采煤概論第五章

1、第第五五章章采煤方法采煤方法 我國煤礦開采主要以井工方式開采，由于我國地域廣闊，煤層賦存條件、地質(zhì)條件復(fù)雜多樣，在煤炭開采的歷史發(fā)展中，形成了多種多樣的采煤方法。 影響采煤方法選擇的因素很多，采煤方法的選擇，將直接影響到整個(gè)礦井的生產(chǎn)安全和各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。合理的采煤方法應(yīng)能滿足采煤工作的安全、高產(chǎn)、高效、煤炭采出率高等基本要求。第第一節(jié)一節(jié)基本概念基本概念 一、一、 采煤方法的概念采煤方法的概念 1采煤工作面 在井下采場內(nèi)進(jìn)行回采的煤壁，稱為采煤工作面。 2采煤工藝 在采煤工作面內(nèi)，為了采出煤炭，不僅要完成落煤、裝煤、運(yùn)煤的基本工序，而且還要完成支護(hù)、移架、推移輸送機(jī)、采空區(qū)處理等輔助工序。

2、在采煤工作面內(nèi)按照一定的順序完成各項(xiàng)工序的方法及其配合，稱為采煤工藝。第第一節(jié)一節(jié)基本概念基本概念 3采煤系統(tǒng) 在采區(qū)（盤區(qū)）或條帶等開采單元內(nèi)，準(zhǔn)備巷道和回采巷道的布置以及按其建立運(yùn)輸、通風(fēng)等生產(chǎn)系統(tǒng)的總稱，稱為采煤系統(tǒng)。 4采煤方法 不同的地質(zhì)開采條件和技術(shù)條件，可有不同的采煤系統(tǒng)和采煤工藝，各種各樣的采煤系統(tǒng)和采煤工藝相配合形成不同的采煤方法。所以可以將采煤方法理解為采煤系統(tǒng)與采煤工藝的綜合及其在時(shí)間和空間上的配合。第第一節(jié)一節(jié)基本概念基本概念二二 、采煤方法的分類、采煤方法的分類煤炭開采方法分為井工開采和露天開采。井工開采方法可分為柱式體系采煤方法和壁式體系采煤方法。 （一）柱式體系采

3、煤方法 柱式體系采煤方法包括房式、房柱式和巷柱式。第第一節(jié)一節(jié)基本概念基本概念 （二）壁式體系采煤方法 壁式體系采煤方法包括走向長壁采煤法和傾斜長壁采煤法。 1走向長壁采煤法所謂走向長壁采煤法，即采煤工作面沿煤層的傾斜方向布置，工作面沿煤層走向方向推進(jìn)的采煤方法。走向長壁采煤方法的特點(diǎn)是：第第一節(jié)一節(jié)基本概念基本概念工作面呈傾斜，其傾角基本為煤層傾角；工作面的兩條回采巷道沿煤層走向布置，巷道坡度基本呈水平；工作面長度一般較大，在150300m之間；工作面兩端各有一個(gè)安全出口，能保證風(fēng)流暢通；在走向長壁采煤工作面中，有利于綜合機(jī)械化采煤工藝效能的發(fā)揮，能實(shí)現(xiàn)工作面高產(chǎn)高效，有利于實(shí)現(xiàn)礦井的高效集

4、約化生產(chǎn)。第第一節(jié)一節(jié)基本概念基本概念2傾斜長壁采煤法所謂傾斜長壁采煤法，即采煤工作面沿煤層走向布置，工作面沿煤層傾斜方向向上或向下推進(jìn)的采煤法。(b)圖所示為仰斜長壁采煤法，采煤工作面沿煤層傾斜向上推進(jìn)；(c)圖所示為俯斜長壁采煤法，采煤工作面沿煤層傾斜向下推進(jìn)。仰斜長壁采煤法與俯斜長壁采煤法的共同特點(diǎn)是采煤工作面基本保持在同一水平，兩條回采巷道呈傾斜布置，其傾角基本為煤層傾角。第第二節(jié)二節(jié)長壁采煤法長壁采煤法長壁采煤方法包括走向長壁采煤法和傾斜長壁采煤法。長壁采煤法普遍適用于各種傾角（近水平煤層、緩傾斜煤層、傾斜煤層）與各種厚度（薄、中厚、厚煤層）的煤層。 一、長壁采煤法的巷道布置及系統(tǒng)一

