河南理工大學(xué)《采煤概論》精品課程

第四篇  準(zhǔn)備方式與采煤方法

第12章  采煤方法

主要內(nèi)容

第12章  采煤方法

第一節(jié)    基本概念

第二節(jié)    采煤方法分類

第三節(jié)    爆破采煤工藝

第四節(jié)    普通機械化采煤工藝

第五節(jié)    綜合機械化采煤工藝

第六節(jié)    放頂煤采煤法

復(fù)習(xí)思考題

第一節(jié)    基本概念

一、采場和采煤工作面

用來直接大量采取煤炭的場所，稱為采場。在采場內(nèi)進行回采的煤壁，稱為采煤工作面。

二、采煤工作

在采場內(nèi)，為了采取煤炭所進行的一系列工作，稱為采煤工作。采煤工作可分為基本工序和輔助工序。

破煤

裝煤

運煤

支護

采空區(qū)處理

第一節(jié)    基本概念

三、采煤工藝

按照一定順序完成各項工作的方法及其配合，稱為采煤工藝。在一定時間內(nèi)，按照一定的順序完成采煤工作各項工序的過程，稱為采煤工藝過程。

四、采煤系統(tǒng)

采煤巷道之間在時間上的配合以及在空間上的相互位置關(guān)系，稱為采煤巷道布置系統(tǒng)。也即為采煤系統(tǒng)。

五、采煤方法

是采煤工藝與采煤系統(tǒng)在時間上、空間上相互配合的總稱。根據(jù)不同的礦山地質(zhì)及技術(shù)條件，可有不同的采煤系統(tǒng)與采煤工藝相配合，從而構(gòu)成多種多樣的采煤方法。

第二節(jié)  采煤方法分類

采煤方法的分類方法很多，通常按采煤工藝、礦壓控制特點，首先將采煤方法分為壁式體系和柱式體系兩大類。

第二節(jié)  采煤方法分類

一、壁式體系采煤方法

又稱長壁體系采煤方法，以長工作面采煤為主要標(biāo)志。一般特點：

①采煤工作面長度較長，通常在80 m以上；

②隨著采煤工作面推進，頂板暴露面積增大，礦山壓力顯現(xiàn)較為強烈；

③采煤工作面可分別用爆破、滾筒式采煤機或刨煤機破、裝煤，用與采煤工作面相平行鋪設(shè)的刮板輸送機運煤，用支架支護工作空間，用放頂垮落法或充填法處理采空區(qū)；

④在采煤工作面兩端，一般至少各有一條回采巷道，構(gòu)成完整的生產(chǎn)系統(tǒng)。

壁式體系采煤法按所采煤層傾角，分為緩斜、傾斜煤層采煤法和急斜煤層采煤法；按煤層厚度，可分為薄煤層采煤法、中厚煤層采煤法和厚煤層采煤法。

按采用的采煤工藝不同，可分為爆破采煤法，普通機械化采煤法和綜合機械化采煤法。

第二節(jié)  采煤方法分類

按采空區(qū)處理方法不同，可分為垮落采煤法、刀柱（煤柱支撐）采煤法、充填采煤法。

按采煤工作面布置及推進方向的不同，可分為走向長壁采煤法和傾斜長壁采煤法。按工作面向仰斜或傾斜推進的方向不同，傾斜長壁又有仰斜長壁和俯斜長壁之分。

按是否將煤層全厚進行一次開采，可分為整層采煤法和分層采煤法。薄煤層、厚度小于3m的中厚煤層采用整層采煤法；厚度較大的中厚煤層、厚煤層既可采甩整層也可采用分層采煤法。

