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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(fù)雜的地質(zhì)條件適應(yīng)性強，設(shè)備簡單，所以，廣泛使用于條件比較復(fù)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(chǎn)過程包括打眼、裝藥、填炮泥、聯(lián)炮線、放炮等工序。
1、爆破應(yīng)達到的要求
爆破落煤應(yīng)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(cè)，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(jīng)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(chǎn)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(jīng)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(yīng)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(jù)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(nèi)容。合理炮眼布置一般根據(jù)煤層的厚度、煤質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)較軟時取大值，煤質(zhì)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(chǎn)。機械化采煤時，因煤質(zhì)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(jù)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(zhì)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(zhì)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(nèi)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(nèi)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(yīng)先清除炮眼內(nèi)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(nèi)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(nèi)，其外口必須立即封炮泥，并要求隨裝隨放。
（5）炮眼內(nèi)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(jié)，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(shè)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(nèi)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(nèi)未經(jīng)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(shè)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(yīng)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(yīng)設(shè)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(jù)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(jù)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(yīng)注意隨時調(diào)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(yù)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(shè)。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(chǎn)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(yīng)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(chǎn)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(shè)備得以充分利用，因此要合理組織勞動生產(chǎn)，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(fù)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(chǎn)過程配套的工種及定員，一晝夜內(nèi)，遵循一定采煤工藝順序，保證質(zhì)量，按時完成既定任務(wù)，并周而復(fù)始地進行采煤作業(yè)。
為了便于管理生產(chǎn)，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(shù)經(jīng)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(chǎn)，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(shè)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(shè)勞動強度大，支柱復(fù)用率低。
（一）木支護的種類
1、點柱
支護成排支設(shè)，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(shè)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(nèi)支撐頂板。頂板比較松軟或破碎時，應(yīng)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(cè)加密布置支柱，其作用是加強切頂。密集支柱的排數(shù)根據(jù)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(shè)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(shè)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(zhì)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(yīng)成雙數(shù)且均勻排列。
（7）木柱和木梁應(yīng)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(nèi)。
（9）順山棚子要平行于工作面架設(shè)：
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?qū)挄r，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(yīng)插好小板，以防頂板掉碴。小板應(yīng)背緊，其數(shù)量應(yīng)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(jù)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(shè)
（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(nèi)，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(diào)直、調(diào)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(shè)摩擦金屬支柱的操作要求：
①架設(shè)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(zhuǎn)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(nèi)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(zhì)（乳化液）由遠距離的液壓泵站通過液壓管路，經(jīng)專用的注液槍注入缸內(nèi)。回柱時，柱內(nèi)乳化液需排出柱體，每支設(shè)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(jié)構(gòu)簡單；初撐力靠泵站壓力獲得，可靠性高；升柱速度是內(nèi)注式液壓支柱的3-4倍，能提高支柱的支設(shè)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(fù)雜；乳化液不能回收復(fù)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(nèi)注式單體液壓支柱
額定工作阻力為245kn。工作介質(zhì)為乳化油。由內(nèi)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(zhì)量標準》規(guī)定小于100mm，否則應(yīng)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(jīng)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(guān)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(zhì)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(yīng)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(yīng)保持一致，架設(shè)規(guī)格也必須保持一致；
③支柱架設(shè)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(jié)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(shè)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(fù)或更換。嚴禁在控頂區(qū)域內(nèi)提前摘柱。底板松軟時必須穿柱鞋。
（8）嚴格按照支護設(shè)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(yīng)注意的問題
（1）支柱在操作前均應(yīng)按最大行程進行升柱、降柱至少兩個循環(huán)，以排出缸體內(nèi)的空氣。
（2）支柱架設(shè)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(shè)前還必須檢查乳化液泵站及液壓管路系統(tǒng)。
（4）支柱支設(shè)時應(yīng)根據(jù)煤層傾角大小，設(shè)一定量迎山角，其范圍為0-9°。
（5）單體液壓支柱支設(shè)的最大高度應(yīng)小于支柱設(shè)計最大高度0.1；支設(shè)的最小高度大于支柱設(shè)計最小高度0.2m。
（6）支柱與輸送機應(yīng)有適當距離，以防采煤機撞倒支柱。
（7）支柱頂蓋四爪應(yīng)卡在頂梁槽內(nèi)，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(yīng)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(yīng)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(shè)直至回柱，其作用經(jīng)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(shè)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(shù)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(yīng)從中扣除有關(guān)因素影響的部分。
