河南理工大學 《采煤概論》精品課程
第四篇 準備方式與采煤方法
第12章 采煤方法
主要內容
第12章 采煤方法
第一節 基本概念
第二節 采煤方法分類
第三節 爆破采煤工藝
第四節 普通機械化采煤工藝
第五節 綜合機械化采煤工藝
第六節 放頂煤采煤法
複習思考題
第一節 基本概念
一、采場和采煤工作麵
用來直接大量采取煤炭的場所，稱為采場。在采場內進行回采的煤壁，稱為采煤工作麵。
二、采煤工作
在采場內，為了采取煤炭所進行的一係列工作，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
采空區處理
第一節 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，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、采煤係統
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係，稱為采煤巷道布置係統。也即為采煤係統。
五、采煤方法
是采煤工藝與采煤係統在時間上、空間上相互配合的總稱。根據不同的礦山地質及技術條件，可有不同的采煤係統與采煤工藝相配合，從而構成多種多樣的采煤方法。
第二節 采煤方法分類
采煤方法的分類方法很多，通常按采煤工藝、礦壓控製特點，首先將采煤方法分為壁式體係和柱式體係兩大類。
第二節 采煤方法分類
一、壁式體係采煤方法
又稱長壁體係采煤方法，以長工作麵采煤為主要標誌。一般特點：
①采煤工作麵長度較長，通常在80 m以上；
②隨著采煤工作麵推進，頂板暴露麵積增大，礦山壓力顯現較為強烈；
③采煤工作麵可分別用爆破、滾筒式采煤機或刨煤機破、裝煤，用與采煤工作麵相平行鋪設的刮板輸送機運煤，用支架支護工作空間，用放頂垮落法或充填法處理采空區；
④在采煤工作麵兩端，一般至少各有一條回采巷道，構成完整的生產係統。
壁式體係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 采煤方法分類
按采空區處理方法不同，可分為垮落采煤法、刀柱（煤柱支撐）采煤法、充填采煤法。
按采煤工作麵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。按工作麵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、厚度小於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 采煤方法分類
第二節 采煤方法分類
第二節 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，在技術上較複雜。煤層厚度超過5 m，采場空何支護技術、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，可把厚煤層分成若幹采高2~3m的分層來開采。根據煤層賦存條件及開采技術不同，分層采煤法又可以分為：傾斜分層、水平分層、斜切分層三種，前者用於緩斜、傾斜厚煤層，後兩種主要用於急斜厚煤層（圖12—4）。
傾斜分層
水平分層
斜切分層
第二節 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的方法有極為密切的關係。當用下行式回采順序時，可采用垮落或充填法來處理采空區；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 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 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（煤厚一般大於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，隨後放出上部的頂煤。
在急斜煤層條件下，可利用煤層傾角較大的特點，使工作麵俯斜布置，依靠重力下放工作麵支架，為有效地進行頂板管理創造條件，在煤層賦存較穩定條件下河成功采用掩護支架采煤法，實現整層開采。
第二節 采煤方法分類
二、柱式體係采煤方法
以房柱間隔進行采煤為主要標誌。一般特點：
1．在煤層內布置一係列寬為５~7m的煤房，采煤房時形成窄（短）工作麵成組向前推進。房與房之間留設煤往孟煤柱寬數米至二三十米不等，每隔一定距離用聯絡巷貫通，構成生產係統，並形成條狀或塊林煤柱，支撐頂板；
2．采房時礦山壓力顯現較和緩，用錨杆支護工作空間，支護較簡單；
3．采煤用爆破或連續采煤機配套設備。采煤在一組房內交替作業；
4．采掘合一，掘進準備也是采煤過程，回收房間煤柱時，也使用同一種類型的采煤配套設備。
第二節 采煤方法分類
