松動、斷裂或離層的一種方法。
班（組）長必須嚴格執(zhí)行敲幫問頂制度。開工前，班（組）長和安全檢查員必須對工作面安全情況進行全面檢查，確認無危險時，方準工人進入工作面。每個工作人員必須經常檢查工作地點的頂板、煤壁、支架等情況。在急傾斜煤層中，還必須同時注意底板情況。當發(fā)現(xiàn)險情時，必須立即采取措施，隱患未排出之前，班（組）長和安全檢查員不得離開現(xiàn)場。
【案例1-1】1991年8月7日，某礦丁5-614060炮采工作面，因爆破效果差，留下了不安全隱患。職工楊某在沒有認真敲幫問頂、沒有支護的情況下空頂作業(yè)，被護頂巖塊砸倒，傷勢過重死亡。
采煤工作面在通常情況下，可根據煤層賦存條件不同或隱患不同，采取相應的支護措施。
一、破碎頂板的支護
破碎頂板的節(jié)理、層理較發(fā)育，膠結性能差，往往采后就自行垮落或因支架空檔內局部漏頂，使鄰近支架“頂空”而倒柱，若處理不及時，則會使垮落面積增大。防止破碎頂板冒落的原則是要求支護密度大、懸露哦頂板少、控頂距要小、推進速度快。
普采、炮采工作面必須采用鉸接頂梁。頂梁之上要用板皮（或小棍）、竹笆封頂，形成縱橫交叉，使頂板懸露面積縮小。在溜子道上方可提前探梁，靠煤壁打貼幫柱。破碎頂板的支護密度不但要滿足支柱強度的要求，也要有利于護頂，因此要適當加大支護密度，采取提前背笆護頂或掛梁措施。采煤機上行割頂煤時，跟機鋪臨時柱、后支貼幫柱，移溜過后支設固定柱，以縮短溜子道空頂時間和空頂面積，防止冒頂。
當頂板特別松軟或有厚0.3m以上的偽頂且割煤（或放炮）后會立即冒落時，可采取用圓鋼打超前托棚的辦法。具體方法是：距頂板20mm-30mm處利用煤電鉆打眼，眼深2m左右，角度垂直于煤壁，打眼在割煤（或炮）前進行。圓鋼規(guī)格為直徑38mm，長2.4m，布置在兩架頂梁中間外探0.1-0.3m，推進一個循環(huán)后在圓鋼一端下打柱子，另一端由煤壁支撐。在割煤（或放炮）前，繼續(xù)采用同樣方法。在炮采工作面，發(fā)現(xiàn)頂板沿煤壁有顯著裂縫或下沉等現(xiàn)象時，工作面應停止放炮，立即打探梁、掛頂梁或套棚加強支護。
二、煤壁片幫的支護
由于采煤工作面煤壁在支承壓力作用下容易壓酥，因此在采高大、煤質松軟的工作面往往容易因為片幫引起冒頂。防止煤壁片幫的主要安全措施如下所述：
（1）工作面煤壁要采直采齊，要及時打好正規(guī)支柱和貼幫柱，并給足初撐力，減少控頂區(qū)內頂板的下沉量。
（2）采高大于2.0m，煤質松軟時，除打貼幫柱外還應在煤壁與貼幫柱間加橫撐。
（3）在煤壁上部片幫嚴重的地點，應在貼幫柱上加托梁或超前掛金屬鉸接頂梁。在片幫深度大的地點，還應在梁端加打臨時頂柱。
（4）在爆破落煤工作面要合理布置炮眼，并掌握好炮眼角度。頂眼距頂板不要太近，裝藥量要適當。落煤后要及時挑頂刷幫，使煤壁不留傘檐。
【案例1-2】1996年12月19日，某礦采煤二隊打眼工李某，在戊9-10-20080工作面機頭以上5m處，在放完炮、基本出完煤后沒有及時打貼幫柱，而掛花梁、倒懸臂梁多，采面工程質量差，有沒有敲幫問頂，一個人違章單獨打眼，被掉下的矸石砸傷頭部，當場死亡。
三、急斜及傾斜煤層單體支柱工作面頂板支護及安全操作
（1）嚴格支柱規(guī)格質量，煤層傾角在25-35°時，迎山角一般取3-5°。煤層傾角小于35°或小傾角的急斜煤層時，應先根據煤層傾角，將采煤工作面調整為偽斜開采。為防止梁頭向傾斜下方甩動，掛梁前先掏超前梁窩，梁間用撐木撐好。單體柱間應上齊防倒繩或斜拉撐鉤。底板堅硬時，應鑿成麻面，增加支柱與底板摩擦力。必要時可沿煤層走向，在柱腳傾斜下方設置底梁。
（2）支架迎山有力，初撐力達到規(guī)定值，工作面不得有空載柱。
（3）采用傾斜托棚，防止支架歪倒。應有防倒柱的措施，防止倒柱砸人或撞倒其他支柱造成冒頂。
（4）為防止放頂冒落矸石撞倒支柱引起冒頂，放頂線應保持成一直線，并設聯(lián)鎖拉桿的傾斜托棚，掛好擋矸簾。
（5）分段回柱時，上下分段之間要設擋矸簾，并在下分段的上部采用戧柱和木垛等特殊支護。
（6）當煤層傾角大于35°，采空區(qū)上部存矸少、出現(xiàn)頂板抽空情況時，應采取以下措施：
①放頂前要充填抽空區(qū)，充填物可用矸石等。充填方法可用風力或手動充填；
②降低采高，降低的下限一般不低于1.5m，以減少抽空高度，提高支架的穩(wěn)定性；
③如充填抽空有困難，初次放頂期間的控頂距離要適當加大，使老頂斷裂產生的沖擊大部分轉移到靠放頂線一側加寬的空間內。在支護上，除原有的一排木垛外，在加寬空間范圍內再加打一排木垛，以增加支柱的穩(wěn)定性。
（7）當煤層為立槽煤時，采用水平分層法，采煤工作面支護采用四、六排控頂，頂板為天然假頂。
四、托偽頂或松軟破碎頂板的支護及安全操作
這類頂板常因支架空檔內局部漏頂，使鄰近支架“頂空”而倒柱，并且由于頂板允許暴露的時間短、面積小，常因割煤和放炮后機（炮）道得不到及時支護而發(fā)生冒頂。此外，在初次來壓和周期來壓時，偽頂和破碎頂板容易和上覆直接頂或堅硬頂板離層而垮落。使用金屬頂梁時，由于頂梁和頂板摩擦力很小，偽頂大面積垮落，支架往往成串被推倒造成大冒頂事故。因此應采取適當頂板管理措施。
（1）凡托偽頂或破碎頂板的工作面，除采時不得推采開切眼的另一幫煤柱。
（2）工作面要布置成俯斜開采，盡可能避免仰斜開采，上、下平巷與工作面盡可能布置成直角或大于60°的交角，避免出現(xiàn)銳角。另外，要沿偽頂或破碎頂板掘進，避免挑頂掘進。
（3）支護密度不但要滿足采場支護強度的要求，也要有利于護頂，因此，應適當加大支護密度，采取提前背笆護頂和掛梁措施。機組上行割底煤時，跟機前撤臨時柱，支貼幫柱，以縮短機道空頂時間和縮小空頂面積，控制機道冒頂。
（4）當頂板特別松軟或有厚0.3m以上的偽頂，且割煤（或放炮）后立即冒落時，可采用圓鋼打超前托梁的辦法。具體施工方法是：在距頂板2-3cm處用煤電鉆打眼，眼深2.0m角度垂直于煤壁。打眼在割煤（或放炮）前進行。打完眼后，穿入圓鋼。圓鋼直徑38mm，長2.4m，布置在兩側頂梁的中間，外露0.4m。兩個循環(huán)后，托梁留在煤壁內的深度為0.8m，外露1.6m,端部由支柱支撐，再割煤（或放炮）前，繼續(xù)使用上述方法。
（5）初次來壓和周期來壓時，必須加強支護。在金屬頂梁和頂板間背上板皮或笆片，以增加它們之間的摩擦阻力；用單排或雙排交叉木垛，增設抬棚戧柱，以增加支柱的穩(wěn)定性。在傾角大于20°的工作面，初次來壓前最好不使用金屬鉸接頂梁，用木板梁和金屬支柱配合支護；初次來壓后，頂板穩(wěn)定時再使用金屬鉸接頂梁。
（6）在炮采工作面，發(fā)現(xiàn)頂板沿煤壁有顯著裂縫或下沉等現(xiàn)象時，工作面應停止放炮，在片幫嚴重的地方先打探板或掛上頂梁加強支護。
（7）條件允許時，從煤壁向斜上方頂板內鉆眼，利用高壓泵注入樹脂凝固劑來粘結破碎頂板，以增加頂板的堅固性或固結易片幫的煤壁。
五、托偽頂或留底煤的支護及安全操作
當采煤工作面頂煤或底煤是劣質煤不需要采出，或由于一次采全高丟底煤，或分層開采時留頂煤作為下分層開采頂板，或遇到斷層破碎帶留煤皮護頂開采時，叫托頂煤或留底煤開采。由于頂煤垮落，或遇到頂煤上的斷層破碎帶突然垮落，或由于支柱陷入底煤，往往容易發(fā)生冒頂事故，應采取適當安全技術措施。
（1）經常掌握留頂煤或底煤的實際厚度，控制采高，采高不應大于所用支柱允許的最大高度，使支柱有力地支撐頂煤不讓它脫落。所留的頂、底煤，必須按規(guī)定留足必須的最小厚度，留底煤時支柱要穿上木鞋或鐵鞋，如果底煤過薄，應采取換柱以提高采出率。
（2）合理布置炮眼和控制裝藥量，頂?shù)籽劬囗敚海?、底（煤）板要?00mm以上，炮眼角度和裝藥量要適當，每次放炮數(shù)目不要太多，防止頂煤受震脫落。
（3）放炮后及時掛梁托頂煤，或打臨時支柱，同時用板皮或笆片背嚴，防止頂煤離層脫落。
（4）在保證通風、行人、運料的前提下，縮小控頂距，減小工作面頂煤的壓力。
（5）放頂時，放頂線采用一梁三柱戧棚，向采空區(qū)方向斜撐，以保證頂板來壓是有足夠的支撐力。頂壓大時，要加木垛，增加支架的穩(wěn)定性。
（6）留底煤的工作面，灑水要適當，防止底煤遇水潮解松動。
第五節(jié)? 采空區(qū)處理
采空區(qū)的處理方法主要全部垮落法、煤柱支撐法、充填法、緩慢下沉法。
一、全部垮落法
全部垮落法的作業(yè)范圍主要是放頂區(qū)，即從原切頂線到新切頂線的區(qū)域。主要適用于ⅰ、ⅱ、ⅲ類直接頂。其實質是隨工作面向前推進，有計劃地回撤放頂線以外的支架，使直接頂巖層自行垮落。堅硬頂板則需要爆破方法強迫其垮落，以縮短直接頂?shù)膽伊洪L度和重力，減少采空區(qū)直接頂對工作面的壓力。垮落的巖石因具有一定的碎脹性，當填滿采空區(qū)時，可對老頂起到一定的支撐作用，從而減緩和限制老頂對工作面的影響。全部垮落法是沿工作面全長，在預定頂板垮落線內架設特種支架，使采空區(qū)與工作面空間隔開。特種支架包括木垛、戧棚、戧柱等。當回撤支架后，使懸露在采空區(qū)的頂眼沿特種支架的采空區(qū)側垮落下來。若直接頂板堅硬，回柱后不自行垮落，則要進行強制放頂。
全部垮落法處理采空區(qū)的主要工作是架設特種支架和回柱放頂，在綜采工作面主要是移架。
