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第二节 采煤工艺

  井下采煤,必须经过挖煤、装煤、移输送机、支护与顶板管理等工序。60多年来,采煤 工业总的发展方向是由全部人工操作经过半机械化、机械化、逐步走向综合机械化。
    一、挖煤与装煤
    (一)手刨与攉锹
    民国初期,密西煤矿、穆棱煤矿,全为手镐刨,人工攉锹。
    东北沦陷时期,1936年后,鹤岗、鸡西逐步在大部分采煤工作面,使用煤电钻打眼,炸 药爆破,人工攉锹。
    1946年,由于矿山设施遭到破坏,以手工操作为主。镐头重3—3.5斤,镐尖呈棱形,镐 把长1.2米。先用镐掏槽,后用大锤和铁楔卸煤。掏槽深度一般0.5米,个别达1米左右。鹤 岗、双鸭山1950年消灭了手刨镐。鸡西1955年消灭了手刨镐。
    (二)炸药爆破与人工攉锹
    1948年,各矿务局开始使用煤电钻打眼。麻花钎子长1—1.5米,炮眼按薄厚煤层布置成 三花或五花形,每眼装炸药150—300克,用普通雷管、导火索引爆。煤炭崩落后,人工攉锹 装输送机。
    1949年8—11月,鸡西恒山三井和鹤岗南山十一井试用截煤机采煤。1950—1951年在鹤岗 、鸡西、双鸭山矿务局各矿普遍推广。1952年全省在籍55台,使用21.3台,产量占回采产量 的28.5%。截煤机的主要功能是掏槽,增加自由面,提高爆破效率。一次掏槽深度可达1.8 —2.0米,把一次开帮进度提高50%以上,台月效能5000到6000吨。缺点是装输送机仍要人工 攉锹,劳动强度大,正规循环作业不能经常巩固。1955年,使用CTP—30型刮板输送机后,鹤 岗、鸡西曾试行截煤机装煤,爆破装煤,能减少攉锹30%左右。缺点仍然是工序比较复杂。1 957年后,截煤机逐渐为康拜因代替。
    (三)康拜因机械化
    1952年4月,双鸭山矿务局岭东六井,组建全国第一个康拜因采煤队,使用苏式顿巴斯康 拜因(框形截盘联合采煤机)。1953—1955年,鸡西、鹤岗、双鸭山各矿陆续推广。到1957 年,全省在籍81台,使用17.5台,产量占回采的13.9%。康拜因的主要功能,是初步实现了 挖煤、装煤机械化,取消了打眼放炮,减少了90%左右攉锹笨重劳动,台月效能6000—7000吨 。缺点是煤质过硬时,尚需放震动炮松动煤层,还有一小部分煤需要人工追机清底。
    (四)滚筒机组机械化
    1964年7—12月,鸡西矿务局与北京煤炭科学院联合在小恒山矿对波兰制造KWB—2型滚筒 采煤机组进行工业性试验成功。1965年,鹤岗兴安、鸡西城子河等矿,推广使用国产MLQ—6 4型滚筒采煤机。1970年全省达36台,使用19台,台月效能14400吨左右。这种采煤机比康拜 因优越之处,在于截盘由框架形改为滚筒螺旋形,结构简单耐用,与可弯曲重型刮板输送机 配套成为机组,整体移动,开帮一次,液压推动一次,一次截割深度为0.6—0.7米,可以 实行浅进度多循环。生产能力提高一倍左右,月产最低万吨以上。因此,1965—1975年,鹤 岗、鸡西、双鸭山、七台河矿务局各矿,纷纷将康拜因、截煤机改装成单滚筒采煤机,最多 达61台,使用20多台,月台效能也达到6000—7000吨。缺点是滚筒固定不能随时调整采高, 功率又小,适应性差,使用范围受限。1970年,国产MLQ—80型摇臂式滚筒采煤机问世。由于 功率增大,可调整采高,适应范围较广,成为普通采煤机械化的主力设备。1980年后,逐步 淘汰了改装的单滚筒采煤机组。
    (五)综合机械化
