《煤礦開采學》講義

《煤礦開采學》講義

緒 論

一、我國煤礦開采技術的發展概況

我國是世界上產煤最早的國家，據《山海經》記載，遠在公元前500年的春秋戰國時期，煤炭就已經成為一種重要的產品，到唐宋時代，手工采煤有了進一步發展，那時稱為“石炭”，元明兩代手工采煤技術已經逐步完善，從明朝起稱為“煤炭”。據《天工開物》（17世紀中葉，明朝末宋應星編著）一書記載，當時的采礦過程是：開鑿立井，用木質絞車（俗稱轆轤）提升，用打通中節的竹竿插入井內引出井下有害氣體，以井筒為中心向四周開掘巷道進行煤炭的開采，用木支柱支護頂板。

但是在舊中國，由於長期的封建統治，其煤炭開采始終停留在手工業生產的水平上，19世紀五十年代，在帝國主義入侵中國以後，我國出現了近代工業，煤礦和其它工業一樣，才開始出現了機器生產（如提升、運輸、通風、排水等機械）礦井。

在“三座大山”的壓迫下，煤礦是資本家獲取高額利潤的場所，他們不管工人的死活，不重視開采技術的提高，隻求產量，煤礦工人受盡最殘酷的壓迫和剝削。因此，其開采技術極為落後，礦井災害事故經常發生，工人生命安全毫無保障，因而，長期以來在人們的印象中煤礦是最危險、最可怕的地方。加之資本家實行的是掠奪性開采，從而使我國煤炭工業遭到了嚴重地束縛和破壞。

解放後，我國勞動人民經過艱苦奮鬥，煤炭工業有了很大發展，原煤從1949年的3240萬噸達到1988年的9.8億噸，為1949年的30倍，1990年全國原煤產量近11億噸，產量居世界首位（1949年居世界第十位，是49年的33.3倍），煤礦開采技術有了較大的發展和提高。這幾年由於國家發展規劃的調整和“關井壓產”、提高安全生產的要求，產量有所回落，但是煤礦開采技術和煤礦安全狀況有了明顯的變化，機械化程度的提高、百萬噸工作麵和千萬噸礦井的不斷出現、萬噸死亡率的降低，給人們樹立起了好的煤礦形象，使人們對煤礦生產有了新的認識。綜觀我國煤礦開采技術的發展過程，大致可以分為以下三個階段：

第一階段（解放初～60年代）：

新中國成立後，黨和國家非常重視煤炭工業的發展，在很抓安全的前提下首先從改革采煤方法入手，變原來的不規則的房柱式、高落式為長壁式采煤法；變原來的手工落煤為打眼放炮落煤。同時，也開始試驗截煤機采煤。該階段被稱為“炮采階段”，從本階段發展速度上看，可分為三個時期：①1949～1958年發展較快；②1958～1962年發展較慢（受“三無”、“三邊”、“大躍進”影響）；③1962～1964年較快（處在“三年整頓”時期）。到1957年，全國截煤機有446台、聯合采煤機109台，機械化程度為4.12％。

第二階段（60年代初～70年代中）：

本階段我國主要是研製和試驗了淺截式采煤機、可彎曲刮板輸送機，工作麵采用了金屬支柱和金屬鉸接頂梁支護，實現了采、裝、運的機械化，該階段被稱為“普采階段”。這一階段處在“十年動亂”之中，發展速度較慢。到70年代末，滾筒采煤機528台、聯合采煤機190台，機械化程度為21.31％。該階段後期又出現了“高檔普采”工作麵。

第三階段（70年代中迄今）：

為了徹底改變開采技術麵貌，實現采煤機械化，這一階段我國引進並研製了自移式液壓支架、大功率采煤機、強力可彎曲刮板輸送機和可伸縮膠帶運輸機。從而實現了采、裝、運、支的全麵機械化采煤過程，因而稱該階段為“綜采階段”，本階段發展較快。目前又出現了“大采高綜采”（4.5m厚的煤層一次采全高）、“放頂煤綜采”、“連續采煤機”等先進的采煤機械化設備，從而大大改善了煤礦生產的麵貌，到1991年全國的機械化程度達到了60％。近幾年來，由於采煤方法和采煤機械化的發展和提高，一大批局、礦已經跨入了現代化礦井行列（1990年就有11個局78個礦被命名為現代化局、礦）。

目前，我國采煤機械化水平已達60%以上，全國74個局有機采設備，47個局131個礦有綜采，機械化程度達90～100％的有8個局（潞安、晉城、邢台、兗州、陽泉、雙鴨山等）；達70～90％的局有8個（峰峰、大同等）；綜采達70％以上的有4個（潞安、晉城、邢台、兗州）。1988年百萬噸工作麵26個，最高達180.1萬噸。我國西北地區煤炭工業近年來發展也十分迅猛，不僅機械化程度大大提高，同時也出現了許多百萬噸工作麵，如陝西的神東礦區、甘肅的窯街礦區、寧夏的石炭井礦區、和新疆的哈密、烏魯木齊礦區等。

由於煤炭資源分布特征不同，煤層傾角、厚度變化很大，從而帶來了開采技術有很大的差異，同時機械化程度也差別較大。單從煤層傾角來看（緩傾斜、傾斜、急傾斜煤層分別占可采儲量的比例是：86.3％、10.1％及3.6％），可見這必然要有多種多樣的采煤方法，據不完全統計，我國目前采用的采煤方法有50多種，是世界上采煤方法最多的國家之一。目前主要集中在長壁式和短壁式兩大類型上，同時還有“露天”、“水采”、“汽化”和“無人工作麵”等方法（地下汽化、無人工作麵正在試驗中）。正是因為煤層賦存條件非常複雜，采煤方法多樣化，我國仍有相當一部分地區和煤礦采煤方法比較落後，其“炮采”仍占主要部分。同世界先進采煤國家相比，我國還有很大差距，主要體現在以下幾個方麵：

1．采煤機械化程度（％）

蘇聯96、美國99.7、西德99.2、英國94、波蘭96、中國65～70

2．全員效率（噸/人）

蘇聯2.52、美國8.16、西德3.36、英國2.36、中國1.092

3．職工人數

世界其它采煤國家總和4百多萬，我國78年號稱“5百萬大軍”