（一）特種支架的架設
為了使直接頂沿頂板垮落線（即放頂線）垮落，需要沿放頂線的煤墻側架設特種支架。常用的特種支架有戧棚、木垛、戧柱等。
戧棚是沿工作面傾斜方向在靠采空區(qū)一排支架的煤墻壁架設。根據戧棚梁長，采用一梁兩柱或一梁三柱。對接棚、棚腿戧向采空區(qū)，棚梁與頂梁、支柱接實，升緊打牢。
木垛在靠工作面采空區(qū)一側用方木架設，方木截面一般為0.15m×0.15m或0.20m×0.20m，方木長為1.2m-1.6m。
戧柱是在靠采空區(qū)一側每棵支柱的煤壁側，不用棚梁只打上支柱，支柱戧向采空區(qū)，升緊打牢。
（二）回柱放頂
全部垮落法處理采空區(qū)的采煤工作面要隨著工作面推進不斷地支設支柱和回撤支柱，使工作始終保持在最大控頂距與最小控頂距之間，從而使采空區(qū)頂板在自重作用下垮落。
在回柱放頂過程中，頂板活動比較強烈，工作面支架將受到較大的作用，對支架和人員都要嚴格要求?；刂彭敱仨氉袷叵铝幸?guī)定。
（1）用全部垮落法管理頂板的采煤工作面必須及時回柱放頂，控頂距超過作業(yè)規(guī)程規(guī)定時，禁止回采。如果回采后頂板仍不冒落，超過規(guī)定的懸頂距離時，必須停止采煤，采取人工強制放頂或其他措施進行處理。
（2）回柱放頂必須按作業(yè)規(guī)程規(guī)定的回柱放頂方法和安全措施進行?；刂彭斖排?、機采落煤等工序平行作業(yè)的安全距離都必須符合作業(yè)規(guī)程的規(guī)定。
（3）回柱放頂前，必須對放頂所用設備完好情況及作業(yè)區(qū)域內安全情況進行全面檢查，對不符合質量要求的支架重新支設，缺柱的補齊，壓力大時要加強支護，對工作面上、下出口和機頭、機尾的支護要重新加固。同時清理好退路。
（4）回柱必須按有里向外，自下而上的順序進行。分段回柱時，必須在分段處打兩棵攬頭（臨時）支柱?；刂笠皶r掛擋矸簾。撤下的頂梁要按號立放整齊，立柱打在新放頂線內側梁下。采用密集支柱切頂時，兩段密集支柱之間必須留有寬0.5m以上的出口，出口間的距離和新密集支柱的超前距離都必須符合作業(yè)規(guī)程的規(guī)定。
（5）回柱時必須2人一組作業(yè)，1人回柱、1人觀山，不準單獨作業(yè)?；刂藛T必須站在所撤支柱的傾斜上方，且支架完整，無崩繩、崩柱、甩鉤、斷繩抽人等危險情況的安全地點工作。木支柱必須用機械回撤，放頂區(qū)域內的支架、木垛都必須回收干凈。
【案例1-3】1996年4月15日，某礦巳15-1205采煤工作面輸送機機尾處發(fā)生冒頂事故，該隊職工楊某違章進入放頂區(qū)單獨作業(yè)，并違反見四回一的規(guī)定，在頂板冒落時被埋住，經搶救無效死亡。
摩擦金屬支柱回柱操作時，一般使用柄長0.6-0.8m，重3kg的鐵錘將支柱水平楔打松，使活柱落下。金屬支柱卸載活柱下縮后，回柱人員用拔柱器或常把鐵鉤將支柱拉出，支設在新放頂線內側梁下。單體液壓支柱回柱時則是搬動卸載手柄，活柱下縮，回出的支柱支設在新放頂線內側梁下。
二、煤柱支撐法
當頂板非常堅硬（如礫巖頂板），采用全部垮落法管理頂板時，回柱后切不斷頂板，采空區(qū)懸頂面積較大，一旦垮落可能造成重大頂板事故。在此種情況下往往采用煤柱支撐法來管理采空區(qū)頂板。
煤柱支撐法的主要優(yōu)點是大大減化了采空區(qū)處理工作，工藝簡單，避免了周期壓力對工作面的影響，為生產創(chuàng)造了條件。它的缺點是煤炭資源損失嚴重，采出率低，在開采煤層群時，下層造成集中壓力，給工作面管理造成困難，掘進率高，搬家次數(shù)多。煤柱支撐法主要用于刀柱采煤法。
三、充填法
充填法處理采空區(qū)分全部充填法和部分充填法兩種。
1、全部充填法
開采有自然發(fā)火的特厚煤層，或地面有鐵路干線、重要建筑物、河流、湖泊或煤層上部較近處有含水豐富的巖層時，為了保護地面建筑物不受破壞，防止地表水和含水層水突然涌入井下，可用砂子、碎石等將采空區(qū)全部充填。我國某些礦區(qū)用水砂充填，個別礦使用風力充填。
全部充填法能有效地減少采空區(qū)頂板的下沉，防止煤的自然發(fā)火，提高了采出率。但充填系統(tǒng)復雜，設備多，組織管理復雜，成本比全部垮落法增加30-50%，應用逐漸減少。
2、部分充填法
開采薄煤層時，利用矸石在采空區(qū)內壘起若干條垂直于工作面煤壁的矸石帶支撐頂板，減少頂板移動和周期壓力，改善工作面頂板維護狀況。充填帶的寬度視充填材料而定，即支撐能力能支撐住充填帶上方巖層和各條帶之間懸頂巖層的重力，通常充填帶寬度為采高的2倍-2.5倍。充填帶間距為8-15m。
部分充填方法，砌筑矸石帶勞動強度大、不易機械化，勞動效率低，成本高，一般很少采用。
四、緩慢下沉法
當頂板巖性有較大的韌性，無劇烈的破壞，回柱后撓曲下沉能緩慢地和底板接觸時，采用緩慢下沉法。工作面支護常用木垛和點柱管理，每放頂一次在靠近采空區(qū)一側每隔一段距離架設一個木垛，工作面采用（單體）點柱支護。
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第2篇 采煤機割煤 安全操作標準
1.采煤機割煤時,下滾筒割頂煤,上滾筒割底煤。層位開采及采高要求依據作業(yè)規(guī)程規(guī)定執(zhí)行。嚴禁工作面過高或者過低開采。
2.每刀截深根據作業(yè)規(guī)程規(guī)定執(zhí)行,一般為900mm。
3.工作面煤壁割成直線,頂?shù)装甯钇健?/p>
4.不得留頂煤,傘檐厚度不得超過采煤質量標準化規(guī)定(中厚煤層,傘檐長度超過1米時,其最大突出部分不超過200mm;傘檐長度在1米以下時,傘檐最突出部分不超過250mm)。
5.嚴格控制采煤機行走速度,嚴格執(zhí)行作業(yè)規(guī)程規(guī)定。
6.割煤過程中,主、副采煤機司機作業(yè)時必須在架間行走,與前后滾筒保持平行,以便隨時觀察煤壁及刮板機情況。
7.作業(yè)時前后采煤機司機隨時保持聯(lián)絡,協(xié)調作業(yè)。作業(yè)時時刻注意采煤機運行時的聲音,有異常聲響時立即停機處理。
8.采用刮板機機尾斜切進刀方式,工作面的上口由采煤機自開,斜切進刀段長35m,其中直線段長20m,彎曲段為15m。
9.采煤機距離端頭10個支架時,降低采煤機牽引速度,割機頭、機尾段煤壁,半個滾筒伸入巷道時為止。
第3篇 采煤機割煤安全操作標準
1.采煤機割煤時,下滾筒割頂煤,上滾筒割底煤。層位開采及采高要求依據作業(yè)規(guī)程規(guī)定執(zhí)行。嚴禁工作面過高或者過低開采。
2.每刀截深根據作業(yè)規(guī)程規(guī)定執(zhí)行，一般為900mm。
3.工作面煤壁割成直線，頂?shù)装甯钇健?/p>
4.不得留頂煤，傘檐厚度不得超過采煤質量標準化規(guī)定（中厚煤層，傘檐長度超過1米時，其最大突出部分不超過200mm;傘檐長度在1米以下時，傘檐最突出部分不超過250mm）。
5.嚴格控制采煤機行走速度，嚴格執(zhí)行作業(yè)規(guī)程規(guī)定。
6.割煤過程中，主、副采煤機司機作業(yè)時必須在架間行走，與前后滾筒保持平行，以便隨時觀察煤壁及刮板機情況。
7.作業(yè)時前后采煤機司機隨時保持聯(lián)絡，協(xié)調作業(yè)。作業(yè)時時刻注意采煤機運行時的聲音，有異常聲響時立即停機處理。
8.采用刮板機機尾斜切進刀方式，工作面的上口由采煤機自開，斜切進刀段長35m，其中直線段長20m，彎曲段為15m。
9.采煤機距離端頭10個支架時，降低采煤機牽引速度，割機頭、機尾段煤壁，半個滾筒伸入巷道時為止。
第4篇 炮采普采工作面采煤工藝安全操作措施
炮采是一種落后的采煤工藝方式,但對復雜的地質條件適應性強,設備簡單,所以,廣泛使用于條件比較復雜的中小型煤礦。
一、炮采工藝方式
炮采工作面的工藝過程有:破煤、裝煤、運煤、支護和回柱放頂?shù)取?/p>
(一)破煤
爆破落煤的生產過程包括打眼、裝藥、填炮泥、聯(lián)炮線、放炮等工序。
1、爆破應達到的要求
爆破落煤應滿足“兩高”、“兩少”、“五不”的要求
“兩高”:炮眼利用率高,保證工作面的循環(huán)進度;爆破自裝率高,保證爆破后煤體松散適度,盡量減少人工攉煤量,同時要防止煤拋到采空區(qū)一側,提高煤炭采出率。
“兩少”:盡量增加每一次爆破的炮眼個數(shù),以減少放炮次數(shù),縮短爆破消耗的時間;合理布置炮眼和裝藥量,降低炸藥和雷管消耗,提高經濟效益。
“五不”:不崩壞頂板;不崩倒、崩壞支架;不崩翻刮板輸送機;不爆底煤,減少工人起底煤的工作量;不出大塊煤,減少工人二次破碎煤的工作量。
另外,對有瓦斯、煤塵爆炸危險的工作面進行爆破作業(yè)時的特殊安全要求如下:
(1)有瓦斯、煤塵爆炸危險的工作面,必須使用取得產品許可證的煤礦許用炸藥和煤礦許用雷管。
(2)放炮工必須由經過專門培訓、取得爆破合格證的專職爆破工擔任。爆破作業(yè)只準爆破工1人操作。
(3)在爆破作業(yè)時,必須執(zhí)行“一炮三檢”和“3人聯(lián)鎖放炮制”。
(4)炮眼封泥必須使用水泡泥,水泡泥外剩余部分炮眼,應用粘土泡泥充填封實,嚴禁放半炮和出現(xiàn)放炮“打筒”現(xiàn)象。