    1975年后,鸡西、鹤岗、双鸭山、七台河矿务局,先后从国外引进了成套的综合机械化 采煤设备。包括滚筒采煤机,可弯曲刮板输送机和整体液压支架,都是当代国际上的先进采 煤设备,能使采煤工序全部机械化。其中采煤机有英制MK—Ⅱ、MK—Ⅲ型,波兰KWB—3RDU、 KWB—3RDS型,西德EDW—170L型,法国SIRUS—400型,D、T、S—300型。1980年,国产MLS3 —170型、MP—150型也试制成功。到1985年共在籍54台,使用一半,台月效能达到30000—4 0000吨,采煤量占回采量1/4。
    1985年,全省中直煤矿采煤机械化程度73.1%。其中综采25.3%,还有27%是打眼放炮, 人工攉锹。
    二、采区运输
    矿井采区运输,从人拉爬犁到机械化、连续化,经历了50多年的发展历程。
    民国初期,穆棱煤矿采煤工作面全靠人挑、拉爬犁运煤。
    东北沦陷时期,鹤岗、鸡西矿区从1937和1939年开始,在采煤工作面使用一部分V型单链 输送机(由V型铁槽、单链条和4.2千瓦电动机配套。水平运距50米,小时运力30吨)和笨溜 子(由3—5毫米钢板加工成圆弧形,宽300—400毫米,每节长1米,用于自滑运输)。大部分 是人拉爬犁。
    中华人民共和国成立后,恢复生产主要靠旧设备。从1950年开始,随着采煤方法的改革 ,各矿务局使用CKP—11型刮板输送机。当年3月,鸡西矿务局在71个采煤工作面中,有5个工 作面使用CKP—11型,有10个工作面使用V型,大部分使用笨溜子,个别工作面仍拉爬犁。19 55年,开采厚煤层的大型煤矿鹤岗矿务局东山竖井投产。采区运输由工作面,运输机道到采 区煤仓,铺设了CKP—11型(功率11千瓦,70—100米长,小时运力30—60吨),CTP—30型( 20.5—29千瓦,长100米,小时运力100—150吨)刮板输送机和PTY—30型落地式胶带输送机 ,首先实现采区连续运煤。1956年投产的鹤岗兴安竖井,采区运输也采用了同样方式。这是 当时仅有的最先进的运输方式。同时期投产的鸡西矿务局小恒山竖井和双鸭山矿务局岭西竖 井,是开采中厚及薄煤层的中型煤矿。采区运输除采煤工作面使用刮板输送机外,采区平巷 采用轨道运输,亲咀装车(煤炭经工作面输送机直接装入矿车,中间无缓冲煤仓),用11. 4千瓦小绞车牵引铁矿车,捣运入采区煤仓。这是当时的一般运输方式。由于第一个五年计划 期间新式采煤方法的迅速推广,到1957年,缓倾斜采煤工作面都使用了刮板输送机,倾斜大 的工作面都使用笨溜子。鹤岗矿务局全部消灭了人拉爬犁,鸡西、双鸭山还有个别工作面在 用。“大跃进”中,人拉爬犁又有回升。经过调整补套,很快就消灭了。
    1964年,鸡西矿务局小恒山矿首次引进波兰制造的可弯曲刮板输送机。可以整体移设, 随采随移,是刮板输送机由拆装型到整体型的一次突破,改变了CKP—11型、CTP—30型等刮 板输送机在采煤工作面推进一次,需要重新拆装一次的笨重体力劳动局面。节约了一次拆装 时间4—5小时(快速拆装也得2小时左右),有利于采煤工作面浅进度、多循环作业和顶板管 理,可提高单产。陆续使用的可弯曲刮板输送机有SGW—44型(功率22×2千瓦,长120米,小 时运力450吨)SGW—40型(功率40千瓦,长100米、小时运力150吨)、SGW—80型(功率40× 2千瓦,长160米,小时运力200吨)等。为了发挥机组能力,采区平巷也开始使用大功率刮板 输送机和吊挂胶带输送机(30千瓦×1台,17千瓦×1台,宽800毫米,长300米,小时运力30 0吨)把煤运到采区煤仓,实现采区连续运输。当时工作面到煤仓的连续运输有三种形式:一 是小连续运输,即小斜井在工作面下巷设爬坡煤仓,仓容30吨左右。二是中连续运输,即小 斜井在工作面运输巷道和下区段运输巷道之间设煤仓,仓容100吨左右。三是大连续运输,即 集中生产后,在每个采区的机道下山与主运道之间设采区集中煤仓,仓容150—300吨。这种 运输方法,由于煤仓起了缓冲作用,对采煤工作面正规循环作业十分有利。因此,在普采及 综采采区,都采用了这种运输方法。