可見，這還需要我們更加努力地學習，為振興我國煤炭事業、趕超世界先進水平做出應有的貢獻。

我國煤炭資源豐富，據統計探明儲量在9000億噸以上，已知含煤麵積約55萬平方公裏，遍及全國29個省市，主要產煤基地有：山西、山東、河北、河南、遼寧、安徽、江蘇等。按年產14億噸計算，我國煤炭可采600多年。顯然，我國煤炭事業的前景十分廣闊，你們將來一定會大有作為。

二、煤田開發過程及本課程（學科）內容

1．煤田開發概述

地質普查——地質詳查——地質精查——礦井設計（預可研、可研、初設、施工設計）——礦井建設——礦井生產。

2．本學科研究方向和本課程內容

本課程是研究煤礦開采技術的綜合性技術科學，目前采礦工程學科已形成了三個研究方向，相應的課程是：礦山壓力及其控製、煤礦開采學和礦井係統優化基礎。煤礦開采學研究的基本內容主要是：不同煤層賦存條件下的各種采煤方法、巷道準備方式、井田開拓方式及礦井設計的有關問題。分以下幾大部分：

① 煤礦開采的基本概念

② 采煤方法

③ 準備方式及采區設計

④ 開拓方式及礦井設計

⑤ 礦井其它開采方法

⑥ 露天開采

三、本課程的任務及與其它課程的關係

全麵係統地掌握各種采煤方法、準備方式、礦井開拓方式及其生產係統，了解煤田開發過程及特殊條件下的開采方法和開采工藝，為進行工作麵、采區和礦井設計打好基礎。該課程是在煤礦地質、礦山測量、采掘機械、井巷工程、礦山壓力及其控製等課程的基礎上開設的，因此，隻有學好其前導課程，才能有利於本課程的學習。

四、學習方法及考核

由於本課程實踐強、空間概念難以建立，因此，除課內認真聽講外還應多看有關模型及影像、圖片資料，以便逐漸加深對各種采煤方法、巷道布置、開拓方式的理解。

考核方法：平時（作業、課堂提問）+期中考試+期末考試

五．基本要求及參考書

要求：紀律、作業、建議

參考書：《采煤學》、《中國采煤方法圖集》、《中國采煤方法》、《礦井開拓圖集》、《煤礦設計手冊》（上、下）

思考題：

1.煤礦開采技術發展分那幾個階段？

2.煤田是如何開發的？

第一章 煤礦開采的基本概念

我國煤田分布情況：

全國可分為6個聚煤區：東北、華北、西北、華南、滇藏、台灣（又可劃為89個含煤區），960萬平方公裏中有55萬平方公裏地下含煤，占5.73％。舉例說明我國主要產煤基地和各大礦務局及其大型礦井。

② 井田—劃歸給一個礦井或一個露天礦進行開采的部分煤田,井田範圍大小是在礦區總體設計中來確定，一般主要考慮煤層賦存條件、地質構造、開采技術條件及國民經濟發展需求等因素，根據目前我國煤礦開采技術水平，一般小型井井田走向長度不少於1500米；中型井不少於4000米；大型井不少於7000米。

③ 礦井—管理井田開發的行政機構稱為礦井。

④ 礦區—人為地將臨近幾個礦井劃歸給一個行政管理機構，稱這個機構為礦區或礦務局，現在大部分礦務局都改製為XXX集團公司了。

二．礦井生產能力和井型

① 礦井生產能力—礦井設計的年生產煤量，以萬t/a來表示。通常還有核定生產能力、實際生產能力（或稱年產量）。

② 井型—按礦井生產能力大小不同將礦井分為大、中、小三種類型，稱之為井型。井型也就是礦井生產能力。

大型井：120、150、180、240、300、400、500萬t/a及以上的礦井，300萬t/a以上的礦井又稱為特大型礦井，目前我國也有1000萬t/a以上的礦井，過去世界上隻有英國賽爾比礦生產能力為1000萬t/a，共有11對井筒，分區式開拓。

三．露天開采與地下（井工）開采的概念

露天開采的條件：剝采比—每采一噸煤需要剝離岩石的數量，用m3/t來表示。根據我國目前露天礦的開采技術條件和經驗，最大經濟合理剝采比對褐煤為6m3/t左右；對煙煤為8m3/t。

地下開采：也叫井工開采，露天不能開采的條件都可采用。但難度大—作業空間、水、火、瓦斯、煤塵及圍岩（頂板），即通常所說的煤礦“五大自然災害”。

1．2 礦山井巷名稱及井田內劃分

一.礦山井巷名稱（繪圖說明）

<一> 按空間位置不同分類

① 垂直巷道:

立井（豎井）—地麵上有出口的垂直巷道，主立井、副立井、風井等；

暗立井（盲立井、盲豎井）—地麵上沒有出口的垂直巷道，自下而上運輸；

溜井—地麵上沒有出口的垂直巷道，自上而下運輸；

溜眼—高度、直徑較小、服務範圍小的溜井。

② 水平巷道：

平峒—地麵上有出口的水平巷道，主平峒、副平峒、進（回）風平峒等；

階段平巷—在階段上、下部不與地麵相通的水平巷道（運輸大巷、回風大巷）；

區段平巷—在區段上、下部不與地麵相通的水平巷道（運輸順槽、回風順槽）；

石門—地麵上沒有出口且與煤層走向垂直或斜交的水平巷道；

煤門—在煤層內與煤層走向垂直或斜交的水平巷道；

硐室—斷麵大、長度短的專用巷道。

③傾斜巷道：

斜井—地麵上有出口的傾斜巷道，主斜井、副斜井、進（回）風斜井等；

采區上山—為一個采區服務的傾斜巷道，煤炭自上而下運輸；

采區下山—為一個采區服務的傾斜巷道，煤炭自下而上運輸；

斜巷—地麵上沒有出口的傾斜巷道，如：行人、通風、運料、運煤斜巷。

<二> 按服務範圍分類

① 開拓巷道：為全礦井、一個水平或這幾個采區服務的巷道，如：井筒、大巷等；

② 準備巷道：為一個采區或幾個區段服務的巷道，如：上山、下山等；

③ 回采巷道：為一個工作麵服務的巷道，隻有區段平巷和開切眼。

<三>按用途分類

① 運輸巷道：運輸大巷、運輸上山等；

② 通風巷道：進風巷道、回風巷道等；

③ 行人巷道：行人斜巷、通風行人上山等。

二．井田內的劃分

<一>井田內劃分為階段和水平（繪圖）

階段：在井田範圍內沿煤層傾斜方向按一定標高劃分的長條部分；

水平：井下某一標高的水平麵，如：+100m水平、-200m水平;

