权评估师执业资格考试培训教材采矿第十章煤矿开采.doc

150第十章第十章 采煤方法采煤方法第一节 采煤方法及地压管理当煤层被开拓并掘进了必需的采准巷道构成生产系统后，直接用来采取煤炭的井下巷道称为“回采工作面” 采煤方法包括两项主要内容：巷道系统和回采工艺巷道系统是指与回采有关的巷道布置方式，掘进和回采工作的安排顺序，以及由此建立的通风、运输、供电、排水等生产系统回采工艺，是指回采工作面内所进行的落煤、装煤、运媒、支护和采空区处理等工作、及其相互配合方式不同的巷道系统和回采工艺相配合，就可形成不同的采煤方法一、采煤方法分类1. 按巷道系统构成分类按巷道系统构成分类采煤方法按巷道系统构成情况可分为壁式和柱式的两大体系1）壁式体系采煤方法根据煤层厚度不同，薄及中厚煤层，—般都是按煤层全厚一次采出，即所谓的单—长壁式采煤法对厚煤层，一般把它分为若干中等厚度的分层来开采，即所谓分层长壁式采煤法按照回采工作的推进方向不同，又可分为走向长壁（工作面沿倾向布置、沿走向推进）和倾斜长壁（工作面沿走向布置、沿倾向推进）两种类型其中倾斜长壁采煤法又可分为向上回采（仰采）和向下回采（俯采）两种2）柱式体系采媒方法柱式体系采煤方法可分为房式、房柱式及巷柱式三种类型。

房式及房柱式采煤的实质是在煤层内开掘—些煤房，煤房之间以联络巷相通，回采在煤房中进行煤柱可留下不采或等煤房采完后再采前者称房式采煤法，后者称房柱式采煤法巷柱式采煤法的实质是在采区（盘区）范围内，预先开掘大量的巷道，待煤层切割成 6m  6m~20m20m 的方形煤柱然后有计划地回来这些煤柱采空地带的顶板任其自行垮落柱式采法方法需要沿煤层走向和倾斜开掘大量的煤巷、采煤工作面不支护或极少支护，所以与壁式采煤方法相比，存在巷道掘进率高、产煤量少、劳动生产率低、通风条件恶劣、生产很不安全和煤块资源损失多的缺点所以建国以后，除极个别的小型矿井外，已基本上不再采用柱式采煤方法2. 按回采工艺分类按回采工艺分类（1）炮采法回采工作面用爆破落煤、人工（或机械）装煤、输送机运煤、摩擦式金属支柱（或木支柱、单体液压支柱）支护顶板、冒落（或充填）法处理采空区时，以爆破落煤为主151要特征，称为“炮采” 炮采工作面的工人劳动强度大、生产效率低、安全条件差日前应用的比较少，—般适用于小型或不具备机械化采煤条件的矿井2）机械化采煤法回采工作面用单滚筒采煤机（或刨煤机）落煤、可弯曲刮板输送机运煤、摩擦式金属支柱（或木支柱、单体液压支柱）支护顶板、冒落（或充填）法处理采它区时，以机械落煤、装煤和运煤为主要特征，称为机械化采煤、简称为“机采” 。

机采工作面的主要工序实现了机械化，减轻了工人的劳动强度，但顶板支护及采空区处理还要人工操作由于机采适应性较强，技术管理和生产操作比较简单，所以目前在我国应用较广泛3）综合机械化采煤法回采工作面用双滚筒采煤机落煤装煤、可弯曲刮板输送机运煤，自移式液压支架支护顶板、全部工序实现了机械化，称为综合机械化采煤，简称为”综采” 综采与炮采、机采相比，具有如下优点：① 工人大量的工作是操纵机械手把，因而大大减轻了工人的劳动强度② 使用液压支架管理顶板，工人在支架保护下进行操作，大大减少了冒顶事故③ 综采可提高生产能力和生产效率，使生产更加集中化④ 降低了材料消耗和生产成本4）水力采煤法用高压泵输出的高压水通过水枪射出，形成高压水射流、在回采工作面直接破落煤体、并利用水力完成运输和提升的方法、称为水力采煤法．简称“水采” 水采因受到一定条件的限制，所以目前应用得不很多5）露天开采将煤炭上覆岩石揭开而直接使用挖煤机等采煤、运煤设备将煤炭采出的一种方法，叫露天开采法二、煤层顶板分类在缓倾斜、倾斜煤层中，回采工作空间主要以控制顶板为主（除个别有底板隆起的以外） 为了分析矿压规律，指导工作面顶板管理，选择支架和采空区处理方式，需对顶板进行分类。

