模塊一 采區巷道方案設計
一、采區設計的內容
（一）采區設計說明書
（1）采區位置、境界、開采範圍及與鄰近采區的關係；可采煤層埋藏
的最大垂深，有無小煤窯和采空區積水；與鄰近采區有無壓茬關係
（2）采區所采煤層的走向、傾斜、傾角及其變化規律、煤層厚度、層
數、層間距離、夾矸層厚度及其分布，頂底板的岩石性質及其厚度
等賦存情況及煤質。
瓦斯湧出情況及其變化規律，瓦斯湧出量及確定依據；煤塵爆炸
性，煤層自然發火性及其發火期；地溫情況等。
水文地質：井上、下水文地質條件；含水層、隔水層特征及發育情
況變化規律；礦井突水情況、靜止水位和含水層水位變化；斷層導水
性；現生產區域正常及最大湧水量，鄰近采區周圍小煤窯湧水和積水情
況等。
煤層及其頂底板的物理、力學性質等。
（3）確定采區生產能力，計算采區儲量（工業儲量、可采儲量）和高級
儲量所占的比 例，計算采區服務年限並確定同時生產的工作麵數
目。
（4）確定采區準備方式。區段和工作麵劃分、開采順序，采掘工作麵安
排及其生產係統（包括運煤、運料、通風、供電、排水、壓氣、充
填和灌漿等）的確定。當有幾個不同的采區巷道準備方案可供選擇
時，應該進行技術經濟分析比較，擇優選用。
（5）選擇采煤方法和采掘工作麵的機械裝備。
（6）進行采區所需機電設備的選型計算，確定所需設備型號及數量，采
區信號、通訊與照明等。
（7）灑水、掘進供水、壓氣和灌漿等管道的選擇及其布置。
（8）采區風量的計算與分配。
（9）安全技術及組織措施：對預防水、火、瓦斯、煤塵、穿過較大斷
層等地質複雜地區提出原則意見，指導編製采煤與掘進工作麵作業
規程編製，並在施工中加以貫徹落實。
（10）計算采區巷道掘進工程量。
（11）編製采區設計的主要技術經濟指標：采區走向長度和傾斜長度、
區段數目、可采煤層數目及煤層總厚度、煤層傾角、煤的容重、
采煤方法、主采煤層頂板管理方法、采區工業儲量和可采儲量、
機械化程度、采區生產能力、采區服務年限、采區采出率和掘進
率、巷道總工程量、投產前的工程量。
（二）采區設計圖紙
設計圖紙一般包括：地質柱狀圖、采區井上下對照圖、煤層底板
等高線圖、儲量計算圖及剖麵圖等。其均應進行複製，作為采區設計的
一部分。此外，還須有：
（1）采區巷道布置平麵及剖麵圖（比例：1∶1 000或1：2 000）；
（2）采區采掘機械配備平麵圖（比例：1∶1 000或1∶2 000）；
（3）采煤工作麵布置圖（比例：1∶50或1∶200）；
（4）采區通風係統（最大、最小負壓）示意圖；
（5）瓦斯抽放係統圖（低瓦斯礦井不要）；
（6）采區管線布置圖（包括防塵、灑水、灌漿管路布置等）；
（7）采區軌道運輸係統圖（比例：1∶1 000或1∶2 000）；
（8）采區供電係統圖（比例：1∶1 000或1∶2 000）；
（9）避災路線圖；
（10）采區車場圖（比例：1∶200或1∶500）；
（11）采區巷道斷麵圖（比例：1∶50或1∶20）；
（12）采區巷道交岔點圖（比例：1∶50或1∶100）；
（13）采區硐室布置圖（比例：1∶200）。
前9張圖屬方案設計附圖，後4張圖是施工圖。具體設計時應根據情
況適當增刪
二、采區設計的依據、程序和步驟
（一）采區設計的依據
1. 已批準的采區地質報告
2. 批準的采區設計任務書
3. 國家有關煤炭工業技術政策、規程和規範等
（二）采區設計的程序
采區設計通常分為兩個階段進行，即確定采區主要技術
特征的采區方案設計和根據批準的方案設計而進行的采區單
位工程施工圖設計。
（三）采區設計的步驟
（1）認真學習有關煤礦生產、建設的政策法規，收集有關
地質和開采技術資料，掌握上級管理部門對采區設計
的具體規定。
（2）明確設計任務，掌握設計依據。
（3）深入現場，調查研究。
（4）研究方案，編製設計。
（5）審批方案設計。
（6）進行施工圖設計。
三、采區設計方法
（一）方案比較法
（二）其他設計方法
1. 統計分析法
2. 標準定額法
3. 數學分析法
4. 經濟數學規劃法
模塊Ⅱ 采區巷道方案設計
課題五 采區準備方式和參數確定
課題六 緩、傾斜煤層采區巷道方案設計
課題七 盤、帶區巷道布置設計
課題五 采區準備方式和參數確定
任務一 采煤方法選擇
任務二 采區準備方式的選擇
任務三 采區參數的確定
任務一 采煤方法選擇
一、采煤方法基本概念
二、采煤方法分類
三、采煤方法選擇
四、采煤方法發展方向
一、基本概念
1、采場：是指在采區內，用來直接大量開采煤炭資源的場所。
2、采煤工作麵：是指在采場內進行采煤的煤層暴露麵，又稱
煤壁。在實際工作中，采煤工作麵就是指采煤作業場地，
與采場是同義語。
3、采煤工作：是指在采場內，為了開采煤炭資源所進行的一
係列工作。
4、采煤工藝：是指在一定時間內，按照一定的順序完成采煤
工作各項工序的過程。
5、采煤係統：是指采區內的巷道係統以及為了正常生產而
建立的采區內用於運輸、通風、等目的的生產係統。
6、采煤方法：是指采煤係統與采煤工藝的綜合及其在時間、
空間上的相互配合。不同采煤工藝與采區內相關巷道布置的組合，構成了不同的采煤方法。
二、采煤方法的分類
（一）壁式體係采煤法
在采煤工作麵的兩端各至少布置一條巷道，構成完整的生產係統。
采煤工作麵長度較長，一般在80—250m。
采煤工作麵可分別采用把爆破、滾筒式采煤機或刨煤機破煤和裝煤，用與工作麵煤壁平行鋪設的可彎曲刮板輸送機運煤，用自移式液壓支架或單體液壓支柱與鉸接頂梁組成的單體支架支護工作麵空間，用全部跨落法或充填法處理采空區。
隨著采煤工作麵前進，頂板暴露麵積增大，礦山壓力顯現較為強烈。
1、按煤層傾角分
①近水平煤層采煤法
②緩傾斜煤層采煤法
③傾斜煤層采煤法
④急傾斜煤層采煤法
根據開采技術特點，煤層按傾角分為：
近水平煤層 <8°～100
緩傾斜煤層 8°（100） ~ 25°
傾 斜 煤 層 25° ~ 45°
急傾斜煤層 > 45°
2、按煤層厚度分
① 薄及中厚煤層采煤法
② 厚煤層采煤法：整層開采（放頂煤）
分層開采（傾斜、水平、斜切分層）
根據開采技術特點，煤層按厚度分為：
薄 煤 層 最小可采厚度<1.3m
中厚煤層 1.3m~ 3.5m
厚 煤 層 >3.5m
3、按采煤工藝方式分
① 爆破采煤法
② 普通機械化采煤法
③ 綜合機械化采煤法
4、按采空區處理方法分