開采水平：布置有井底車場、運輸大巷的水平叫開采水平。

<二>階段內的再劃分

1. 分區式—在階段範圍內沿煤層走向方向把階段劃分為若幹個塊段，這每一個塊段叫采區；在采區範圍內沿煤層傾斜方向把采區劃分為若幹個長條部分，這每一個長條叫區段，在每一個區段內布置一個工作麵，這種方法分區式；

2. 分段式—在階段範圍內沿煤層傾斜方向把階段劃分為若幹個長條部分，在每一分段布置一個工作麵，這種方法分段式；

3.分帶式—在階段範圍內沿煤層走向方向把階段劃分為若幹個傾斜條帶，在每一個條帶內布置一個工作麵，這種方法叫分帶式。

三種方式的比較：

1.3 礦井生產的基本概念

一．礦井生產係統概念

1．掘進順序：

① 井筒—井底車場—主要石門—水平大巷—采區石門—采區下部車場—采區上山—與②路通；

② 風井—回風石門—回風大巷—采區回風石門—采區上部車場—采區絞車房—與①路通。

2．生產係統：

① 運煤係統：25—20—14—12—10—5—4—1—地麵；

② 通風係統：地麵2—3—4—5—9—15—19—21—20—25—23—18—17—8 —7—6—地麵（圖中通風設施有錯指導學生改正）；

③ 排矸（運料）係統：23—18—15—11—9—5—4—3—2—地麵（運料線路與 排矸路線相反）；

④ 排水係統：25—20—21—14—10—5—4—3—2—地麵；

⑤ 行人係統：運煤、運料、排矸等線路中均可行人。

二．礦井開拓、準備與回采的概念

1.開拓：為開采全礦井或一個水平（階段）所做的工作叫礦井開拓；

2.準備：為開采一個采區或幾個區段所做的工作叫準備；

3.回采：工作麵進行采取煤炭的工作叫回采。

第一章思考題：

① 什麼叫煤田、井田、礦區、礦井生產能力、采區、階段、區段？

② 井型分那幾類？具體怎麼劃分？

③ 礦山井巷分那幾類？舉例說明。

④ 井田內的劃分方法有那幾種？各有什麼特點？

⑤ 礦井主要生產係統有那些？開拓巷道、準備巷道是指那些巷道？

重點：采煤方法的分類

難點：采煤方法概念的理解。

目的：理解采煤方法的基本概念，掌握采煤方法的分類。

2.1采煤方法的概念

① 采場（采煤工作麵、回采工作麵）—礦井內直接進行煤炭采取的場所

② 回采工作—采場內為采取煤炭所進行的一係列工作

③ 回采工藝—指回采工作麵各種工序在時間、空間上按一定關係和順序配合下進行生產的方式

④ 回采工藝過程—在一定時間內按一定的順序，完成工作麵各項工序的過程

⑤ 采煤係統—指采區巷道布置係統和采區生產係統的總稱（改正教材解釋）

⑥ 采煤方法—采煤係統和回采工藝的綜合（采煤係統和回采工藝的配合方式

⑦ 回采工藝方式—回采工作麵采用的某種技術裝備進行生產的方式

⑧ 采區生產係統—采區內運輸、通風、采煤、排水等環節的總稱

2.2采煤方法的分類及應用概況

一．采煤方法的分類（分別都應繪圖說明）

㈠按采煤工作麵長度分類：

長壁式采煤法（壁式體係采煤法）：①走向長壁、②傾斜長壁

短壁式采煤法（柱式體係采煤法）：①房式、②房柱式、③柱式

㈡．按采煤動力分類

機械采煤法（旱采）

水力采煤法（水采）：走向小階段、漏鬥式

地下氣（液）化：實驗階段

㈢．按回采工藝方式分類

綜合機械化采煤法（綜采）

普通機械化采煤法（普采）

打眼放炮采煤法（炮采）

風鎬落煤采煤法

㈣．按煤層厚度分類

薄及中厚煤層采煤法

厚煤層采煤法：水平分層、傾斜分層、斜切分層、放頂煤等

水平分層—將煤層劃分成若幹個與水平麵平行的分層；

傾斜分層—將煤層劃分成若幹個與煤層層麵平行的分層；

斜切分層—將煤層劃分成若幹個與水平麵成一定夾角的分層。

分層開采順序根據頂板管理方法決定，有上行式和下行式。

㈤．按煤層傾角分類

緩及傾斜煤層采煤法：前述一般方法

急傾斜煤層采煤法：倒台階、正台階、掩護支架、倉儲式、小階段爆破、鋼絲繩鋸、深孔爆破、斜坡、地壓落煤等。

㈥．按采空區處理方式分類

全部跨 落法

矸石（水砂）充填法

刀柱法—每隔一定距離留煤柱

緩慢下沉法—自然下沉法

局部充填法—每隔一定距離用矸石充填

重點：三種回采工藝方式及其工藝過程

難點：回采工藝中各工序在時間和空間上的配合關係的理解。

目的：掌握各種回采工藝方式及其工藝過程，了解各種回采工藝方式的選擇和工作麵回采工藝設計方法。

3.1 爆破采煤回采工藝

工作麵采煤方式為爆破落煤的回采工藝稱為“炮采”，就炮采工藝的發展可分為三個階段：

第一階段（解放初～60年代初）：推行長壁式采煤法、拆移式運輸機、木支護，勞動強度大；

第二階段（60年代中～70年代末）：改運輸機為能力大、能整體移動、可彎曲，改木支護為摩檫式金屬支柱，效率較高、勞動強度降低；

第三階段（80年代迄今）：微差爆破技術落煤，工作麵設備及手段更新、加快了各工序的速度，采用防炮崩單體液壓支柱、切頂墩柱支護，采用大功率、雙速雙中鏈運輸機，並裝有鏟煤板和可移動擋煤板，可使80～90%的煤自裝，效率高、勞動強度低。