1、自然地質(zhì)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(shè)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(chǎn)生縱向彎曲以至變形破壞。支柱支設(shè)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(yīng)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(zhì)破壞。工作面遇到斷層帶或地質(zhì)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(shè)柱鞋、擴大支柱底座支撐面積等措施，減少局部地質(zhì)破壞產(chǎn)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(jié)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(jié)構(gòu)。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(zhì)的支柱以及不同的支護結(jié)構(gòu)都會對控制頂板產(chǎn)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(shù)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(shù)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?qū)⑹鬼敯鍫顩r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(jié)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(nèi)腔或三用閥中所含雜質(zhì)的多少，其指標為：支柱內(nèi)腔平均含雜質(zhì)小于40毫克/根；最長支柱內(nèi)腔平均含雜質(zhì)小于50毫克/根；支柱三用閥含雜質(zhì)小于10毫克/根。
使用過程中保持支柱內(nèi)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(guān)重要。外注液式單體液壓支柱的單向閥和內(nèi)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(zhì)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(shè)、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(yīng)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(yīng)反復(fù)升降3-4次，排出缸體內(nèi)的空氣；
（2）支柱應(yīng)排列整齊，符合作業(yè)規(guī)程要求；需要調(diào)整柱距時，應(yīng)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(diào)整；
（4）推溜時，應(yīng)清除機道內(nèi)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(chǎn)；
（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(zhì)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(shè)方向與工作面煤壁垂直。因回采過程中礦山壓力的作用，產(chǎn)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(wù)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(yīng)適應(yīng)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(guān)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(guān)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(cè)深處較長，易回收；懸梁靠采空區(qū)一側(cè)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(shè)。根據(jù)截深和頂梁長度的關(guān)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(yīng)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(shè)，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(zhì)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(yīng)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(shè)計及安全出口支護
（一）采煤工作面基本柱的支護設(shè)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(shè)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(yīng)根據(jù)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(shè)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(yīng)根據(jù)頂板巖石性質(zhì)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(yīng)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(nèi)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(jù)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(jù)經(jīng)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(yīng)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(zhì)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(jù)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(jù)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(yīng)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(jù)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(yīng)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(shè)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(zhì)。
頂板壓力通過支柱（架）底座對底板產(chǎn)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(shè)計時，應(yīng)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(shè)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(yīng)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(guān)。煤層傾角一定時，直接頂強度越大，支柱迎山角應(yīng)越小；反之，則越大。對ⅰ、ⅱ、ⅲ類直接頂板，根據(jù)經(jīng)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(shè)備較多的地點，且是人員進出必經(jīng)之地。維護好上、下安全出口，對保證安全生產(chǎn)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(jīng)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(zhì)構(gòu)造極為復(fù)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(quán)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(nèi)，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(nèi)，巷道高度都不得低于1.8m。安全出口必須設(shè)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(nèi)；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(nèi)。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(shè)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(nèi)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(jù)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(nèi)，在原棚梁下架雙排鉸接頂梁和單體支柱支護；10-20m范圍內(nèi)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(cè)架設(shè)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(wǎng)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(cè)架設(shè)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(shè)一梁三柱托棚托住風巷原木梁。無論上部或下部，均應(yīng)不使網(wǎng)邊脫離兩巷支架。
對于自然銹結(jié)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(yīng)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(nèi)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(jīng)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(jù)煤層賦存條件不同或隱患不同，采取相應(yīng)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(jié)性能差，往往采后就自行垮落或因支架空檔內(nèi)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(shè)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(yīng)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(zhì)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(nèi)頂板的下沉量。