第二節(jié)  采煤方法分類

第二節(jié)  采煤方法分類

第二節(jié)  采煤方法分類

2．厚煤層分層開采的采煤方法

開采厚煤層時，利用單一長壁采煤法來開采將會遇到困難，在技術(shù)上較復(fù)雜。煤層厚度超過5 m，采場空何支護技術(shù)、裝備目前尚無法合理解決。因此有時為了克服單一長壁開采的困難，可把厚煤層分成若干采高2~3m的分層來開采。根據(jù)煤層賦存條件及開采技術(shù)不同，分層采煤法又可以分為：傾斜分層、水平分層、斜切分層三種，前者用于緩斜、傾斜厚煤層，后兩種主要用于急斜厚煤層（圖12—4）。

傾斜分層

水平分層

斜切分層

第二節(jié)  采煤方法分類

各分層的回采有下行式和上行式兩種順序。

回采順序與處理采空區(qū)的方法有極為密切的關(guān)系。當(dāng)用下行式回采順序時，可采用垮落或充填法來處理采空區(qū)；采用上行式采序時，則一般采用充填法。

不同的分層方法、回采順序以及采空區(qū)處理方法的綜合運用，可以演變出各式各樣的分層采煤方法。但是，在實際工作中一般采用的主要有下列三種：

①傾斜分層下行垮落采煤法。

②傾斜分層上行充填采煤法。

③水平或斜切分層下行垮落采煤法。

第二節(jié)  采煤方法分類

急斜特厚煤層條件下，近幾年來已在水平分層采煤法基礎(chǔ)上，成功地采用了水平分段綜采放頂煤采煤法，煤厚一般25 m以上，分段高度可為10~12 m，分段底部采高約3 m，放頂煤高度7~9 m.。

第二節(jié)  采煤方法分類

3．厚煤層整層開采的采煤方法

在緩斜厚煤層（煤厚3.5~5.0 m）條件下，隨著綜采的發(fā)展，成功地采用了大采高一次采全厚的單一長壁采煤法。

在緩斜厚煤層（煤厚一般大于5 m）條件下，特別是厚度變化較大的特厚煤層，可采用綜采放頂煤長壁采煤法。沿煤層底板開采采高3 m左右的一個分層，隨后放出上部的頂煤。

在急斜煤層條件下，可利用煤層傾角較大的特點，使工作面俯斜布置，依靠重力下放工作面支架，為有效地進行頂板管理創(chuàng)造條件，在煤層賦存較穩(wěn)定條件下河成功采用掩護支架采煤法，實現(xiàn)整層開采。

第二節(jié)  采煤方法分類

二、柱式體系采煤方法

以房柱間隔進行采煤為主要標(biāo)志。一般特點：

1．在煤層內(nèi)布置一系列寬為５~7m的煤房，采煤房時形成窄（短）工作面成組向前推進。房與房之間留設(shè)煤往孟煤柱寬數(shù)米至二三十米不等，每隔一定距離用聯(lián)絡(luò)巷貫通，構(gòu)成生產(chǎn)系統(tǒng)，并形成條狀或塊林煤柱，支撐頂板；

2．采房時礦山壓力顯現(xiàn)較和緩，用錨桿支護工作空間，支護較簡單；

3．采煤用爆破或連續(xù)采煤機配套設(shè)備。采煤在一組房內(nèi)交替作業(yè)；

4．采掘合一，掘進準(zhǔn)備也是采煤過程，回收房間煤柱時，也使用同一種類型的采煤配套設(shè)備。

第二節(jié)  采煤方法分類

高度機械化的柱式體系采煤方法，一般又分為房式采煤法和房柱式采煤法兩類。

煤柱可根據(jù)條件留下不采--房式采煤法—部分回采。

在煤房采完后，再將煤柱按要求盡可能采出--前者稱為房柱式采煤法—全部回采。

典型房柱式采煤法的基本特點是采用短工作面推進，將煤柱作為暫時或永久的支撐物，采用連續(xù)采煤機、梭車（或萬向接長機）、錨桿等配套設(shè)備進行采煤。隨著工作面（房）推進，只用較簡單的錨桿支架支護頂板，用于防止頂板巖石冒落。由于采用錨桿支護增大了工作面空間，為機械化采煤創(chuàng)造了有利條件。此外，由于采用同類機械采房與采柱提高了采煤的靈活性。

