第四章采煤方法

第四章采煤方法本章是矿井设计的主要章节之一。本章设计的主要内容是：选择采煤方法，确定合理的 采煤系统，即采区巷道布置和生产系统、进行采煤工艺设计。本章设计时，只需对一个主要 煤层和一个投产采区（或指导教师指定的煤层和采区）作详细设计，而对矿井的其它煤层和采 区，只作简要说明。第一节采煤方法的选择为了对各煤层选择合理的采煤方法，必须详细研究煤层的赋存条件和地质特征，并参考 实习矿井或矿区实际使用经验。在此基础上，可参照下列各点选择采煤方法：1、对缓斜、倾斜薄及中厚煤层，一般使用单一走向长壁采煤法，倾角小于12°时，可 考虑采用倾斜长壁采煤法。采用走向长壁采煤法，一般采用全部冒落法处理采空区。但直接顶为坚硬难冒落的岩层， 或受其它条件限制时，可以考虑采用充填法或刀柱法处理采空区。2、对煤层赋存稳定、顶底板条件较好的中厚煤层，大型矿井一般采用综合机械化的采 煤工艺方式；对中型矿井，煤层赋存较稳定，地质构造不太复杂的工作面，以及不适于综采 的大型矿井工作面，可采用高档普机采和机采采煤工艺方式；对小型矿井，或受其它条件限 制不适于机采的工作面，可选用炮采采煤工艺。3、对缓斜、倾斜厚煤层，一般采用倾斜分层下行垮落走向长壁采煤法。分层厚度根据 选用的支架类型确定，一般为1.63.5m，煤层厚度4.05.5m时，应尽可能一次采全高。对 于特厚煤层（如大于2030m），难于使用分层垮落法开采或特殊条件限制不能使用垮落法开 采时，可以采用全部充填法。厚度大于5m，煤质较软，顶板中等稳定以下，无煤与瓦斯突 出危险，可采用综合机械化放顶煤采煤。4、急斜煤层，厚度为26m，倾角大于55°，赋存稳定时，应优先考虑采用伪斜柔性 掩护支架采煤法，当不适宜采用伪斜柔性掩护支架采煤法时，厚度在7m以上煤层，可采用 水平分层或其它采煤法。5、顶板稳定，煤层条件适宜，电力、水力及其它条件能保证时，也可考虑采用水力采 煤法。第二节采区巷道布置及生产系统布置采区巷道是为了把采煤工作面与矿井主要开拓巷道联系起来，构成运输、通风、动 力供应、材料供应等系统，保证工作面连续不断的生产。为了布置采区巷道，需要确定采区 走向长度、区段斜长和数目，以及采区内各种煤柱尺寸，然后确定采区上(下)山、区段平巷、 区段集中巷的位置、条数以及它们之间的联络巷道的形式。下面就缓斜或倾斜薄及中厚煤层 走向长壁采煤法的采区巷道布置，阐明设计的步骤和方法。一、采区走向长度的确定此问题第三章已作论述，一般情况下本节仅对采区的位置、边界、范围、地质特征、煤 层埋藏条件、储量、采区生产能力等进行叙述。二、确定区段斜长及区段数目采用走向长壁采煤法的采区，应先对区段平巷布置方式进行论证，条件允许时，应优先 考虑采用无煤柱护巷。有煤柱护巷时，区段斜长等于采煤工作面长度加区段平巷和护巷煤柱 的宽度。采煤工作面长度可参考表4-1。表4-1采煤工作面长度参考表米煤工艺类型工作面长度(m)综合机械化采煤不宜小于160普通机械化采煤薄煤层不小于120，中厚煤层不小于140炮采工艺100140区段斜长确定后，根据第三章设计已确定的采区斜长，减去采区范围内应留设的其它倾 斜方向的煤柱后，除以区段斜长，即得到区段数目。如为整数，可按此整数划分区段，如得 到的区段数不是整数，则应在合理的工作面长度范围内对工作面长度加以调整，或调整相关 的其它方面的参数，使其区段数为一整数。多煤层的联合布置采区，区段划分以主要煤层为 准，兼顾其它煤层。当采区范围内煤层倾斜方向有较大变化或遇到落差较大的断层时，区段 划分应考虑以这种自然变化为界，以利于工作面生产。三、煤柱尺寸为了保护采区内各种煤层巷道处于良好状态，目前比较常用的是留设一定尺寸的煤柱。 煤柱尺寸主要根据实际经验来确定。对于缓斜煤层，可参考表4-2的尺寸留设。