條帶式採煤法

條帶式採煤法是指在開採塊段沿一定的方向劃分條帶,采出與保留條帶相間排列用保留的條帶煤柱支撐上覆岩層的荷載,以控制圍岩運動,其面積不應少於開採塊段總面積,從而使地表移動變形保持在允許範圍以內的一種採煤方法。

基本介紹

• 中文名：條帶式採煤法
• 外文名：Strip mining method
• 學科：煤礦工程
• 特點：回採率高、工藝簡單
• 條件：埋深小於400~500m
• 工藝：落煤、放煤、運煤等

適用條件

條帶式採煤法開採的一般條件：

（1）煤層埋深小於400~500m，單一煤層，厚度比較穩定，頂底板岩層和煤層較硬；

（2）采厚一般在2m左右，個別達到4~8 m,已放頂煤；

（3）采出率一般在40~60%

（4）地表下沉係數一般小於0.1，個別達到0.16

（5）地面為密集建築群、結構複雜的或紀念性的建築物；

（6）難搬遷的村莊；

（7）鐵路橋樑、隧道或鐵路幹線下；

（8）水體下的煤層及受岩溶承壓水威脅的上方煤層；

（9）地面排水困難。

採區巷道布置

1、採區巷道布置

在採區的左右邊界分別沿煤層頂底板掘進上山( 如圖 1 所示) ,根據煤層的具體賦存條件和生產習慣 , 可以沿著真傾斜布置上山也可以沿著偽傾斜布置上山 , 如果沿著偽傾斜布置上山則傾角控制在35° ～ 45°為宜 , 以便煤炭順利自溜。同側的兩條上山可以重疊布置也可以錯開布置。在掘進上山時要採取兩孔半掘進方法 , 以便形成良好的生產系統。

上山掘進完畢 , 從採區的一側掘進斜切小段落的運輸巷及迴風巷 , 同樣採用兩孔半掘進法 , 半孔巷就是小條帶的切割巷。小段落迴風巷與小段落運輸巷的高差根據小條帶切割巷而定 , 以小條帶能夠順暢溜煤為宜 , 小條帶切割巷的坡度一般為 25° ～30° , 相鄰兩個小條帶切割巷的間距取 5 ～ 8m , 煤硬取小值煤軟取大值 , 以煤電鑽套接鑽桿能打到並能利用爆破方法崩熟為準。為了使小條帶切割巷更好地溜煤 , 其要沿偽傾斜布置 ( 如圖 1 所示 ) 。第一條小段落迴風巷布置在階段保護煤柱以外 5 ～ 8m 的位置 , 道理同上。

當小段落運輸巷及迴風巷與另一側的上山溝通後 , 就可以由採區的外側邊界向內側邊界依次崩落小條帶進行回採了。停采線的位置依據具體情況而定 , 以能夠很好地保護採區內側邊界的兩條上山為準 ( 兩條被保護的上山臨近採區使用) ,

通常煤的硬度大層厚小停采線離上山近 , 反之則遠。採區回採順序見圖 2 。在第一個小段落回採的同時 , 在第一個小段落的下方 5 ～ 8m 的位置掘進第二個小段落的迴風巷及運輸巷 , 如此直到下階段保護煤柱的邊界為止。在掘進小段落迴風巷及運輸巷時要逐漸將其調整成傾斜狀態 , 以便煤炭自溜 , 坡度取 25° ～ 30° 為宜 ( 見圖3)。此時就真正成為文章標題所說的採煤方法了。如果機械化水平低也可以直接將小段落迴風巷及運輸巷布置成 25° ～ 30° , 不過這樣將丟掉一個很大的上三角煤 , 使採區回採率降低。

2、生產系統

（1）運煤系統

採煤工作面 →放煤點→小段落運輸巷 →運煤上山 →採區煤倉 →採區石門裝車外運 ;

（2）運料系統

迴風大巷 →採區迴風時門 →運輸上山 →小段落迴風巷→次個小條帶切割巷 ;

（3）通風系統

進風上山→小段落運輸巷 ( 局部扇風機 ) →工作面 ( 或工作地點 ) →小段落迴風巷 →迴風上山 →迴風石門→迴風大巷 ;