① 垮落采煤法
② 刀柱（煤柱支撐）法
③ 充填采煤法
5、按采煤工作麵推進方向分
① 走向長壁采煤法
② 傾斜長壁采煤法（俯斜，仰斜）
（二）柱式體係采煤法
① 房式采煤法
② 房柱式采煤法
特點：
煤房比較窄 57m
采掘合一
煤柱支撐頂板
三、采煤方法的選擇
（一）選擇采煤方法的原則
根據煤層賦存條件、礦井開采技術水平等因素，選用技術
選進、經濟合理、安全生產條件好、資源回收率高的采煤方法。
選擇采煤方法必需滿足安全、經濟、煤炭采出率高的基本
原則，努力實現高產高效安全生產。選擇采煤方法應當遵循的
三個基本原則，是密切聯係又相互製約的，在選擇時應當綜合
考慮。
（二）影響采煤方法選擇的因素
1、地質因素
1）煤層傾角：2）煤層厚度：
3）煤層特征及頂底板穩定性：
4）煤層地質構造：5）煤層含水性：
6）煤層瓦斯含量：7）煤層自然發火傾向：
2、技術發展及裝備水平
3、礦井管理水平
4、礦井經濟效益
四、采煤方法發展方向
1、改進采煤工藝，因地製宜地發展先進的機械化采煤技術
2、擴大走向長壁采煤法和傾斜長壁采煤法的應用範圍
3、緩、傾斜厚煤層推行傾斜分層下行跨落法和放頂煤采法
4、大力推廣無煤柱護巷技術
5、急斜煤層開采要進一步探索采煤機械化的發展途徑
6、柱式體係采煤法應用範圍將不斷擴大
7.、采煤方法是一個發展著的係統工程
任務二 采區準備方式的選擇
相關知識
一、采區準備方式的分類
二、選擇采區準備方式應遵循的原則
三、準備方式的發展方向
一、準備方式的分類
采區（或盤區）的準備巷道布置方式稱為采區
（或盤區）準備方式。采（盤）區準備方式的種類
很多，按照采區（或盤區）開采方式、上（下）山
位置和煤層間的聯係方式，對采區（或盤區）準備
方式作如下分類。
（一）按開采方式分為上（下）山采（盤）區準備
在煤層傾角小於160的情況下，可利用水平大巷分別開采
上山采區和下山采區。上山采區是指位於開采水平標高以上的
采區。下山采區是指位於開采水平標高以下的采區，。
在煤層傾角大於160時，下山采區在采煤、掘進、運輸、
通風、排水等方麵就有一定的困難。因此，一個開采水平往往
隻開采上山采區。
（二）按上、下山的布置位置分單、雙翼和跨多上、下山采區
1、雙翼采區
特點：采區上（下）山布置在采區走向的中央，采區上（下）山的兩翼分
別布置采煤工作麵進行開采。與 單翼采區相比較，雙翼采區相對減
少了采區上（下）山、車場、硐室等巷道的掘進工程量，減少了采
區運輸等設備數量，采區生產能力大，生產比較集中。
2、單翼采區
特點：將采區上（下）山布置在采區一側的邊界，形成單翼開采。上（下）
山布置在采區靠近井田邊界一側的，為前上（下）山單翼采區；上
（下）山布置在采區靠近井筒一側的，為後上（下）山單翼采區。前
上（下）山開采時，煤炭運輸有折返現象，增加了運輸工作量，但
采區商（下）山是在未采動的煤體中，上（下）山維護條件好。
3、跨多上（下）山采區
特點：沿煤層走向每隔一段距離（一台帶式輸送機長度），在煤層底板
岩層中布置一組上（下）山，采煤工作麵跨幾組上（下）山連續
推進，相當於由多個單翼采區組成的大采區的準備方式，減少了
工作麵搬遷次數。一般應用於地質構造簡單的綜采或綜放工藝條
件。
三、按煤層群開采時的聯係方式，分為單層和聯合準備
二、選擇準備方式應遵循的原則
（1）有利於合理集中生產，保證采（盤）區有合理的生產能
力和增產潛力；
（2）安全生產條件好，符合《煤礦安全規程》的有關規定；
（3）保證有完整的生產係統，有利於充分發揮機電設備的效
能，為采用新技術、發展綜合機械化和自動化創造條件
（4）力求技術先進、經濟合理，盡量簡化巷道係統，減少巷
道掘進和維護工作量，減少設備占用率和生產成本費
用，便於采（盤）區和工作麵的正常接替；
（5）煤炭損失少，有利於提高資源采出率。
三、準備方式的發展方向
1. 準備方式多樣化
2. 采區大型化
3. 單層化和全煤巷化
知識鏈接
采煤工作麵礦山壓力基本規律
一、礦山壓力基本概念
（一）礦山壓力的概念
由於井下采掘工作破壞了岩體中原岩應力平衡狀態，引起應力重新分
布，我們把存在於采掘空間周圍岩體內和作用在支護物上的力稱為礦山壓
力。
（二）礦山壓力的來源
采動前，原始岩體中已經存在的應力是礦山壓力產生的根源。井下深
部原岩處於複雜的受力狀態。承受著上覆岩層重量引起的自重應力，地質
構造引起的構造應力，遇水膨脹和溫度變化引起的應力等。
1、自重應力
第一種假說：把岩石視為均質各向同性的彈性體
σ1=γH σ2=σ3=λσ1
λ＝ μ /(1-μ ) Ʈ max＝(σ1-σ2)/2
式中 μ —單元體岩層的泊鬆比；
λ—側壓係數。
第二種假說：隨著開采深度的增加或由於岩性等
方麵原因，使得μ=0.5時，即
σ1= σ2=σ3= λH
形成所謂的靜水壓力狀態，即岩體深部的原岩垂直
應力與其上覆岩層重量成正比，側向應力大致與垂
直應力相等。
2、構造應力
構造應力具有以下特點：
（1）一般情況下地殼運動以水平運動為主，因此構造應力以水平應力為
主；而且以水平壓應力為主。
（2）在構造應力場中，主應力的大小和方向可能有很大的變化；兩個方
向的水平應力值（ σ2=σ3）通常不相等。
（3）測定表明，水平應力大於垂直應力，即
σHmax ＞ σHmin ＞σV
（4）構造應力在堅硬岩層中出現一般比較普遍。軟岩強度低，易變形，
其中儲存的變形能隨之釋放；硬岩則相反。
（三）礦山壓力顯現
1、礦山壓力顯現
在礦山壓力作用下，圍岩和支架所表現出來的力學宏觀
現象，稱為礦山壓力顯現。
礦壓顯現的形式主要有：工作麵頂板下沉、支架變與形
折損、頂板破碎或大麵積冒落、煤壁片幫、支柱插入底板、
底板鼓起膨脹等。
2、礦山壓力控製
把所有人為的調節、改變和利用礦山壓力的各種技術措
施。（礦山壓力的顯現會給井下采掘工作造成不同程度的危
害，為了維護采掘空間，就必須采取各種技術和措施加以控
製。其中包括對采掘空間的支護、對軟弱岩體的加固、強製
放頂等，也包括合理利用礦山壓力為采煤工作服務。）
二、采煤工作麵圍岩移動特征
采煤工作麵上方的岩層稱
頂板，下方的岩層稱底板。根
據頂板岩層和煤層的相對位置、
及其垮落的難易程度，把采煤
工作麵頂板分為偽頂、直接頂
和基本頂。
（一）直接頂的初次跨落
采煤工作麵自開切眼推進一段距離後，直接頂懸露達到一定跨度，