爆破采煤回采工藝過程：打眼放炮落煤、人工裝煤、刮板運輸機運煤、移溜、人工支護和回柱放頂等。

一．打眼放炮落煤

包括：打眼、裝藥、填炮泥、連線、放炮等工序

炮眼布置形式：

單排眼—用於薄煤層或軟煤。

雙排眼（對眼、三花眼、三角眼）—用於中厚煤層，煤質中硬用對眼；軟煤用三花眼；煤層上部軟或頂板易破碎時用三角眼。

三排眼（五花眼）—用於煤質堅硬、采高大的工作麵。

二．裝煤

①爆破裝煤：31～37%

②人工裝煤

③機械裝煤

三．運煤

刮板運輸機類型

移溜設備

四．支護

設備：金屬支柱、單體液壓支柱（高檔炮采）、金屬頂梁、π型梁、滑移支架、懸移支架、切頂墩柱

支護形式：

二四排控頂（見四回二）、三四排控頂（見四回一）、三五排控頂（見五回二）

齊梁齊柱、錯梁齊柱、錯梁錯柱、走向棚、傾斜棚

柱距與排距：柱距800～1000mm，排距1.0m、1.2m

二．裝煤

普采工作麵采煤機會自行裝煤，其裝煤過程是利用滾筒上的螺旋葉片和弧型擋煤板共同作用來完成。

三．運煤

刮板運輸機類型:可彎曲刮板輸送機，目前有強力、雙中鏈的刮板輸送機。

移溜設備:液壓式推移千斤頂，工作麵每6m 設一台，機頭機尾各設3台。

四．支護

設備：金屬支柱、單體液壓支柱（高檔炮采）、金屬頂梁、π型梁、滑移支架、懸移支架、切頂墩柱

支護形式：

二四排控頂（見四回二）、三四排控頂（見四回一）、三五排控頂（見五回二）

齊梁齊柱、錯梁齊柱、錯梁錯柱、走向棚、傾斜棚

梁與柱的配合方式分為正懸臂和倒懸臂

正懸臂：支架懸臂的長段在煤壁一側

倒懸臂：支架懸臂的長段在采空區一側

柱距與排距：柱距800～1000mm，排距1.0m、1.2m

控頂距—在支護設備支撐下工作麵回采空間的最大寬度

最大控頂距—工作麵空間允許的最大寬度

最小控頂距—回采工作所需要的工作麵最小寬度

放頂距—每次允許跨落的頂板（放頂）寬度，放頂距=最大控頂距-最小控頂距

空頂距：支護物前端到煤壁的距離

五．回柱放頂（采空區處理）

回柱機械：回柱絞車

回柱順序：依次或分段

放頂：切頂墩柱、木垛、排柱、叢柱等

支柱的選擇：

支柱類型是根據工作麵礦山壓力大小來選擇，支柱高度是根據煤層的采高來確定，保證支柱的最小支撐高度小於工作麵最小采高並考慮一定的頂板下沉量和50mm的卸載高度、支柱最大支撐高度能達到最大采高加上200mm的富裕量, 則按下式計算：

Hmax=Mmax-S1+h

Hmin=Mmin-S2-a

支柱的密度：n=Pt/（ηRt）

六．高檔普采

工作麵除支護采用單體液壓支柱外其餘均與普采相同，目前高檔普采發展的幾個特點是：

① 采用雙滾筒無鏈牽引采煤機

② 采用封底式雙速側卸刮板輸送機

③ 采用“∏”型長鋼梁對梁布置、滑移支架、懸移支架等

④ 運輸機巷布置轉載機和可伸縮膠帶輸送機

3.5回采工藝方式的選擇

一．綜合機械化回采工藝適用條件

1． 煤層地質條件—條件好、構造少

2． 產量要求—大型礦井

3． 經濟條件—能裝備成套綜采設備

二．普通機械化回采工藝適用條件

當經濟上達不到綜采工藝要求的大、中型礦井，

三．打眼放炮回采工藝適用條件

在沒有產量要求的各種條件都可采用

3.7 回采工作麵工藝設計

一．確定機采工作麵開機率

計算公式：

二．確定機采工作麵的生產能力

計算公式：

三．確定工作麵的合理長度

校核公式

四．回采工作麵作業規程的編製

工作製度：“三八製”、“四六製”

作業形式：“兩采一準”、“三采一準”、“邊采邊準”、“兩班半采煤、半班準備”

工作麵循環作業圖的繪製方法：以時間為橫坐標、工作麵長度為縱坐標將回采工藝各工序按一定的順序繪製在該坐標係統中。

五．回采工作麵勞動組織形式的選擇

勞動組織形式：

1．分段作業—

2．追機作業—

3分段接力追機作業—

重點：單一走向長壁采煤法采區巷道布置及其參數的確定

難點：采區巷道布置各巷道在空間上的配合關係的理解。

目的：掌握單一走向長壁采煤法采區巷道有關參數的確定方法，了解各種采煤係統及其應用情況。

4.1 示例

一．巷道掘進順序

1—3—4、5—6—2—14

3—12

4、5—7—8、9—工作麵

4、5—13

6—10—工作麵

二．采區生產係統

1． 運煤係統

2． 運料排矸係統

3． 通風係統

4． 供電係統

5． 壓氣和供排水係統

6． 行人係統

4.2 采煤係統分析

一．區段的參數

區段斜長=工作麵長度+區段煤柱寬度+區段上、下順槽寬度

其中：工作麵長度一般在80～280m（根據工藝方式來定）；

區段煤柱寬度一般取8～15m（薄煤取下限）；

順槽寬度普采在2.5～3.0m，綜采在4.0～4.5m。

注：采區設計時當階段斜長確定後，區段斜長按上述方法計算後還應該根據實際情況進行調整（因為計算的區段長度不可能正好將階段平分完）。

二．區段平巷的坡度和方向

一般情況下，區段軌道（回風）平巷應適應礦車的運輸特點，巷道可彎曲但坡度變化不能太大，在有等高線的圖中應該與煤層底板等高線走向一致；區段運輸（進風）平巷應適應運輸機的運輸特點，巷道坡度可起伏變化但不能彎曲，這樣，要保證巷道不離開煤層，其在有等高線的圖中應該與分段取直。