第二節(jié)  采煤方法分類

第三節(jié)    爆破采煤工藝

爆破采煤工藝（又稱炮采工藝），其工藝過程包括打眼、放炮落煤和裝煤、人工裝煤、刮板輸送機運煤、移置輸送機、人工支架和回柱放頂?shù)戎饕ば颉?br />
一、爆破落煤

爆破落煤由打眼、裝藥、填炮泥、聯(lián)炮線及放炮等工序組成。

一般常用的炮眼布置有以下三種：

單排眼，

雙排眼，

三排眼。

第三節(jié)    爆破采煤工藝

第三節(jié)    爆破采煤工藝

爆破采用串聯(lián)法聯(lián)線，一般將可彎曲刮板輸送機移近煤壁。

近年來推廣微差爆破，使炮采工藝發(fā)生深刻變化。微差爆破一次多發(fā)炮，頂板震動次數(shù)減少，爆破產(chǎn)生的地震波因互相干擾、抵消，從而減少了對頂板的震動，有利于頂板管理；同時微差爆破有利于提高爆破裝煤率。

第三節(jié)    爆破采煤工藝

二、裝煤與運煤

1．爆破裝煤

2．人工裝煤

3．機械裝煤

第三節(jié)    爆破采煤工藝

1.炮采工作面支護

目前，我國正規(guī)炮采工作面都采用金屬支柱和鉸接頂梁支護，并正在推廣單體液壓支柱，其布置形式主要有兩種：正懸臂齊梁直線柱(圖12—8,a)和正懸臂錯梁三角柱(圖12—8,b)。但后者現(xiàn)在采用較少。

在有周期來壓的工作面中，當(dāng)工作空間達到最大控頂距時，為了加強對放頂處頂板的支撐作用，回柱之前常在放頂排處另外架設(shè)一些加強支架，稱為工作面的特種支架。特種支架的形式很多，有叢柱、密集支柱、木垛、斜撐以及切頂墩為等

第三節(jié)    爆破采煤工藝

2．采空區(qū)處理

全部垮落法通常適用于直接頂易于垮落或具有中等穩(wěn)定性的頂板。其方法是當(dāng)工作面從開切眼推進一定距離后，主動撤除采煤工作空間以外的支架，使直接頂自然垮落。以后隨著工作面推進，每隔一定距離就按預(yù)定計劃回柱放頂。這樣，不僅可以及時減少工作面的控頂面積，而且由于頂板垮落后破碎矸石體積膨脹而充填采空區(qū)，從而減輕工作面壓力和防止對工作面產(chǎn)生不良影響。其主要工序是配合工作面的推進，定期地進行回柱放頂工作，如圖12—9所示。當(dāng)工作面推進一次或二次之后，工作空間達到允許的最大寬度，即最大控頂距，應(yīng)及時回柱放頂，使工作空間只保留回采工作所需要的最小寬度，即最小控頂距。如果不放頂工作面繼續(xù)向前推進，就會使頂板懸伸寬度和頂板壓力過大，占用支柱和頂梁過多。最小控頂距一般為3排支柱，最大控頂距為4排或5排支柱。最大控頂距與最小控頂距之差即為放頂步距。