就要對采空區頂板進行初次放頂，使直接頂跨落下來，這一過程稱作直接
頂的初次跨落。直接頂初次跨落的跨距稱為初次跨落步距。
初次跨落步距的大小取決於直接頂岩層的強度、分層厚度和直接頂
內節理裂隙的發育程度等，一般為6～12m。由於岩層破碎後體積將產生
碎脹，直接頂跨落後堆積高度要大於原來的厚度。
若跨落岩層原來的體積為V，破碎後的體積位V` ，則兩者之比值稱
為碎脹係數，以KP表示，即
KP =V`/V
岩石隨脹後，在其上部岩層壓力作用下，逐漸壓實，使碎脹係數變
小，岩塊壓實後的體積與破碎前原始體積之比稱為殘餘碎脹係數以KP`表
示。
若直接頂岩層的總厚度為∑h，則它冒落後堆積的高度為Kp∑h。它與基本
頂之間可能留下的空隙△：
△= ∑h+m－ Kp∑h=m－ ∑h(Kp －1)
當m= ∑h(Kp －1)時，則△=0，即冒落得直接頂充滿采空區。若不計基本頂
下沉，形成充滿采空區所需直接頂的厚度為：
∑h=m/(Kp －1)
減小直接頂跨落後岩堆與基本頂之間的空隙△，有利於控製基本頂的活動。
（二）基本頂的初次跨落
1、基本頂初次跨落前的岩層結構
若△＞0時，隨直接頂初次跨落，采煤工作麵不斷推進，基
本頂在一定範圍內呈懸露狀態，此時可將基本頂視為一邊由采煤工作
麵煤壁支撐，另外三邊由煤柱支撐的一個“板”的結構。但是由於基本
頂在采煤工作麵方向上的長度遠大於沿工作麵推進方向的跨距，因此、
可將基本頂視為一端由采煤工作麵煤壁支撐，另一端由煤柱支撐的兩
端固定的梁的結構。
（2）基本頂初次來壓
基本頂由開始破壞直至跨落一般要持續一定時間，上方有時在基本
頂跨落前的二三天，即出現頂板斷裂的聲響等來壓預兆。在跨落前的12h
采空區上方可能有隆隆巨響，通常煤壁片幫嚴重，頂板產生裂縫或掉渣，
頂板下沉量和下沉速度明顯增加，支架載荷迅速增高，這種現象稱為基
本頂的初次來壓。
基本頂初次來壓時，其最大懸露跨度L初稱為基本頂初次跨落步距。
其值得大小取決於基本頂的強度、厚度、岩性等因素。
（三）基本頂的周期來壓
1、基本頂周期來壓前狀態
基本頂初次跨落後，隨著采煤工作
麵繼續推進，工作麵上方的基本頂岩層
由兩端固定梁狀態轉變為懸臂梁狀態。
此時上覆岩層的重量將由基本頂的懸臂
直接傳遞給煤壁，部分上覆岩層及已跨
斷的基本頂重量，將直接作用在已跨落
得矸石上，采煤工作麵空間處於基本頂
懸臂的保護之下。
2、基本頂周期來壓及礦壓顯現特征
（1）基本頂周期來壓
當采煤工作麵繼續推進，基本頂懸臂跨度達到極限跨度時，基本頂
在其自重及上覆岩層載荷的作用下，將沿工作麵煤壁甚至煤壁之內發生
折斷和跨落。隨著采煤工作麵的推進，基本頂這種“穩定—失穩—再穩定”
現象，將周而複始的出現，使采煤工作麵礦山壓力周期性明顯增大。這
種基本頂的周期性破斷失穩對工作麵產生的周期性的來壓顯現，稱為基
本頂的周期來壓。
（2）礦壓顯現特征
基本頂周期來壓的主要表現形式：頂板下沉速度急劇增
大，頂板下沉量變大，支柱所受載荷普遍增加，有時還可能
引起煤壁片幫、支柱折損、頂板發生台階下沉等現象。
基本頂兩次周期來壓的間隔時間稱為來壓周期。在來壓
周期內采煤工作麵推進的距離稱為周期來壓步距，用L周表示。
（四）工作麵上覆岩層移動規律
在長壁開采全部跨落法管理頂板的采煤工作麵，隨著工作麵不斷推
進，上覆岩層發生位移或破壞，岩層移動概貌如下圖。根據岩層移動特
征，可將煤層的上覆岩層分為冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶。
1、冒落帶
當采煤工作麵移架或回柱放頂後，冒落帶岩層自下而
上依次跨落。一般在冒落帶下部因岩塊跨落時自由度比較大，
排列極不整齊；而上部岩塊由於自由度比較小，塊度較大，
排列較規則。多數情況下，冒落帶是由直接頂跨落後形成的。
冒落帶的高度∑h，可由公式∑h=hm/(Kp-1)來估算，當
Kp=1.5時，則∑h=2hm，即冒落帶高度為采高的2倍。一般
認為開采後冒落帶的高度為采高的2～4倍。
2、裂隙帶
裂隙帶位於冒落帶之上，隨冒落帶岩石的跨落和逐漸壓
實，裂隙帶岩層出現彎曲下沉，離層和斷裂為排列整齊的岩
塊。裂隙帶的範圍，隨冒落帶上覆岩層的性質、開采高度變
化而變化。
3、彎曲下沉帶
裂隙帶上方直至地表的岩層為彎曲下沉帶，這部分岩層
不產生裂縫或僅產生極微小的裂縫，並在采空區上方的地表
形成一個比開采範圍大的沉降區。
三、采煤工作麵四周支承壓力顯現規律
（一）采煤工作麵四周支承壓力顯現規律
采煤工作麵四周支承壓力是指采煤工作麵前後方、兩側煤柱或采空
區大於原岩應力的礦山壓力。支承壓力的顯現特征可用支承壓力分布範
圍、峰值的位置及應力集中係數表示。支承壓力分布範圍是指沿指定截
麵（通常是指沿垂直或平行於煤壁的截麵）支承壓力連續分布的長度；
支承壓力峰值的位置是指支承壓力的最大值所在的位置範圍；應力集中
係數是指支承壓力峰值與原岩應力的比值大小。
1、采煤工作麵前後方支承壓力分布
由於煤壁處為自由麵，抗壓強度小，
煤壁附近煤層產生壓縮變形，支承壓力峰
值KγH隨工作麵推進向煤壁深處轉移。
側向應力從煤壁自由麵向煤壁深處逐
漸增加，煤體由單向受力狀態逐步過渡到
三向受力狀態，其抗壓強度逐漸增加。當
工作麵不推進時，垂直應力的峰值KγH便
較穩定地處於煤壁深處，側向應力也將增
至KγH後逐漸穩定。
采煤工作麵前後方支承壓力分布
由於煤壁處為自由麵，抗壓強度小，煤壁附近煤層產生壓縮變形，支承壓力峰值KγH隨工作麵推進向煤壁深處轉移。
采煤工作麵前後方支承壓力分布特點
（1）采煤工作麵前方煤壁一端支承著工作麵上方裂隙帶及其上覆岩層的大部分
重量，即工作麵前方支承壓力遠比工 作麵後方大。
（2）由於采煤工作麵的推進，煤壁和采空區冒落帶是向前移動的，因此工作麵
前後方支承壓力是移動支承壓力。
（3）由於裂縫帶形成了以煤壁和采空區冒落帶為前後支承點的半拱式平衡，所
以采煤工作麵處於應力降低區。
2、采煤工作麵兩側支承壓力分布
采煤工作麵兩側的支承壓力是指工作麵兩側煤柱或煤體上的支承壓
力。對采煤工作麵兩側支承壓力分布規律的掌握，為采煤工作麵區段平
巷護巷煤柱尺寸的確定、沿空留巷和沿空送巷位置及時間的選擇具有指
導意義。
隨著采煤工作麵推進，除工作麵前後方產生支承壓力外，工作麵兩
側的煤柱或煤體也將出現支承壓力區。在采動影響範圍內，工作麵兩側