（2）采高大于2.0m，煤質(zhì)松軟時，除打貼幫柱外還應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(zhì)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(zhì)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(yīng)先根據(jù)煤層傾角，將采煤工作面調(diào)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(yīng)上齊防倒繩或斜拉撐鉤。底板堅硬時，應(yīng)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(shè)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(yīng)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(yīng)保持成一直線，并設(shè)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(shè)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(yīng)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(chǎn)生的沖擊大部分轉(zhuǎn)移到靠放頂線一側(cè)加寬的空間內(nèi)。在支護上，除原有的一排木垛外，在加寬空間范圍內(nèi)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(nèi)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(yīng)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(yīng)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(cè)頂梁的中間，外露0.4m。兩個循環(huán)后，托梁留在煤壁內(nèi)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(shè)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(yīng)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(nèi)鉆眼，利用高壓泵注入樹脂凝固劑來粘結(jié)破碎頂板，以增加頂板的堅固性或固結(jié)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(zhì)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(yīng)采取適當安全技術(shù)措施。
（1）經(jīng)常掌握留頂煤或底煤的實際厚度，控制采高，采高不應(yīng)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(yīng)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⒌祝海┌逡?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(zhì)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(yù)定頂板垮落線內(nèi)架設(shè)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(cè)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(shè)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(shè)
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(cè)架設(shè)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(shè)。根據(jù)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(cè)用方木架設(shè)，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(cè)每棵支柱的煤壁側(cè)，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(shè)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。回柱放頂必須遵守下列規(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。回柱放頂同放炮、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(shè)備完好情況及作業(yè)區(qū)域內(nèi)安全情況進行全面檢查，對不符合質(zhì)量要求的支架重新支設(shè)，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(nèi)側(cè)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(nèi)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(jīng)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(shè)在新放頂線內(nèi)側(cè)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(shè)在新放頂線內(nèi)側(cè)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(chǎn)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(fù)雜，設(shè)備多，組織管理復(fù)雜，成本比全部垮落法增加30-50%，應(yīng)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(nèi)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(cè)每隔一段距離架設(shè)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(jù)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(jù)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(zhì)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(luò),協(xié)調(diào)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(jù)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(jù)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(zhì)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(luò)，協(xié)調(diào)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(fù)雜的地質(zhì)條件適應(yīng)性強,設(shè)備簡單,所以,廣泛使用于條件比較復(fù)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(chǎn)過程包括打眼、裝藥、填炮泥、聯(lián)炮線、放炮等工序。
1、爆破應(yīng)達到的要求
爆破落煤應(yīng)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(cè),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(jīng)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(chǎn)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(jīng)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(yīng)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(jù)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(nèi)容。合理炮眼布置一般根據(jù)煤層的厚度、煤質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)較軟時取大值,煤質(zhì)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(chǎn)。機械化采煤時,因煤質(zhì)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(jù)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(zhì)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(zhì)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(nèi)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(nèi)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(yīng)先清除炮眼內(nèi)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(nèi)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(nèi),其外口必須立即封炮泥,并要求隨裝隨放。
(5)炮眼內(nèi)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(jié),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(shè)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(nèi)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(nèi)未經(jīng)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(shè)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(yīng)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(yīng)設(shè)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(jù)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(jù)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(yīng)注意隨時調(diào)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(yù)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(shè)。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(chǎn)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(yīng)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(chǎn)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(shè)備得以充分利用,因此要合理組織勞動生產(chǎn),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(fù)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(chǎn)過程配套的工種及定員,一晝夜內(nèi),遵循一定采煤工藝順序,保證質(zhì)量,按時完成既定任務(wù),并周而復(fù)始地進行采煤作業(yè)。