高度機械化的柱式體係采煤方法，一般又分為房式采煤法和房柱式采煤法兩類。
煤柱可根據條件留下不采--房式采煤法—部分回采。
在煤房采完後，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麵推進，將煤柱作為暫時或永久的支撐物，采用連續采煤機、梭車（或萬向接長機）、錨杆等配套設備進行采煤。隨著工作麵（房）推進，隻用較簡單的錨杆支架支護頂板，用於防止頂板岩石冒落。由於采用錨杆支護增大了工作麵空間，為機械化采煤創造了有利條件。此外，由於采用同類機械采房與采柱提高了采煤的靈活性。
第二節 采煤方法分類
第三節 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等主要工序。
一、爆破落煤
爆破落煤由打眼、裝藥、填炮泥、聯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 爆破采煤工藝
第三節 爆破采煤工藝
爆破采用串聯法聯線，一般將可彎曲刮板輸送機移近煤壁。
近年來推廣微差爆破，使炮采工藝發生深刻變化。微差爆破一次多發炮，頂板震動次數減少，爆破產生的地震波因互相幹擾、抵消，從而減少了對頂板的震動，有利於頂板管理；同時微差爆破有利於提高爆破裝煤率。
第三節 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 爆破采煤工藝
1.炮采工作麵支護
目前，我國正規炮采工作麵都采用金屬支柱和鉸接頂梁支護，並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)。但後者現在采用較少。
在有周期來壓的工作麵中，當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一些加強支架，稱為工作麵的特種支架。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 爆破采煤工藝
2．采空區處理
全部垮落法通常適用於直接頂易於垮落或具有中等穩定性的頂板。其方法是當工作麵從開切眼推進一定距離後，主動撤除采煤工作空間以外的支架，使直接頂自然垮落。以後隨著工作麵推進，每隔一定距離就按預定計劃回柱放頂。這樣，不僅可以及時減少工作麵的控頂麵積，而且由於頂板垮落後破碎矸石體積膨脹而充填采空區，從而減輕工作麵壓力和防止對工作麵產生不良影響。其主要工序是配合工作麵的推進，定期地進行回柱放頂工作，如圖12—9所示。當工作麵推進一次或二次之後，工作空間達到允許的最大寬度，即最大控頂距，應及時回柱放頂，使工作空間隻保留回采工作所需要的最小寬度，即最小控頂距。如果不放頂工作麵繼續向前推進，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 普通機械化采煤工藝
一、普采麵單滾筒采煤機割煤方式
普采麵的生產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 普通機械化采煤工藝
（3）單向割煤、往返一刀
這種割煤方式適用於采高1.5m以下的較薄煤層，滾筒直徑接近采高，頂板較穩定，煤層粘頂性強，割煤後頂煤不能及時垮落等條件。
第四節 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，並同時鏟裝浮煤、支柱，待采煤機割至上缺口後，翻轉弧形擋煤板，下行重複同樣工藝過程。當煤層厚度大於滾筒直徑時，掛梁前要處理頂煤。該方式主要用於煤層較薄、並且煤層厚度和滾筒直徑相近的普采麵。
普采麵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。該方式在綜采麵普遍采用。故留待下節敘述。
第四節 普通機械化采煤工藝
二、普采麵單體支架
普采麵單體支架布置應與煤層賦存條件、頂底板性質相適應，並符合采煤機割煤特點，除確保回采空間作業安全外，還要力求減少支設工作量。
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 普通機械化采煤工藝
普采工作麵支架布置，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方便，工作麵支柱一般排成直線狀，三角形排列已很少使用。
第四節 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。根據截深與頂梁長度的關係，又可分梁長等於截深和梁長等於截深的2倍。
梁長等於截深時，每割一刀煤沿工作麵全部掛梁、支柱，一般全部為正懸臂支架。這種支架形式簡單，規格質量容易掌握，放頂線整齊；工序較簡單，便於組織和管理，當截深為0.8m和1.0m時，一般都采用這種布置方式。但這種布置方式由於截深大，每架支架都要掛梁和支柱，故割一刀煤需時較長。因此在煤層鬆軟、頂板穩定性差的條件下不宜使用。