支承壓力的顯現比較明顯。在工作麵前方采動影響範圍之外和采空區頂
板岩層冒落帶穩定之後趨於固定值，因此也稱為“固定支承壓力”。
采煤工作麵兩側支承壓力研究結論
（1）采煤工作麵兩側的支承壓力劇烈影響區並不在煤體邊緣，而是位於
煤體邊緣有一定距離的地帶。長期以來采 用8～25m煤柱護巷，使
巷道恰好處於支承壓力的高峰區內，這是使用煤柱護巷仍難以維護
的根本原因。
（2）采煤工作麵兩側煤體邊緣處於應力降低區，支承壓力低於原岩應
力。而且工作麵推過一定時間後仍能長期保持穩定，如果把巷道
布置在這個應力降低區內，可以使巷道容易維護，這是目前廣泛
推廣無煤柱護巷的理論依據。
（3）采煤工作麵兩側支承壓力從形成到向煤體深部轉移要經過一段時
間過程，所以要使沿空掘巷保持穩定，必須從時間上避開未穩定
的支承壓力作用期，應使沿空掘巷相對於上區段采煤工作麵由一
個合理的滯時間。（一般在3個月到1年）
（二）支承壓力在底板中的傳遞
采煤工作麵采動後，在工作麵四周形成的支承壓力將向
煤層底板進行傳遞，尤其采煤工作麵兩側支承壓力的傳遞，
對下部煤層開采巷道布置產生重要影響。
若煤柱上方為均布載荷，底板為處於彈性變形階段的均質岩層，可
將承受壓力的煤柱視為壓模，把支承傳遞給底板。在垂直方向與煤柱不
同距離的水平截麵上的壓應力，將按下圖分布。從圖中可知：底板內各
點的應力大小與施力點的距離成反比，隨底板岩層與煤之間的垂直距離
增加迅速降低，應力以中心為最大。向煤柱外側呈一定角度擴展，在邊
緣處迅速減小。
如果把底板中垂直應力相同的各點連成曲線，即構成“等壓線”，如圖
所示。曲線4、5以內的底板岩層為增壓區，距煤柱越近，壓力越大；曲
線4、5以外的底板岩層為不受煤柱上方支承壓力影響區域；曲線6以內是
低於原岩應力的降壓區。
底板岩層內壓應力的大小與煤柱上方的支承壓力成正比，
即與煤層的厚度、傾角、埋藏深度、頂板岩性、煤層的采動
情況和煤柱的寬度密切相關。若煤柱兩側都以采動，形成支
承壓力疊加，則在煤柱上引起的支承壓力要大於單側采動時，
其在底板中傳遞的深度和應力大小也將比單側采動時大。隨
煤柱尺寸寬度減小，支承壓力在底板中的傳遞深度和應力都
應顯著增大。
底板岩性對上部煤柱支承壓力在底板中的傳遞範圍有很
大影響。堅硬的底板岩層可使傳遞的應力迅速分散而減弱，
但應力向煤柱外側的擴展角增大，影響廣度範圍增加。相反，
鬆軟岩層的底板，支承壓力傳遞的深度比在堅硬底板岩層內
要大，相對比較集中，影響廣度範圍要小。
在實際工作中，為了使底板中布置的巷道避開應力增高
區，通常采用同時控製兩個因素的方法。
（1）巷道與煤層底板的垂直距離不小於一定數值h。
h值可由4～6m變化至40m。顯然，h值越大，巷道上方煤柱的影
響就越小。一般情況下，巷道距煤層底板的合理垂距h與圍岩性質的關
係見表。
（2）巷道布置在煤柱向底板傳遞力的影響角以外
若將巷道布置在煤柱影響角以內，即使巷道位於較穩定的岩層內，
也要受到應力升高的影響。為此，應將巷道布置在煤柱影響角以外，
如圖示。巷道離煤柱邊界的水平距離S為
S≥h·sinφ/sin(α+ θ)
式中： α——煤層傾角； θ—— φ的餘角， θ=90- φ。
φ角一般在250～550之間通常支承壓力越大和煤柱尺寸越小， φ角
越大。
四、采煤工作麵頂板分類
由於煤層地質條件的多樣性，必須將采煤工作麵頂板按
其組成、強度和有關開采技術條件進行分類。科學的分類可
為頂板控製、支架選型、合理確定支護參數以及采空區處理
方法提供依據。目前采用的采煤工作麵頂板分類方案，是原
煤炭工業部於1981年頒發的“緩傾斜煤層工作麵頂板分類
（試行方案）”。
（一）直接頂分類
方案采用反映頂板穩定性的岩石單向抗壓強度Rc,節理
裂隙間距I和分層厚度h綜合而成的強度指數D作為分類指標，
並以直接頂初始跨落步距L作為參考指標進行檢驗，將直接
頂分為四類。
強度指數 D=10Rc C1 C2
式中：Rc—岩石單向抗壓強度，MPa；
C1—節理裂隙影響係數；
C2—分層厚度影響係數。
（二）基本頂分級
基本頂來壓強度主要決定於直接頂厚度∑h與采高m的比
值N及基本頂初次來壓步距L。根據N和L兩個指標，將基本頂
分為四級。
任務三 采區參數的確定
相關知識
一、采區尺寸
二、采煤工作麵長度
三、采區煤柱尺寸
四、采區采出率
五、采區生產能力
一、采區尺寸
（一）影響采區尺寸的因素
確定合理的采區長度，應考慮采區地質條件、開采技術裝備條件、
采區生產能力、工作麵接替以及經濟因素的影響。
1．地質條件
地質構造、煤層及圍岩穩定程度、自燃發火、再生頂板行成時間、
煤層傾角等。
2．生產技術條件
區段平巷運輸設備、設備搬遷、采區供電等。
3．經濟因素
（二）采區尺寸數值
走向長度：使用單體液壓支柱的普采工作麵采區，其走
向長度一般為1000～1500 m。綜采采區宜用單麵布置，其走向長度一般不小於1000 m；當雙麵布置時，一般
不小於2000 m。
傾斜長度：煤層傾角平緩，采用盤區上(下)山布置時，
盤區上山長度一般不超過1500 m，盤區下山長度不宜
超過1000 m；采用盤區石門布置時，盤區斜長可按具
體條件確定。盤區走向長度可按采區走向長度考慮。
三、采煤工作麵長度
（一）影響工作麵長度的因素
1.煤層賦存條件
煤層厚度、傾角、圍岩性質、地質構造等
2.機械設備及技術管理水平
采煤機、輸送機、頂板控製、工作麵通風等
3. 巷道布置
（二）采煤工作麵長度
綜采：150～200m； （綜采目前有已達300m以上）
普采：120～150m；
炮采：80～150m；
對拉：200 ～300m；（總長度）
神東礦區綜采一般為300m左右，最長達到500m。
三、采區煤柱尺寸
煤柱留設應按照《建築物、水體、鐵路及主要井巷煤柱
留設與壓煤開采規程》的相關規定確定。
（1）采區上(下)山間的煤柱寬度(沿走向)：薄及中厚煤層為
20 m；厚煤層為20～25 m。工作麵停采線至上(下)山
的煤柱寬度：薄及中厚煤層約為20 m；厚煤層約為
30～40 m。
（2）上下區段平巷之間的煤柱寬度：薄及中厚煤層約為8～
15 m；厚煤層約為30 m。
（3）運輸大巷—側煤柱寬度：薄及中厚煤層約為20～30
m；厚煤層約為25～50 m。
（4）回風大巷一側煤柱寬度：薄及中厚煤層約為20 m；厚