1）伪顶 它直接位于煤层之上，是一层极易垮落的薄岩层页岩或泥质页岩组成，厚度一般在 0.3~0.5m 以下2）直接顶 它直接位于伪顶或煤层（无伪顶时）之上，常由一层或数层页岩、砂质页岩组成，厚度由几米至十余米，不很坚硬，是工作面支架支护的主要对象一般在回柱或移支架后很快垮落3）老顶 它是位于直接顶或煤层（因为有些煤层无伪顶或无直接顶）之上，是由砂岩、石灰岩或砾岩等组成的厚而坚硬的岩层一般情况下、老顶能在采空区上方维持很大的悬露面积，不随直接顶一起垮落在实际生产中，还有呈塑性弯曲下沉的顶板它的特点是煤层直接顶虽具有一定厚度的坚硬岩层（如石灰岩、砂岩） ，但由平行理裂隙发育，特别是平行于工作面而又垂直于层理的节理发育，因而岩块在移动过程小常能互相牵制而形成‘“砌体粱”式的平衡152由于“砌休梁”的作用，使老顶来压比较稳定（工作面顶板压力不出现升高和降低的现象） 但“砌体梁”式平衡限于一定的高差（高差过大时、 “砌体梁”分解或根本不能形成） 所以在薄煤层开采中比较多见三、回采工作面矿压显现规律1. 支承压力区和卸压区的形成支承压力区和卸压区的形成在煤体末采动前，煤体所所受的原始应力为H（单位面积上所受岩体的质量） 。

这里 是上覆岩层平均密度，H 为距地表的垂高煤体中开拓巷道后，原始的应力状态受到破坏，应力将重新分布，如图 10-1 所示开切眼上方岩石质量由两侧煤体平均分担因此，在两侧煤体中产生了应力集中现象，这种集中应力称为支承压力一般支承压力为原始应力的 1.25~2.5 倍回采工作从开切眼开始后，随着工作面的推进，在工作面前方的煤体中同样产生支承压力带其范围由工作面前方 2~3m 起直至 10~45，如图 10-2 所示在工作面的后方，当顶板垮落的岩石或充填体压实到相当程度后，也产生了支承压力带前后两个支承压力带随回采工作面的推进而移动，因此、又称之为回采工作面的移动支承压力由于支点压力作用在工作面前方煤体，将使煤壁附近的煤“压酥” ，这种现象有利于落煤工作；但也增加了煤壁“片帮”的机会，影响安全，所以应加以注意并采取相应的措施图 10-1 煤体中开掘巷道后应力重新分布示意图图 10-2 回采工作面应力分布示意图a－应力降低区；b－应力升高区或支承压力带；c－原始应力区由图 10-2 中还可以看出，回采工作面空间显然处于应力降低区，但其顶板在自重及上覆岩层的作用下，也会发生弯曲下沉—般用顶板下沉量和下沉速度（单位时间内顶板下沉量）来表示。

它们是选择工作面支护型式和安排回采工序的主要参数2. 老顶初次来压老顶初次来压当直接顶厚度与工作面采高之比较小时，直接顶垮落后不能充满空区支撑老顶（岩石具碎胀性） 那么，随着工作面的不断推进，老顶悬露跨度不断增加，开始变形当达到极限跨度时，老顶（双支撑梁段）发生断裂和大面积的垮落，称为老顶初次垮落，如图 10-3 所示老顶初次垮落时给工作面造成的压力增大的现象，称为老顶初次来压老顶初次垮落时，开切眼煤壁至工作面煤壁的距离，称为老顶初次垮落步距（图 10-3 中 L） 老顶初次垮落步距与其岩石性质及距地表垂深有关．一般在 20~50m153老顶初次来压的主要表现形式是，来压前工作面顶板压力并不显著，而煤壁内支承压力增大（煤壁片帮） ；来压一般比较突然，破坏和影响范围广，来压时顶板下沉速度急增等初次来压一般要持续 2~3 天，在这期间易发生事故因此，在生产上要严加注意，一般采用加强支护3. 老顶周期来压老顶周期来压老顶初次垮落以后，回采工作面压力就降低了但随着工作面的继续推进，老顶的悬露面积又逐渐增大当老顶的悬露跨度达到一定长度时（此时老顶呈“悬臂梁”状） ，在老顶自重及上部岩体弯曲下沉的作用下，又将发生老顶的折断和垮落。