(5)采煤工作面可以采用分組裝藥,但一組裝藥必須一次起爆,嚴禁在一個采煤工作面使用兩臺放炮器同時進行放炮。
為達到上述要求,就要根據頂板的穩(wěn)定程度、煤層厚度和硬度及節(jié)理等情況,采用合理的炮眼排列、角度、深度及每眼裝藥量等。
2、合理的炮眼布置及爆破參數(shù)
采煤工作面的炮眼布置包括有炮眼布置方式、炮眼深度、角度和炮眼間的距離等內容。合理炮眼布置一般根據煤層的厚度、煤質的軟硬、煤層的層理與節(jié)理以及煤層頂?shù)装宓那闆r來確定。
(1)采煤工作面的炮眼布置方式。在正常情況下,當煤層厚度在1.0m以下或煤質松軟的中厚煤層中,可沿工作面中間打一排向下傾斜的炮眼,稱為單排眼。炮眼與工作面煤壁的夾角為65°-75°。
當煤層厚度在1.0m-1.5m時,煤質中硬的中厚煤層中,可靠近頂、底板沿工作面打兩排眼稱為雙排眼。如上、下兩眼互相錯開,又稱三花眼。當煤層厚度大于1.5m時,且煤質較硬的中厚煤層,沿工作面打三排眼,且上、中、下三排眼互相錯開,稱為五花眼。
綜上所述,采煤工作面的炮眼,可歸納為底眼、中間眼、頂眼三種。
底眼位于采煤工作面下部,靠近底板。它的作用是將下部的煤沿底板首先拋出,起掏槽眼的作用,為中間眼和頂眼的爆破創(chuàng)造條件。底眼在垂直面上有俯角,俯角為10°-15°,眼底距底板約0.2m,以下留底煤且不破碎底板為原則。
中間眼(又稱腰眼)位于煤層頂板與底眼之間。其作用是進一步擴大底眼掏槽,保證頂眼與頂板震動極小時將煤崩落。
頂眼位于采煤工作面上部,靠近頂板。它的作用是將煤層沿頂板崩落而不留下頂煤。頂眼在垂直面上有仰角,一般為5°-10°。眼底距頂板0.1m-0.5m,視煤質軟硬及煤的粘頂情況而頂。以下不破碎頂板的完整性為原則,如頂板不穩(wěn)定時,則頂眼平行于頂板。
(2)炮眼角度與間距。垂直面上,頂眼一般有仰角,底眼有俯角,仰角或俯角的大小視頂板穩(wěn)定性及煤質軟硬情況而定。
炮眼與煤壁在水平面上的角度(水平角)一般為65-75°。煤質較軟時取大值,煤質較硬時取小值。由于絕大多數(shù)炮眼都是在一個自由賣弄的條件下爆破,所以炮眼的水平角都不能過大,否則將降低炮眼利用率,使煤體得不到充分的爆破;但炮眼的水平角也不能太小,否則爆破時將大量的煤塊拋向采空區(qū),易崩倒工作面支架,造成煤炭資源損失,不利于安全生產。機械化采煤時,因煤質堅硬而需要放震動炮松動煤體時,炮眼水平角可更大些。
炮眼的間距,可根據煤的硬度和塊度要求而定。在正常情況下,炮眼的間距與深度之比,應限制在3:5左右。因此,采煤工作面炮眼間距一般為1.0m-1.2m。頂眼與頂板距離,在一次采全高一般為0.3-0.5m;在分層開采采頂層煤時一般為0.3m-0.5m,采中、底層煤時以0.4-0.6m為宜。底眼一般應高出刮板輸送機槽0.2m。
(3)炮眼深度。采煤工作面炮眼深度取決于一次推進(循環(huán))進度和炮眼角度。
炮采工作面一般多采用小進度,一次推進(循環(huán))進度為1.0-1.2m,炮眼深度要大于循環(huán)進度0.2。小進度可使每個眼裝藥量少,可實行一次多放炮,能較好地實現(xiàn)爆破裝煤,頂板受震動小,懸頂面積小,有利于頂板管理。
為了保證爆破落煤的安全,對裝藥的外部環(huán)境應嚴格要求。
3、采煤工作面裝藥時的安全要求(十不裝藥)
(1)采煤工作面及上、下出口的支護達不到工程質量要求,不得裝藥;
(2)采煤工作面風量不足,不得裝藥;
(3)炮眼參數(shù)不符合作業(yè)規(guī)程要求,不得裝藥;
(4)炮眼異常,如炮眼縮小、塌孔、變形或有裂隙,不得裝藥;
(5)炮眼若打到斷層處,有出水現(xiàn)象和溫度高低明顯變化時,不得裝藥;
(6)采煤工作面的煤壁傘檐突出0.5m時,不得磚窯;
(7)炮眼沒有清楚粉塵,沒有使用水泡泥或水泡泥的質量、數(shù)量不夠,不得裝藥;
(8)采煤工作面煤、巖塵超過規(guī)定時,不得裝藥;
(9)裝藥前,必須檢查瓦斯,如果附近20m以內風流中瓦斯?jié)舛冗_到1%時,不得裝藥;
(10)煤幫破碎或在放炮地點20m以內有未清除的煤堆時,不得裝藥。
4、裝藥操作時的安全要求
(1)應先清除炮眼內的煤、巖粉,并用炮棍探明炮眼深度、角度。按作業(yè)規(guī)程規(guī)定要求,確定炮眼裝藥量。
(2)按炮眼裝藥量,先將藥卷一個接一個地送進眼口,然后一手拉住雷管腳線,另一手操作炮棍,把藥卷輕輕推進眼底。推進藥卷時,不得猛力沖擊,以防雷管腳線損壞,確保炮眼內的藥卷間彼此密接。
(3)對仰角大的炮眼裝藥時,將藥卷一個接一個地送進眼口,最后裝1段-2段泡泥隨藥卷儀器推進眼底,并用炮棍輕輕壓一下,以防去掉炮棍后藥卷掉出來。
(4)對有水的俯角炮眼裝藥時,必須把一定數(shù)量帶有防水套的藥卷一次送入炮眼內,其外口必須立即封炮泥,并要求隨裝隨放。
(5)炮眼內藥卷安置順序符合作業(yè)規(guī)程規(guī)定的爆破方向,藥卷和雷管的驟能穴朝向爆破方向,即:正向起爆的藥卷要一致朝向炮眼底,反向起爆的藥卷要一致朝向炮眼口。
(6)不準出現(xiàn)蓋藥和墊藥。在有瓦斯煤塵爆炸危險的工作面,都必須采用正向起爆,不能采用反向起爆。
(7)裝藥和填裝泡泥工作最好是單人操作,也可以2人操作。裝填工作須按先底眼后中間眼再頂眼的順序進行。每裝好一個眼后,隨即將腳線端部扭結,盤放在眼口。
(8)填裝泡泥時須用一只手拉住雷管腳線,另一只手持炮棍送泡泥。開始進入一二節(jié)泡泥要輕輕搗,再送進水泡泥,而后送進泡泥,依次輕輕搗實,不得使勁沖擊。
(9)填裝泡泥長度必須符合安全規(guī)定要求。
(10)炮眼裝藥時,必須先檢查后裝藥,詳見“十不裝藥”的要求。
5、放炮時的安全要求
為確保放炮工作的安全,有下列情況之一者,不準放炮。
(1)采煤工作面工具未收拾好,機電設備、電纜未加保護,不準放炮。
(2)工作面未檢查瓦斯?jié)舛然蚍排诘攸c附近20m以內風流中瓦斯?jié)舛冗_1%時,不準放炮。
(3)在有煤塵爆炸危險的采煤工作面,放炮地點附近20m以內未經清掃煤塵和灑水降塵,不準放炮。
(4)工作面風量不足,而又未改善通風狀況以前,不準放炮。
(5)工作面上、下安全出口不安全暢通,工作面頂板、支架不完整,煤壁片幫、有傘檐等不安全隱患而又未處理時,不準放炮。
(6)放炮母線長度不夠又未掛好,不準放炮。
(7)不執(zhí)行一次裝藥、一次起爆(在采煤工作面可以采用分組裝藥,但一組裝藥必須一次起爆),不準放炮。
(8)放炮器不防爆或有故障,一個采煤工作面同時使用2臺以上(含2臺)放炮器,不準放炮。
(9)工作面人員沒有撤離到警戒線以外的頂板、支架完好的安全地點,不清點人數(shù),未設好警戒崗哨,不準放炮。
(10)不發(fā)出三聲放炮信號,不準放炮。
(二)裝煤
放炮崩落的煤一部分因爆破崩入刮板輸送機外,其余的煤由人工裝載。在裝載前應首先檢查端面空頂范圍及煤壁,若發(fā)現(xiàn)問題,處理后在攉煤。人工裝載勞動強度大、效率低,應設法增加爆破裝煤比列。
(三)運煤
采煤工作面的運輸方式主要根據落煤方式及煤層傾角來確定。傾斜工作面可采用鐵溜槽或搪瓷溜槽,緩傾斜工作面主要采用刮板輸送機。推移刮板輸送機時,可根據工作面具體情況,采用逐節(jié)推、間隔推或幾節(jié)同時推,但在彎曲段不能出現(xiàn)急彎。在推移刮板輸送機時應注意隨時調整推移步距,保持刮板輸送機的平直狀態(tài),減小其運行阻力,預防卡(掉)鏈事故的發(fā)生。推移刮板輸送機時輸送機正常運行,此時若發(fā)現(xiàn)運行阻力增大或卡鏈時,要及時停機檢查,找出原因并處理好后方可再推移。
(四)支架
炮采工作面常用金屬支柱或木支柱。頂板完整時用點柱。一般常用三、四排或四、五排控頂、人工架設。其操作及安全措施見本章第二節(jié)、第三節(jié)、第四節(jié)。
(五)回柱放頂
回柱放頂是采煤工作面生產中一項重要工序。為保證采煤工作面的安全及足夠的工作空間,應減小放頂步距?；貑闻胖然仉p排柱雖然增加了回柱次數(shù)及準備工作量,但支柱承壓時間短,放頂后頂板活動量小,操作安全。其具體要求、操作安全措施見本章第五節(jié)。
二、采煤工作面循環(huán)作業(yè)圖表和勞動組織
為使采煤工作面按計劃、有節(jié)奏地持續(xù)穩(wěn)產穩(wěn)高,需要充分發(fā)揮人的能動作用,使采面空間、工作時間和設備得以充分利用,因此要合理組織勞動生產,采用正規(guī)循環(huán)作業(yè)。
采煤工作面循環(huán)作業(yè),就是完成一個采煤工藝并周而復始的采煤過程。通常隨工作面推進,按規(guī)定步距回一次支柱,則標志著完成一個“循環(huán)”。
正規(guī)循環(huán)作業(yè),系指按工作面生產過程配套的工種及定員,一晝夜內,遵循一定采煤工藝順序,保證質量,按時完成既定任務,并周而復始地進行采煤作業(yè)。
為了便于管理生產,正規(guī)循環(huán)作業(yè)常用循環(huán)圖表來表示,它包括循環(huán)作業(yè)圖、技術經濟指標圖、勞動組織表和工作面布置圖。其作業(yè)方式有:三班采準平行作業(yè);兩班半出煤,半班準備;兩班出煤,一班準備。