三．區段平巷的單巷和雙巷布置

一般情況用單巷布置，有特殊要求或綜采時用雙巷，繪圖說明各自的適用條件。

四．單工作麵和雙工作麵

對拉工作麵就是雙工作麵，其優點是：減少巷道掘進量和維護量、提高回采率、生產集中、減少設備、便於管理、效率高。

五．回采順序

後退式、前進式、往複式和旋轉式

六．區段無煤柱護巷

沿空留巷：沿空送巷：

七．工作麵通風方式

1．U型通風方式

2．Z型通風方式

3．Y型通風方式

4．H型通風方式

5．W型通風方式

4.3 單一走向長壁采煤法的應用

回采工藝模型課講解內容：

1．介紹礦井整體模型中礦井巷道係統及生產係統；

2．講解三種回采工藝的設備配備及回采工藝過程；

3．講解單一走向長壁采煤法采區巷道布置係統。

第四章思考題：

1．采區生產係統都包括那些內容？

2．如何確定區段平巷的斜長？

3．區段平巷單巷與雙巷布置各有什麼優點？

4．什麼是對拉工作麵？它有那些特點？

5．繪圖說明工作麵的通風方式、回采順序各有那幾種，各自的適用條件是什麼？

6．沿空留巷、沿空送巷是什麼意思？

重點：傾斜分層走向長壁下行垮落采煤法采區巷道布置及其參數的確定

難點：傾斜分層走向長壁下行垮落采煤法采區巷道的空間關係理解。

目的：掌握傾斜分層走向長壁下行垮落采煤法采區巷道有關參數的確定方法，了解各種分層采煤法采煤係統及其應用情況。

5.1 示例

一．采區巷道布置

二．巷道掘進順序

三．生產係統

1． 運煤係統

2． 運料係統

3． 排矸係統及掘進出煤係統

4． 通風係統

5． 行人係統

5.2 采煤係統分析

對厚煤層進行人為分層後在采區巷道布置形式不變的情況下，分層的開采順序一般有種形式：

1．分層同采—在同一區段內上下分層工作麵在保持一定錯距的條件下同時進行回采，稱為分層同采；

2．分層分采—在同一區段內采完上分層工作麵後經過一定時間，等跨落的頂板基本穩定後再掘進開采下分層區段平巷，然後進行回采，稱為分層分采；

分層厚度的確定：一般在2～3m，應根據回采工藝方式來定。

一．區段分層平巷的布置

1．傾斜式布置—α⟨15～20°，可內錯或外錯；

2．水平式布置—α⟩20～25°；

3. 垂直式布置—α⟨10°。

三．無區段集中平巷的布置（分層分采）

分層分采的優缺點：

1. 優點：係統簡單、岩石工程量少、掘進速度快、掘進率低、有利於再生頂板的形成。

2．缺點：開采強度低、增產潛力小、不利於搬遷、巷道維護時間長費用高、假頂時間長、不利於防止煤炭自燃。

四．跨上山回采時的巷道布置

應注意的問題：

1．上山位置要在堅硬的岩石中，且距煤層底板要10m以上；

2．跨上山兩翼工作麵要間隔一定的距離；

3．跨上山後停采線要距上山２0m以上；

4．取消區段煤柱

五．無煤柱護巷時的巷道布置

5.3 回采工藝特點

一.頂分層回采工藝的特點

1．工假頂：竹笆或荊笆、金屬網、塑料網，說明網的類型和鋪設方法

2． 再生頂板：

二．假頂下回采工藝的特點

1．假頂下的支護及頂網管理

2．假頂下的防頂工藝分層采高的控製

三．適用條件

5.4 恒底分層跨落采煤法

一．特點：

工藝簡單、礦山壓力小、工作麵支護效果好、搬遷方便、有利於減少水患

二．道布置和回采工藝

1. 工作麵不宜過長，120～150m

2. 嚴格控製采高和頂煤厚度

3．工作麵要及時支護

4．掌握好工作麵滯後時間，一般2～3a

5．加強煤體注水工作

6. 加強通風管理和防滅火工作

三． 適用條件

1． 煤層不易自燃；

2． 瓦斯含量低；

3． 煤層中硬、粘結性好、且易破碎；

4． 緩傾斜及傾斜煤層、頂板彎曲性好、具有緩慢下沉特點；或頂板比較破碎難以管理的複合頂板；或頂板是含水層時恒底分層跨落采煤法較好。

第五章思考題：

1．傾斜分層走向長壁下行垮落采煤法分層同采時巷道布置有何特點？分層分采時何變化？

2．對照圖5-1說明傾斜分層走向長壁下行垮落分層同采時的運煤線路。

3．什麼是人工假頂，分層開采中為什麼要鋪設人工假頂？什麼是再生頂板，什麼條件下能形成再生頂板？

4．人工假頂主要有那些類型，各有何特點？

5．傾斜分層走向長壁下行垮落分層開采時區段平巷、區段集中巷布置各有那些形式？如何選擇集中巷的位置？

6．跨上山開采時應注意那些問題？

7．傾斜分層走向長壁下行垮落采煤法回采工藝與單一走向長壁采煤法回采工藝有何不同？

8．假頂下回采時應注意什麼問題？

9．恒底分層跨落采煤法有那些優點？應用時應注意那些問題？適應條件是什麼？

重點：傾斜長壁采煤法巷道布置及其參數的確定

難點：傾斜長壁采煤法巷道在空間上的配合關係的理解。

目的：掌握單傾斜長壁采煤法巷道有關參數的確定方法及回采工藝的特點，了解傾斜長壁采煤法各種采煤係統及其應用情況。

6.1 示例

一．單一傾斜長壁采煤法采煤係統

1. 巷道掘進

2. 運煤係統

3. 通風係統

4. 運料排矸係統

二．傾斜分層傾斜長壁下行跨落采煤法采煤係統

1．巷道掘進

2．運 煤係統

3．通風係統

4. 運料排矸係統

6.2 采煤係統分析

一．仰斜開采與俯斜開采

1．仰斜—工作麵推進方向沿煤層傾斜方向自下而上，適用於頂板穩定、煤質堅硬、頂板淋水較大或煤層易自燃的條件下；

2．俯斜—工作麵推進方向沿煤層傾斜方向自上而下，適用於煤層厚度、傾角較大、煤質鬆軟、易片幫或瓦斯含量較大的條件下。

二．單工作麵與對拉工作麵

工作麵長度穩定、有利於對拉工作麵的布置

三．前進式、後退式和混合式回采順序

1．前進式：工作麵自大巷向邊界方向推進

2. 後退式：工作麵自邊界向大巷方向推進

3．混合式：往複式。

四．條帶斜巷布置及其聯係方式

五. 生產係統

6.3 回采工藝特點

一．礦壓顯現及支護特點

1．仰斜開采：頂板產生的分力對支架的作用指向采空區，頂板易破碎。

2． 俯斜開采：頂板產生的分力對支架的作用指向煤壁，頂板連續性、穩定性好。

二．回采工藝特點

1．仰斜開采：水自流到采空區、工作麵無積水、勞動條件好、機械設備不易受潮、裝煤效果好。但角度大時運輸機下滑、截深減少、移架困難。

2. 俯斜開采：隨傾角的加大采煤機、運輸機事故增多、裝煤效果差，工作麵積水、勞動條件差。

3. 對於傾斜和斜交斷層較多的區域，可采用傾斜長壁采煤法或偽傾斜長壁采煤法；

4. 對於不同開采深度、頂板岩性及其穩定性、瓦斯湧出量和礦井湧水量均可使用。

第六章思考題：

1．與走向長壁采煤法相比傾斜長壁采煤法有那些優點？

2．傾斜長壁采煤法的回采工藝有什麼特點？俯斜和仰斜開采時各應注意那些問題？

3. 簡述傾斜長壁采煤法的適應條件。

4. 試分析傾斜長壁采煤法工作麵礦壓顯現特點。

三．工藝方式：

1. 滑移支架放頂煤

2. 懸移支架放頂煤

3．綜采放頂煤（天窗式、插腿式）

4. π型鋼梁或十字鉸接頂梁放頂煤

7.2 放頂煤工藝特點

一．頂煤裂碎過程及影響因素

1. 頂煤裂碎過程：初始破壞區（煤壁前3～4m以外）、破壞發展區（煤壁前3～4m至控頂區1 m以內）、裂隙發育區（控頂區約2.5m以內）、跨落破碎區（控頂區距煤壁約2.5m以外）