随着工作面的推进，老顶的这种垮落现象周而复始地出现，称为老顶周期垮落，如图 10-4 所示周期垮落时给工作而造成压力增大的现象、称为老顶周期来压每次周期来压的间隔距离称为周期来压步距周期来压步距一般为 10~20m图 10-3 老顶初次垮落L－初次来压步距 图 10-4 老顶的周期垮落L－周期来压步距周期来压的主要表现形式是：顶板下沉速度急增；下沉量大；支护栽荷增大，能引起煤壁片帮、支柱折损，顶板台阶下沉等：生产中应采取与初次来压相似的措施控制周期来压4. 影响矿压显现的主要因素影响矿压显现的主要因素1）采高与控顶距在一定地质条件下，采高是影响上覆岩层破坏状况的重要因素之一采距越大，采出的空间越大，顶板下沉即工作面的矿压显现也越严重2）工作面推进速度工作面推进速度快可在短期内降低顶板下沉量，而长期稳定在一定的推进速度时，顶板下沉速度与推进速度成正比，即推进速度快，相对顶板“悬臂梁”长，顶板下沉速度快3）开采深度开采深度直接影响原始应力大小，如在松软岩层中开拓巷道，随着深度的增加，巷道围岩的“挤、压、鼓”现象将更为严重在坚硬顶板的条件下，开采深度对工作面的顶板压力大小影响不太突出、但总体规律是采深增加支承压力必然增加，从而导致煤壁片帮及底板鼓起的机率增加。

4）煤层倾角的影响154实际观测证明，煤层倾角对回采工作面矿山压力显现的影响也是很大的随着煤层倾角增加，顶板下沉将逐渐变小因此，在同样的生产技术条件下，采用沿倾斜向下推进的倾斜长壁工作面与沿走向推进的工作面相比，在上覆岩层中更容易形成“铰接梁”而对工作面顶板管埋有利第二节 缓倾斜、倾斜薄及中厚煤层长壁式采煤方法一、走向长壁式采煤方法1.采区巷道布置采区巷道布置走向长壁式采煤方法的采区巷道布置有双面采区和单面采区两种布置方式1）双面采区巷道布置方式1）巷道系统图 10-5 所示为单一煤层走向长壁式采煤法的采区巷道（双面）布置掘进时，由采区运输石门 1 开掘采区下部车场（包括装煤车场 3 和绕道材料车场 4） 在采区中央沿煤层掘进输送机上山 5 和轨道上山 6，直至井田上部边界，与采区回风石门 2 沟通在轨道上山的尽头处开掘绞车房 7 和上部车场 8为了准备出第一区段的回采工作面，在第一区段下部开掘中部车场 9，然后向采区两翼双巷掘进第一区段运输平巷 10 和第二区段回风平巷 11，并每隔 80~100m 掘联络眼 12 连通 10 和 11在采区上部，从上部车场 8 向两翼掘第一区段回风平巷 13。

在采区边界，由区段运输平巷 10 沿煤层向上掘开切眼、连通区段回风平巷 13此外，还要开掘采区煤仓 14 和采区变电所等当上述巷道掘进完毕，安装好机电设备后，便可投入生产2）生产系统采区生产系统包括：运煤系统、运料排矸系统、通风系统、水系统等运煤系统如图 10-5 所示，回采工作面采出的煤炭，经区段运输平巷 10，转入输送机上山 5，进入采区煤仓 14，在采区下部车场 3 装入矿车，用电机车牵引，由采区石门1 经主要运输大巷至井底车场，再由主井提至地面通风系统 采区通风一般要求避免乏风下行流动，因为瓦斯比空气轻、下行回风瓦斯易在高处积存，影响安全因此，图 10-5 中，新鲜风流由采区运输石门 1 进入采区，经下部车场 4、轨道上山 6、中部车场 9、分两翼经区段平巷 11、联络眼 12、区段运输平巷 10 进入回采工作面清洗工作面后的乏风经上区段回风平巷 13、上部车场 8 进入采区回风石门 2，排出采区掘进工作面所需的新鲜风流，从轨道上山 6 经中部车场 9’分两翼送至区段平巷 11’ ，在平巷内用局部通风机送往掘进工作面；乏风则从区段运输平巷 10’流出，经输送机上山 5 及采区石门 2 排出采区。

采区绞车房 7 和采区变电所 15 所需的新鲜风流由轨道上山直接通入，绞车房的回风经联络巷进入采区回风石门．变电所的回风经输送机上山 5 进入采区回风石门 2 中为了使风流能按上述路线流动，在相应地点须设置局部通风机、风门和调节风窗等155运料排矸系统 排矸运料采用 600mm 轨距的矿车及平板车材料或设备从采区运输石门 1 进入，经采区下部车场 4、轨道上山 6、到上部车场 8，然后经上区段。