為了便于管理生產(chǎn),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(shù)經(jīng)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(chǎn),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(shè)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(shè)勞動強度大,支柱復(fù)用率低。
(一)木支護的種類
1、點柱
支護成排支設(shè),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(shè)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(nèi)支撐頂板。頂板比較松軟或破碎時,應(yīng)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(cè)加密布置支柱,其作用是加強切頂。密集支柱的排數(shù)根據(jù)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(shè)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(shè)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(zhì)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(yīng)成雙數(shù)且均勻排列。
(7)木柱和木梁應(yīng)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(nèi)。
(9)順山棚子要平行于工作面架設(shè):
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?qū)挄r,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(yīng)插好小板,以防頂板掉碴。小板應(yīng)背緊,其數(shù)量應(yīng)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(jù)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(shè)
(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(nèi),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(diào)直、調(diào)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(shè)摩擦金屬支柱的操作要求:
①架設(shè)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(zhuǎn)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(nèi)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(zhì)(乳化液)由遠距離的液壓泵站通過液壓管路,經(jīng)專用的注液槍注入缸內(nèi)?；刂鶗r,柱內(nèi)乳化液需排出柱體,每支設(shè)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(jié)構(gòu)簡單;初撐力靠泵站壓力獲得,可靠性高;升柱速度是內(nèi)注式液壓支柱的3-4倍,能提高支柱的支設(shè)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(fù)雜;乳化液不能回收復(fù)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(nèi)注式單體液壓支柱
額定工作阻力為245kn。工作介質(zhì)為乳化油。由內(nèi)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(zhì)量標準》規(guī)定小于100mm,否則應(yīng)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(jīng)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(guān)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(zhì)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(yīng)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(yīng)保持一致,架設(shè)規(guī)格也必須保持一致;
③支柱架設(shè)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(jié)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(shè)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(fù)或更換。嚴禁在控頂區(qū)域內(nèi)提前摘柱。底板松軟時必須穿柱鞋。
(8)嚴格按照支護設(shè)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(yīng)注意的問題
(1)支柱在操作前均應(yīng)按最大行程進行升柱、降柱至少兩個循環(huán),以排出缸體內(nèi)的空氣。
(2)支柱架設(shè)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(shè)前還必須檢查乳化液泵站及液壓管路系統(tǒng)。
(4)支柱支設(shè)時應(yīng)根據(jù)煤層傾角大小,設(shè)一定量迎山角,其范圍為0-9°。
(5)單體液壓支柱支設(shè)的最大高度應(yīng)小于支柱設(shè)計最大高度0.1;支設(shè)的最小高度大于支柱設(shè)計最小高度0.2m。
(6)支柱與輸送機應(yīng)有適當距離,以防采煤機撞倒支柱。
(7)支柱頂蓋四爪應(yīng)卡在頂梁槽內(nèi),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(yīng)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(yīng)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(shè)直至回柱,其作用經(jīng)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(shè)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(shù)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(yīng)從中扣除有關(guān)因素影響的部分。
1、自然地質(zhì)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(shè)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(chǎn)生縱向彎曲以至變形破壞。支柱支設(shè)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(yīng)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(zhì)破壞。工作面遇到斷層帶或地質(zhì)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(shè)柱鞋、擴大支柱底座支撐面積等措施,減少局部地質(zhì)破壞產(chǎn)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(jié)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(jié)構(gòu)。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(zhì)的支柱以及不同的支護結(jié)構(gòu)都會對控制頂板產(chǎn)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(shù)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(shù)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?qū)⑹鬼敯鍫顩r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(jié)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(nèi)腔或三用閥中所含雜質(zhì)的多少,其指標為:支柱內(nèi)腔平均含雜質(zhì)小于40毫克/根;最長支柱內(nèi)腔平均含雜質(zhì)小于50毫克/根;支柱三用閥含雜質(zhì)小于10毫克/根。
使用過程中保持支柱內(nèi)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(guān)重要。外注液式單體液壓支柱的單向閥和內(nèi)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(zhì)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(shè)、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(yīng)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(yīng)反復(fù)升降3-4次,排出缸體內(nèi)的空氣;
(2)支柱應(yīng)排列整齊,符合作業(yè)規(guī)程要求;需要調(diào)整柱距時,應(yīng)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(diào)整;
(4)推溜時,應(yīng)清除機道內(nèi)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(chǎn);
(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(zhì)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(shè)方向與工作面煤壁垂直。因回采過程中礦山壓力的作用,產(chǎn)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(wù)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(yīng)適應(yīng)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(guān)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(guān)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(cè)深處較長,易回收;懸梁靠采空區(qū)一側(cè)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(shè)。根據(jù)截深和頂梁長度的關(guān)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(yīng)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(shè),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(zhì)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(yīng)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(shè)計及安全出口支護