5、、長壁采煤法的巷道布置及系統(tǒng) （一）走向長壁采煤法巷道布置及系統(tǒng) 井田劃分為階段后，階段沿走向再劃分為若干個(gè)采區(qū)。在采區(qū)內(nèi)布置準(zhǔn)備巷道和回采巷道，建立完整的出煤、出矸、運(yùn)料、通風(fēng)、排水和動(dòng)力供應(yīng)等生產(chǎn)系統(tǒng)。第第二節(jié)二節(jié)長壁采煤法長壁采煤法1、采區(qū)巷道構(gòu)成與掘進(jìn)順序2、采區(qū)回采順序3、采區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)（1）采區(qū)運(yùn)煤系統(tǒng)（2）采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)（3）采區(qū)運(yùn)料系統(tǒng)第第二節(jié)二節(jié)長壁采煤法長壁采煤法（二）傾斜長壁采煤法巷道布置及系統(tǒng)1、巷道掘進(jìn)系統(tǒng)2、生產(chǎn)系統(tǒng)3、通風(fēng)系統(tǒng)第第二節(jié)二節(jié)長壁采煤法長壁采煤法（三）開采特點(diǎn)及適用條件實(shí)踐證明，在一定的地質(zhì)和開采技術(shù)條件下，采用傾斜長壁開采較走向長壁開采簡化了巷道系統(tǒng)，減

6、少10%20%巷道掘進(jìn)工程量，減少了運(yùn)輸環(huán)節(jié)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。我國傾斜長壁采煤法多用于開采傾角120以下的緩斜煤層，近年來，又?jǐn)U大應(yīng)用于開采120以上的煤層。走向長壁采煤法與傾斜長壁采煤法的區(qū)別主要是巷道布置的不同，工作面采煤工藝基本相同。第第二節(jié)二節(jié)長壁采煤法長壁采煤法二、長壁工作面的礦山壓力顯現(xiàn)二、長壁工作面的礦山壓力顯現(xiàn)通常把由于采掘而引起的巷道及采煤工作面周圍巖體內(nèi)的力及其作用過程，稱為礦山壓力，簡稱礦壓。在礦山壓力的作用下，造成圍巖變形、移動(dòng)、破壞等一系列力學(xué)現(xiàn)象，稱為礦山壓力顯現(xiàn)，簡稱礦壓顯現(xiàn)。例如，頂板下沉和垮落、底板鼓起、煤壁片幫、支架下縮、支柱鉆底、煤的壓出等。礦壓顯現(xiàn)會(huì)給地下

7、開采工作造成危害，因此必須對巷道及采煤工作空間進(jìn)行支護(hù)，對軟巖或破碎的煤巖進(jìn)行加固，人為地使采空區(qū)頂板按要求冒落以減輕采煤工作面的頂板壓力，或利用礦壓作用松散煤體以利于采煤工作等。所有這些人為地調(diào)節(jié)、改變和利用礦壓作用的各種措施叫做礦壓控制。第第二節(jié)二節(jié)長壁采煤法長壁采煤法（一）采煤工作面頂板的分類頂板是長壁工作面圍巖的重要組成部分，有偽頂、直接頂和基本頂之分。由于偽頂往往是局部的，且隨采隨冒，因此對生產(chǎn)有直接影響的是直接頂和基本頂。直接頂是采煤工作空間直接維護(hù)的對象，其穩(wěn)定性將直接影響工作面安全及生產(chǎn)能力的發(fā)揮，而且直接影響支護(hù)形式和液壓支架架型的選擇?；卷斒怯绊懝ぷ髅骓敯鍋韷旱闹饕蛩?，

8、是確定支架支撐能力、可縮性能以及選擇采空區(qū)處理方法的主要依據(jù)。第第二節(jié)二節(jié)長壁采煤法長壁采煤法（二）采煤工作面頂板巖層移動(dòng)的一般規(guī)律煤層被開采后，頂板巖層失去了原有的支撐，將會(huì)產(chǎn)生下沉、變形、破壞與移動(dòng)。長壁工作面在整個(gè)回采過程中其頂板巖層的移動(dòng)及礦壓顯現(xiàn)是不同的，重點(diǎn)可分為三個(gè)時(shí)期，即直接頂初次垮落、基本頂初次垮落和基本頂周期來壓。第第二節(jié)二節(jié)長壁采煤法長壁采煤法1直接頂初次垮落長壁工作面自開切眼開始向前推進(jìn)一定距離后，直接頂巖層在自重和上覆巖層的作用下，將產(chǎn)生變形、破壞與垮落。第第二節(jié)二節(jié)長壁采煤法長壁采煤法2基本頂初次垮落直接頂初次垮落后，隨著工作面的繼續(xù)推進(jìn)及直接頂不斷垮落，基本頂懸露

