前進(jìn)式開采的優(yōu)缺點(diǎn)

1、前進(jìn)式開采的優(yōu)缺點(diǎn)資環(huán)學(xué)院秦興林2011021814摘要：在煤炭開采中，前進(jìn)式開采和后退式開采是兩大體系。我國是在學(xué)習(xí)前蘇聯(lián)煤炭開采的基礎(chǔ)上推廣應(yīng)用了后退式開采方式這一方式在我國大、中型煤礦中占絕對優(yōu)勢。而在英國前進(jìn)式開采占主要方面。關(guān)鍵詞：前進(jìn)式；國內(nèi)外發(fā)展；巷道填充一、兩種開采方式優(yōu)缺點(diǎn)的比較1、后退式開采的優(yōu)點(diǎn)：(1)能夠在掘進(jìn)中了解采區(qū)范圍內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造情況，以便在工作面設(shè)計(jì)和生產(chǎn)時(shí)提前采取措施。(2)掘進(jìn)和回采工作面分別進(jìn)行，因而系統(tǒng)簡單。掘進(jìn)對回采干擾小。(3)工作面生產(chǎn)能力較大。(4)工作面端頭設(shè)備比較簡單。(5)不需要在采區(qū)維護(hù)巷道，減少巷旁充填環(huán)節(jié)及采空區(qū)漏風(fēng)問題。2、后退式開

2、采的缺點(diǎn)：(1)掘進(jìn)工程大特別是初期工程大，造成初期投資高。(2)巷道維護(hù)時(shí)間長，維護(hù)費(fèi)用高。(3)掘進(jìn)工占的比倒大，勞動(dòng)力消耗多。(4)掘進(jìn)準(zhǔn)備巷道多，所需掘進(jìn)設(shè)備、設(shè)施、材料多。(5)運(yùn)輸環(huán)節(jié)多費(fèi)用高。3、前進(jìn)式采煤的缺點(diǎn)：(1)不適用于地質(zhì)條件復(fù)雜的采區(qū)范圍。(2)掘進(jìn)對回采有一定影響。(3)多了巷旁充填環(huán)節(jié)和采空區(qū)漏風(fēng)。并存在采空區(qū)煤自然問題。4、前進(jìn)式采煤的優(yōu)點(diǎn)：(1)掘進(jìn)率低上、下順槽可隨采隨掘，巷道維護(hù)時(shí)間短，占用人力少。在機(jī)采工作面中，上、下順糟，可用采煤機(jī)切割出來，回采的同時(shí)也掘出了巷道，簡化了掘進(jìn)工藝。(2)減少了掘進(jìn)設(shè)備、設(shè)施和材料，減少費(fèi)用。(3)減少了運(yùn)輸環(huán)節(jié)，降低運(yùn)

3、輸費(fèi)用。(4)薄煤層礦井中，上、下屬槽拉底巖石做充填帶，不升井，減少地面矸石的占地面積。根據(jù)以上比較，在我國采用單一的后退式開采方式是不十分科學(xué)的，不是一分為二的，在條件簡單的采區(qū)范圍內(nèi)完成可以采用前進(jìn)式開采方法。二英國工作面前進(jìn)式開采與后退式開采英國的煤田地質(zhì)條件、開采條件與我國相似，他們井工開采是以前進(jìn)式為主，80年代全國550個(gè)工作面中，438個(gè)為前進(jìn)式開采，112個(gè)為后退式開采。近年來，后退式開采的比重有上升趨勢。英國煤炭局系統(tǒng)工程研究所對后退式和前進(jìn)式開采進(jìn)行了分析研究，得出的結(jié)論是:后退式開采的生產(chǎn)能力比前進(jìn)式開采高25%。英國后退式采煤工作面平均長166m;前進(jìn)式工作面達(dá)216m

4、。后退式工作面平均長度較短的主要原因，是由于地質(zhì)條件較復(fù)雜的地區(qū)斷層限制了工作面長度。在地質(zhì)條件較好的諾丁漢礦區(qū)，仍以傳統(tǒng)的前進(jìn)式開采為主。后退式開采由于掘進(jìn)量大，掘進(jìn)工所占的比例比前進(jìn)式高得多，采煤工與掘進(jìn)工的比例為1:1，全部生產(chǎn)工約多9%，而產(chǎn)量高25%。英國前進(jìn)式與后退式開采的人工及采區(qū)效率比較見表1，工作面產(chǎn)量與其有關(guān)關(guān)系見圖1-3。501.3測150I帕%敬我圖2I：作面論度與匚作面的土產(chǎn)關(guān)系（圖中4面及崔現(xiàn)為毎班推i5r/rx）圖1匸作面的班產(chǎn)量枕J5Q沏勿F：華鮒干表1英國前進(jìn)式與后退式人工及采區(qū)效率比較方式前進(jìn)式后退式差別伙）項(xiàng)R、（人班/面汩）安裝2-65.6掘進(jìn)4.033