2. 影響因素：煤層賦存條件、煤層厚度、工作麵長度

二．頂煤放出規律：按近視橢球體形狀向下自然流動

三．放頂煤工藝中的幾個問題

1.開采厚度與采放比：采高2.5～3.0m，放煤高度8～10m

2放煤步距：一采一放（煤厚小）、兩采一放或三采一放（煤厚大）

3.放煤方式：①多輪、分段、順序、等量放煤；②多輪、間隔、順序、等量放煤；③單輪、間隔、多口放煤；

7.3 采煤係統分析

一．回采巷道布置

上山可在煤層也可在底板岩石中或一煤一岩

二. 工作麵長度與其推進長度：

工作麵長度應考慮頂煤破碎、頂煤放出和減少煤炭損失，在80～150m為宜，高產高效礦可到200m潞安王莊礦達270m；推進度在800～1000m或更長。

三．煤炭回收率：

初采損失、終采損失、端頭損失、采放工藝損失

7.4 適用條件及評價

一．優點：

1．單產高

2．效率高

3．成本低

4．巷道少

5．搬家少

6．生產集中

二．適應條件：

1． 煤層厚度，一般認為煤層厚度在5～12m為佳；

2. 煤層傾角，緩傾斜特厚煤層（或急傾斜特厚煤層水平分層采煤法），煤層傾角最好小於15°，最大有25～30°（寧夏烏蘭礦）；

3． 煤層硬度，煤的普氏係數為1～3；

4． 煤層結構，結構簡單、夾矸少；

5． 地質構造，地質破壞嚴重、構造複雜、斷層多、分層開采困難時；

6． 瓦斯、自燃、煤塵、水文地質條件，瓦斯低、煤不易自燃（發火期長）、煤塵爆炸指數低厚度變化大、水文條件簡單的煤層。

7． 頂板條件，直接頂易冒落、且冒落不小於煤層厚度。

第七章思考題：

1． 簡述放頂煤采煤法的實質及主要應用類型。

2. 綜采放頂煤工作麵長度應滿足那些基本要求？

3． 頂煤破碎一般分幾個區？主要影響因素有那些？

4． 確定放煤步距和放煤方式的主要因素是什麼？

5． 放頂煤工作麵煤炭損失包括那些？如何提高放頂煤工作麵回采率？

6． 我國綜采放頂煤工作麵支架有那些類型？

7. 綜采放頂煤采煤法的主要優點及適應條件是什麼？

習題課（思考題解答）

方法：對每章布置的思考題進行分析，並對重點部分給予解答。

重點：走向長壁采煤法、傾斜長壁采煤法、傾斜分層走向長壁下行垮落采煤法、放頂煤采煤法工藝特點及其采區巷道布置參數的確定。

目的：使學生掌握各種采煤法的工藝特點、采區巷道有關參數的確定方法。

重點：急傾斜煤層采煤方法的分類及其適應條件。

難點：急傾斜煤層采煤方法工作麵有關參數的確定。

目的：掌握各種急傾斜煤層采煤方法有關參數的確定方法，了解各急傾斜煤層采煤方法的適應條件。

急傾斜煤層采煤方法的特點：

1． 煤炭運輸能夠自溜，但會傷人、砸壞支架；

2．頂板垂直支柱的壓力變小，頂板會沿傾斜下滑，支架穩定性差；

3．工作麵行人、運料、采煤、支護、采空區處理和機械化應用難度大；

4． 巷道係統複雜，溜矸、運料、行人、溜煤上山須分開；

地質構造複雜、圍岩條件差。

8.1 急傾斜煤層走向長壁采煤法

一．倒台階采煤法

1．采煤係統

設超前輔助平巷

工作麵長：40～50m

台階數目：2～3個

台階長度：10～20m

台階錯距：2～3m

2．采煤工藝

采煤：風鎬

運煤：減緩煤流速度設護板

支護：一梁三柱或二柱對接傾斜棚，柱距、排距在0.8～0.9m，控頂距不超過4～6排支柱，全部跨落法管理頂板。

3．評價及適應條件

巷道布置、通風係統簡單、掘進率低、采出率高、對地質條件適應性強，厚度兩米左右的薄及中厚煤層有采用。

二、 俯偽傾斜走向采煤法（密集支柱采煤法）

1．采煤係統

工作麵長：80～90m

工作麵偽斜角：35度

溜煤眼數目：不少於3個

溜煤眼間距：10m

密集支柱錯距：4～5m

2．采煤工藝

采煤：風鎬、煤電鑽

運煤：自溜、漏鬥式溜眼設溜槽，

支護：一梁三柱或二柱走向棚，柱距0.8 m、排距1.0m，控頂距不超過4排支柱，設密集支柱，全部跨落法管理頂板。

優點：勞動強度低、工效高、坑木消耗少

缺點：煤炭回收率低、煤質差、斷繩難處理

應用：開采厚度小於2m賦存穩定、煤質鬆軟、不粘頂底、頂板岩石穩定

2．普通機械化走向長壁采煤法

工作麵布置傾斜棚，增加采煤機、運輸機支架防滑設施。應用在煤層傾角平均47度、厚度在1.8m的煤層中。

3．綜合機械化走向長壁采煤法

工作麵偽斜布置（與平巷成70度夾角），工作麵長50m走向長450 m，支撐式液壓支架、雙滾筒采煤機（液壓絞車牽引、千斤頂推移），工作麵采用矸石自溜充填法管理頂板、矸石來至地麵和掘進工作麵。

8.2偽傾斜柔性掩護支架采煤法

1．采煤係統

區段高度：30m左右，最大可達40～60m

工作麵布置：開切眼為一對斜巷，間距5～8m，沿傾斜10～15m貫通，掩護支架在回風平巷安裝，通過開切眼逐步把支架下放到與水平麵成25～30度的偽斜位置便可正常回采。