9、面積逐漸增大，由于基本頂巖層比較堅(jiān)硬，在一定范圍內(nèi)基本頂呈懸空狀態(tài)，當(dāng)達(dá)到其極限跨距時(shí)，基本頂將出現(xiàn)破斷失穩(wěn)，進(jìn)而發(fā)生垮落，造成工作面突然來壓的顯現(xiàn)，通常把工作面基本頂在采空區(qū)的第一次垮落，稱為基本頂?shù)某醮慰迓?。第第二?jié)二節(jié)長壁采煤法長壁采煤法3基本頂周期來壓初次來壓后，采煤工作面的壓力顯著減輕，但是，隨著工作面的繼續(xù)推進(jìn)，工作面上方的基本頂懸露面積又逐漸增大，當(dāng)懸露跨度達(dá)到其極限跨距時(shí)，基本頂在自重及上覆巖層重量的作用下，又將發(fā)生折斷和垮落，由于這種垮落是隨著工作面的推進(jìn)而重復(fù)出現(xiàn)的，故稱為周期性垮落。第第二節(jié)二節(jié)長壁采煤法長壁采煤法三、長壁采煤法的采煤工藝三、長壁采煤法的采煤工藝長壁工作面

10、的采煤生產(chǎn)過程，主要包括破（落）煤、裝煤、運(yùn)煤、支護(hù)及采空區(qū)處理等工序，其中前三項(xiàng)是為了把煤從采煤工作面采出，簡稱為采煤；后兩項(xiàng)是為了控制頂板，為采煤創(chuàng)造安全的工作條件，通常叫做頂板管理。采煤工作面進(jìn)行各工序所用的方法、設(shè)備及其相互配合，稱為采煤工藝。目前，我國長壁采煤工作面的工藝方式主要有炮采、普采和綜采三種方式。第第二節(jié)二節(jié)長壁采煤法長壁采煤法爆破采煤工藝，簡稱“炮采”，其技術(shù)特征是爆破落煤、人工裝煤、機(jī)械化運(yùn)煤，用單體支架支護(hù)工作面空間頂板。普通機(jī)械化采煤工藝，簡稱“普采”，其主要技術(shù)特征是用采煤機(jī)械同時(shí)完成落煤和裝煤工作，而運(yùn)煤、頂板支護(hù)采空區(qū)處理與炮采工藝基本相同。綜合機(jī)械化采煤工藝

11、，簡稱“綜采”，即破、裝、運(yùn)、支、處等主要生產(chǎn)工序全部實(shí)現(xiàn)機(jī)械化連續(xù)作業(yè)的采煤工藝方式，是目前最先進(jìn)的采煤工藝方式。由于我國煤礦地質(zhì)條件差異很大，各地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展也不平衡，多種采煤工藝方式 將長期并存。第第二節(jié)二節(jié)長壁采煤法長壁采煤法（一）炮采工藝炮采工藝是指在長壁工作面用爆破方法落煤、爆破及人工裝煤、輸送機(jī)運(yùn)煤、單體支架支護(hù)的工藝系統(tǒng)。爆破落煤的工藝過程包括：打眼、裝藥、填炮泥、聯(lián)炮線及放炮等工序。1爆破落煤炮采工作面的落煤，是按照爆破要求，首先在工作面煤壁上用煤電鉆打出炮眼。第第二節(jié)二節(jié)長壁采煤法長壁采煤法爆破參數(shù)主要包括：炮眼深度。炮眼布置。炮眼的間距。炮眼與煤壁的夾角。炮眼的裝藥量。長壁

12、工作面應(yīng)采用分段放炮。近年來，為提高爆破效果，提高出塊率，縮短爆破占用的循環(huán)時(shí)間，在炮采工作面推廣使用毫秒爆破技術(shù)。第第二節(jié)二節(jié)長壁采煤法長壁采煤法2炮采工作面裝煤炮采工作面破落下來的煤，除一部分由爆破作用裝入輸送機(jī)外，大部分由人工攉入輸送機(jī)。人工裝煤的勞動(dòng)強(qiáng)度大，工效低且不安全。因此，應(yīng)采取措施提高爆破裝煤率。（二）普采工藝普采工藝是用機(jī)械方法破煤和裝煤、輸送機(jī)運(yùn)煤、單體支柱和金屬頂梁支護(hù)的采煤工藝系統(tǒng)。普采工作面落煤，可采用滾筒采煤機(jī)或創(chuàng)煤機(jī)，目前應(yīng)用最廣泛的是滾筒采煤機(jī)。第第二節(jié)二節(jié)長壁采煤法長壁采煤法1普采工作面滾筒采煤機(jī)落煤和裝煤（1）滾筒采煤機(jī)的割煤方式單向割煤、往返進(jìn)一刀雙向割煤