表4-2采区煤层巷道护巷煤柱尺寸巷道类别薄及中厚煤层巷道一侧(m)厚煤层巷道一侧(m)备注水平大巷20 3025 50主要回风巷20左右20 30采区上(下)山20左右30 40区段平巷82015 20采区边界510510较大断层|10501050视断层落差情况而定四、采区上山的布置采区上山道的数目可根据采区生产能力和开采技术条件确定，一般情况下二条，当采区 生产能力较大，瓦斯涌出量亦较大情况下，也可布置三条或四条。对开采缓斜及倾斜煤层，在下列情况下，可考虑将采区上山布置在煤层中：1、薄及中厚煤层，采区服务年限短时；2、开采只有两个分层的单一厚煤层的采区，开采深度小，顶底板岩石比较稳定，煤质 在中硬以上，上山不难维护时；3、联合布置采区，下部为维护条件较好的薄及中厚煤层；4、为部分煤层或区段服务的，维护年限不长的专用通风或运煤上山。对单一厚煤层和联合布置采区，一般应将上山布置在煤层底板岩石中。但在下部煤层的 底板岩层距涌水量特大的岩层很近，不能布置上山，或者当上山只为采区部分上部煤层或区 段服务，开采下部煤层便废弃不用时，可以考虑把上山布置在煤层群中的中部或上部。目 前国内外均有以煤巷代替岩巷的趋势。采区上山沿煤层走向方向距离一般为2025m。在垂直走向方向上，一般多使两条上山 在层位上保持一定高差，把运输上山设在轨道上山之下，一般比轨道上山低24m。但如果 采区涌水量大时，可将轨道上山布置在低于运输上山的位置。上山设在同一厚煤层中，一般 轨道上山沿煤层顶板，运输上山沿煤层底板布置。五、区段平巷的布置开采厚煤层时，各分层的区段平巷，在煤层倾角小于15° 20。时，一般用内错式布置; 倾角大于20°25。时，可用水平式布置；倾角小于8°10。的近水平煤层，一般可用重 迭式布置。对于开采煤层群的联合布置采区及单一厚煤层分层开采采区可以考虑设置区段集中巷 （现在大多不再设置区段集中巷）。其位置应选在距煤层底板的垂直距离不小于h，并在支 承压力传递影响角p以外的地方，根据经验，最小的h值一般为812m，p角介于25° 55°之间。区段集中巷还应布置在比较坚硬的稳定的底板岩层中，并应避开地质破坏的影响。六、联络巷道的布置采区联络巷道有区段集中巷与区段平巷之间的联络及采区上山与区段巷道之间的联络 巷道。区段集中巷与区段平巷间的联系方式，一般当煤层倾角大15°20°，区段平巷为水平 布置时，常采用石门联络；煤层倾角小于15°20。，层间距较大时，可用斜巷联系；而 近水平煤层，区段平巷为垂直布置时，则用立眼联系。采区上山与区段集中巷之间的联系方式主要根据运输需要确定，一般轨道上山与区段集 中巷之间采用石门联系，而运输上山与区段集中巷之间，广泛采用溜煤眼的联系方式。七、盘区的巷道布置开采近水平煤层时，盘区的巷道布置较普遍地采用上、下山盘区或石门盘区。其布置方 式可参考有关教科书。八、同采工作面的合理错距上、下煤层，上、下分层以及上、下区段同采时，采煤工作面的超前距离，应根据煤层 厚度、层间距、倾角及围岩性质等条件，分析围岩垮落情况和影响范围，确保安全、方便运 输和通风为原则来确定。在同一区段内需要同时开采上、下两个煤层时，应使上一煤层的采 煤工作面超前于下一煤层的工作面，其超前距离为：L =- + (20 25)+b 最小tg5 p式中：L最一上、下煤层采煤工作面最小错距，m；M 上、下煤层层间距，m；5 p上、下煤层层间岩石移动角，一般坚硬岩石可60°75°，软岩可取45°55°。b上一煤层采煤工作面的最大控顶距，m。应该指出，按上式计算出来的数值，只能作参考，主要应根据现场实际经验来确定，一 般不小于5060m。厚煤层下行垮落分层同采时，上分层采煤工作面超前下分层工作面的距离，应使下分层 工作面处于上分层工作面顶板岩石垮落活动终止或基本稳定地带，也可根据实际经验确定。 