采煤：地溝內打眼放炮，一般用雙排眼，分全長一次爆破和分段爆破

通風：

運輸：溜槽

2.掩護支架結構

結構：由鋼梁和鋼絲繩組成，掩護支架上的鋼絲繩根數與支架寬度有關，3m以下用2～3根，大於3m時用4～5根，長20～30m。

類型：

①平板型②八字形③く字形④［字形（扁八字形）⑤7字形

8.3 水平分層及斜切分層采煤法

1．采煤係統

巷道布置：

運煤：

通風：

運料：

2．回采工藝

落煤：打眼放炮或風鎬落煤

支護：柱排距均為1m左右，57排控頂，必須鋪設假頂

頂板管理：全部跨落法

3．評價及適應條件

優點：對煤層厚度、傾角適應性強、工作比較安全、采出率高

缺點：巷道布置及通風係統複雜，回采工序多、掘進率高通風運料困難、勞動強度大、坑木消耗大機械化程度低、技術指標較低。

應用：不穩定的急傾斜煤層

8.4 水平分段放頂煤采煤法

1．采煤係統

2．綜采放頂煤采煤工藝特點

3．滑移支架放頂煤采煤工藝特點

8.5倉儲采煤法

巷道係統

工藝過程

使用條件

第八章複習題：

P1691～8

期中考試題

一．名詞解釋(10*4分）

井田 上山 區段 采煤工藝 倒懸壁 沿空留巷

分層分采 再生頂板 回采巷道 控頂距

二．回答問題（5*6分）

1.急傾斜煤層采煤方法的特點是什麼？

2.傾斜長壁采煤法與走向長壁采煤法相比有那些優點？

3. 工作麵通風方式、回采順序各有那些？

4.作業規程編製的內容有那些？

5.綜采放頂煤采煤法的主要優點及適應條件是什麼？

三．作圖題（3*10分）

1. 繪圖說明炮眼布置形式有那幾種。

2.繪圖說明單體支柱工作麵支架布置方式有那些。

3.繪圖說明單一走向長壁采煤法采區巷道布置及其生產係統。

重點：柱式體係采煤方法的特點。

難點：柱式體係采煤方法巷道布置係統。

目的：掌握柱式體係采煤方法采煤方法回采工藝過程，了解各柱式體係采煤方法的巷道布置係統。

9.1 柱式體係采煤法采煤工藝

1. 打眼放炮落煤工藝

2. 連續采煤機落煤工藝

A.連續采煤機——梭車——轉載破碎機——膠帶輸送機

B.連續采煤機——橋式轉載機——萬向接長機——膠帶輸送機

9.2 采煤方法特點

一、房式采煤法

1．巷道布置

主要大巷5條、盤區準備巷道3條、煤柱寬60m、區段內6個煤房同時推進

2．工作麵參數

房寬7m、煤柱尺寸為8m×8m、區段煤柱寬8m、房長220m（受地質條件限製）

二、房柱式采煤法

1． “切塊式” 采煤法

A．袋翼式

B．外進式

2． “汪格維裏” 采煤法

三、巷柱式采煤法

重點：采煤方法的選擇。

難點：影響采煤方法的因素。

目的：掌握選擇采煤方法的原則及其影響采煤方法的因素，了解高產高效工藝技術和采煤方法的發展方向。

10.1 選擇采煤方法的原則及影響因素分析

一、選擇采煤方法的原則

1.生產安全：合理的布置巷道、選擇正確的采煤工藝、編製嚴格的作 業規程

2.經濟合理：單產量高、效率高、材料消耗少、煤質好、成本低

3.回采率高

二、影響采煤方法原則的因素

1．地質因素：煤層傾角、厚度、圍岩特征、地質構造、自然災害（水、火、瓦斯）。

2．技術因素：技術發展及技術裝備水平

3．管理因素：管理水平及工人素質

三、煤層賦存條件與產量比重

10.2 采煤方法的發展方向

1．在緩斜、傾斜煤層長壁式開采中發展機械化采煤；

2. 在緩斜、傾斜煤層開采中發展走向長壁采煤法，煤層傾角在12度以下時推廣使用傾斜長壁采煤法；

3. 在緩斜、傾斜厚煤層開采中推廣使用放頂煤采煤法、大采高綜采一次采全厚采煤法和傾斜分層下行垮落采煤法；

4. 在薄及中厚煤層開采中推廣無煤柱開采技術；

5. 急傾斜煤層開采中提倡使用柔性掩護支架采煤法、水平分段放頂煤采煤法和台階式采煤法；

6．發展“三下”開采技術；

7．條件合適時推廣水力采煤法；

8．在埋藏淺、圍岩穩定、傾角小、不自燃的低瓦斯礦推廣連續采煤機柱式體係采煤法；

9．推廣高產高效采煤工藝；

10．發展采煤方法選擇及設計的優化方法。