5、.0生產(chǎn)128+0106.63.25-0計(jì)137.8149.6十生&t/H722880121.t/工班j-M5.87112.0三對我國采用前進(jìn)式開采的初步看法1端頭支架在前進(jìn)式開采工作面的上下端頭，各有2-3架側(cè)壁式端頭支架和2-3架帶后探梁的端頭支架。其主要作用是在工作面上、下順槽，靠近工作面的地方維護(hù)出一個(gè)空間以便充填;其次是沿充填體外以平滑的曲線形式放頂，減輕對工作面上、下端頭及充填體的壓力。側(cè)壁式支架為帶側(cè)擋板的架身長度不等的端頭支架，主要是從側(cè)面擋住矸石，以維護(hù)充填空間。帶后梁的端頭支架以其后探梁支護(hù)充填帶的頂板。這兩種端頭支架的結(jié)構(gòu)與一般工作面液壓支架類似，我國的煤機(jī)廠制造這種支架

6、不會(huì)有太大的困難。2巷旁充填這是采用前進(jìn)式開采的關(guān)鍵間題，也是在我國采用前進(jìn)式或“Z”型開采法需要解決的主要問題之一。原西德多采用硬石膏充填，這種方式材料費(fèi)用較高，不太適合我國的情況。英國采用多種充填方式并以泵充填方式為主，現(xiàn)簡介如下:人工充填:人工充填用掘進(jìn)矸石、木垛、輕質(zhì)混凝土塊等。(2)機(jī)械充填:機(jī)械充填，一種是附在端頭支架后面的凸輪進(jìn)行殲石充填;另一種是用專門的扒斗機(jī)扒送矸石充填。(3)風(fēng)力充填:風(fēng)力充填由壓力6-8(磅/英寸)的低壓、大流量風(fēng)力充填機(jī)充填挑頂矸石。(4)泵充填:泵充填材料有飛灰、粉煤、煤與水泥的混合物、特種水泥等。充填材料抗壓強(qiáng)度見表2。巷旁充填帶的功能是:在巷道一側(cè)

7、支撐頂板，形成一個(gè)荷載橋以減輕支架荷載;封閉采空區(qū)，防止漏風(fēng)，防止自燃;改善底板受力情況，減小底鼓;提供一個(gè)處置矸石的場所;形成一個(gè)沿采空區(qū)的頂板破斷線；保護(hù)巷道，為重復(fù)使用巷道、無煤柱開采創(chuàng)造條件。過去，英國采用機(jī)械和風(fēng)力充填的較多。近年來，泵充填方式顯示了很大的優(yōu)越性，使用得越來越多。還有不同的泵充填方法比較常用。表2充填材料的抗壓強(qiáng)度(Mpa)2小時(shí)24小時(shí)7上煤泥Thyssenr.v：-0*48).1-阿克伯克二.：“1-304.0.:持克帕克Tekpack0-873+04-0；.2考文垂E茯充填1+訊人3U.飾0*R1*45空:工3幾種泵充填方式煤泥充鎮(zhèn)煤泥充填是由煤粉和水泥混合，用

8、泵經(jīng)管道充填的方式。(1)粉煤泵站:用小于20mm的原煤加懸浮劑斑脫巖與水混合，用泵經(jīng)4英寸的鋼管可輸送到以外的充填地帶。(2)速凝水泥泵站:在離充填處300m以內(nèi)的地方用1英寸或1.25英寸鋼管泵送到離出口1m處的煤泥管中，與煤泥混合后灌入充填帶模板或大型口袋中，見圖5，一小時(shí)后初凝，移模。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是:就地取材利用粉煤充填，運(yùn)輸方便。阿克伯克水泥充填系統(tǒng)如圖6、7所示，這是由英國采礦研究院(M.R.D.E)研究的，用兩種材料，一種用量為1%的阿克伯克粘土，一種用量為14%的特殊充填用水泥叫作Aguaeern，還有85%的水。(l)Aguabent粘土泵站:其粘土不凝固，泵站可設(shè)于任何地

