前进式开采的优缺点

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1、前进式开采的优缺点资环学院 秦兴林 2011021814摘要：在煤炭开采中，前进式开采和后退式开采是两大体系。我国是在学习前苏联煤炭开采的基础上推广应用了后退式开采方式这一方式在我国大、中型煤矿中占绝对优势。而在英国前进式开采占主要方面。关键词：前进式；国内外发展；巷道填充一、两种开采方式优缺点的比较1、后退式开采的优点：(1)能够在掘进中了解采区范围内的地质构造情况，以便在工作 面设计和生产时提前采取措施。(2)掘进和回采工作面分别进行，因而系统简单。掘进对回 采干扰小。(3)工作面生产能力较大。(4)工作面端头设备比较简单。(5)不需要在采区维护巷 道，减少巷旁充填环节及采空区漏风问题。2

2、、后退式开采的缺点：(1)掘进工程大特别是初期工程大，造成初期投资高。(2)巷道维 护时间长，维护费用高。(3)掘进工占的比倒大，劳动力消耗多。(4)掘进准备巷道多，所需 掘进设备、设施、材料多。(5)运输环节多费用高。3、前进式采煤的缺点：(1)不适用于地质条件复杂的采区范围。(2)掘进对回采有一定影 响。(3)多了巷旁充填环节和采空区漏风。并存在采空区煤自然问题。4、前进式采煤的优点：(1)掘进率低上、下顺槽可随采随掘，巷道维护时间短，占用 人力少。在机采工作面中，上、下顺糟，可用采煤机切割出来，回采的同时也掘出了巷道， 简化了掘进工艺。(2)减少了掘进设备、设施和材料，减少费用。(3)减

3、少了运输环节，降低 运输费用。(4)薄煤层矿井中，上、下属槽拉底岩石做充填带，不升井，减少地面矸石的占 地面积。根据以上比较，在我国采用单一的后退式开采方式是不十分科学的，不是一分为二 的，在条件简单的采区范围内完成可以采用前进式开采方法。二 英国工作面前进式开采与后退式开采英国的煤田地质条件、开采条件与我国相似，他们井工开采是以前进式为主，80 年代 全国 550 个工作面中，438 个为前进式开采，112 个为后退式开采。近年来，后退式开采的 比重有上升趋势。英国煤炭局系统工程研究所对后退式和前进式开采进行了分析研究，得出 的结论是:后退式开采的生产能力比前进式开采高 25%。英国后退式采

4、煤工作面平均长 166m; 前进式工作面达216m。后退式工作面平均长度较短的主要原因，是由于地质条件较复杂的 地区断层限制了工作面长度。在地质条件较好的诺丁汉矿区，仍以传统的前进式开采为主。 后退式开采由于掘进量大，掘进工所占的比例比前进式高得多，采煤工与掘进工的比例为 1:1，全部生产工约多 9%，而产量高 25%。英国前进式与后退式开采的人工及采区效率比较 见表1，工作面产量与其有关关系见图 1- 3。501.3测150I帕%敬我图2 I：作面论度与匚作面的土产关系（图中4面及崔现为毎班推i5r/rx）图1匸作面的班产量枕J5Q沏勿F：華鮒干表1英国前进式与后退式人工及采区效率比较方式前

5、进式后退式差别伙）项R、（人班/面汩）安装2- 65. 6掘进4.033. 0生产128+0106. 63.25- 0计137.8149. 6十生&t/H722880121.t /工班j- M5. 871 12. 0三 对我国采用前进式开采的初步看法1端头支架在前进式开采工作面的上下端头，各有 2-3 架侧壁式端头支架和 2-3 架带后探梁的端头 支架。其主要作用是在工作面上、下顺槽，靠近工作面的地方维护出一个空间以便充填 ;其 次是沿充填体外以平滑的曲线形式放顶，减轻对工作面上、下端头及充填体的压力。侧壁式 支架为带侧挡板的架身长度不等的端头支架，主要是从侧面挡住矸石，以维护充填空间。带 后