注：本章第二節、第四節由學生自學

第十章思考題

P1891～5

重點：各準備方式的巷道係統。

難點：采區、盤區和帶區巷道在空間上的配合關係的理解。

目的：掌握采區、盤區和帶區巷道布置的特點，了解各準備方式的類型及其應用情況。

11.1 準備方式的概念及分類

1. 概念：準備巷道的布置方式叫準備方式（合理的準備方式需具備：①生產集中、能力大且有潛力；②生產係統完備、有利於機械化；③技術經濟合理；④回采率高；⑤安全條件好）

2. 分類：

① 按煤層賦存條件分采區、盤區和帶區準備

② 按開采方式分上山采（盤）區和下山采（盤）區準備

③ 按上（下）山的布置分單翼采區、雙翼采區和多上山采區準備

④ 按煤層群開采時的聯係分單一采區和聯合采區準備

11.2 采區式準備

1.分層準備：圖11-3

2.聯合準備：圖11-4

3. 分組聯合準備：圖11-6

4. 準備方式的選擇：聯合布置的優點（4）；分層布置的優點（4）

5.急傾斜采區準備的特點：分層布置、上山多、軌道上山分段布置

11.3 盤區式準備

1. 上（下）山盤區分層布置

2. 上（下）山盤區聯合布置，圖11-10

3. 石門盤區布置圖11-11 11-12

4. 上（下）山盤區與石門盤區布置的選擇

11.4 條帶式準備

1. 分層布置

2. 聯合布置

第十一章思考題

P2101～6

重點：煤層群的開采順序。

難點：上下層同采時的合理錯距的確定。

目的：掌握煤層群的開采順序，了解上下層同采時的合理錯距的計算方法。

12.1 緩傾斜及傾斜煤層群開采順序

Ｘ=Ｈctgδ＋Ｌ＋b

12.2 急傾斜煤層群開采順序

h=H1-bsinα（sinλ/sin(α-λ)） （α＞λ時）

h=H2-bsinα（sinβ/sin(α+β)）

第十二章思考題：

P2181～6

重點：柱式體係采煤方法的特點。

難點：柱式體係采煤方法巷道布置係統。

目的：掌握柱式體係采煤方法采煤方法回采工藝過程，了解各柱式體係采煤方法的巷道布置係統。

13.1 煤層群區段集中平巷的布置及層間聯係方式

一、 機軌分煤岩巷布置

1. 優點：少一條岩巷、掘進速度快、可縮短區段準備時間；軌道集中巷沿煤層掘進易探明煤層變化情況、為掘進岩石集中巷取直創造條件；在下區段投產時可用軌道集中巷回風、利於上下區段同采。

2．缺點：軌道集中巷在煤層中易受采動影響、維護困難。

3. 集中巷與超前平巷的聯係方式：水平（石門）、傾斜（斜巷）、垂直（立眼）

4. 上山與集中巷聯係方式：軌道上山與軌道集中巷一般采用石門聯係；運輸上山與運輸集中巷廣泛采用溜眼聯係。

二.機軌雙岩巷布置

1. 優點：巷道壓力小、可以大量減少維護費或者不用維護；軌道、運輸集中巷與各煤層超前平巷聯係方便；有利於上下區段同時開采和提高采區生產能力。

2．缺點：岩巷掘進工程量大、掘進費用高、采區準備時間長。

3．適用條件：開采煤層數目多、或煤層厚度大、區段生產時間長、煤層巷道難以維護的情況下。

4．布置方式：同標高和不同標高

三、機軌合一巷布置

1、優點：減少了一條巷道和一部分聯絡巷、掘進和維護工程量少；巷道選在適宜的位置可避免采動影響，節省維護費用；設備集中布置在一個巷道內，可充分利用巷道斷麵；運輸機的安裝、拆卸可利用軌道運輸，比較方便。

2、缺點：巷道斷麵大、施工相對困難、上下區段同采時通風困難、巷道連接處存在機、軌交叉的問題、設備和線路的布置複雜。

3、聯係方式：溜眼和斜巷相結合

四、機軌雙煤巷布置

1、優點：岩石工程量少、巷道掘進容易、速度快、費用低、可縮短采區準備時間；有利於上下區段同采和擴大采區生產能力。

2、缺點：受采動影響大、維護工程量大 、影響生產

13.2 采（盤）區上下山布置

一、采區上山的位置選擇

1、煤層上山：

㈠優點：掘進容易、費用低、速度快、聯絡巷道工程量少生產係統簡單

㈡缺點：受采動影響大、生產期間維護困難

㈢適用條件：①單一薄及中厚煤層采區；②隻有兩個分層的厚煤層采區、煤層底板岩層穩定、煤質中硬以上；③煤層群聯合采區，下部有條件較好的薄及中?