第四節(jié)    普通機械化采煤工藝

一、普采面單滾筒采煤機割煤方式

普采面的生產(chǎn)是以采煤機為中心的。采煤機割煤以及與其它工序的合理配合，稱為采煤機割煤方式。

(1)雙向割煤、往返一刀。

(2)“8”字形割煤、往返一刀

第四節(jié)    普通機械化采煤工藝

（3）單向割煤、往返一刀

這種割煤方式適用于采高1.5m以下的較薄煤層，滾筒直徑接近采高，頂板較穩(wěn)定，煤層粘頂性強，割煤后頂煤不能及時垮落等條件。

第四節(jié)    普通機械化采煤工藝

（4）雙向割煤、往返二刀,該方式又稱穿梭割煤。首先采煤機自下缺口沿上行割煤，隨機掛梁和推移輸送機，并同時鏟裝浮煤、支柱，待采煤機割至上缺口后，翻轉(zhuǎn)弧形擋煤板，下行重復(fù)同樣工藝過程。當(dāng)煤層厚度大于滾筒直徑時，掛梁前要處理頂煤。該方式主要用于煤層較薄、并且煤層厚度和滾筒直徑相近的普采面。

普采面使用雙滾筒采煤機時，一般也采用雙向割煤往返二刀的割煤方式。該方式在綜采面普遍采用。故留待下節(jié)敘述。

第四節(jié)    普通機械化采煤工藝

二、普采面單體支架

普采面單體支架布置應(yīng)與煤層賦存條件、頂?shù)装逍再|(zhì)相適應(yīng)，并符合采煤機割煤特點，除確保回采空間作業(yè)安全外，還要力求減少支設(shè)工作量。

1．支架布置方式

帶帽點柱外，

單體液壓支柱或磨擦式金屬支柱與鉸接頂梁組成的懸臂支架。

第四節(jié)    普通機械化采煤工藝

普采工作面支架布置，按梁的排列特點分為齊梁式和錯梁式兩種（圖12—15）。為了行人和工人作業(yè)方便，工作面支柱一般排成直線狀，三角形排列已很少使用。

第四節(jié)    普通機械化采煤工藝

2．支架布置特點

齊梁直線柱布置特點是懸梁端沿煤壁方向相齊，支柱排成直線。根據(jù)截深與頂梁長度的關(guān)系，又可分梁長等于截深和梁長等于截深的2倍。

梁長等于截深時，每割一刀煤沿工作面全部掛梁、支柱，一般全部為正懸臂支架。這種支架形式簡單，規(guī)格質(zhì)量容易掌握，放頂線整齊；工序較簡單，便于組織和管理，當(dāng)截深為0.8m和1.0m時，一般都采用這種布置方式。但這種布置方式由于截深大，每架支架都要掛梁和支柱，故割一刀煤需時較長。因此在煤層松軟、頂板穩(wěn)定性差的條件下不宜使用。

第四節(jié)    普通機械化采煤工藝

當(dāng)頂梁長度是截深二倍時，若全部采用正懸臂支架，則割二刀煤掛一次梁。割第一刀時每架支架打臨時柱；割第二刀時，掛梁并將臨時支柱改為永久支柱。因割第一刀時掛不上梁，機道控頂距太大，頂板易垮落，加之工人的工作量不均衡，故該方式使用較少。

錯梁直線柱布置的特點是：截深為頂梁長度的一半；正倒懸臂支架相間；每割一刀煤間隔掛梁，頂梁向前交錯；割第一刀煤時，支臨時支柱，割第二刀煤時，臨時支柱改為永久支柱，每割二刀煤工作面增加一排控頂距，該布置方式機道上方頂板懸露窄，支護及時；每割一刀煤掛梁、支柱數(shù)量少，工作量均衡；支柱成直線，行人、運料方便；在切頂線支柱不易被埋住，因此為現(xiàn)場多用。但對切頂不利，倒懸梁易損壞。