6、梁的端头支架以其后探梁支护充填带的顶板。这两种端头支架的结构与一般工作面液压支 架类似，我国的煤机厂制造这种支架不会有太大的困难。2 巷旁充填这是采用前进式开采的关键间题，也是在我国采用前进式或“ Z”型开采法需要解决的 主要问题之一。原西德多采用硬石膏充填，这种方式材料费用较高，不太适合我国的情况。 英国采用多种充填方式并以泵充填方式为主，现简介如下:人工充填:人工充填用掘进矸石、 木垛、轻质混凝土块等。(2)机械充填:机械充填，一种是附在端头支架后面的凸轮进行歼石 充填;另一种是用专门的扒斗机扒送矸石充填。(3)风力充填:风力充填由压力 6-8(磅/英寸)的 低压、大流量风力充填机充填挑顶

7、矸石。(4)泵充填:泵充填材料有飞灰、粉煤、煤与水泥的 混合物、特种水泥等。充填材料抗压强度见表2。巷旁充填带的功能是:在巷道一侧支撑顶 板，形成一个荷载桥以减轻支架荷载;封闭采空区，防止漏风，防止自燃;改善底板受力 情况，减小底鼓;提供一个处置矸石的场所;形成一个沿采空区的顶板破断线；保护巷 道，为重复使用巷道、无煤柱开采创造条件。过去，英国采用机械和风力充填的较多。近年 来，泵充填方式显示了很大的优越性，使用得越来越多。还有不同的泵充填方法比较常用。表 2 充填材料的抗压强度( Mpa)2小时24小时7上煤泥 Thyssenr. v：-0* 48). 1- 阿克伯克二.：“1- 304.0

8、.:持克帕克Tekpack0- 873+04-0；. 2考文垂E茯充填1+讯人3U.饰0* R1* 45空:工3 几种泵充填方式1) 煤泥充镇煤泥充填是由煤粉和水泥混合，用泵经管道充填的方式。(1)粉煤泵站:用小于20mm的原 煤加悬浮剂斑脱岩与水混合，用泵经 4 英寸的钢管可输送到以外的充填地带。 (2)速凝水泥 泵站:在离充填处300m以内的地方用1英寸或1.25英寸钢管泵送到离出口 1 m处的煤泥管 中，与煤泥混合后灌入充填带模板或大型口袋中，见图5，一小时后初凝，移模。这种方式 的优点是:就地取材利用粉煤充填，运输方便。2) 阿克伯克水泥充填系统如图6、7所示，这是由英国采矿研究院(M

9、.R.D.E)研究的，用两种材料，一种用量为 1%的阿克伯克粘土，一种用量为14%的特殊充填用水泥叫作Aguaeern，还有85%的水。 (l)Aguabent粘土泵站:其粘土不凝固，泵站可设于任何地方。(2)Aguacern特种充填水泥泵站： 泵送距离为 10o0m 以内，一般置于顺槽近上山处，可由一台电机带动的两台泵，分别用 1 英寸或1.25 英寸钢管或胶管泵送粘土及水泥两种材料，在充填袋中混合，加速凝剂20分钟 后凝固。这种方式的优点是充填体强度大，密封性能好;缺点是水泥浆凝固很快，每次用完 后要用水冲洗管道，致使工作面端头条件恶化。3.3特克帕克(Tekpaek)特种水泥充填系统该

10、系统是由 FoseeoTechnicCO 研制的充填方法，与阿克伯克系统相似，设备相同。主要区别是 使用不同的水泥(Tekcem)，水泥用量少， PH 值低，有较长的“泵送寿命”，当“泵送寿命”为两小时时，泵送距离可达 Z000m 以上。实际上水泥浆在管中24小时才凝固，所以，充填管道可以24小时冲洗一次，充填体 有一定的压缩性，可减少巷道底鼓。充填站可远离充填处，故可设置集中泵站供应几个工作 面。这种系统是近几年在英国发展起来的较有前途的充填方式。充填材料中水泥和粘土用量 各占 9%，水为 82%。3) 飞灰充填飞灰系统采用电灰，有两种方式：(i)帕松勒吉系统(Parsonage):用两种材