    1975年,开始发展综合机械化。在成套的综采设备中,采煤工作面先后使用了英制DOWT Y—250型、联邦德国PFⅡV—600型、EKF—3/74V型、波兰RYB1NK—73型、国产GS—120型、 SGW—150型、SGWD—180型等大运力的可弯曲刮板输送机,并配套有转载机。采区平巷使用了 各种可伸缩的胶带输送机(MECD—1067型、MECD—914型、SDJ—150型、SDJ—800型、SD—1 50型、SD—80型、BZA—500型)。到1985年,机械化采煤工作面的采区运输全部实现了连续 化。有些炮采工作面也实行了连续化。有条件的还实现了由工作面到地面铁路煤仓的连续运 输(鸡西有18个工作面,占回采工作面的25%)。
    三、临时支护与顶板管理
    回采工作面在推进过程中,需要临时支护。其作用,在旧法采煤时,只是为了防止工作 场所的片帮冒顶,保证安全生产;在推广新式采煤方法以后,又是利用矿压规律,进行顶板 管理的重要措施。支护形式随着技术和经济的发展,经历了木支架、刚性支架、金属摩擦支 柱、液压支架几个阶段。
    (一)木支架
    民国初期和东北沦陷时期,采煤工作面均以木顶子(立柱上挤一横楔)作临时支护。采 空区顶板任其自然冒落。
    中华人民共和国成立后,采煤工作面临时支架有木顶子或戴帽顶子(立柱上挤一横梁) 、鸭咀木棚(一梁二柱或三柱)和木垛(用方木垛成井字形)等形式。1950年,推广长壁采 煤法。除工作面用木顶子、鸭咀木棚支护外,鸡西恒山试用木垛管理采空区顶板,结果工作 面多次冒顶,没有成功。以后改为挑落采空区部分顶板岩石,就地进行带状充填(又称局部 充填),取得较好效果。但耗工多,工作面推进慢,影响长壁式采煤法优越性的充分发挥。
    1951年推广苏联先进进验,试用单排双行木密集支柱和丛柱,加强控顶线管理,让采空 区顶板自然垮落获得成功。从此,用全部陷落法管理采空区顶板的方法,不仅在一级稳定顶 板(即一次冒落高度大于采高1.5倍,冒落的岩石能一次充满采空区)普遍使用,而且在二 、三级坚硬顶板(即一次冒落高度小于采高1.5倍。但经过多次冒落,也基本上充满采空区 )也得以推广。全部陷落法①(①全部陷落法(或全部垮落法),是采用长壁采煤法的回采 工作面,常用的一种顶板管理方法。特点是在采煤后,煤层顶板能够及时垮落,并能充满或 基本充满采空区。),随即成为长壁式采煤法的主要顶板管理方法。
    1953年,鹤岗矿务局在厚煤层分层长壁式采煤工作面,一方面推广水砂充填全部采空区 ,采取不使顶板垮落的顶板管理法。1957年最多达到17.5个工作面占1/3,以后逐渐减少一 直持续到60年代。另一方面,推行人工假顶全部陷落法。人工假顶材料,1953年曾使用金属 网,因材料供应困难,停止推广。1954年试行木板假顶,至1959年最多达41个工作面。1962 年为了节约木材,改用柞条代替木板。1980年后,在综采工作面,又被金属网假顶代替。
    (二)刚性支柱
    60年代初期,为了节约木材,曾经使用定型金属支柱(刚性支柱)代替木材作临时支护 ,用料石堆集管理薄煤层顶板。定型金属支柱是用工字钢、钢管、或旧钢轨,截成各种长度 ,两端加焊铁板顶帽制成。以其长度固定,不能伸缩,只能用于开采厚度稳定、倾斜较缓煤 层,适应性差,到60年代后期被逐步淘汰。
    
    (三)金属摩擦支柱