13、、往返進(jìn)兩刀 “”字形割煤、往返進(jìn)一刀第第二節(jié)二節(jié)長壁采煤法長壁采煤法（2）滾筒采煤機(jī)的進(jìn)刀方式滾筒采煤機(jī)每割一刀之前，必須使其滾筒切入煤體，這一過程稱為進(jìn)刀，進(jìn)刀方式的實(shí)質(zhì)是采煤機(jī)運(yùn)行與移輸送機(jī)的配合關(guān)系。單滾筒采煤機(jī)的進(jìn)刀方式主要有：斜切進(jìn)刀、推入進(jìn)刀和鉆入進(jìn)刀等幾種，其中以斜切進(jìn)刀應(yīng)用得最多。斜切進(jìn)刀又可分為割三角煤進(jìn)刀、留三角煤進(jìn)刀和中間進(jìn)刀三種方式，最常用的是割三角煤進(jìn)刀。第第二節(jié)二節(jié)長壁采煤法長壁采煤法 （3）普采工作面裝煤使用滾筒采煤機(jī)的工作面，滾筒割落的煤主要靠滾筒上螺旋葉片的旋轉(zhuǎn)將煤推入溜槽，裝煤率可達(dá)60%70%，剩余的浮煤由安裝在輸送機(jī)溜槽一側(cè)的鏟煤板在推移輸送機(jī)時(shí)鏟入溜

14、槽內(nèi)。也可由人工進(jìn)行清理或在采煤機(jī)后面拖帶裝煤犁進(jìn)行二次裝煤等措施。第第二節(jié)二節(jié)長壁采煤法長壁采煤法 2采煤工作面的運(yùn)煤采煤工作面的運(yùn)煤方式，主要根據(jù)煤層的傾角及落煤方式確定，可采用機(jī)械運(yùn)輸和自溜運(yùn)輸兩種方式。煤層傾角小于25時(shí)，多采用可彎曲刮板輸送機(jī)運(yùn)煤；煤層傾角大于25時(shí)，可采用鐵溜槽或搪瓷溜槽運(yùn)煤；煤層傾角在35以上時(shí)，可采用沿底板自溜運(yùn)輸。第第二節(jié)二節(jié)長壁采煤法長壁采煤法 3采煤工作面支護(hù) 1）支架類型 采煤工作面頂板控制的基本手段是工作面支架，工作面支架是平衡頂板壓力、維護(hù)采煤工作空間的一種結(jié)構(gòu)物。支架必須具備兩個(gè)特性，即一定的可縮性和良好的支撐性能。采煤工作面使用的支架種類較多，主

15、要有單體支架和液壓自移支架兩大類。第第二節(jié)二節(jié)長壁采煤法長壁采煤法單體支架是由頂梁和支柱組合而成的，除木支架外，一般頂梁屬于剛性構(gòu)件，支柱則常由活柱和柱體兩節(jié)組成，它們之間的伸縮關(guān)系形成了支柱的可縮性。因此，支架特性主要是由支柱的特性決定。木支架。摩擦式金屬支架。單體液壓支架。頂梁的種類?；浦Ъ?。第第二節(jié)二節(jié)長壁采煤法長壁采煤法 （2）單體支架布置方式 采煤工作面支架布置方式主要根據(jù)直接頂?shù)姆€(wěn)定程度、基本頂來壓強(qiáng)度及其對直接頂?shù)钠茐某潭?、底板的巖石性質(zhì)、支護(hù)材料及采煤工藝等特點(diǎn)，采用單體支架時(shí)工作面支架布置方式有戴帽點(diǎn)柱、棚子支護(hù)和懸臂支護(hù)等幾種。第第二節(jié)二節(jié)長壁采煤法長壁采煤法 4采空區(qū)處