第二節(jié) 炮采、普采工作面的支護材料及使用
在地下采煤時,為了維護采煤工作面的有效使用空間,防止頂板冒落,保證安全生產,必須合理選擇支護材料。普采、炮采工作面支護材料和支護設備有:木材、金屬頂梁、摩擦式金屬支柱、單體液壓支柱、液壓切頂支柱等。
一、木支護
目前,我國仍有一些中小型煤礦使用木材作為采煤工作面的支護材料。木支護的優(yōu)點是支柱制作簡單,并具有一定的支撐能力和可縮性,頂板來壓時還有響動,起到警示信號作用;木支護的缺點是支設勞動強度大,支柱復用率低。
(一)木支護的種類
1、點柱
支護成排支設,垂直于頂?shù)装?。平行于工作面支護的支柱叫排,排距依循環(huán)進度而定,一般為0.8m-1.2m;垂直工作面支設的支柱叫行,行距也叫柱距,柱距一般為0.6m-1.1m,均勻地分布在工作面內支撐頂板。頂板比較松軟或破碎時,應在頂板與支柱間“戴帽”,支柱與底板間墊柱鞋。
2、木棚子
木棚子是用較長的圓木或半圓木作頂梁,梁下有2根-3根木支柱形成一梁兩柱或一梁三柱。采煤工作面采用木棚子支護時,其形式有:順山棚子和橫板棚子。木棚子支護時,棚腿必須砍口,棚腿與棚梁間要接觸嚴密,不要加楔子。
3、木垛
木垛由矩形或圓形的坑木組成,用圓木時最好將相對兩個面削平以使木垛平穩(wěn)。木垛形式有正方形、長方形、三角形三種。
4、密集支柱
密集支柱是由直徑大致相等、沿工作面靠采空區(qū)側加密布置支柱,其作用是加強切頂。密集支柱的排數(shù)根據頂板壓力、采空區(qū)選定及基本柱距決定,可用一排或兩排。分組支設的密集支柱叫分組密集,每組密集之間相隔0.8-1.2m作安全出口。
5、叢柱
叢柱是由一組緊挨著成叢狀的支柱組成。每組叢柱數(shù)量為3-6棵,叢柱間距為4-10m。叢柱有很大的剛性,支撐能力大,但易造成集中壓力,圓木需用量大,又難回收,只在特殊情況下使用。
(二)木棚子的架設操作
(1)先把柱窩為位置找好,其位置必須符合作業(yè)規(guī)程規(guī)定的質量標準。
(2)挖好柱窩,柱子不能打在浮煤、浮矸上。
(3)量柱子。木柱高度等于頂板至柱窩底處高度減去棚梁和梁板厚度,選擇符合要求的柱子。
(4)立柱。要大頭朝上,其位置要與相鄰的柱子橫豎成直線,柱根用煤堆好,防止倒柱砸人。
(5)上棚梁。棚梁的寬度一定要不柱子的直徑大,梁的拱面向上。上梁時,雙手托梁放在棚柱上,隨即在棚梁上邊放好楔子,然后人站在棚子上方,找正位置,用錘由斜上方向下打緊打牢。之子打緊后,在敲打時會發(fā)出清脆的聲音。
(6)背頂。背頂長度要大于兩架棚子的距離,一般要大出200mm背板(或串桿)應成雙數(shù)且均勻排列。
(7)木柱和木梁應為鴨嘴式接觸。
(8)楔子要打在梁和背板之間,柱肩上要背實打緊。嚴禁把楔子打在梁柱接口內。
(9)順山棚子要平行于工作面架設:
①順山棚子排與排之間棚梁接頭處要對接嚴密,兩架棚梁之間不得留有空隙,以免發(fā)生抽頂。
②順山棚子必須一梁兩柱或一梁三柱。在一般條件下,不準彼此搭接借以少打一根柱子。特殊情況下,可按作業(yè)規(guī)程規(guī)定執(zhí)行。
③順山棚子之間不準加點柱,特殊情況如柱距不夠寬時,可增加支護密度。
④楔子必須加在柱頂處梁上,不準在一顆柱頂梁上加兩塊或兩塊以上木楔。
⑤棚梁上除楔子外,還應插好小板,以防頂板掉碴。小板應背緊,其數(shù)量應為雙數(shù),并受力均勻。
(10)橫板棚子(與工作面垂直)及連鎖棚子:
①棚板棚子的棚梁必須垂直工作面,不準歪斜,以免來壓時被掃倒。
②橫板棚梁上與柱頂之間不準墊楔子,柱頂梁上必須背實。
③連鎖式棚子,柱頂背巖石后,盡量將棚梁頭的臨時楔子回掉,以房子受壓時頂梁折斷。
④使用圓坑木做梁時,必須把梁與柱接觸部分削平,柱腿必須使用鴨嘴式,鴨嘴柱與橫梁間不得有空隙,不得打楔子。
一般木材的強度如表1-1
表1-1 木材強度表
木材名稱抗壓強度/mpa抗拉強度/ mpa抗彎強度/ mpa
黑松43.1249.9868.89
落葉松62.3468.2180.95
馬尾松29.78987.06
垂柳28.878.57
樟木31.2665.078.82
黃松56.849829.60
白松36.2651.4510.00
栗木34.6058.6057.04
檜木50.6756.1578.70
二、摩擦式金屬支柱的類型及使用
(一)摩擦式支柱的類型
目前,煤礦使用比較多的摩擦式金屬支柱有兩種類型。
一種是微增阻支柱。它的活柱斜度小于1:500。微增阻支柱在工作過程中支柱工作阻力增加緩慢,如圖1-3所示。曲線1是微增阻摩擦支柱特性曲線,它的工作阻力開始增長較快,當達到初工作阻力后,隨支柱下縮而壓力增加緩慢,它的可縮量比急增阻支柱大。
另一種是急增阻支柱。它的活柱斜度為1:300。急增阻支柱工作時,隨著活柱的壓縮,工作阻力急劇增加,支柱可縮量小,其特性如圖1-3中曲線2。
(二)摩擦式金屬支柱的選擇
金屬支柱型號選擇主要依據工作面煤層厚度、采高、頂板巖性等因素來確定。
hzja型支柱是急增阻金屬支柱,它適用于頂板下沉量小于100mm,采高在1.3m以下的緩斜采煤工作面。
hzwa型支柱是微增阻金屬支柱,它的適用條件是:
(1)煤層傾角小于25°,傾角在25-30°時采取安全措施后也可使用;
(2)采高在1.3-2.4m,當采高不大于2.7m、頂板壓力不特別大時也可使用;
(3)頂板不宜過軟,頂板最終下沉量小于400mm。
金屬支柱高度可由式(1-1)、式(1-2)確定。
支柱最大高度
h1=m1-b (1-1)
支柱最小高度
h2=m2-h-b-a (1-2)
式中 m1--煤層最大采高,mm;
m2--煤層最小采高,mm;
h--頂板最小下沉量平均值,mm;
a--支柱的卸載安全高度,一般取50mm。
(三)采煤工作面金屬支架的架設
(1)工作面使用金屬支柱時,必須與金屬鉸接頂梁配套。特殊情況下按作業(yè)規(guī)程執(zhí)行。
(2)摩擦式金屬支柱若有頂蓋丟失、柱體彎曲、楔組錯位、鎖箍變形和彈簧失效,不得使用。
(3)金屬頂梁如果變形,焊縫開裂,不得使用。
(4)掛金屬鉸接頂梁的操作要求:
①工作地點頂板暴露出來后,要立即掛金屬鉸接頂梁護頂,即一人把梁豎起,接頭朝上,其接端插到原支架頂梁的梁耳內,另一個人把圓銷子插進去;
②用手把頂梁托向頂板,迅速在頂梁鉸接口處插上水平銷。頂梁要垂直煤壁,并把梁調直、調平后,用錘子輕輕打緊,使頂梁受力而懸起,懸起的頂梁與頂板之間要留有一定空隙,便于插頂;
③按作業(yè)規(guī)程規(guī)定,在頂梁上均勻布置串桿,梁頭和柱肩要墊實;
④頂板破碎和再生頂板,串桿頂上必須用竹巴背嚴,空頂要剎實;
⑤持錘打緊水平銷,使頂梁和頂板間接緊。如果頂板壓力較大時,頂梁下需打上臨時柱,防止把梁壓下來造成事故。
(5)架設摩擦金屬支柱的操作要求:
①架設支柱時,必須兩人操作;
②先找柱窩,同時找好排距、柱距和迎山角位置,將支柱豎起來,柱鎖水平楔小頭轉向煤壁,以便回柱;
③由一人抽出活柱至所需頂梁位置,并卡在梁牙上,另一人立即打緊柱鎖水平楔;
④使升柱器掛在柱鎖上,其u型夾套在活柱上,并打緊升柱器夾緊活柱后,松開柱鎖水平楔;
⑤操作升柱器手把,使活柱上升達到支柱撐緊為止,支柱頂蓋必須與頂梁相吻合,以防偏心承載;
⑥持錘打緊鎖上的水平楔,并先輕后重逐漸打緊,把柱子打成一個整體響聲為止;
⑦打緊水平鎖、升柱楔和水平楔時,周圍不準站人,以免用勁過猛,打偏錘傷人。打緊或打松及升柱時,要一手扶柱鎖,另一手持錘或升柱器,不要手持活柱芯子,以免活柱突然下降把手擠傷。
三、單體液壓支柱的類型與安全操作
(一)單體液壓支柱的類型
單體液壓支柱按升柱時工作循環(huán)方式分為外注式和內注式兩個類型。
1、外注式單體液壓支柱
額定工作阻力245-294kn。其主要特點:工作介質(乳化液)由遠距離的液壓泵站通過液壓管路,經專用的注液槍注入缸內?；刂鶗r,柱內乳化液需排出柱體,每支設一根支柱需注入一次乳化液。
外注式單體液壓支柱的主要優(yōu)點是:三用閥一體組裝,零部件少,結構簡單;初撐力靠泵站壓力獲得,可靠性高;升柱速度是內注式液壓支柱的3-4倍,能提高支柱的支設效率;使用同一規(guī)格的支柱,外注式支柱自重減輕了5kg,減輕了工人勞動輕度。
其主要缺點是:液壓管路系統(tǒng)較復雜;乳化液不能回收復用,增加了成本,且乳化液流失在工作面底板上,使底板巖面膨脹變軟,影響支護效果。
2、內注式單體液壓支柱
額定工作阻力為245kn。工作介質為乳化油。由內注式支柱本身的手搖泵升柱,初撐力大小由人力操作手柄來決定,降柱靠支柱的活柱自重進行。
目前,在我國普遍推廣使用是是外注式單體液壓支柱。
(二)單體液壓支柱的使用范圍
(1)煤層傾角小于25°的采煤工作面。若煤層傾角在25-35°之間,采取安全措施后也可使用。
(2)煤層底板不宜過軟,支柱壓入底板的深度按《采煤工作面質量標準》規(guī)定小于100mm,否則應采取加大底座或穿鐵柱鞋的措施。
(3)綜采工作面端頭支護和臨時點柱。
(4)一般薄及中厚煤層可使用單體液壓支柱。
(三)單體液壓支柱的安全使用
(1)采煤工作面必須經常配備10%左右的備用支柱,立著存放于工作面附近的安全、干燥、清潔的地點,支柱的卸載手把處于“關閉”位置。