9、方。(2)Aguacern特種充填水泥泵站：泵送距離為10o0m以內(nèi)，一般置于順槽近上山處，可由一臺(tái)電機(jī)帶動(dòng)的兩臺(tái)泵，分別用1英寸或1.25英寸鋼管或膠管泵送粘土及水泥兩種材料，在充填袋中混合，加速凝劑20分鐘后凝固。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是充填體強(qiáng)度大，密封性能好;缺點(diǎn)是水泥漿凝固很快，每次用完后要用水沖洗管道，致使工作面端頭條件惡化。3.3特克帕克(Tekpaek)特種水泥充填系統(tǒng)該系統(tǒng)是由FoseeoTechnicCO研制的充填方法，與阿克伯克系統(tǒng)相似，設(shè)備相同。主要區(qū)別是使用不同的水泥(Tekcem)，水泥用量少，PH值低，有較長的“泵送壽命”，當(dāng)“泵送壽命”為兩小時(shí)時(shí)，泵送距離可達(dá)Z000m

10、以上。實(shí)際上水泥漿在管中24小時(shí)才凝固，所以，充填管道可以24小時(shí)沖洗一次，充填體有一定的壓縮性，可減少巷道底鼓。充填站可遠(yuǎn)離充填處，故可設(shè)置集中泵站供應(yīng)幾個(gè)工作面。這種系統(tǒng)是近幾年在英國發(fā)展起來的較有前途的充填方式。充填材料中水泥和粘土用量各占9%，水為82%。飛灰充填飛灰系統(tǒng)采用電灰，有兩種方式：(i)帕松勒吉系統(tǒng)(Parsonage):用兩種材料，一種是飛灰和斑脫巖，以硫酸亞鐵或硫酸鋁作為速凝劑，飛灰從電廠運(yùn)到地面灰倉中，再運(yùn)至井底車場后，用2英寸鋼管壓氣輸送，每2000m距離約需15Pa壓力;另一種材料是波特蘭水泥，在采區(qū)加水混合后用1.25英寸鋼管泵送。水泥與飛灰的比例為1:46。兩

11、種材料分別泵送至充填帶混合，很快便凝固。這種方法不使用價(jià)格昂貴的充填袋，充填體早期強(qiáng)度大;缺點(diǎn)是后期強(qiáng)度小。目前正在研究兩種材料都從地面直接送到充填處的方式。(2)考文垂礦系統(tǒng)(Coventry):在地面按1份波特蘭水泥、3份飛灰的比例進(jìn)行千混合，然后用壓氣輸送到順槽端頭，貯存在容器中，使用時(shí)與水混合，水中含有作為速凝劑的硫酸鋁，再泵送到充填處。這種材料有4小時(shí)的“泵送壽命”。根據(jù)英國的經(jīng)驗(yàn)，充填帶寬度約為采高的1-1.5倍，充填體強(qiáng)度應(yīng)比底板強(qiáng)度稍小一點(diǎn)，這樣可減少底鼓。有時(shí)在軌道順槽進(jìn)行雙側(cè)充填，使巷道兩邊具有同樣的支撐力，對減少底鼓更有利。各種充填方式的特點(diǎn)及其在我國使用的可能性手工充填

12、:設(shè)備簡單，但勞動(dòng)強(qiáng)度大。機(jī)械充填:用扒斗方式速度較慢，影響工作面推進(jìn)速度，凸輪方式充填較密實(shí)。風(fēng)力充填:由地面集中壓氣站進(jìn)行壓力較高的充填，可以充填較大的顆粒;在充填處用分散布置的小型壓氣機(jī)進(jìn)行低壓充填，充填能力較小，充填粒度小于7.smm,充填體與頂板間隙較小，充填質(zhì)量較好。煤泥充填:可以就地取材.但消耗大量煤粉。阿克伯克泵充填:具有初期投資小，用料較少，不影響工作面生產(chǎn)，設(shè)備易于維修，可用充填袋或滑動(dòng)模板等優(yōu)點(diǎn)。但水泥漿凝固快，每次均需沖洗管道;不能用集中充填泵站。特克帕克泵充填:具有阿克伯克系統(tǒng)的各種優(yōu)點(diǎn)，且用料更少，水泥漿在管道中24小時(shí)才凝固，故可以一周沖洗一次，可設(shè)集中泵站，最遠(yuǎn)