煤層約為20～30 m。
（5）采區邊界兩個采區之間的煤柱寬度為10 m。
（6）斷層一側煤柱寬度根據斷層落差及含水等具體情況而
定：落差大且含水時留30～50 m；落差較大留10～15
m；采區內落差小的斷層通常不留煤柱。
應當指出：大巷布置在較堅硬的岩層中，或大巷距煤層
垂距在20 m以上時，一般不受采動影響，其上方可不留護
巷煤柱。
四、采區采出率
提高采出率途徑：減小煤柱損失；盡量回收煤柱；合理加大采區
尺寸；減少工作麵損失。
工作麵落煤損失，主要包括未采出的工作麵頂板餘煤或煤皮，以
及遺留在底板上的浮煤和運輸過程中潑灑出的煤。工作麵采出率可用
下式表示：
五、采區生產能力
采區生產能力是采區內同時生產的采煤工作麵和掘進工作麵出煤量
的總和。
（一）采區生產能力的影響因素
（1）地質因素。可采煤層數目、厚度、傾角、層間距、煤層結構、頂
底板岩石性質、煤層堅硬程度和地質構造等是主要因素。瓦斯等
級、煤層自然發火和水文情況也有程度不同的影響。
（2）采煤、掘進、運輸的機械化程度和通風、供電能力。
（3）采區儲量。采區的生產能力要與采區儲量相適應，使采區具有相
應的服務年限。
（4）采區產量的穩定性。
（二）確定采區生產能力的方法
式中 AB——采區生產能力，萬t／a；
Aoi——第i個采煤工作麵產量，萬t／a；
n——同時生產的采煤工作麵個數；
kl——采區掘進出煤係數，取1.1；
k2——作麵之間出煤影響係數，n = 2時取0.95，n = 3時取0.9。
確定采區生產能力主要是確定一個采煤工作麵產量和同時生產的工
作麵個數。
1．一個采煤工作麵產量
式中 L——采煤工作麵長度，m；
υ——工作麵推進度，m／a；
m——煤層厚度或采高，m；
γ——煤的體積密度，t／m3；
C0——采煤工作麵采出率。
采煤工作麵的設計能力一般應選取如下數值：綜采工作麵，采高在
2 m及其以上的為50～80萬t／a，1.1～2 m的為30～50萬t／a；配備有
單體液壓支柱的普采工作麵產量為20～30萬t／a；炮采工作麵能力為
10～20萬t／a。
2．采區內同時生產的工作麵數目
采區內同時生產的工作麵數目應根據煤層賦存條件、采區主要巷
道的運輸能力、開采程序、采掘機械化程度、管理水平和采掘關係等
因素綜合考慮確定。同時生產工作麵過多，則管理複雜，接續緊張。
為保持采區合理的開采強度，每個雙翼采區內同采的工作麵數目
一般為1～2個。
在一個采區內安排兩個綜采工作麵容易互相影響，可布置一個綜
采工作麵再布置一個普采或炮采工作麵。
3、采區生產能力驗算
（1）采區運輸能力：采區的運輸能力應大於采區生產能力，其中主
要是運煤設備的生產能力要與采區生產能力相適應。
式中：An — 小時設備能力，t / h；
k — 產量不均衡係數，K=1.2 1.3;
T — 日出煤時間，h；
0 — 運輸設備正常工作係數，0 = 0.7 0.9。
（2）采區通風能力：采區的生產能力應和通風能力相適應。根
據礦井瓦斯等級、進回風巷道數目、斷麵和允許的最大風速，驗
算通風允許的最大采區生產能力如下：
式中 υ——巷道內允許的最大風速，m／s；
S——巷道淨斷麵積，m2；
C ——生產1 t煤需要的風量，m3／(min·t)；
C1——風量備用係數。
（3）采區正常接替和穩產的需要
式中 Z——采區可采儲量，t；
Tn——新采區準備時間，a。
（4）采區車場通過能力 ：一般不受限製
（5）備用采麵
采區生產能力:一般綜采：80 100萬噸/年
大功率綜采：200 300萬噸/年
普采：45 60萬噸/年
炮采：30 45萬噸/年
綜采 — 隻備采麵，不備設備、人員；
普采 — 備采麵，不備人員，備設備。
本課題結束
課題六 緩、傾斜煤層采區巷道方案設計
任務一 單一薄及中厚煤層采區巷道方案設計
任務二 厚煤層采區巷道方案設計
任務三 近距離煤層群采區巷道布置設計
任務四 采區車場形式選擇
任務一 單一薄及中厚煤層采區巷道方案設計
單一煤層走向長壁采煤法采區巷道布置
該采區開采一層中厚煤層，煤層埋藏穩定，頂底板岩層穩定，地質構造簡單，瓦斯湧出量小。采區走向長度2000 m，傾斜長度600 m，采區沿傾斜劃分為3個區段，工作麵的采煤工藝為綜合機械化采煤。
由於運輸大巷和回風大巷布置在煤層底板岩層中，因此，在采區下部和上部分別掘出采區運輸石門和采區回風石門進入到該煤層。采區石門是位於采區走向長度的中央，分別與運輸大巷和回風大巷相垂直的水平岩石巷道。
一、采區巷道布置
二、采煤生產係統
（一）運煤係統
（二）運料排矸係統
（三）通風係統
1、采煤工作麵通風
2、掘進工作麵通風
（四）動力供給係統
（五）供水係統
（四）動力供應係統
采區石門1→行人斜巷
→運輸上山5 →采區變
電所13 →運輸上山5
→區段運輸平巷9 →采
煤工作麵
一、采區上（下）山坡度
（一）運輸上（下）山
1、坡度小於150的上（下）山，可鋪設帶式輸送機或刮板
輸送機運煤；
2、15～250的上（下）山，可鋪設刮板輸送機運煤；
3、坡度超過250的上山，采用搪瓷或鑄鐵溜槽溜煤；
4、坡度超過30～350為自溜上山。
2. 軌道上（下）山
采用串車提升時，要求上山坡度應小於250；
采用循環絞車時，要求上山坡度不超過100。
當煤層傾角小於250時，軌道上山坡度應與煤層傾角一
致；當煤層傾角大於250時，應將上山坡度控製在250以下。
當上山坡度在6~250之間，采用單滾筒絞車輔助提升。
二、區段參數
三、區段平巷的坡度和方向
2、折線—弧線布置
四、區段平巷的布置方式
2、平巷的單巷布置 單巷布置是指一條區段平巷單獨掘進成巷的布置方式。
五、區段無煤柱護巷
1、沿空留巷
1）巷旁支護方法主要考慮的問題：
（1）巷道支架要有足夠的支護強度和適當的可縮量；
（2）采煤工作麵與巷道聯接的端頭處要加強支護；
（3）巷道靠近采空區一側采取適宜的支護方法。
2）使用條件：厚度在2~3m以下的煤層，煤層頂板為易冒落或中等冒
落，底板不發生嚴重底鼓的條件下。
沿空留巷
沿 空 掘 巷
六、采煤工作麵的布置形式
七、采煤工作麵回采順序
任務二 厚煤層采區巷道方案設計
緩傾斜、傾斜厚煤層采煤法常采用傾斜分層和放頂煤
開采兩種方法。
對於傾斜分層開采，各分層開采順序有下行式和上行
式兩種。下行式一般采用全部垮落法來處理采空區頂板，