11、料，一种是飞 灰和斑脱岩，以硫酸亚铁或硫酸铝作为速凝剂，飞灰从电厂运到地面灰仓中，再运至井底车 场后，用2英寸钢管压气输送，每2000m距离约需15 Pa压力;另一种材料是波特兰水泥， 在采区加水混合后用 1.25 英寸钢管泵送。水泥与飞灰的比例为 1:46。两种材料分别泵送至 充填带混合，很快便凝固。这种方法不使用价格昂贵的充填袋，充填体早期强度大 ;缺点是 后期强度小。目前正在研究两种材料都从地面直接送到充填处的方式。 (2)考文垂矿系统 (Coventry):在地面按1份波特兰水泥、3份飞灰的比例进行千混合，然后用压气输送到顺槽 端头，贮存在容器中，使用时与水混合，水中含有作为速凝剂的硫

12、酸铝，再泵送到充填处。 这种材料有 4 小时的“泵送寿命”。根据英国的经验，充填带宽度约为采高的 1-1.5 倍，充 填体强度应比底板强度稍小一点，这样可减少底鼓。有时在轨道顺槽进行双侧充填，使巷道 两边具有同样的支撑力，对减少底鼓更有利。4) 各种充填方式的特点及其在我国使用的可能性手工充填:设备简单，但劳动强度大。 机械充填:用扒斗方式速度较慢，影响工作面推进速度，凸轮方式充填较密实。风力充填:由 地面集中压气站进行压力较高的充填，可以充填较大的颗粒;在充填处用分散布置的小型压 气机进行低压充填，充填能力较小，充填粒度小于7.sm m,充填体与顶板间隙较小，充填质 量较好。煤泥充填:可以就

13、地取材.但消耗大量煤粉。阿克伯克泵充填:具有初期投资小，用料 较少，不影响工作面生产，设备易于维修，可用充填袋或滑动模板等优点。但水泥浆凝固快， 每次均需冲洗管道;不能用集中充填泵站。特克帕克泵充填:具有阿克伯克系统的各种优点， 且用料更少，水泥浆在管道中 24小时才凝固，故可以一周冲洗一次，可设集中泵站，最远 泵送距离可达6.7km。这是较有前途的一种充填方式。英国共有86个工作面采用泵充填方 式，56个工作面用风力充填，48个工作面用机械凸轮充填，29个工作面用扒斗充填，n个 工作面用人工充填。在英国，充填成本约为吨煤0.5-1磅，占吨煤生产总成本的1/80-1/40。见表 3。系统材料用

14、钢量fkg/m*价格充填休价格（/m3）Thyssen 煤泥速餐水泥Packbind 斑脱岩粉Bentortite 煤粉2981658837. 251. 2519. 4057. 90阿克怕克Aguapak水泥 Aguacem 粘土 Aguabcnt450_H；47. 2569354 18特克帕克Tekpack水泥 Aguacem 粘土 Aguabcnt18218226. 3918. 8145. 20天然石膏黒然fl忏21002146. 204*2050- 40帕松勒吉飞茨充填Parsonageik筱持兰水泥粘卜.930255100-3.8116- 444.00. 6724. 92将丈吐Z灰住填

15、Coventry飞质780260554- 6811-861523. 69需要允填袋，710镑/m，充填体可见充填费用在生产费用中所占的比重是相当低的，而取得的经济效益是相当明显的。例如: 我国设计年能力为300万t的新井，若全部采用综采，一般约需3个工作面，矿井总工程量 约4.5万m;采区走向长度1500m。若改为前进式开采，初期工程量估计可减少1.3万m,即 减少 28%左右。这样，不仅减少了初期投资，矿井投产时间也可相应提前，这对建井周期 长、资金不足的我国煤炭工业是有明显好处的。当然，如前所述，不是所有的矿区都能采用 前进式开采，如地质构造复杂、瓦斯大、自燃现象严重的西南和中南地区的煤田，采用这种 方式就有一定困难。地质条件较好的华北，西北地区可以试用这种方式。为了稳妥起见，可 先采用具有前进及后退式二者优点（当然同时也有相当缺点）的“Z”型开采，为过渡到前进 式开采创造条件。当然，笔者并不认为前进式开采是发展方向