(2)采煤工作面嚴禁使用失效的單體液壓支柱。
(3)單體液壓支柱工作面中,不得混合使用不同類型或不同性能的支柱。確因地質條件的變化必須使用時,必須制定安全措施。及時是使用同一類型的單體液壓支柱,為保證單體液壓支柱工作特性的一致,操作應注意以下幾點:
①柱帽規(guī)格一致,柱鞋規(guī)格一致,不得帶“病”使用,防止造成支柱對頂板實際支撐能力的差異;
②頂梁上必須加護頂插板時,木板規(guī)格應保持一致,架設規(guī)格也必須保持一致;
③支柱架設前必須清理底板的浮煤浮矸。
(4)單體液壓支柱入井前必須逐根進行壓力試驗,并編號登記造冊。
(5)采煤工作面回采結束后或使用時間超過8個月或在井下貯存3個月以上的單體液壓支柱必須升井檢修。檢修好的支柱必須進行壓力試驗,合格后方可使用。
(6)為保證支柱有足夠的初撐力,并且不小于50kn,升柱注液一定時間后方可停止操作。支柱必須有防倒、防滑措施,嚴禁將支柱架設在浮煤浮矸上。
(7)采煤工作面放炮時,必須采取防止損壞單體液壓支柱的有效措施。對崩倒、碰倒、損壞的支柱必須立即恢復或更換。嚴禁在控頂區(qū)域內提前摘柱。底板松軟時必須穿柱鞋。
(8)嚴格按照支護設計的規(guī)格控制柱距、排距、控頂距,保證橫成排、豎成線。
(四)使用單體液壓支柱應注意的問題
(1)支柱在操作前均應按最大行程進行升柱、降柱至少兩個循環(huán),以排出缸體內的空氣。
(2)支柱架設前檢查零部件是否齊全,柱體有無彎曲、缺件、漏液等現(xiàn)象,不合格的支柱不得使用。
(3)支柱支設前還必須檢查乳化液泵站及液壓管路系統(tǒng)。
(4)支柱支設時應根據煤層傾角大小,設一定量迎山角,其范圍為0-9°。
(5)單體液壓支柱支設的最大高度應小于支柱設計最大高度0.1;支設的最小高度大于支柱設計最小高度0.2m。
(6)支柱與輸送機應有適當距離,以防采煤機撞倒支柱。
(7)支柱頂蓋四爪應卡在頂梁槽內,不允許頂在頂梁上或頂梁接頭處。
(8)禁止用錘、鎬等物體猛擊支柱的任何部分,搬運支柱時不許碰撞,以免損壞支柱
(9)放頂時回出的支柱應支撐在作業(yè)規(guī)程規(guī)定的位置,并全部承載;對“壓死”的支柱,要打好臨時支柱,通過挑頂、臥底的方法取出。
(10)嚴禁用單體液壓支柱做推溜器。
(11)在操作過程中,若發(fā)現(xiàn)損壞、失效的支柱應及時更換。
四、單體支柱的初撐力、始動阻力和額定阻力
(一)單體支柱的初撐力、始動阻力和額定工作阻力
在對頂板進行有效支護過程中,單體支柱從支設直至回柱,其作用經歷了初撐力、始動阻力和額定工作阻力的變化。
支架的初撐力是指支架剛架設時對頂?shù)装宓闹鲃訐瘟?。對木支柱和摩擦支?初撐力是借人工打緊或升柱器所形成的對頂板的支撐力。人工打緊的初撐力一般為2kn,絲桿升柱器的初撐力為8kn,液壓升柱器的初撐力為30-50kn。對液壓支柱,初撐力是液壓泵給定的。
支架的始動阻力是指頂板下沉、摩擦支柱或液壓支柱開始動作時的阻力。液壓支柱的始動阻力就是初撐力。
額定工作阻力是指支柱允許的最大工作載荷。支柱達到額定工作阻力時,摩擦金屬支柱的零件的變形尚未超出允許范圍。液壓支柱達到額定工作阻力時,安全閥開始動作。
提高支架的初撐力對減少頂板的下沉量、下沉速度和支架穩(wěn)定性有直接影響。初撐力過低,容易造成直接頂離層,使巖層變形破碎而造成局部冒頂。
(二)影響支柱支撐能力的因素
支柱在井下的實際支撐能力由于在工作過程中受多方面因素的影響,不能簡單地用支柱出廠技術標準所規(guī)定的工作阻力來表示。進行支護密度的計算時,應從中扣除有關因素影響的部分。
1、自然地質條件的影響
(1)傾角。煤層傾角過大的工作面,支柱搬移困難,支設的支柱穩(wěn)定性也較差,受力狀況惡化,支柱容易偏心受壓,產生縱向彎曲以至變形破壞。支柱支設不好,在偏心載荷的作用下,也易滑倒。所以,一般規(guī)定在煤層傾角小于25°的工作面才可使用單體液壓支柱,超過25°必須采取相應措施。主要有兩個方面:一是挖柱窩,防止倒滑竄滑;二是迎山角要找準,不能沒有也不宜過大,使支柱大體上垂直于頂、底板,保證軸向受力。
(2)局部地質破壞。工作面遇到斷層帶或地質破壞嚴重地段、頂?shù)装迤扑?甚至還有淋水的情況下,支柱容易穿頂、插底,嚴重影響支柱效果。必須采取在支柱頂上密封頂板、加頂梁、加密頂梁上的插板、支柱下面鋪設柱鞋、擴大支柱底座支撐面積等措施,減少局部地質破壞產生的影響。
(3)頂?shù)装宓膸r性。原則上說,支柱對頂板支撐力的大小,一方面取決于支柱的初撐力,另一方面取決于初撐后壓縮活性,支柱得到增阻。但支柱的支撐力是支柱和圍巖(包括頂板和底板)相互作用的結果。支柱承受的頂板載荷,也是支柱施加于頂板的力。有時則通過柱帽、頂梁或柱鞋等輔助墊層將此力傳至頂?shù)装?這樣一來,支架一圍巖系統(tǒng)的實際支撐力,有時將不取決于支柱本身有多大支撐能力,而僅取決于頂?shù)装逡约八妮o助墊層有多大的抗力(即反力)。
對于抗壓入強度低的頂?shù)装?提高支撐力,防止支柱插入頂?shù)装宓奈┮煌緩绞羌哟笾Ъ芎晚數(shù)装宓慕佑|面積。加大頂板接觸面積的方法有戴柱帽、加頂梁或在頂梁上再加插板等。加大底板接觸面積的方法主要是“穿鞋”。由于木材橫向抗壓強度低,而液壓支柱初撐力高、剛度大,所以使用單體液壓支柱時,“鞋”、“帽”、頂梁等均不宜使用木材。同時也要盡量避免單柱帶帽的支護形式,而要采用鉸接頂梁的形式,在過于松軟地段采用特制的加寬頂梁上板的結構。底板特松軟時,則可使用增阻床和加寬的(尼龍)防止支柱鉆底的柱鞋。
2、混用支柱的影響
不同特性與不同材質的支柱以及不同的支護結構都會對控制頂板產生不同的影響。因而在同一采煤工作面中,不得使用不同類型或不同性能的支柱。如遇采高變化,使用一種規(guī)格支柱不適用時,可換用相同類型、相同工作阻力的其他規(guī)格的支柱。也就是說,一個工作面只能使用同一種技術特性的支柱。
以摩擦式金屬支柱與單體液壓支柱混用為例。摩擦式金屬支柱是增阻式的,只有頂板下沉量達到幾百毫米時,支柱才能達到額定工作阻力;而單體液壓支柱是恒阻式的,增阻快,在達到額定工作阻力以前下縮很少,達到額定阻力后 能保持恒定的高阻力。當這兩種不同技術特性的支柱在同一工作面混合使用時,各支柱的支撐力不能均勻的作用于頂板上,頂板壓力大多數(shù)集中在單體液壓支柱上,頂板的受力不均勻將使頂板狀況惡化。尤其頂板來壓時,單體液壓支柱急速超載,易于損壞。
另外,在一個工作面中也不能分段使用不同類型的支柱。試驗表明,分段使用的工作面單體液壓支柱支護的區(qū)段,頂板下沉量平均為30mm左右,頂板比較完整。使用摩擦式金屬支柱的區(qū)段,頂板下沉量明顯增大,平均達290mm左右。在兩種支柱交界附近則明顯地看出頂板變化很大,單體液壓支柱普遍變形,甚至明顯彎曲。此外,由于現(xiàn)場缺乏足夠的儲備,當單體液壓支柱數(shù)量不足時,往往以木支柱補充。由于木材縱向可縮性很小,基本上是剛性,混用的結果是木支柱超載被壓折,大量毀損。木支柱折損后,單體液壓支柱支撐力不夠,下縮量大,頂板急劇惡化。因此,同一工作面不能混用不同類型的支柱。
3、單體液壓支柱維護使用狀況的影響
液壓支柱清潔度的影響。液壓支柱清潔度是指液壓支柱內腔或三用閥中所含雜質的多少,其指標為:支柱內腔平均含雜質小于40毫克/根;最長支柱內腔平均含雜質小于50毫克/根;支柱三用閥含雜質小于10毫克/根。
使用過程中保持支柱內腔良好的清潔狀態(tài),對保證支柱性能、防止支柱失效、減少支柱維修量至關重要。外注液式單體液壓支柱的單向閥和內注液式單體液壓支柱的通氣閥是易被污染的主要配件,使用時要采取有效措施防止被污染。
(2)工作液的影響。例如dz型外注式支柱,采用1-2%乳化油配制的乳化液,濃度大了造成浪費,濃度低了使支柱和閥銹蝕。工作介質的更換或濃度的改變等,都會使支柱和閥件銹蝕,影響其密封性能。
五、液壓切頂支架的特點及安全操作
(一)液壓切頂支架的特點
(1)工作阻力大,切頂效果好;
(2)支柱的支設、回撤和刮板輸送機的推移能全部實現(xiàn)機械化,保證采煤工作面切頂線的安全,降低工人勞動強度;
(3)對底板比壓較小,不易插入底板。
(二)操作液壓切頂支柱應注意的事項
(1)新下井或新檢修的液壓切頂支柱,初次使用時,應反復升降3-4次,排出缸體內的空氣;
(2)支柱應排列整齊,符合作業(yè)規(guī)程要求;需要調整柱距時,應用繩子或長鐵鉤勾住底座把手防止打滑,并由2人進行操作;
(3)液壓切頂支架的推移千斤頂盡量和溜子垂直,若因傾角增大,下滑超過0.2m時,要及時調整;
(4)推溜時,應清除機道內的大塊煤矸,并保持平整,防止推溜時損壞立柱和千斤頂?shù)倪B接桿件;
(5)降柱時工作人員應撤到人行道,防止降柱時矸石噴出傷人;頂板壓力較大時,可將降柱和拉柱同時進行,以縮短空頂時間;
(6)升柱時使柱頂中心受力,若頂板不平,頂蓋偏斜超過15°時,應加墊木楔,防止活柱偏載受力;
(7)在采高和傾角較大的采煤工作面操作支柱時,應使支柱擦頂前移,以利于頂板完整和防止下滑;
(8)采高必須大于液壓切頂支柱最低高度0.2m,如煤層厚度滿足不了這一要求,必須拉底保持高度;
(9)嚴禁用錘和其他金屬物敲砸千斤頂和各種閥件。