13、泵送距離可達(dá)6.7km。這是較有前途的一種充填方式。英國共有86個(gè)工作面采用泵充填方式，56個(gè)工作面用風(fēng)力充填，48個(gè)工作面用機(jī)械凸輪充填，29個(gè)工作面用扒斗充填，n個(gè)工作面用人工充填。在英國，充填成本約為噸煤0.5-1磅，占噸煤生產(chǎn)總成本的1/80-1/40。見表3。表已各種泵充填方式充填材料及價(jià)格系統(tǒng)材料用鋼量fkg/m*價(jià)格充填休價(jià)格（/m3）Thyssen煤泥速餐水泥Packbind斑脫巖粉Bentortite煤粉2981658837.251.2519.4057.90阿克怕克Aguapak水泥Aguacem粘土Aguabcnt450_H；47.256935418特克帕克Tekpack水

14、泥Aguacem粘土Aguabcnt18218226.3918.8145.20天然石膏黒然fl懺21002146.204*2050-40帕松勒吉飛茨充填Parsonageik筱持蘭水泥粘卜.930255100-3.8116-444.00.6724.92將丈吐Z灰住填Coventry飛質(zhì)780260554-6811-861523.69需要允填袋，710鎊/m，充填體可見充填費(fèi)用在生產(chǎn)費(fèi)用中所占的比重是相當(dāng)?shù)偷?，而取得的?jīng)濟(jì)效益是相當(dāng)明顯的。例如:我國設(shè)計(jì)年能力為300萬t的新井，若全部采用綜采，一般約需3個(gè)工作面，礦井總工程量約4.5萬m;采區(qū)走向長度1500m。若改為前進(jìn)式開采，初期工程量估計(jì)

15、可減少1.3萬m,即減少28%左右。這樣，不僅減少了初期投資，礦井投產(chǎn)時(shí)間也可相應(yīng)提前，這對建井周期長、資金不足的我國煤炭工業(yè)是有明顯好處的。當(dāng)然，如前所述，不是所有的礦區(qū)都能采用前進(jìn)式開采，如地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、瓦斯大、自燃現(xiàn)象嚴(yán)重的西南和中南地區(qū)的煤田，采用這種方式就有一定困難。地質(zhì)條件較好的華北，西北地區(qū)可以試用這種方式。為了穩(wěn)妥起見，可先采用具有前進(jìn)及后退式二者優(yōu)點(diǎn)（當(dāng)然同時(shí)也有相當(dāng)缺點(diǎn)）的“Z”型開采，為過渡到前進(jìn)式開采創(chuàng)造條件。當(dāng)然，筆者并不認(rèn)為前進(jìn)式開采是發(fā)展方向，去取代后退式開采。認(rèn)為可在條件適合的礦區(qū)推廣，作為后退式開采的一種補(bǔ)充。為了在我國采用前進(jìn)式及“Z”型開采，首先要解決設(shè)備

16、問題、端頭支架及充填泵。我國當(dāng)前的機(jī)械制造水平和能力是完全可以制造出這些設(shè)備的，或者在仿制的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)提高。其次是充填材料問題。各種充填方式中以泵充填方式最好，其中又以英國的特克帕克系統(tǒng)最為成功。為了節(jié)省所需的特種充填水泥的時(shí)間，可以采用引進(jìn)國外技術(shù)合作生產(chǎn)的方式。目前已在平頂山礦務(wù)試用，并獲得成功;特種水泥國內(nèi)已能生產(chǎn)。飛灰充填可與坑口電站綜合考慮，既解決電廠飛灰處理又解決了礦井充填材料。煤泥充填方式雖然要消耗大量粉煤，但總比留煤柱省的多，可以就地取材，系統(tǒng)也較簡單，不失為一種可行的辦法。風(fēng)力充填可利用井下矸石，也具有許多優(yōu)點(diǎn)，可適當(dāng)發(fā)展?？傊砂l(fā)展以泵充填為主、其它方式為輔的巷旁充填