上行式則采用充填法處理采空區。
同一區段內上下分層的開采方式，有分層分采和分層
同采兩種。分層分采是在采完上分層後，工作麵搬遷到另
一區段采煤，經過一段時間待頂板垮落基本穩定後，再在
上分層采空區之下掘進下分層平巷然後進行回采的方式。
分層同采是在同一區段內上下分層之間保持一定錯距的條
件下同時進行采煤的方式。
對於放頂煤開采，根據厚煤層的賦存條件不同，主要
分為三種類型（如下圖所示）。
（1）一次采全厚放頂煤開采。
（2）預采頂分層網下放頂煤開采。
（3）傾斜分層放頂煤開采。
厚煤層傾斜分層分層同采采區巷道布置
一、采區巷道布置
該采區將厚煤層分成3個分層，采區沿傾斜劃分為3～
5個區段。在煤層底板岩層中布置采區運輸上山和軌道上
山。由於上下分層同采，需在每一個區段布置為各分層共
用的區段運輸集中平巷和區段軌道集中平巷，並通過聯絡
石門、聯絡斜巷及溜煤眼與各分層平巷聯係。各分層平巷
通過最近的溜煤眼、聯絡巷超前於采煤工作麵一定距離保
持隨采隨掘，其超前距離要求始終有兩個溜煤眼與分層平
巷相通。
1—運輸大巷；
2—回風大巷；
3—采區下部車場；
4—運輸上山；
5—軌道上山；
6—采區上部車場；
7—甩車場；
8—下區段回風石門；
9—區段軌道集中平 巷；
10—區段運輸集中平巷；
11—聯絡巷；
12—溜煤眼；
13—回風石門；
14—上分層運輸平 巷；
15—上分層回風平巷；
16—采區變電所；
17—絞車房；
18—區段溜煤眼；
19—采區煤倉；
20—中分層運輸平巷；
21—中分層回風平巷；
22—行人聯絡巷
一、傾斜分層分層同采采區巷道布置分析
（一）采煤方法主要參數
厚煤層傾斜分層厚度：普采、炮采分層厚度一般為2 m左右，最大不超過2.4 m，綜采一般為3 m左右，最大不超過3～5 m。
工作麵長度：由於采用分層平巷內錯式布置方式的比較多，使得同區段下分層工作麵長度往往小於上分層。
分層同采上下分層工作麵之間的錯距：錯距的大小主要取決於上分層采後頂板垮落及其穩定情況。為減小下分層工作麵承受的支承壓力，保證安全生產，下分層工作麵必須處在上分層采空區冒落穩定區域。通常下分層采煤工作麵滯後時間不少於4個月。
上、下層采麵超前關係
（二）采區上（下）山的布置
一般將采區上（下）山布置在距煤層底板以下10～15
m的岩層中。隻有當煤層厚度不大，采深較淺，頂板和底
板岩層穩定，煤質較硬，煤層自然發火危險小，或者是在
煤層底板之下有一層含水量較大的岩層，或煤層底板為厚
度較大的鬆軟岩層，布置岩巷有困難的情況下，才考慮將
上（下）山布置在煤層中。
（三）區段集中平巷的布置
1. 區段運輸集中平巷的布置
區段運輸集中平巷中一般鋪設帶式輸送機，集中運輸本區段內各分層采煤工作麵的煤炭。在采完上區段之後，應及時撤去輸送機改鋪軌道，作為下區段各分層采煤時的集中軌道（回風）平巷。
區段運輸集中平巷一般布置在煤層底板岩層中，所在位置應避開底板岩層中的應力升高區，巷道布置在壓力傳遞影響角φ以外，一般介於25°～55°之間。此外，還應根據圍岩性質選擇集中平巷與煤層的適宜法線距離，一般為8～12 m，
如果煤層厚度不大，采區走向短，分層層數較少時，為了減少岩石掘進工程量，運輸集中平巷可以布置在煤層中。但要加強巷道的支護和維護工作，注意防止煤層自燃。
2. 區段軌道集中平巷的布置
開采緩斜、傾斜厚煤層時，區段軌道集中平巷一般盡量沿煤層頂板布置。軌道集中平巷布置在煤層中，可減少岩石工程量，掘進施工容易，超前於岩石集中平巷掘進還可以探明煤層走向變化情況，有利於岩石集中平巷的定向取直，此外還有利於采掘工作麵的通風。但煤層集中平巷在開采期間要多次受到分層工作麵的采動影響，巷道維護工程量大，需加大巷道兩側的煤柱尺寸。
（四）區段分層平巷的布置
厚煤層傾斜分層開采時，各區段分層平巷的相互位置
對於巷道的使用和維護狀況影響較大。根據煤層傾角的大
小和分層層數，各分層平巷的相互位置主要有以下三種基
本布置形式。
1.水平式布置
2. 傾斜式布置
3. 垂直式布置
1、水平式布置（圖）
優點：各分層之間用水平巷道聯係，各分層工作麵長度基本一
致，可避免出現下行風，材料運輸、行人和通風比較方
便，分層運輸平巷處於上分層采空區之下，所受壓力
小，易於維護。
缺點：分層回風平巷正好處於區段煤柱之下，受到固定支承壓
力的作用，維護比較困難，在煤層傾角較小的情況下，
各分層之間用水平巷道聯係，掘進巷道長度大，工程量
大，區段煤柱較大。
適用：一般適用於傾角大於20～25度的煤層。
2、傾斜式布置
（1）傾斜內錯式：使下分層工作麵運輸和回風平巷置於上分
層平巷的內側，處於上分層采空區下方，形成正梯形區
段煤柱。各分層平巷內錯半個到一個巷道寬。（圖）
這種布置方式可使下分層回風平巷處於應力降低區，容
易維護，並且沿假頂掘進易於掌握巷道方向。但是當分
層數較多時，越往下煤柱越大，而且各分層工作麵運輸
和回風平巷要用斜巷聯係，掘進、行人均不方便。單純
采用這種方式較少。一般是在緩斜厚煤層中，各分層工
作麵回風平巷采用水平式，而運輸平巷采用內錯式布置。
（2）傾斜外錯式：是將下分層平巷布置在上分層
平巷的外側，處於上分層煤柱下麵，形成倒
梯形煤柱。（圖）
這種布置方式的下分層巷道處於固定支承壓
力區內，維護困難，在下分層工作麵的上、
下出口沒有人工假頂，給采煤 和支護工作帶
來困難。較少采用。
3、垂直式布置
各分層平巷沿垂直方向呈重疊式布置，區段煤柱呈
平行四邊形。（圖）
這種布置方式在煤層傾角小於8～10度，特別是在
近水平厚煤層條件下，可減小區段煤柱尺寸，分層平巷
受支承壓力的影響較小，易於維護。同時，下分層平巷
沿上分層平巷鋪設的假頂下掘進，容易掌握方向。但對
上分層平巷的假頂鋪設質量要求嚴格，否則造成下分層
平巷不好掘進和維護。
（五）分層平巷和區段集中平巷之間的聯係方式
主要根據煤層傾角、層間距離、分層平巷布置形式以
及聯絡巷的用途和運輸方式、掘進工程量大小、采區巷道
布置的合理性等因素來確定。一般有石門、斜巷和立眼三
種方式。
1、石門
優點：掘進施工、運料和行人比較方便。
缺點：當煤層傾角不大時，石門長度較大，掘進工程量大，
而且石門用作運煤時不能實現煤炭重力運輸。
適用：分層平巷為水平式布置時，煤層傾角大於15～20度。
石門聯係方式
2、斜巷