    1963年,为贯彻坑木代用方针,在推广刚性支柱的同时,又着手推广金属摩擦支柱。为 了进一步搞好顶板管理,简化支护工作量,鸡西、双鸭山矿务局于1964年在小恒山、麻山、 城子河、岭东等矿,对主要煤层进行顶板矿压观测,取得大量数据。当年12月份,小恒山矿 在四号下层试行单排单行密集放顶成功。1965年1月,又试行无密集放顶成功,并逐渐在各矿 推广。1964年7月,鸡西矿务局小恒山矿在引进的波兰滚筒式采煤机组工业性试验中,使用金 属摩擦支柱HZWA—1700型,配以铰接顶梁HDJA—1200型,管理顶板,显示了比木支架适应性 强,复用率高,支撑顶板及时能随采高变化调整支撑高度等优点,在薄煤层各矿推广较快。 到1966年,鸡西在97个采煤工作面中,推广了55个金属摩擦支柱工作面,其中2个配铰接顶梁 工作面。双鸭山矿务局在61个采煤工作面中,推广了18个工作面。1980年,鸡西在85个采煤 工作面中有67个金属摩擦支柱工作面。其中22个配铰接顶梁,双鸭山矿务局在46个工作面中 ,有42个使用金属摩擦支柱。
    鹤岗矿务局在厚煤层分层开采的人工假顶推广初期,曾用木梁代替铰接顶梁与金属摩擦 支柱配套。由于木梁易被压坏,造成金属摩擦支柱穿入顶板,不仅失去支撑作用,而且带来 冒顶和回收的困难,支柱丢失率一度高达5.47%。1975年,与HDJA—700型及HDJA—800型金 属铰接顶梁配套后,坚固耐用,防止了割煤或开帮后顶板冒顶事故,并节省大量木材。因此 矿务局作出了金属摩擦支柱必须与铰接顶梁配套使用的决定。金属摩擦支柱工作面由1973年 的6个,发展到1978年的31个,1980年的54个。支柱丢失率也下降到1977年的0.42%,1980年 的0.24%。金属摩擦支柱与铰接顶梁支护形式,鹤岗矿务局各矿采用齐梁直线柱布置。一梁 一柱,柱与梁咬合位置,正悬臂0.3米,倒悬臂0.4米,梁端距0.1米,柱距0.5米,排距 0.7米。控顶距多用“见五抽一”,即最大控顶距为5排(4×0.7+1.1=3.9米)最小控 顶距为4排柱(3×0.7+1.1米=3.2)一次放顶距为0.7米。
    (四)液压支架
    1975年后,在引进综合机械化采煤设备同时,也引进一批自移式整体液压支架。型号有 英制DOWTY—4/450型垛式、SCG—4/280型垛式、波兰KOMAG.F.R型节式、FSZOS—1.2/ 2.8OZ型掩护式、西德W.S1.7—1.3/3.2型掩护式及国产ZY—28型及35型、ZV—3型支撑 掩护式、CT320—20/37型、QY—320—1.3/3.1型、TZⅢD—4/480型、KS280—0.7/1. 8型等共37套。采用自移式整体液压支架是采煤工作面的支护革命。它具有强度大、支护顶板 及时、机械化操作方便等优点,改变了工作面推进一次,需要重新支护、重新撤柱的危险笨 重体力劳动,是当代国内外先进支护设备。它与双滚筒采煤机、可弯曲刮板输送机配套使用 ,可使采煤工作面全部工序综合机械化(简称综采)。
    1979年,引进苏式TCY—18型内注式单体液压支柱。1981年后,国产NDZ—18型内注式、 DZ—25型和DZ—22型外注式单体液压支柱开始推广。这种支柱与铰接顶梁配套使用,与金属 摩擦支柱比较,具有强度大、支护顶板及时、操作方便、回柱安全等优点。与双滚筒采煤机 ,可弯曲刮板输送机配套,可把普通采煤机械化工作面上升为高挡普通采煤机械化工作面( 简称高档普采)。
    1984年8—12月,鸡西矿务局二道河子矿十号层试验国产QD—13型切顶柱,以解决四级坚 硬顶板的管理问题。经过4个月工业性试验,取得了初步成果:经受老顶初次来压,未采取其 它任何特殊措施,切顶柱未压坏,工作面顶板始终完整;使用切顶柱,取消了木梁、台棚、 对柱等特殊支架和挑顶、清浮煤、打临时支柱等工序。由于简化了工序,工作面直接工人由 73人减为46人。1985年,又在小恒山矿东一采一号层和大通沟一段十二号层试用苏式卫星Ⅲ 型和国产JS—1型,均取得高产、高效成果。
    1985年,全省中直煤矿,除七台河矿务局个别急倾斜坚硬顶板采煤工作面外,全部实行 了全部陷落顶板管理法。除鸡西、七台河矿务局还有5个采煤工作面使用木支架外,全部实现 了支护金属化。