第三節(jié) 炮采、普采工作面的支護方式
支護方式是指工作面各類支架的布置形式。合理的支護方式必須滿足下列要求:
(1)有足夠的作業(yè)空間,滿足采煤、通風和行人的要求;
(2)能有效地控制頂板,保證安全生產;
(3)最低的材料消耗;
(4)合理的支護密度。
一、單體支架布置形式
地質條件不同,采煤方法不同,支架類型不同,就有不同的支架布置方式。我國普采、炮采工作面普遍采用單體支架(包括摩擦金屬支柱和單體液壓支柱)和金屬鉸接頂梁支柱頂板。其頂梁的架設方向與工作面煤壁垂直。因回采過程中礦山壓力的作用,產生的平行于工作面煤壁的裂縫較多,這種方式可有效防止頂板事故。行人和機械運行最頻繁的地方,即靠煤壁的空間,均有頂梁支護,比較安全。
工作面支架的基本任務是能夠主要、有效地支撐采煤工作面空間的直接頂板,盡可能不使上覆巖層離層。為此,要求支柱必須具備既能支撐又能回縮的性能。支撐是基本的,因為有了足夠的支撐力才能保持直接頂?shù)耐暾?使上覆巖層不發(fā)生離層而成為一個整體;可縮有時必要的,因為支架的支撐力不可能阻止巖層一點不下沉,頂板下沉是必然的,因此支柱就必須可縮,否則就會被壓壞。所以支柱要有一定的可縮性才能保證支柱本省不被損壞。
普采、炮采工作面的支架布置應適應煤層賦存條件及頂?shù)装鍘r性,保證回采工作面作業(yè)安全,還要能和采煤機的截深相配合,滿足支柱、回柱工作的要求。
(一)懸梁與支柱的關系
普采、炮采工作面最常用的是懸臂梁支架,按懸梁與支柱的關系可分為正懸臂和倒懸臂兩種,如圖1-4。
采用正懸臂時,機道有懸臂支護,必要時還可掏梁窩提前掛梁,打貼幫柱,因此機道安全條件好;懸臂靠煤壁側深處較長,易回收;懸梁靠采空區(qū)一側伸出較短,故不易折損;有較好的支撐特性。倒懸臂則相反。
(二)支架布置形式
普采工作面單體支架的布置形式有以下幾種:
1、齊梁直線柱
這種布置形式的特點是沿工作面傾斜方向,頂梁和支柱都為直線排列,頂梁為正懸臂架設。根據截深和頂梁長度的關系,有分為兩種布置形式。
(1)截深和頂梁長度相等時的布置形式。當截深為0.8m或1.0m時,則相應地選用0.8m或1.0m的頂梁,即采煤機每割一刀,可沿工作面全長掛了兩打柱。該方式的優(yōu)點是:支護方式較簡單,規(guī)格質量容易掌握;放頂線整齊,頂梁不易被壓壞;工序簡單,便于組織管理。其缺點是:每割一刀,全工作面均需掛梁打柱,工作量較集中;在煤質堅硬、采高較大時,采煤機負荷增加,牽引速度低。所以這種形式適用于頂板較穩(wěn)定,煤質較軟,采高不太大的工作面。
(2)截深為頂梁長度一半時的布置形式。其截深一般為0.5m或0.6m,分別配用1.0m、1.2m的頂梁。即采煤機每割兩刀時,進行一次掛梁打柱。其缺點是:由于割第一刀后不能掛梁,故空頂面積大且時間長;掛梁打柱集中在割第二刀時進行,工作量不均衡。所以這種形式只宜在頂板較好的條件下使用。
2、錯梁直線柱
這匯總布置形式的特點是:每排支柱成一直線,頂梁交錯排列,其相鄰兩行支架,一行為正懸臂,一行為倒懸臂。
圖1-7為截深等于梁長一半、雙向穿梭割煤時的錯梁直線柱布置形式。采煤機上行割一刀后,a行進行掛梁,并移輸送機,在a行梁下大上臨時柱;采煤機下行割第二刀后,b行進行掛梁,并移輸送機,在a、b梁下打固定柱,回臨時柱 。
這種形式的優(yōu)點是:懸露的頂板能及時支護;放頂線處支柱排列整齊,便于切頂和擋矸;掛梁工作面均衡。缺點是:割第一刀后,一般要打臨時支柱,割第二刀后又回臨時支柱,增加了工作量;倒懸臂伸入采空區(qū),頂梁易損壞。這種布置形式一般適用于頂板比較破碎,或在假頂下進行采煤的工作面。
3、錯梁錯柱式
這種布置形式的特點是:沿工作面傾向方向,柱子頂梁都是交錯排列,頂梁均為正懸臂架設,在放頂線處的支柱數(shù)量較錯梁直線式布置要少一半。
圖1-8為截深等于頂梁長度的一半、雙向穿梭割煤時的錯梁錯柱式布置方式。采煤機上行割第一刀后,a行掛梁并移輸送機,在a行梁下打柱;采煤機下行割第二刀煤后,b行掛梁并移輸送機,在b行梁下打柱。
這種形式的優(yōu)點是:采煤機每割一刀后均能間隔掛梁,及時支護頂板;每刀的支架工作量均衡,支架密度均勻,便于打柱、回柱綜合作業(yè);每次放頂步距小,放頂較安全。其缺點是:支柱交錯排列,規(guī)格質量不好掌握;放頂線處支柱少,受力大,不利于擋矸;支架間檔小,行人、運料不便。
這種布置形式宜在頂板穩(wěn)定條件下采用,目前應用較少。
炮采工作面支架布置形式同樣有上述三種。但第一種最常用,頂梁長度和循環(huán)進度相等,每推進一排,全工作面掛一次頂梁。
我國絕大部分普采、炮采工作面支護方式采用齊梁直線柱布置。
二、單體支架采煤工作面的支護設計及安全出口支護
(一)采煤工作面基本柱的支護設計
為保證采煤工作面支護必須滿足的要求得到落實,必須對工作面的控頂距、放頂步距、迎山角、支護強度、支護密度、底板比壓等進行設計,并進行風量驗算。
1、控頂距離
最小、最大控頂距以及放頂距應根據頂板巖性、回采工作空間的需要、采煤工藝和保證人員的安全因素確定。
(1)最小控頂距:為了回采工作正常進行,工作面留設的最小寬度,即回柱放頂之后從放頂線到工作面煤壁的距離。最小空頂距要滿足通風、行人、運料和工作的需要。
(2)放頂距:工作面每推進一定距離,需要進行回柱放頂,這個距離就叫做頂距。放頂距的大小應根據頂板巖石性質和循環(huán)進度確定。放頂距過小,將增加放頂距次數(shù),頂板也不易充分垮落,對減輕頂壓不利。放頂距過大,頂板下沉量及頂壓增加,冒落塊度大,可能造成頂板事故。放頂距應與工作面推進度相適用。
(3)最大控頂距:放頂距與最小控距之和為最大控頂距。為了減少頂板對支架的作用施加和柱梁占用量,降低頂板下沉和變形破壞程度,盡量減小最大控頂距。
2、支護強度與支護密度
(1)支護強度。支護強度即支柱或支架達到工作阻力時,對所支護頂板單位面積上的支撐力。通俗地說就是支柱或支架抵抗頂板壓力和頂板下沉的能力。很顯然,當頂板壓力和支柱額定工作阻力一定,支護密度越大,則單個支柱支護的頂板面積越小,頂板單位面積的支撐力就越大,即支護強度越大。反之,支護密度越小,則支護強度越小。當支護強度小時,采煤工作面表現(xiàn)為頂板下沉量大,下沉速度快。為了有效地支撐頂板,當控制其下沉速度,必須給頂板一個最低的有效支護強度,當頂板壓力和支柱額定工作阻力一定時,支護強度的大小由支護密度決定。
(2)支護密度。單位頂板面積內支撐頂板的支柱數(shù)量叫支護密度,單位為:棵/平方米。支護密度是根據頂板壓力大小和支柱額定工作阻力來確定的。
頂板壓力的大小根據經驗公式來估算,即頂板壓力p為4倍-8倍采高的巖重,用公式(1-3)表示為
p=(4-8)gmr (1-3)
式中 p--單位面積的頂板壓力,pa;
m--工作面采高,m;
r--頂板平均密度,kg/m3;
g--常數(shù),g=9.9n/kg。
應用這個公式時要考慮直接頂厚度。直接頂厚度較大時取小的系數(shù),直接頂厚度較小時取大的系數(shù)。
支柱額定工作阻力取支柱的平均工作阻力,考慮地質條件等因素的影響時,有
p′=rt·80% (1-4)
式中 p′--支柱平均工作阻力,kn;
rt--支柱原有的額定工作阻力,kn。
根據p值大小和支柱的平均工作阻力,確定每棵支柱支撐的平均面積s為
s=l柱·l排=p′/p
根據采煤工作面的循環(huán)進度,選用頂梁。最后確定柱距?？紤]機道空頂寬度大于排距,應引入修正系數(shù),即
l柱= p′/(l排·pk)
式中 l柱--采煤工作面的柱距,m;
p′--支柱平均工作阻力,kn;
l排--采煤工作面的排距,m;
p--頂板壓力,mpa;
k--修正系數(shù)。
根據頂梁長度的不同,k值分別為:
l排=0.8m時,k=1.2;
l排=1m時,k=1.1;
l排=1.2m時,k=1.0。
3、采煤工作面風量驗算
在保證采煤工作面進行正常工作的前提下,應盡可能縮小控頂距離,減輕工作面壓力,縮短支柱承壓時間。單體支柱工作面的控頂距離一般三、四排(最大四排、最小三排,即見四回一),三、五排(最大五排,最小三排,即見五回二),四、五排(最大五排,最小四排,即見五回一)比較適宜。
采煤工作面控頂距的大小,必須滿足通風的需要。確定控頂距時,必須按風速進行驗算?！睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定,采煤工作面最低風速為0.25m/s、最高風速為4m/s。檢驗工作面風量的公式為
0.25s×60≤q≤4s×60 (1-7)
式中 s--采煤工作面的平均斷面,m2;
q--供風量,m3/min;
60--把每秒風速換算成每分鐘的系數(shù)。
4、底板比壓
支柱或支架在滿足對頂板支護的同時,支柱不得發(fā)生鉆底或盡量減小鉆底量。通常要求鉆底量小于100mm。否則,則會影響對頂板的支護效果。為此,在進行工作面支護設計時,必須進行支柱對底板的比壓計算。
煤層底板的抗壓入強度叫底板比壓,單位為:帕(pa)、兆帕(mpa)。底板比壓是底板固有的性質。
頂板壓力通過支柱(架)底座對底板產生的壓強,即支柱(架)工作阻力與底座面積的比值,稱為支柱(架)對底板的比壓。支護設計時,應使支柱(架)對底板的比壓小于底板比壓。否則,支柱(架)就會鉆入底板或陷入底板,影響支護性能,惡化頂板狀況。