（4）行人系統

運輸大巷 →進風石門 →進風上山 →小段落運輸巷 →工作面 ( 或工作地點 ) 。

回採工藝及要求

1、落煤

該採煤法的落煤採用鑽爆法。鑽眼採用煤電鑽加套接鑽桿。打眼時人在小條帶切割巷內 , 沿著整個小條帶巷的外側及頂幫布眼。爆破參數的確定以能崩熟整個小條帶的煤炭為準 , 同時應使崩落的煤炭往小條帶切割巷的下方拋。應當注意的是 : 整個小條帶儘可能用最少的爆破次數將其崩熟 , 最好是1 次 , 最多不超過 2 次 ; 所有炮眼必須按《煤礦安全規程》或地方的《操作規程》封孔 , 以便提高爆破效果 , 為避免爆破失敗可使用雙雷管起爆 ; 在爆破前必須在小段落運輸巷適當位置架設防止大塊滾下的檔煤檔 , 檔煤檔的最佳位置為次一個小條帶切割巷下口往裡 2m 處 , 以保證工作地點有兩個安全出口 ( 檔煤檔見圖 4 所示) ;在爆破前需在小條帶切割巷的底板鋪設好搪瓷溜槽。

2、放煤

當炮煙散盡後 , 人側身站在檔煤檔一側的安全檔後放煤。放煤時應注意 : 必須兩個人操作 , 一個人放煤一個人觀察頂幫變化 , 以防冒落的塊煤或者頂底板傷人 ; 大塊煤必須用大錘打碎再放下去 , 以防傷著行人或衝垮巷道 ; 當塘內積存浮煤或者溜煤不暢時可用長工具捅 , 嚴禁進入塘內扒煤。

3、運煤

在急傾斜特厚煤層偽斜斜切小段落小條帶採煤方法的形成之前 , 由於小段落運輸巷傾角小 , 煤炭運輸需要藉助於運輸設備 , 如 V 型刮板輸送機。當採煤方法完全形成後 , 煤炭運輸全部採用重力自溜。重力自溜時要注意將人行道和溜煤道用木板隔離開 , 特別是巷道轉彎及坡度較大的地點 , 有必要時要多打點柱。

條帶煤柱的留設原則

(1)采出條帶的寬度

條帶式採煤法的基本要求之一是：采後地表不能出現波浪起伏，而是呈現單一平緩的下沉盆地。確定采出條頻寬度b的原則就是保證滿足上述要求。采寬b的確定與采深H有關，當b<H/3時，地表即可不出現波浪起伏的移動變形。具體確定時根據礦區實采經驗選取，一般當H/10≤ b=H/4可滿足要求。在具體確定b 值時，還應考慮回採工作面初次來壓步距及周期來壓步距。如果采寬不十分大時，應考慮b不超過初次來壓步距，在初次來壓前就結束工作面，以有利於頂板管理；如果采寬較大時，b不超過初次來壓步距與周期來壓步距之和，以保證在周期來壓之前結束工作面，儘量避免剛發生過周期來壓，就結束工作面。

(2)保留的條帶煤柱應有足夠的強度和穩定性，以便有效地支撐上覆岩層，這就要求留寬a要足夠大。

確定保留條帶煤柱寬度a的原則為：在該留寬下煤柱能承受的荷載應比此煤柱實際承受的荷載大，這時煤柱的安全係數 k> 1，這表明煤柱是穩定的。在一般情況下，用 k=1計算出的條帶煤柱的寬度已有足夠的強度和穩定性。

為了保證條帶煤柱有足夠的強度，還需要滿足其寬高比的要求，一般認為採用冒落條采時a/m 不應小於5(m 為采高)，採用充填條帶開採時寬高比不應小於2。

(3)采出率及采寬、留寬的關係

合理的采出率與采寬、采深、采厚、留寬及煤層和頂板岩層的力學性質等因素有關。

根據條帶開採的要求，一般采出率P為40%~70%，損失率s為60%~ 30%，即：

p= b/(a+ b)= 40~70%

s= a/a+ b)= 60 ~30%

由此可見，采寬b和留寬a確定後，還應滿足上式的要求，如果不符合，就要對a和b適當調整，直到滿足P≤70%為止。根據經驗，采寬b一般都大於留寬a。

(4)近距離煤層開採時條帶煤柱的計算原則

開採近距離煤層時，應當用累計采厚來計算條帶煤柱的留寬。驗算煤柱寬高比是否合乎要求及驗算煤柱是否存在核區時都要用累計厚度 ，按各煤層本身厚度來計算或驗算各煤層的煤柱寬度。