一般情况下，第一、二分层应相隔1.52.0个月时间，这样炮采工作面大致为6080m，普 采推进速度较快，大致应保持100120m。同一煤层两个相邻区段的采煤工作面需要同采时，一般应保持4050m以上的错距， 以减少顶板冒落和运输工作的互相干扰。九、采区车场形式选择根据大纲要求，对采区上、中、下车场主要应确定车场形式、线路布置和调车方式，并 作图以示之(插图)，线路布置不做具体设计计算。这里仅对采区车场形式作说明。采区上部车场常用甩车场和平车场，平车场又可分顺向和逆向二种型式。上部车场的选 择主要根据绞车房的布置和维护条件，在阶段回风巷以上为采空区或松软风化带时，往往采 用平车场。在联合布置采区、回风石门较长时，为便于回风石门联系，也多用平车场。其它 情况下，可考虑采用甩车场，顺向和逆向平车场的选择，主要根据绞车房、上山和回风巷的 相互位置决定。顺向平车场的变坡点同绞车房之间的距离比较短，如果绞车房位置受限制， 为了便于同总回风巷相联系，可用顺向平车场。联合布置采区，有采区回风石门同阶段回风 巷相联系时，可以采用逆向平车场。采区中部车场一般多为甩车场，按甩入地点不同，可分为绕道式车场、平巷式和石门车 场三种。开采单一薄及中厚煤层，多用绕道式车场，联合布置采区或有岩石集中巷的采区， 常用甩入平巷或甩入石门式中部车场。采区下部车场的基本形式，按装车地点不同分为大巷装车、石门装车和绕道装车三种； 按材料车场设置地点不同，又有顶板绕道和底板绕道两种。一般较常用大巷装车的下部车场， 当煤层倾角较大时，可用顶板绕道；倾角较小，用底板绕道。在选用顶板或底板绕道时，应 注意轨道上山的起坡角，一般以不超过25°为宜。联合布置采区具有长度较大的采区石门 时，宜采用石门装车的下部车场，但应注意装车点前后要有足够的储车线长度。对于采区生 产能力很大的矿井，如采用大巷装车，但影响大巷运输能力，又不具备石门装车条件，可采 用绕道装车式下部车场。十、采区硐室采区丽室包括采区煤仓、采区绞车房和采区变电所。按大纲要求，不作具体设计。对采 区煤仓应确定煤仓容量、煤仓形式和主要参数，以及支护方式。对绞车房要求说明位置、主 要尺寸和支护方式。对变电所仅说明位置、支护方式。采区煤仓容量的确定，目前没有统一的计算方法，一般在60100t之间。采区生产能 力很大时，有的达300500t左右。煤仓的形式一般采用垂直式圆形断面。当由于巷道的原 因，煤仓上、下口不在一个垂直面时，也可采用倾斜式（倾角在60°以上），圆形或拱形断 面。从目前实际使用的煤仓来看，圆形垂直煤仓的直径一般为24m，其相应的高度大多在 20m左右，确定时可参照实习矿井的实际经验。煤仓设在坚硬岩层中时，仓身可不支护。一 般应砌碹，壁厚300400m，有条件时可用锚喷支护。采区绞车房应布置在围岩稳定、无淋水、地压小、易维护的地点，应避开较大的地质构 造、含水层，并不受开采影响。绞车房与相邻巷道要有足够的保护煤柱或岩柱（一般不小于 10m）。绞车房的主要尺寸可参阅煤矿矿井设计来确定。支护方式应用不可燃材料支护， 绳道和风道5m以内，也应采用不可燃材料支护。变电所应设在围岩稳定、地压小、通风良好、无淋水的地点，同时应设在采区用电负荷 的中心，并靠近有轨道运输的巷道。范围较小的采区，可设在两条上山的中间，大采区可设 两个变电所，生产能力大的联合布置采区，也有在每个区段都设置变电所。支护方式应采用 不可燃材料支护，主要尺寸可参考实习矿井和“煤矿矿井设计”等资料确定之。十一、采区千吨掘进率、采区掘进出煤率及采区采出率根据所设计的采区巷道布置，按表4-3、表4-4格式列表统计煤、岩巷道总长度，计算 采区千吨掘进率、采区掘进出煤率及采区采出率。表4-3采