16、理 采空區(qū)處理是根據(jù)工作面礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律和生產(chǎn)技術(shù)條件的要求，人為地控制頂板移動(dòng)與垮落，以減輕工作面壓力，保證生產(chǎn)正常進(jìn)行的重要工序。依據(jù)頂板特征、煤層厚度及地面保護(hù)要求等不同，采空區(qū)處理方法有全部垮落法、全部充填法、局部充填法、緩慢下沉法及煤柱支撐法等。我國各礦區(qū)應(yīng)用最廣泛的是全部垮落法。第第二節(jié)二節(jié)長壁采煤法長壁采煤法（1）全部垮落法工作面控頂距的確定。特種支架?；刂彭敗５诘诙?jié)二節(jié)長壁采煤法長壁采煤法（2）全部充填法（3）局部充填法（4）煤柱支撐法（5）緩慢下沉法第第二節(jié)二節(jié)長壁采煤法長壁采煤法 （三）綜合機(jī)械化采煤工藝 綜合機(jī)械化采煤工藝是用機(jī)械破煤、裝煤、運(yùn)煤，液壓自移支架支護(hù)頂

17、板的采煤工藝系統(tǒng)。由于綜采工作面各工序全部實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)，所以采煤工藝較普采簡單，其主要區(qū)別是液壓自移支架的工作方式和移置。第第二節(jié)二節(jié)長壁采煤法長壁采煤法1綜采工作面布置及主要設(shè)備1）工作面采煤機(jī)和輸送機(jī)2）液壓支架支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式第第二節(jié)二節(jié)長壁采煤法長壁采煤法3）轉(zhuǎn)載機(jī)和可伸縮帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)載機(jī)是一臺(tái)結(jié)構(gòu)特殊的重型刮板輸送機(jī)，它的一端與工作面輸送機(jī)相搭接，另一端在帶式輸送機(jī)的機(jī)尾上，在工作面刮板輸送機(jī)和區(qū)段運(yùn)輸巷可伸縮帶式輸送機(jī)之間起轉(zhuǎn)載作用。轉(zhuǎn)載機(jī)能隨采煤工作面的推進(jìn)，用機(jī)械動(dòng)力將其整體縱向前移?？缮炜s帶式輸送機(jī)是區(qū)段運(yùn)輸巷中的運(yùn)煤設(shè)備，其特點(diǎn)是具有一套儲(chǔ)帶裝置，能儲(chǔ)存5010

18、0m的膠帶。隨著工作面的推進(jìn)，通過儲(chǔ)帶裝置可調(diào)節(jié)輸送機(jī)的長度，工作面每推進(jìn)2550m，調(diào)整一次帶式輸送機(jī)的長度。第第二節(jié)二節(jié)長壁采煤法長壁采煤法 4）移動(dòng)變電站和乳化液泵站 移動(dòng)變電站是隨工作面推進(jìn)而移動(dòng)的變電站。它是將采區(qū)變電站輸送來的高壓電變成與綜采工作面用電設(shè)備相適應(yīng)的電壓后，供工作面設(shè)備作為動(dòng)力電源。乳化液泵站是供給液壓支架及其他液壓設(shè)備高壓液體的設(shè)備，它隨工作面的推進(jìn)而向前移動(dòng)。第第二節(jié)二節(jié)長壁采煤法長壁采煤法 2綜采工作面的工藝方式 1）綜采工作面的割煤方式 綜采工作面的割煤方式有單向割煤和雙向割煤兩種方式，一般多用雙向割煤方式。即采煤機(jī)上（下）行割煤，機(jī)后23架支架位置處移架，滯后1015m推移刮板輸送機(jī)，直至工作面上（下）端頭，采煤機(jī)在該端頭完成進(jìn)刀后，下（上）行重復(fù)上述過程。采煤機(jī)沿工作面往返一次推進(jìn)兩個(gè)截深。第第二節(jié)二節(jié)長壁采煤法長壁采煤法 2）采煤機(jī)的進(jìn)刀方式 綜采工作面采煤機(jī)的進(jìn)刀方式主要有：斜切式進(jìn)刀和直臥式進(jìn)刀。我國綜采工作面常用斜切式進(jìn)刀，斜切式進(jìn)刀也有留三角煤進(jìn)刀、割三角煤進(jìn)刀和中部進(jìn)刀。割三角煤進(jìn)刀能實(shí)現(xiàn)雙向割煤，是綜采工作面最常用的進(jìn)刀方式。綜采工作面的進(jìn)刀工藝過程與普采工作面的進(jìn)刀過程基本相同。第第二節(jié)二節(jié)長壁采