(一)采煤工作面基本柱的支護設(shè)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(shè)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(yīng)根據(jù)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(shè)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(yīng)根據(jù)頂板巖石性質(zhì)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(yīng)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(nèi)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(jù)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(jù)經(jīng)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(yīng)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(zhì)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(jù)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(jù)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(yīng)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(jù)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(yīng)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(shè)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(zhì)。
頂板壓力通過支柱(架)底座對底板產(chǎn)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(shè)計時,應(yīng)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(shè)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(yīng)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(guān)。煤層傾角一定時,直接頂強度越大,支柱迎山角應(yīng)越小;反之,則越大。對ⅰ、ⅱ、ⅲ類直接頂板,根據(jù)經(jīng)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(shè)備較多的地點,且是人員進出必經(jīng)之地。維護好上、下安全出口,對保證安全生產(chǎn)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(jīng)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(zhì)構(gòu)造極為復(fù)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(quán)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(nèi),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(nèi),巷道高度都不得低于1.8m。安全出口必須設(shè)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(nèi);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(nèi)。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(shè)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(nèi)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(jù)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(nèi),在原棚梁下架雙排鉸接頂梁和單體支柱支護;10-20m范圍內(nèi)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(cè)架設(shè)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(wǎng)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(cè)架設(shè)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(shè)一梁三柱托棚托住風巷原木梁。無論上部或下部,均應(yīng)不使網(wǎng)邊脫離兩巷支架。
對于自然銹結(jié)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(yīng)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(nèi)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(jīng)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(jù)煤層賦存條件不同或隱患不同,采取相應(yīng)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(jié)性能差,往往采后就自行垮落或因支架空檔內(nèi)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(shè)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(yīng)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(zhì)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(nèi)頂板的下沉量。
(2)采高大于2.0m,煤質(zhì)松軟時,除打貼幫柱外還應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(zhì)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(zhì)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(yīng)先根據(jù)煤層傾角,將采煤工作面調(diào)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(yīng)上齊防倒繩或斜拉撐鉤。底板堅硬時,應(yīng)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(shè)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(yīng)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(yīng)保持成一直線,并設(shè)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(shè)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(yīng)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(chǎn)生的沖擊大部分轉(zhuǎn)移到靠放頂線一側(cè)加寬的空間內(nèi)。在支護上,除原有的一排木垛外,在加寬空間范圍內(nèi)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(nèi)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(yīng)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(yīng)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(cè)頂梁的中間,外露0.4m。兩個循環(huán)后,托梁留在煤壁內(nèi)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(shè)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(yīng)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(nèi)鉆眼,利用高壓泵注入樹脂凝固劑來粘結(jié)破碎頂板,以增加頂板的堅固性或固結(jié)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(zhì)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(yīng)采取適當安全技術(shù)措施。
(1)經(jīng)常掌握留頂煤或底煤的實際厚度,控制采高,采高不應(yīng)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(yīng)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(zhì)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(yù)定頂板垮落線內(nèi)架設(shè)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(cè)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(shè)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(shè)
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(cè)架設(shè)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(shè)。根據(jù)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(cè)用方木架設(shè),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(cè)每棵支柱的煤壁側(cè),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(shè)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(shè)備完好情況及作業(yè)區(qū)域內(nèi)安全情況進行全面檢查,對不符合質(zhì)量要求的支架重新支設(shè),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。回柱后要及時掛擋矸簾。撤下的頂梁要按號立放整齊,立柱打在新放頂線內(nèi)側(cè)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(nèi)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(jīng)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(shè)在新放頂線內(nèi)側(cè)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(shè)在新放頂線內(nèi)側(cè)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(chǎn)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(fù)雜,設(shè)備多,組織管理復(fù)雜,成本比全部垮落法增加30-50%,應(yīng)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(nèi)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(cè)每隔一段距離架設(shè)一個木垛,工作面采用(單體)點柱支護。
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