第五節(jié)    綜合機械化采煤工藝

一、綜采面雙滾筒采煤機割煤方式

綜采面采煤機的割煤方式是綜合考慮頂板管理、移架與進刀方式、端頭支護等因素確定的，主要有如下幾種：

1．往返一次割兩刀。這種割煤方式也叫“穿梭割煤”，多用于煤層賦存穩(wěn)定，傾角較緩的綜采面，工作面為端部進刀。

2．往返一次割一刀，即單向割煤，工作面中間或端部進刀。該方式適用于頂板穩(wěn)定性差的綜采面；煤層傾角大，不能自上而下移架，或輸送機易下滑，只能自下而上推移的綜采面；采高大而滾筒直徑小，采煤機不能一次采全高的綜采面；采煤機裝煤效果差，需單獨牽引裝煤行程的綜采面；割煤時產(chǎn)生煤塵多，降塵效果差，移架工不能在采煤機的回風(fēng)平巷一端工作的綜采面。

第五節(jié)    綜合機械化采煤工藝

二．綜采面液壓支架的移架方式

我國采用較多的移架方式有三種：①單架依次順序式，又稱單架連續(xù)式，支架沿采煤機牽引方向依次前移，移動步距等于截深，支架移成一條直線，該方式操作簡單，容易保證規(guī)格質(zhì)量，能適應(yīng)不穩(wěn)定頂板，應(yīng)用較多；②分組間隔交錯式；③成組整體依次順序式。

三．綜采工作面工序配合方式

綜采面割煤、移架、推移輸送機三個主要工序，按照不同順序有兩種配合方式，即及時支護方式(圖12—17)和滯后支護方式。

第五節(jié)    綜合機械化采煤工藝

 1．及時支護方式。采煤機割煤后，支架依次或分組隨機立即前移支護頂板，輸送機隨移架逐段移向煤壁，推移步距等于采煤機截深。這種支架方式，推移輸送機后，在支架底座前端與輸送機之間要富裕一個截深的寬度，工作空間大，有利于行人、運料和通風(fēng)；若煤壁易片幫時，可先于割煤進行移架，支護新暴露出來的頂板。但這種支護方式增大了工作面控頂寬度，不利于控制頂板。

2．滯后支護式。割煤后輸送機首先逐段移向煤壁，支架隨輸送機前移，二者移動步距相同。這種配合方式在底座前端和機槽之間沒有一個截深富裕量，比較能適應(yīng)周期壓力大及直接頂穩(wěn)定性好的頂板，但對直接頂穩(wěn)定性差的頂板適應(yīng)性差，在我國使用較少。

第六節(jié)  放頂煤采煤法

放頂煤采煤法是沿煤層 的底板或煤層某一厚度范圍內(nèi)的底部布置一個采煤工作面，利用礦山壓力將工作面頂部煤層在工作面推進過后破碎冒落，并將冒落頂煤予以回收的一種采煤方法。

一、放頂煤采煤法的分類

（一）頂采頂分層放頂煤采煤法

沿煤層頂板布置一個長壁工作面，用炮采、普采或綜采，進行預(yù)采。在采煤過程中，沿底板鋪設(shè)金屬網(wǎng)。相隔一段距離后，再沿底板布置一個綜采放頂煤工作面進行開采并將上下工作面之間的煤層放落，利用放頂煤工作面后面的輸送機，將放落的煤運出。這種方法由于在頂層鋪設(shè)金屬網(wǎng)，可以減少放落煤中的含矸量。其缺點是：需要掘進頂?shù)變蓚€工作面的設(shè)備；開采頂分層后一般礦山壓力減弱，不利于放落煤的破壞，常有大塊煤出現(xiàn)，需要松動爆破

第六節(jié)  放頂煤采煤法

（二）預(yù)采中分層放頂煤采煤法

采用這種方法時，先在距煤層底板約3m處布置一個破煤工作面，進行預(yù)采。而后再沿底板布置一個放頂煤工作面，采出沿底板的煤層并回收采空區(qū)破碎了的頂煤（圖12—19）。這種方法易于回收頂煤。但當(dāng)?shù)装迤鸱黄綍r，很難保證放頂煤工作面采高一致，同時，因為頂煤預(yù)先受到破壞，對于易于自然發(fā)火煤層，容易導(dǎo)致采空區(qū)煤的自然，且放頂煤時煤塵較大。