優點：聯絡巷道工程量少，煤炭可以自溜下送，占用設備少。
缺點：掘進施工比較困難，輔助運輸和行人不便。為了便
於排矸、運送材料設備和行人，斜巷坡度一般選用
25 ～30，溜煤眼坡度為35左右。
適用：傾角小於15～ 20的緩斜厚煤層。
3、立眼
優點：煤炭可自溜，煤柱損失少。
缺點：施工困難，為解決輔助運輸和行人， 還要開掘斜巷。
適用：近水平厚煤層，分層平巷采用垂直式布置。
（六）區段平巷的無煤柱護巷
由於分層平巷要經常受上、下區段分層工作麵的多
次采動影響，加上分層平巷位於厚煤層中，維護十分困
難，采用沿空留巷的方法技術複雜，對支護材料要求高，
維護為費用高。因此，厚煤層無煤柱護巷通常采用沿空
掘巷的方法，即沿著上區段采空區邊緣掘進下區段的分
層平巷。
二、傾斜分層分層分采采區巷道布置分析
分層分采的采區巷道布置，沒有共用的區段集中平巷，每一分層的區段平巷都是單獨準備的。分層平巷不是利用集中平巷隨采煤工作麵推進超前掘進的，而是當上分層采完後采空區垮落基本穩定之後，才在第二分層層位沿著上分層鋪設好的假頂（或再生頂板）下掘出第二分層的區段平巷。厚煤層各分層采用聯合開采的方式，其上（下）山一般布置在煤層底板岩層中，上（下）山通過采區車場及石門、斜巷或立眼與各分層平巷聯係。
分層分采的優點：采區巷道布置簡單，取消了岩石區段集中平巷及聯絡巷等岩石巷道，工程量少，有利於減少掘進率和加快掘進速度，縮短采區和區段的準備時間。由於上、下分層工作麵采煤間隔時間較長，有利於形成再生頂板，有利於下分層巷道的掘進和維護。厚煤層分層分采，其各個分層的采煤和掘進工作麵都具有獨立通風係統，通風係統簡單，有利於通風管理，采掘相互幹擾小，運輸環節少。
分層分采在工作麵單產較低的情況下，存在以下缺點：
不能實現同一區段內上下分層同采，開采強度低。
為了在上分層頂板垮落穩定的采空區下掘進下分層巷道，同一區段內下分層工作麵不能及時接替上分層工作麵。尤其是當采區內有兩個以上工作麵采煤時，相鄰區段之間難以及時接替，必須采用兩翼倒替或區段間隔“跳采”才能保證工作麵的正常接替，因而造成采掘工作分散，生產不集中，采掘設備搬遷距離遠等問題。
由於上下分層采煤間隔時間長，容易造成人工頂板材料腐朽，不利於下分層的掘進和采煤。如果煤層自然發火期短，則增加了煤炭自燃的危險。
沿煤層走向開掘的分層平巷，必須一次性掘出巷道全長，巷道維護長度大，維護時間長，維護費用高。
三、放頂煤采煤法采區巷道布置分析
厚煤層放頂煤采煤法采區上（下）山均布置在煤層底板岩層中，根據煤層傾角的大小，上（下）山通過采區車場，利用石門或斜巷或立眼與各區段平巷聯係。預采頂分層網下放頂煤開采和傾斜分層放頂煤開采的采區巷道布置與厚煤層傾斜分層分層分采采煤法采取巷道布置基本相同。
厚煤層放頂煤采煤法回采工作麵巷道布置與普通回采工作麵巷道差別不大。若頂煤中瓦斯含量較高，可沿工作麵頂板布置一條瓦斯排放巷，采用一進二回的E形巷道布置；當頂煤的硬度較大時，頂煤不易放出，可沿厚煤層的頂板布置工藝巷。
綜放工作麵回采巷道布置及生產係統
1—采區運輸上山；2—煤層回風上山；3—運輸平巷；4—回風平巷；
5—瓦斯排放巷；6—開切巷；7—聯絡斜巷；8—工作麵煤倉；9—風門
（二）工作麵長度及推進長度
1.工作麵長度：合理確定放頂煤工作麵的長度，應主要考慮頂煤的破碎、頂煤的放出、放頂煤工作麵的回收率及機電設備的事故率和煤的自然發火等因素。
放頂煤工作麵的支承壓力和頂板的運動是頂煤破碎的主要力源，由放頂煤工作麵長度對支承壓力分布和礦壓顯現特征的影響分析可知，工作麵長度不得小於80 m，工作麵長度過短，不利於頂煤的破碎，但工作麵長度大於200 m以後，支承壓力對頂煤的破碎趨於緩和。
確定放頂煤工作麵長度時，應在一個生產班內將放頂煤工序全部完成，則工作麵長度的確定可由下式計算：
綜上所述，綜放工作麵長度一般不應小於80 m，目前以130～200 m較為合理，在設備可靠性和技術熟練程度提高的前提下，綜放工作麵長度可適當增大。
2.工作麵推進長度
綜采放頂煤工作麵連續推進長度的確定，應考慮地質條件、工作麵搬遷、工作麵初末采的損失、自然發火等因素的影響，因此綜采放頂煤工作麵的連續推進長度一般不宜小於800～1000 m，兗州礦區綜采放頂煤工作麵的連續推進長度多在2 000 m左右。
（三）適用條件
優點：
（1）放頂煤工作麵單產高。
（2）放頂煤工作麵效率高。
（3）放頂煤工作麵成本低。
（4）放頂煤開采巷道掘進量小。
（5）放頂煤開采工作麵搬家次數少。
（6）放頂煤開采對地質構造、煤層構造、煤層厚度變化
適應性強。
開采技術中的問題：
（1）煤炭采出率低。放頂煤工藝損失、工作麵初未采損失、端頭過
渡支架不放煤與區段煤巷頂煤損失、護巷煤柱損失等。
（2）放頂煤開采易發火。由於放頂煤開采煤損較多，在回采期間采
空區的碎煤就可能發生自燃。
（3）放頂煤開采煤塵大。煤塵的來源有采煤機割煤、支架放煤及架
間漏煤等。
（4）放頂煤開采瓦斯易積聚。放頂煤開采時產量集中，瓦斯散發麵
大，采空區高度大，易於瓦斯積聚，在工作麵後方采空區上部
積聚的部分高濃度瓦斯隨頂煤的冒落將湧入工作麵。
（5）工作麵支護困難。工作麵設備穩定性以支架為核心。隨煤層傾
角增加，支護時要求較大的支護強度克服下滑力。移架時,則以
鄰架為穩定基礎克服下滑力。
為克服上述問題，部分礦區在大傾角放頂煤工作麵采
用了錯層位巷道布置係統, 即下區段平巷沿頂板布置, 上區
段平巷沿底板布置，如下圖。下區段工作麵回風巷道上方
與采空區之間留有2～3m 的煤皮, 以減少向上區段采空區
漏風, 安全係數更高。
適用條件：
（1）煤層厚度。一次采出的煤層厚度以6～8 m為佳。預采頂分層綜
采放頂煤開采時，最小厚度為7～8 m。
（2）煤層硬度。放頂煤開采時，煤的普氏係數一般應小於3。若煤層
層理、節理發育，可適當增大。
（3）煤層傾角。
（4）煤層結構。每一夾矸層厚度不宜超過0.5 m，其普氏係數也應小
於3。頂煤中夾矸層厚度占放煤厚度的比例不宜超過10%～15%。
（5）頂板條件。直接頂應具有隨頂煤下落的特性，其冒落高度不宜
小於煤層厚度的1.0～1.2倍，基本頂懸露麵積不宜過大。
（6）地質構造。地質破壞較嚴重、構造複雜、斷層較多和使用分層
長壁綜采較困難的地段、上下山煤柱等。
（7）自然發火、瓦斯及水文地質條件。先要調查清楚，並有相應措
