[科普中国]-长壁开采

长开采一种普遍采用的地下开采方法,系按前进或后退方式进行开采,整个煤层都可采出,后面不留矿柱或支护。长壁开采在欧洲已普遍采用,目前在美国也有所推广。长壁开采与其它方法如房柱式开采法相比,优点是通风良好和生产率高。

相关概念前进式开采advance mining：一种地下开采方法,是由竖井底部向外向矿床边界方向进行开采。1

后遇式开采retreat mining：从矿床边界开始向巷道往回开采的方法。1

房柱式开采bord and pillar：一种深井地下采煤方法。此法是用方形、矩形铁路网或煤柱将煤区划块”,用常规的或连续的过程将煤取出。煤柱是有效的支护,但是除非以钢或木支护代替,否则就有很大一部分煤被弃置。房柱式开采法是美国采用的主要方法,但长壁开采法(在欧洲广泛采用)也已逐渐采用,以开采更深的煤层。1

螺旋钻采煤auger mining：用螺旋钻在夹层中钻大直径的孔采煤的方法。此法用于中等厚度的夹层,而且覆盖层太深,剥除的方法耗费巨大。1

倾斜长壁开采倾斜长壁开采是直接从开采水平的主要运输巷道向煤层沿倾斜方向布置采煤工作面的回采巷道,到阶段的上部或下部边界后,沿走向开掘工作面的切眼,布置安装开采设备后,沿倾斜方向推进开采。倾斜长壁开采也称为带区开采。倾斜长壁开采不设采区上山,巷道系统简单,初期开掘工程量较小,建井速度快,在一些倾角较小的矿井使用能取得较好的效果。

倾斜长壁开采主要使用在煤层倾角小于12°的近水平煤层。井田划分为阶段后,可以直接布置带区工作面。进行带区回采巷道布置,带区布置也分为单一煤层和多煤层带区。由于工作面是水平的,为减少带区装载点的数目,一般采用相邻工作面共用装载点的布置方式,称为相邻带区布置方式,也有两个以上条带工作面共用装载点的布置方式,称为多带区布置方式。2

仰斜长壁开采主要优点(1)顶板的涌水可以直接流入采空区,使采煤工作面保持较好的工作环境。

(2)装煤效果好,可利用煤的自重增加装煤率,减少遗留煤量,效果比走向长壁好。

(3)由于顶板岩层和已垮落岩石沿倾斜方向的分力作用于采煤工作面下方采空区中,有利于采煤工作面的支护和顶板管理。

存在的缺点(1)煤壁容易片帮。仰斜开采的最大问题就是煤壁稳定性差,容易发生煤壁片帮,甚至引起顶板冒落,当采高较大煤质较软时尤其严重。

(2)开采设备的工作条件较差。由于采用的开采设备是以走向长壁开采条件设计的,设备使用载倾斜长壁工作面,设备适应性受到较大影响,主要表现为:①由于釆煤机自重沿倾斜分力及割煤时煤壁反力的作用,采煤机将向下方采空区一侧滑移,使割煤部与煤壁距离加大减少截深而降低生产能力;②采煤机还可能因倾角加大而产生向采空区一侧翻转;③输送机也由于其自重沿倾斜的分力及运行在输送机上采煤机的分力作用,向采空区侧滑移,使下帮输送链负荷加大,下方槽帮的磨损大,断链等事故增多④由于输送机溜槽偏斜,使装煤量减少,运输能力有所降低;⑤由于机械设备在偏斜状态下工作,机器传动系统正常的润滑受到影响。

(3)瓦斯易于超限。一般工作面存在乏风下行的通风方式,当风速较小时工作面易积聚瓦斯,造成瓦斯超限。

短壁开采与长壁开采短壁开采是与长壁开采相对应的,以短工作面采煤为主要标志的采煤方法,是柱式体系采煤法的总称。短壁采煤法包括房式采煤法、房柱式采煤法、巷柱式采煤法、条带式采煤法,以及其他布置短工作面进行采煤的方法,其中以房式采煤法和房柱式采煤法具有代表性和典型性。

短壁开采的主要优点与长壁开采相比,短壁开采的主要优点如下：

(1)矿井建设投资少、工期短、出煤快。短壁房柱式开采的矿井,基本上沿煤层开掘大巷和盘区巷道,掘进和采煤使用相同的机械化设备,一套短壁采煤设备的价格仅为长壁综采设备的20%左右,煤巷多巷掘进如同房柱式采煤。因此,建设一个规模相同的矿井,短壁开采的井巷工程量少,设备投资较低,见效快。对于条件适宜于用平开拓的中、小型矿井,1~2年便可投入生产。

(2)用于采煤和掘进的连续采煤机,体积小,运输方便,机动灵活。短壁开采时采煤与巷道掘进均采用连续采煤机及其配套设备,工艺过程基本上相同,采掘合为一体。由于设备体积小,运输灵活,虽然在煤房、煤柱开采之间需要经常变换工作场地,但运行方便,可以连续进行,不存在工作面设备搬家、较长时间中断采煤的问题。

(3)顶板控制技术简单,矿山压力小,巷道和采煤空间便于维护。由于短壁开采的基本出发点是利用煤柱来维护和控制顶板的变形移动,以及开采速度快,空顶时间短,因而巷道压力和采场压力小,便于维护,通常只采用铺杆便可支护顶板。

(4)开采对矿压环境的响较小,有利于环境保护。短壁开采的矿井极少掘进岩石巷道,从而大量减少了研石的排放量;主要靠煤柱支撑顶板,岩石的移动量小,一般不会造成地表显著变形和大面积沉陷,有利于地面农田水利设施和建筑物的保护。同时也就减少了治理环境破坏方面的支出,使吨煤成本下降。3

短壁开采的缺点短壁开采的主要问题和缺点如下:

(1)资源回收率低。在美国采用房柱式开采的矿井,资源回收率一般为50%~60%,煤炭资源的损失较为严重。

(2)矿井通风条件差,进回风巷道并列,通风构筑物多,漏风较大,并存在多头串联通风问题。

(3)适用条件有一定限制,一般情况下适用于开采深度不太大的近水平中厚煤层,顶板中等稳定,底板较平整,瓦斯含量小,煤层不易自燃的矿井。3

本词条内容贡献者为:

黄伦先 - 副教授 - 西南大学