第六節(jié)  放頂煤采煤法

（三）整層開采放頂煤采煤法

沿底板布置一個放頂工作面采煤回收頂煤。其優(yōu)點是：回采巷道掘進量及維護量少；工作面設(shè)備少；采區(qū)運輸、通風(fēng)系統(tǒng)簡單；實現(xiàn)了集中生產(chǎn)；防頂在礦山壓力作用下易于回收。缺點是媒質(zhì)較軟時，工作面運輸及回風(fēng)巷維護困難。如圖12—20所示。

（四）分段放頂煤采煤法

當(dāng)煤層厚度超過20m乃至幾十米上百米時，可以將特厚煤層分為10m～12m的若干分段。上下分段前后保持一定距離，同時采兩個分段，或者一個一個逐段下行回采。采用這種方法時，可以在第一個放頂煤工作面進行鋪網(wǎng)，使以后各分段放頂煤工作，都在網(wǎng)下進行，以提高煤的采出率和減少煤的含矸量。當(dāng)然也可以根據(jù)頂板沿性不鋪網(wǎng)（圖12—21）。

第六節(jié)  放頂煤采煤法

第六節(jié)  放頂煤采煤法

二、頂煤工藝

根據(jù)我國近年來在緩斜厚煤層中使用放頂煤采煤法的經(jīng)驗，其工藝過程如下：

1．采煤機采煤

與單一中厚煤層一樣，采煤機可以從工作面端部或中部斜切進刀。采用雙向割煤往返一次進一刀，下行割煤、上行裝煤。距滾筒12m～15m處推移輸送機，完成一個綜采循環(huán)。根據(jù)頂煤放落的難易程度，放頂煤工作在完成一個、兩個或三個綜采循環(huán)以后在檢修班或放頂班進行。

2．放頂煤

放頂煤工作多從下部向上部，也可以從上部向下部，逐架或隔一架或隔數(shù)架依次進行。一般放頂煤沿工作面全長一次進行完畢即一輪放完，如頂煤較厚，也可以兩輪放完。在放煤過程中，如有片幫預(yù)兆，宜停止放煤。當(dāng)放煤口出現(xiàn)矸石時，應(yīng)關(guān)閉放煤口。

第六節(jié)  放頂煤采煤法

三、放頂煤采煤法的優(yōu)點、適用條件及應(yīng)注意的問題

1．優(yōu)點

（1）在工作面采高不大的情況下，可大大增加一次開采的厚度，用于特厚煤層的開采。

（2）簡化巷道布置，減少巷道掘進工作量。

（3）提高采煤工效。

（4）降低噸煤生產(chǎn)費用。

2．適用條件

放頂煤采煤法適用于煤層厚度5m～20m或更厚的煤層；煤層傾角由緩斜到傾斜或急傾斜厚煤層；煤質(zhì)比較松軟易冒落，冒落塊度不大；頂板容易垮落。

3．應(yīng)注意的問題

（1）應(yīng)采取措施提高煤炭采出率。

（2）防止煤的自燃和瓦斯爆炸事故的發(fā)生。

（3）繼續(xù)完善控制頂煤下放的技術(shù)措施。

復(fù)習(xí)思考題

1．什么叫采場？什么叫采煤工作面？

2．什么是采煤工作？采煤工作可分為哪幾種工序？

3.什么是采煤工藝？什么叫采煤方法？

4．炮采工作面炮眼布置有哪幾種方式？

5．普采工作面采煤機有哪幾種割煤方式？

6．普采工作面的支架有哪幾種布置方式？各有什么優(yōu)缺點？

7．綜采工作面的采煤機有哪幾種進刀方式？各有什么優(yōu)缺點？

8．綜采工作面液壓支架有幾種移架方式？各適用什么條件？

9．放頂煤采煤法可分為哪幾類？

10.放頂煤采煤法的優(yōu)點、適用條件是什么