5、支柱迎山角的確定
一般煤層都有一定沒量的傾角,為保證支柱沿其軸線受力,必須支設迎山角。否則,支柱易發(fā)生彎曲,影響支撐頂板的效果。
支柱軸線和煤層頂板法線的夾角稱為支柱的迎山角。支柱頂部由煤層頂?shù)装宸ň€向上偏移的距離叫迎山距。
煤層傾角是確定支柱迎山角的決定因素。煤層傾角越大,支柱迎山角也相應越大。其原因是煤層傾角越大。直接頂破碎斷裂后形成的可動六面體的下滑力越大。
支柱迎山角的大小還和直接頂巖性、穩(wěn)定程度有關。煤層傾角一定時,直接頂強度越大,支柱迎山角應越小;反之,則越大。對ⅰ、ⅱ、ⅲ類直接頂板,根據經驗,一般按下式計算支柱迎山角:
b=a/k (1-8)
式中 b--支柱迎山角,(°);
a--煤層傾角,(°);
k--直接頂穩(wěn)定系數(shù),k=6-8°,直接頂層理、節(jié)理發(fā)育時,k取小值;反之,k取大值。
上式也可理解為當煤層傾角為6-8°時,支柱迎山角為1°。
(二)安全出口支護
采煤工作面安全出口是人員活動集中、機電設備較多的地點,且是人員進出必經之地。維護好上、下安全出口,對保證安全生產具有重要意義。為此,《煤礦安全規(guī)程》做了明文規(guī)定。
(1)每一個采煤工作面,必須經常 保持至少兩個暢通無阻的安全出口,一個通到回風巷道,另一個通到進風巷道。開采三角煤、斷層帶、殘留煤柱或地質構造極為復雜的煤層,不能采用正規(guī)采煤方法的采煤工作面,確實不能保持兩個安全出口時,必須制定安全措施,并按管理權限報縣級以上煤炭管理部門審批。開采有瓦斯噴出、煤與瓦斯(二氧化碳)突出危險或突水危險的煤層時,嚴禁采煤工作面只有一個安全出口。
(2)采煤工作面所有安全出口與巷道銜接處的20m范圍內,必須加強支護,巷道高度不得低于1.6m,綜合機械化采煤工作面所有安全出口與巷道銜接處的20m范圍內,巷道高度都不得低于1.8m。安全出口必須設專人維護,支架有斷梁折柱時,必須及時更換。
安全出口包括兩部分:一部分是兩巷超前支護,即采煤工作面上、下巷道距煤壁20m的范圍內;另一部分是工作面上、下端頭,即沿工作面方向,下巷上幫、上巷下幫向工作面方向10m的范圍內。由于這兩部分的礦壓和作業(yè)特點不同,其支護方式不同。
上、下安全出口處,除利用原平巷和工作面基本支架支撐頂板外,加強支護必須架設特殊支架,其原因是工作面上、下端頭與風巷、機巷相交處控頂范圍大,兩巷超前20m內受回采移動支承壓力和巷道固定支承壓力的雙重作用而壓力增大,斷梁折柱增多,支架損壞嚴重。根據頂板巖性和礦壓顯現(xiàn)的一般特征,采煤工作面兩巷超前支護為:煤壁外10m內,在原棚梁下架雙排鉸接頂梁和單體支柱支護;10-20m范圍內可采用單排單體支柱配鉸接頂梁支護。工作面上、下端頭支護為:機頭部位使用四對八根11﹟工字鋼長梁支護,一梁三柱,交替邁步前移,工字鋼梁制成花邊,以便于和支柱頂蓋配合;無傳動裝置的機尾部位使用兩隊四根11﹟工字鋼長梁支護,一梁三柱,交替邁步前移。上、下端頭的運輸機頭、機尾部位在靠采空區(qū)側架設木垛。高檔普采、炮采亦可采用工作面雙無銷頂梁配單體支柱支護。
金屬網下分層工作面安全出口支護,一般是在機巷靠工作面煤壁一側架設一梁三柱托棚,原巷道中棚梁的一端搭在托棚梁上,工作面尾部除按工作面正常支護外,仍架設一梁三柱托棚托住風巷原木梁。無論上部或下部,均應不使網邊脫離兩巷支架。
對于自然銹結的下分層工作面,其上、下端頭除使用兩隊兩根和四對八根工字鋼長梁支護外,還應采取提前探梁,在梁上插上小棍,用竹笆封頂。兩巷超前支護同上所述。
第四節(jié) 炮采、普采工作面的支護與安全操作
隨著采煤工作面的推進,煤層的條件、頂板的條件、頂板的壓力都是在動態(tài)的變化過程中,頂板式中都在緩慢或劇烈地下沉,其完整性也遭到不同程度的破壞,使采煤工作面始終處在較明顯或潛在的危險狀況下。為此,必須對工作面進行敲幫問頂。
敲幫問頂就是利用于鎬或鋼釬等工具敲擊暴露而未加管理的巖(煤)體,使其發(fā)出回音來探明巖(煤)體內部是否松動、斷裂或離層的一種方法。
班(組)長必須嚴格執(zhí)行敲幫問頂制度。開工前,班(組)長和安全檢查員必須對工作面安全情況進行全面檢查,確認無危險時,方準工人進入工作面。每個工作人員必須經常檢查工作地點的頂板、煤壁、支架等情況。在急傾斜煤層中,還必須同時注意底板情況。當發(fā)現(xiàn)險情時,必須立即采取措施,隱患未排出之前,班(組)長和安全檢查員不得離開現(xiàn)場。
【案例1-1】1991年8月7日,某礦丁5-614060炮采工作面,因爆破效果差,留下了不安全隱患。職工楊某在沒有認真敲幫問頂、沒有支護的情況下空頂作業(yè),被護頂巖塊砸倒,傷勢過重死亡。
采煤工作面在通常情況下,可根據煤層賦存條件不同或隱患不同,采取相應的支護措施。
一、破碎頂板的支護
破碎頂板的節(jié)理、層理較發(fā)育,膠結性能差,往往采后就自行垮落或因支架空檔內局部漏頂,使鄰近支架“頂空”而倒柱,若處理不及時,則會使垮落面積增大。防止破碎頂板冒落的原則是要求支護密度大、懸露哦頂板少、控頂距要小、推進速度快。
普采、炮采工作面必須采用鉸接頂梁。頂梁之上要用板皮(或小棍)、竹笆封頂,形成縱橫交叉,使頂板懸露面積縮小。在溜子道上方可提前探梁,靠煤壁打貼幫柱。破碎頂板的支護密度不但要滿足支柱強度的要求,也要有利于護頂,因此要適當加大支護密度,采取提前背笆護頂或掛梁措施。采煤機上行割頂煤時,跟機鋪臨時柱、后支貼幫柱,移溜過后支設固定柱,以縮短溜子道空頂時間和空頂面積,防止冒頂。
當頂板特別松軟或有厚0.3m以上的偽頂且割煤(或放炮)后會立即冒落時,可采取用圓鋼打超前托棚的辦法。具體方法是:距頂板20mm-30mm處利用煤電鉆打眼,眼深2m左右,角度垂直于煤壁,打眼在割煤(或炮)前進行。圓鋼規(guī)格為直徑38mm,長2.4m,布置在兩架頂梁中間外探0.1-0.3m,推進一個循環(huán)后在圓鋼一端下打柱子,另一端由煤壁支撐。在割煤(或放炮)前,繼續(xù)采用同樣方法。在炮采工作面,發(fā)現(xiàn)頂板沿煤壁有顯著裂縫或下沉等現(xiàn)象時,工作面應停止放炮,立即打探梁、掛頂梁或套棚加強支護。
二、煤壁片幫的支護
由于采煤工作面煤壁在支承壓力作用下容易壓酥,因此在采高大、煤質松軟的工作面往往容易因為片幫引起冒頂。防止煤壁片幫的主要安全措施如下所述:
(1)工作面煤壁要采直采齊,要及時打好正規(guī)支柱和貼幫柱,并給足初撐力,減少控頂區(qū)內頂板的下沉量。
(2)采高大于2.0m,煤質松軟時,除打貼幫柱外還應在煤壁與貼幫柱間加橫撐。
(3)在煤壁上部片幫嚴重的地點,應在貼幫柱上加托梁或超前掛金屬鉸接頂梁。在片幫深度大的地點,還應在梁端加打臨時頂柱。
(4)在爆破落煤工作面要合理布置炮眼,并掌握好炮眼角度。頂眼距頂板不要太近,裝藥量要適當。落煤后要及時挑頂刷幫,使煤壁不留傘檐。
【案例1-2】1996年12月19日,某礦采煤二隊打眼工李某,在戊9-10-20080工作面機頭以上5m處,在放完炮、基本出完煤后沒有及時打貼幫柱,而掛花梁、倒懸臂梁多,采面工程質量差,有沒有敲幫問頂,一個人違章單獨打眼,被掉下的矸石砸傷頭部,當場死亡。
三、急斜及傾斜煤層單體支柱工作面頂板支護及安全操作
(1)嚴格支柱規(guī)格質量,煤層傾角在25-35°時,迎山角一般取3-5°。煤層傾角小于35°或小傾角的急斜煤層時,應先根據煤層傾角,將采煤工作面調整為偽斜開采。為防止梁頭向傾斜下方甩動,掛梁前先掏超前梁窩,梁間用撐木撐好。單體柱間應上齊防倒繩或斜拉撐鉤。底板堅硬時,應鑿成麻面,增加支柱與底板摩擦力。必要時可沿煤層走向,在柱腳傾斜下方設置底梁。
(2)支架迎山有力,初撐力達到規(guī)定值,工作面不得有空載柱。
(3)采用傾斜托棚,防止支架歪倒。應有防倒柱的措施,防止倒柱砸人或撞倒其他支柱造成冒頂。
(4)為防止放頂冒落矸石撞倒支柱引起冒頂,放頂線應保持成一直線,并設聯(lián)鎖拉桿的傾斜托棚,掛好擋矸簾。
(5)分段回柱時,上下分段之間要設擋矸簾,并在下分段的上部采用戧柱和木垛等特殊支護。
(6)當煤層傾角大于35°,采空區(qū)上部存矸少、出現(xiàn)頂板抽空情況時,應采取以下措施:
①放頂前要充填抽空區(qū),充填物可用矸石等。充填方法可用風力或手動充填;
②降低采高,降低的下限一般不低于1.5m,以減少抽空高度,提高支架的穩(wěn)定性;
③如充填抽空有困難,初次放頂期間的控頂距離要適當加大,使老頂斷裂產生的沖擊大部分轉移到靠放頂線一側加寬的空間內。在支護上,除原有的一排木垛外,在加寬空間范圍內再加打一排木垛,以增加支柱的穩(wěn)定性。
(7)當煤層為立槽煤時,采用水平分層法,采煤工作面支護采用四、六排控頂,頂板為天然假頂。
四、托偽頂或松軟破碎頂板的支護及安全操作
這類頂板常因支架空檔內局部漏頂,使鄰近支架“頂空”而倒柱,并且由于頂板允許暴露的時間短、面積小,常因割煤和放炮后機(炮)道得不到及時支護而發(fā)生冒頂。此外,在初次來壓和周期來壓時,偽頂和破碎頂板容易和上覆直接頂或堅硬頂板離層而垮落。使用金屬頂梁時,由于頂梁和頂板摩擦力很小,偽頂大面積垮落,支架往往成串被推倒造成大冒頂事故。因此應采取適當頂板管理措施。