17、技術(shù)，以適應(yīng)進(jìn)式開采和“Z”型開采在我國的使用。4前進(jìn)式采煤的效果經(jīng)過十幾年的生產(chǎn)實(shí)踐,體會(huì)到前進(jìn)式采煤的效果有以下幾點(diǎn):1）緩解接續(xù)緊張,保證生產(chǎn)正常進(jìn)行。隨著采煤機(jī)械化技術(shù)迅速發(fā)展,采面單產(chǎn)顯著提高,工作面推進(jìn)速度加快,因而要求掘進(jìn)施工速度快、巷道直、斷面大。但是,由于掘進(jìn)施工手段還比較落后,掘進(jìn)速度較慢,采掘關(guān)系緊張局面時(shí)常出現(xiàn)。前進(jìn)式采煤,在水平大巷和采區(qū)上山掘出后,即可開始回采,起到減少生產(chǎn)準(zhǔn)備工程量,緩解接續(xù)緊張,保證正常生產(chǎn)的作用。2）實(shí)現(xiàn)一巷多用,減少煤炭損失。在中厚煤層中,回采工作面多數(shù)采用雙巷布置。除回風(fēng)道外，運(yùn)輸皮帶和稱動(dòng)變電站、乳化液泵站分別放在兩條巷道中，留煤柱護(hù)巷。

18、在2.5m以下煤層采用前進(jìn)式采煤后,不留煤柱,護(hù)巷成巷為機(jī)軌合一巷,且可為相鄰工作面回采時(shí)使用。由于不留煤柱，每采完一個(gè)面，可多出煤1.5萬t左右,既減少煤炭資源損失，提高了資源回收率，又減少巷道掘進(jìn)量，降低了掘進(jìn)率。3）改善護(hù)巷方法，減少維護(hù)費(fèi)用。在后退式開采薄煤層時(shí)，長期采用沿空留巷。護(hù)巷方法為巷旁矸石墻、木垛、叢柱，巷內(nèi)錨桿、架棚以及這些方法的組合。隨著工作面推進(jìn)，后方留巷在采動(dòng)壓力作用下，頂板下沉量大，頂板脫落，支架折斷，因而當(dāng)相鄰工作面回采時(shí)，重新維修量大、費(fèi)用高、時(shí)間長。前進(jìn)式采煤，由于加強(qiáng)了巷旁和巷內(nèi)支護(hù)，控制了采動(dòng)影響。當(dāng)相鄰工作面回采時(shí)，留巷支護(hù)完整，安全可靠，減少了維護(hù)費(fèi)用

19、。4）利用矸石護(hù)巷，減少矸石出井。在煤厚小于留巷高度的煤層中前進(jìn)式采煤，利用拉底矸石做護(hù)巷材料，減少矸石出井，具有良好效果。對于薄煤層較多的礦井，其效果更為突出，一可緩解輔助運(yùn)輸能力不足的矛盾，二可減少輔助運(yùn)輸費(fèi)用。為將拉底矸石全部利用充填，矸石帶寬度可按下式計(jì)算：bWB（H-M）XKM式中b矸石帶寬度；B設(shè)計(jì)巷道掘進(jìn)寬度；M煤層厚度；H設(shè)計(jì)巷道掘進(jìn)高度；K巖石碎脹系數(shù)，取1.11.2。5前進(jìn)式采煤應(yīng)注意的問題1）煤層賦存情況分析。前進(jìn)式采煤能否順利開采，設(shè)備如何選型，基本問題是要清楚所開采煤層的地質(zhì)構(gòu)造，如斷層、褶曲、夾石、煤厚等變化情況，否則，會(huì)造成大的損失。如雙陽礦開采16層一150左翼區(qū)，煤厚1.8m，走向長700m，傾斜長600m,采用綜機(jī)沿邊界傾斜開采，面長150m，單巷無預(yù)掘布置方式。當(dāng)工作面推進(jìn)300m時(shí),沿空留巷側(cè)煤層變薄，局部煤厚0.4m,工作面中部煤層壓薄長達(dá)60m,因而被迫停產(chǎn)，撤出全套綜采設(shè)備，損失很大。2）礦壓觀測工作。前進(jìn)式采煤的成敗，關(guān)鍵在于護(hù)巷留巷。進(jìn)行礦壓觀測，掌握頂板動(dòng)態(tài)、壓力大小，對留巷斷面尺寸、支護(hù)形式、支柱數(shù)量、充填帶寬度等技術(shù)措施和技術(shù)參數(shù)的合理選擇與確定，能提供科學(xué)的依據(jù)。否則，會(huì)帶來很大影響。如有兩個(gè)采煤隊(duì)，分別