施後才能采用放頂煤開采。
任務三 近距離煤層群采區巷道布置設計
集中上山采區巷道聯合布置
一、采區巷道布置
如下圖所示，該采區開采兩個煤層，上層煤為中厚煤層，下層煤為薄煤層，兩層煤之間相距15m，煤層傾角15°,煤層頂底板岩層中等穩定，地質構造簡單，瓦斯湧出量較小。采區雙翼走向長度1000 m，傾斜長度600 m，劃分為三個區段。
由於下層煤頂底板岩層比較穩定，可將采區運輸上山和軌道上山布置在下層煤中，兩條上山相距20 m左右，上層煤和下層煤之間用區段石門及溜煤眼聯係。
1—運輸大巷；
2—采區石門；
3—運輸上山；
4—軌道上山；
5—上層煤區段運輸平巷；
6、6′—上層煤區段回風平巷
7—下層煤區段運輸平巷；
8、8 ′—下層煤區段回風平巷
9、9′—區段石門；
10—溜煤眼；
11—采區下部車場；
12—采區煤倉；
13—絞車房；
14—采區變電所；
15—采區風井
二、采區生產係統
（二）通風係統
（三）運料排矸係統
（五）供水係統
（四）供電係統
三、巷道布置的優缺點及適用條件
優點：巷布簡單，生產係統簡單，工程量較小。
缺點：各煤層的區段平巷需要全長一次掘出，巷道維護時
間長，維護費用高，而且各煤層的區段運輸平巷都
要沿巷道全長鋪設輸送機，占用設備台數多，設備
搬遷頻繁，如果煤層走向變化較大，則不利於輸送
機的鋪設和運行。
適用：適合於煤層層數少，煤層層間距較大的煤層群，且
又多為薄或中厚煤層，或者是在厚煤層分層分采，
由於采煤機械化程度高，工作麵單產高，采區內同
時開采的工作麵數目隻有1～2個的開采技術條件下。
一、單層布置采區巷道分析
對於煤層間距較大的煤層群，可在各個煤層中單獨布
置采區，在各層煤的開采上形成獨立的采區生產係統，如
下圖所示。單層開采方式的采區巷道布置、生產係統與單
一煤層走向長壁采煤法基本相同。
二、聯合布置采區巷道分析
（一）采區上（下）山的數目和位置
采區上（下）山數目確定
需要布置三條上（下）山。
（1）煤層層數多，生產能力大的煤層群聯合布置采區；
（2）生產能力較大，瓦斯湧出量也很大的采區，特別是需要有專門排出瓦斯的上（下）
（3）生產能力較大，經常出現上下區段同時生產，需要簡化通風係統的采區；
（4）集中運輸上山和軌道上山均布置在底板岩層中，需要探清煤層賦存情況或為提前掘進其他采區巷道的采區，或需要專用泄水巷道的采區。
2. 采區上（下）山位置的確定
（1）一煤一岩上（下）山
當煤層群最下一層煤層為煤質及頂底板岩石堅硬、地質條件好的薄及中厚煤層時，可將軌道上（下）山布置在該煤層中，運輸上（下）山布置在底板岩層中，如下圖所示。這種布置可減少一些岩石巷道工程量，適用於產量不大、瓦斯湧出量較小、服務年限不長的采區。
（2）兩條煤層上（下）山
當煤層群最下一層煤層為煤質及頂底板岩石堅硬、地質條件好的薄及中厚煤層，或者為厚煤層其底板岩層複雜或不穩定不宜布置巷道時，可將集中上（下）山布置在煤層之中，如下圖所示。這種布置方式掘進施工方便，速度快，掘進費用低，但上（下）山維護工作量大，留設的煤柱寬度大。
（3）兩條岩石上（下）山
對於煤層層數多，總厚度較大的聯合布置采區，若煤層群最下一層為厚煤層，或者雖為薄及中厚煤層但煤質鬆軟、頂底板岩層不穩定、自然發火期短等因素影響，不宜布置煤層上（下）山時，可將兩條上（下）山都布置在煤層底板岩層中，如圖所示。
（4）兩岩一煤上（下）山
為了進一步探清煤層情況和地質構造，在煤層中增設一條通風行人上（下）山，在煤層底板岩層中布置兩條岩石上（下）山，如下圖所示。掘進時一般先掘煤層上（下）山，為兩條岩石上（下）山探清地質變化情況。
（5）三條岩石上（下）山
在煤層底板岩層中布置三條上（下）山，如下圖所示。適用於開采煤層層數多、厚度大、儲量豐富或瓦斯湧出量大、通風係統複雜的采區。
3. 上（下）山間的位置關係
在層麵上的距離
采用兩條岩石上（下）山：水平間距一般取20～25 m；
三條岩石上（下）山：水平間距可縮小到10～15 m；
煤層上（下）山：水平間距要增大到25～30 m左右。
在垂直層位上
布置在同一層位上
兩條上（下）山之間在層位上保持一定的高差。為便於運煤可將運輸上（下）山設在比軌道上（下）山低3～5 m的層位上。
如果采區湧水量較大，可將軌道上（下）山布置在低於運輸上（下）山的層位上。
當煤層厚度又大於上下山斷麵的高度時，一般是將軌道上（下）山沿煤層頂板布置，運輸上（下）山則沿煤層底板布置。
（二）區段集中平巷的布置
1.機軌分煤岩巷布置
將運輸集中平巷布置在煤層底板岩層中，軌道集中平
巷布置在煤層之中，如圖所示。這種方式比雙岩集中平巷
布置少掘一條岩石平巷，而且軌道集中平巷沿煤層超前掘
進，還可探明煤層的變化情況，為岩石運輸集中平巷的掘
進取直提供保證條件，在煤層頂板淋水較大的情況下，可
利用軌道集中平巷泄水，以不影響運輸集中平巷的正常運
輸。但軌道集中平巷布置在煤層中，易受多次采動影響，
維護比較困難，因此可將軌道集中平巷布置在圍岩條件好
的薄及中厚煤層中。
（a）石門聯係方式；（b）斜巷聯係方式
1—運輸上山；2—軌道上山；3—運輸集中平巷；4—軌道集中平巷
5—層間運輸聯絡石門（或斜巷）6—層間軌道聯絡石門（或斜巷）；
7上區段分層超前運輸平巷；8—下區段分層超前軌道平巷
9—層間溜煤眼；10—區段軌道石門（或斜巷）；11—區段溜煤眼；12—中部甩車場
2. 機軌雙岩巷布置
將運輸集中平巷和軌道集中平巷均布置在煤層底板岩層中，如圖所示。
雙岩巷布置的優點是，巷道受到的支承壓力小，可大幅度減少巷道維護費用，有利於上下區段的同時開采，有利於增大采區生產能力。但岩石巷道掘進工程量大，掘進費用高，采區準備時間長。適用於開采煤層數目較多或煤層厚度大、區段生產時間長，布置煤層集中平巷難以維護等條件。
（a） 雙岩巷同標高布置；（b） 雙岩巷不同標高布置
1—運輸上山；2—軌道上山；3—運輸集中平巷；4—軌道集中平巷
5—層間運輸聯絡石門（或斜巷）6—層間軌道聯絡石門（或斜巷）；
7上區段分層超前運輸平巷；8—下區段分層超前軌道平巷
9—層間溜煤眼；10—區段軌道石門（或斜巷）；11—區段溜煤眼；12—中部甩車場
3. 機軌合一巷布置
就是將 |
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