(5)近距離煤層上下煤柱對齊問題

在相互有采動影響的近距離煤層中設定保留煤柱時，考慮層間移動角的影響，下層煤的留寬要大一些，保證各層保留煤柱都有足夠的強度。同時，上下層的保留煤柱都要對齊，從設計、施工測量和實采都應切實保證。有限元法研究的條帶開採煤柱應力分布情況表明，在上下煤層條帶煤柱錯位時引起煤柱應力增大，下煤層中煤柱應力增加約12%~13%，而上煤層煤柱一部分在採空區中遭到破壞，同時下沉量變因煤柱錯位而增加18%~24%。因此近距離煤層上下煤柱對齊是十分重要的。

(6)儘量不在條帶煤柱中穿切巷道

為保證留設煤柱的完整性，一般不在條帶煤柱中穿切巷道。但是，在當其斜長大於100m 時，為了工作面搬家方便，往往從工作面中部的條帶煤柱中開一個聯絡眼，不挑頂臥底，並加以支護，這種煤柱為矩形煤柱，應按矩形煤柱的方法計算其留寬，比按一般的長煤柱所計算的留寬要大2m 或稍多一些。

在建築物和構築物下用條帶法採煤時，開採設計除了計算合理的留寬和采寬，還要進行地表移動與變形的預計，以便了解采後地表建築物可能遭受的損害等級。

由於條帶煤柱的支撐作用，對上覆岩層的破壞程度減弱，地表下沉盆地也比全采時平緩的多，它是開採“三下”壓煤的主要途徑之一。

特點

該採煤方法的實質是水平分層採煤法與陷落採煤法結合的產物 , 具有兩種採煤法的優點 , 同時克服或者消弱了兩個採煤方法的不足。水平分層採煤法的最大優點是可以采全高、回採率高、便於急傾斜特厚煤層實現機械化採煤 , 缺點是掘進率高。陷落法採煤的優點是對地質條件及煤層賦存條件的適應性強、使用靈活、工藝簡單、不需要什麼機械設備 , 缺點是無法形成兩個安全出口、通風困難、回採率低。該採煤方法的最大優點就是長期保持工作面或工作地點有兩個直通地面的安全出口。除此之外 ,從理論上分析與其他特厚煤層採煤方法相比較具有如下明顯優點。

1、回採率高

下三角煤的處理。該採煤法在正常回採結束後 , 在底部留下一個三角煤 , 其大小與採區走向長度及小段落巷道坡度有關 , 該三角煤是暫時呆滯煤量 ,當採區正常回採結束後 , 從採區外側邊界的兩條上山布置小段落巷道進行回採 , 最後僅留一個中間高兩側低的等腰三角形的煤柱。

採空區剩餘浮煤的處理。採區剩餘浮煤及等腰三角形煤柱在採區報廢之前可以通過煤層底板道打揭露斜眼將其全部采出。

可見 , 該採煤方法的回採率比任何一種急傾斜特厚煤層的採煤方法的回採率都高。

2、掘進率低

該採煤方法需掘進一些必要的回採巷道 ,20m厚的中硬以下的煤層的掘進率為 630m/ 萬噸。相對於斜坡後退陷落採煤法高很多 , 但是相對於水平分層採煤法的掘進率並不高 , 因為小段落的高度比分層的厚度大 2 ～ 3 倍。

3、生產工藝簡單、安全可靠

該採煤方法工藝只有破煤、放運煤 , 沒有支柱及控頂作業。由於人員長期在 5 ～ 8m 厚的完整煤層下面工作 , 頂底板的冒落對人員的威脅不大。由於有兩個暢通的安全出口 , 系統更加安全、可靠。該採煤方法通過巷道的巧妙布置及放煤點的改變解決了採煤工作面兩個出口的問題 , 是為生產技術條件落後、開採範圍小的鄉鎮煤礦而設計 , 有待於實踐檢驗。