(1)凡托偽頂或破碎頂板的工作面,除采時不得推采開切眼的另一幫煤柱。
(2)工作面要布置成俯斜開采,盡可能避免仰斜開采,上、下平巷與工作面盡可能布置成直角或大于60°的交角,避免出現(xiàn)銳角。另外,要沿偽頂或破碎頂板掘進,避免挑頂掘進。
(3)支護密度不但要滿足采場支護強度的要求,也要有利于護頂,因此,應適當加大支護密度,采取提前背笆護頂和掛梁措施。機組上行割底煤時,跟機前撤臨時柱,支貼幫柱,以縮短機道空頂時間和縮小空頂面積,控制機道冒頂。
(4)當頂板特別松軟或有厚0.3m以上的偽頂,且割煤(或放炮)后立即冒落時,可采用圓鋼打超前托梁的辦法。具體施工方法是:在距頂板2-3cm處用煤電鉆打眼,眼深2.0m角度垂直于煤壁。打眼在割煤(或放炮)前進行。打完眼后,穿入圓鋼。圓鋼直徑38mm,長2.4m,布置在兩側頂梁的中間,外露0.4m。兩個循環(huán)后,托梁留在煤壁內的深度為0.8m,外露1.6m,端部由支柱支撐,再割煤(或放炮)前,繼續(xù)使用上述方法。
(5)初次來壓和周期來壓時,必須加強支護。在金屬頂梁和頂板間背上板皮或笆片,以增加它們之間的摩擦阻力;用單排或雙排交叉木垛,增設抬棚戧柱,以增加支柱的穩(wěn)定性。在傾角大于20°的工作面,初次來壓前最好不使用金屬鉸接頂梁,用木板梁和金屬支柱配合支護;初次來壓后,頂板穩(wěn)定時再使用金屬鉸接頂梁。
(6)在炮采工作面,發(fā)現(xiàn)頂板沿煤壁有顯著裂縫或下沉等現(xiàn)象時,工作面應停止放炮,在片幫嚴重的地方先打探板或掛上頂梁加強支護。
(7)條件允許時,從煤壁向斜上方頂板內鉆眼,利用高壓泵注入樹脂凝固劑來粘結破碎頂板,以增加頂板的堅固性或固結易片幫的煤壁。
五、托偽頂或留底煤的支護及安全操作
當采煤工作面頂煤或底煤是劣質煤不需要采出,或由于一次采全高丟底煤,或分層開采時留頂煤作為下分層開采頂板,或遇到斷層破碎帶留煤皮護頂開采時,叫托頂煤或留底煤開采。由于頂煤垮落,或遇到頂煤上的斷層破碎帶突然垮落,或由于支柱陷入底煤,往往容易發(fā)生冒頂事故,應采取適當安全技術措施。
(1)經常掌握留頂煤或底煤的實際厚度,控制采高,采高不應大于所用支柱允許的最大高度,使支柱有力地支撐頂煤不讓它脫落。所留的頂、底煤,必須按規(guī)定留足必須的最小厚度,留底煤時支柱要穿上木鞋或鐵鞋,如果底煤過薄,應采取換柱以提高采出率。
(2)合理布置炮眼和控制裝藥量,頂?shù)籽劬囗?煤)、底(煤)板要在200mm以上,炮眼角度和裝藥量要適當,每次放炮數(shù)目不要太多,防止頂煤受震脫落。
(3)放炮后及時掛梁托頂煤,或打臨時支柱,同時用板皮或笆片背嚴,防止頂煤離層脫落。
(4)在保證通風、行人、運料的前提下,縮小控頂距,減小工作面頂煤的壓力。
(5)放頂時,放頂線采用一梁三柱戧棚,向采空區(qū)方向斜撐,以保證頂板來壓是有足夠的支撐力。頂壓大時,要加木垛,增加支架的穩(wěn)定性。
(6)留底煤的工作面,灑水要適當,防止底煤遇水潮解松動。
第五節(jié) 采空區(qū)處理
采空區(qū)的處理方法主要全部垮落法、煤柱支撐法、充填法、緩慢下沉法。
一、全部垮落法
全部垮落法的作業(yè)范圍主要是放頂區(qū),即從原切頂線到新切頂線的區(qū)域。主要適用于ⅰ、ⅱ、ⅲ類直接頂。其實質是隨工作面向前推進,有計劃地回撤放頂線以外的支架,使直接頂巖層自行垮落。堅硬頂板則需要爆破方法強迫其垮落,以縮短直接頂?shù)膽伊洪L度和重力,減少采空區(qū)直接頂對工作面的壓力?？迓涞膸r石因具有一定的碎脹性,當填滿采空區(qū)時,可對老頂起到一定的支撐作用,從而減緩和限制老頂對工作面的影響。全部垮落法是沿工作面全長,在預定頂板垮落線內架設特種支架,使采空區(qū)與工作面空間隔開。特種支架包括木垛、戧棚、戧柱等。當回撤支架后,使懸露在采空區(qū)的頂眼沿特種支架的采空區(qū)側垮落下來。若直接頂板堅硬,回柱后不自行垮落,則要進行強制放頂。
全部垮落法處理采空區(qū)的主要工作是架設特種支架和回柱放頂,在綜采工作面主要是移架。
(一)特種支架的架設
為了使直接頂沿頂板垮落線(即放頂線)垮落,需要沿放頂線的煤墻側架設特種支架。常用的特種支架有戧棚、木垛、戧柱等。
戧棚是沿工作面傾斜方向在靠采空區(qū)一排支架的煤墻壁架設。根據戧棚梁長,采用一梁兩柱或一梁三柱。對接棚、棚腿戧向采空區(qū),棚梁與頂梁、支柱接實,升緊打牢。
木垛在靠工作面采空區(qū)一側用方木架設,方木截面一般為0.15m×0.15m或0.20m×0.20m,方木長為1.2m-1.6m。
戧柱是在靠采空區(qū)一側每棵支柱的煤壁側,不用棚梁只打上支柱,支柱戧向采空區(qū),升緊打牢。
(二)回柱放頂
全部垮落法處理采空區(qū)的采煤工作面要隨著工作面推進不斷地支設支柱和回撤支柱,使工作始終保持在最大控頂距與最小控頂距之間,從而使采空區(qū)頂板在自重作用下垮落。
在回柱放頂過程中,頂板活動比較強烈,工作面支架將受到較大的作用,對支架和人員都要嚴格要求?；刂彭敱仨氉袷叵铝幸?guī)定。
(1)用全部垮落法管理頂板的采煤工作面必須及時回柱放頂,控頂距超過作業(yè)規(guī)程規(guī)定時,禁止回采。如果回采后頂板仍不冒落,超過規(guī)定的懸頂距離時,必須停止采煤,采取人工強制放頂或其他措施進行處理。
(2)回柱放頂必須按作業(yè)規(guī)程規(guī)定的回柱放頂方法和安全措施進行?；刂彭斖排?、機采落煤等工序平行作業(yè)的安全距離都必須符合作業(yè)規(guī)程的規(guī)定。
(3)回柱放頂前,必須對放頂所用設備完好情況及作業(yè)區(qū)域內安全情況進行全面檢查,對不符合質量要求的支架重新支設,缺柱的補齊,壓力大時要加強支護,對工作面上、下出口和機頭、機尾的支護要重新加固。同時清理好退路。
(4)回柱必須按有里向外,自下而上的順序進行。分段回柱時,必須在分段處打兩棵攬頭(臨時)支柱?；刂笠皶r掛擋矸簾。撤下的頂梁要按號立放整齊,立柱打在新放頂線內側梁下。采用密集支柱切頂時,兩段密集支柱之間必須留有寬0.5m以上的出口,出口間的距離和新密集支柱的超前距離都必須符合作業(yè)規(guī)程的規(guī)定。
(5)回柱時必須2人一組作業(yè),1人回柱、1人觀山,不準單獨作業(yè)?；刂藛T必須站在所撤支柱的傾斜上方,且支架完整,無崩繩、崩柱、甩鉤、斷繩抽人等危險情況的安全地點工作。木支柱必須用機械回撤,放頂區(qū)域內的支架、木垛都必須回收干凈。
【案例1-3】1996年4月15日,某礦巳15-1205采煤工作面輸送機機尾處發(fā)生冒頂事故,該隊職工楊某違章進入放頂區(qū)單獨作業(yè),并違反見四回一的規(guī)定,在頂板冒落時被埋住,經搶救無效死亡。
摩擦金屬支柱回柱操作時,一般使用柄長0.6-0.8m,重3kg的鐵錘將支柱水平楔打松,使活柱落下。金屬支柱卸載活柱下縮后,回柱人員用拔柱器或常把鐵鉤將支柱拉出,支設在新放頂線內側梁下。單體液壓支柱回柱時則是搬動卸載手柄,活柱下縮,回出的支柱支設在新放頂線內側梁下。
二、煤柱支撐法
當頂板非常堅硬(如礫巖頂板),采用全部垮落法管理頂板時,回柱后切不斷頂板,采空區(qū)懸頂面積較大,一旦垮落可能造成重大頂板事故。在此種情況下往往采用煤柱支撐法來管理采空區(qū)頂板。
煤柱支撐法的主要優(yōu)點是大大減化了采空區(qū)處理工作,工藝簡單,避免了周期壓力對工作面的影響,為生產創(chuàng)造了條件。它的缺點是煤炭資源損失嚴重,采出率低,在開采煤層群時,下層造成集中壓力,給工作面管理造成困難,掘進率高,搬家次數(shù)多。煤柱支撐法主要用于刀柱采煤法。
三、充填法
充填法處理采空區(qū)分全部充填法和部分充填法兩種。
1、全部充填法
開采有自然發(fā)火的特厚煤層,或地面有鐵路干線、重要建筑物、河流、湖泊或煤層上部較近處有含水豐富的巖層時,為了保護地面建筑物不受破壞,防止地表水和含水層水突然涌入井下,可用砂子、碎石等將采空區(qū)全部充填。我國某些礦區(qū)用水砂充填,個別礦使用風力充填。
全部充填法能有效地減少采空區(qū)頂板的下沉,防止煤的自然發(fā)火,提高了采出率。但充填系統(tǒng)復雜,設備多,組織管理復雜,成本比全部垮落法增加30-50%,應用逐漸減少。
2、部分充填法
開采薄煤層時,利用矸石在采空區(qū)內壘起若干條垂直于工作面煤壁的矸石帶支撐頂板,減少頂板移動和周期壓力,改善工作面頂板維護狀況。充填帶的寬度視充填材料而定,即支撐能力能支撐住充填帶上方巖層和各條帶之間懸頂巖層的重力,通常充填帶寬度為采高的2倍-2.5倍。充填帶間距為8-15m。
部分充填方法,砌筑矸石帶勞動強度大、不易機械化,勞動效率低,成本高,一般很少采用。
四、緩慢下沉法
當頂板巖性有較大的韌性,無劇烈的破壞,回柱后撓曲下沉能緩慢地和底板接觸時,采用緩慢下沉法。工作面支護常用木垛和點柱管理,每放頂一次在靠近采空區(qū)一側每隔一段距離架設一個木垛,工作面采用(單體)點柱支護。
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