第四節 普通機械化采煤工藝
當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，掛梁並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，每割二刀煤工作麵增加一排控頂距，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，因此為現場多用。但對切頂不利，倒懸梁易損壞。
第五節 綜合機械化采煤工藝
一、綜采麵雙滾筒采煤機割煤方式
綜采麵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”，多用於煤層賦存穩定，傾角較緩的綜采麵，工作麵為端部進刀。
2．往返一次割一刀，即單向割煤，工作麵中間或端部進刀。該方式適用於頂板穩定性差的綜采麵；煤層傾角大，不能自上而下移架，或輸送機易下滑，隻能自下而上推移的綜采麵；采高大而滾筒直徑小，采煤機不能一次采全高的綜采麵；采煤機裝煤效果差，需單獨牽引裝煤行程的綜采麵；割煤時產生煤塵多，降塵效果差，移架工不能在采煤機的回風平巷一端工作的綜采麵。
第五節 綜合機械化采煤工藝
二．綜采麵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，又稱單架連續式，支架沿采煤機牽引方向依次前移，移動步距等於截深，支架移成一條直線，該方式操作簡單，容易保證規格質量，能適應不穩定頂板，應用較多；②分組間隔交錯式；③成組整體依次順序式。
三．綜采工作麵工序配合方式
綜采麵割煤、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)和滯後支護方式。
第五節 綜合機械化采煤工藝
1．及時支護方式。采煤機割煤後，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，推移步距等於采煤機截深。這種支架方式，推移輸送機後，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，有利於行人、運料和通風；若煤壁易片幫時，可先於割煤進行移架，支護新暴露出來的頂板。但這種支護方式增大了工作麵控頂寬度，不利於控製頂板。
2．滯後支護式。割煤後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，比較能適應周期壓力大及直接頂穩定性好的頂板，但對直接頂穩定性差的頂板適應性差，在我國使用較少。
第六節 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範圍內的底部布置一個采煤工作麵，利用礦山壓力將工作麵頂部煤層在工作麵推進過後破碎冒落，並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麵，用炮采、普采或綜采，進行預采。在采煤過程中，沿底板鋪設金屬網。相隔一段距離後，再沿底板布置一個綜采放頂煤工作麵進行開采並將上下工作麵之間的煤層放落，利用放頂煤工作麵後麵的輸送機，將放落的煤運出。這種方法由於在頂層鋪設金屬網，可以減少放落煤中的含矸量。其缺點是：需要掘進頂底兩個工作麵的設備；開采頂分層後一般礦山壓力減弱，不利於放落煤的破壞，常有大塊煤出現，需要鬆動爆破
第六節 放頂煤采煤法
（二）預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麵，進行預采。而後再沿底板布置一個放頂煤工作麵，采出沿底板的煤層並回收采空區破碎了的頂煤（圖12—19）。這種方法易於回收頂煤。但當底板起伏不平時，很難保證放頂煤工作麵采高一致，同時，因為頂煤預先受到破壞，對於易於自然發火煤層，容易導致采空區煤的自然，且放頂煤時煤塵較大。
第六節 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麵采煤回收頂煤。其優點是：回采巷道掘進量及維護量少；工作麵設備少；采區運輸、通風係統簡單；實現了集中生產；防頂在礦山壓力作用下易於回收。缺點是媒質較軟時，工作麵運輸及回風巷維護困難。如圖12—20所示。
（四）分段放頂煤采煤法
當煤層厚度超過20m乃至幾十米上百米時，可以將特厚煤層分為10m～12m的若幹分段。上下分段前後保持一定距離，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麵進行鋪網，使以後各分段放頂煤工作，都在網下進行，以提高煤的采出率和減少煤的含矸量。當然也可以根據頂板沿性不鋪網（圖12—21）。
第六節 放頂煤采煤法
第六節 放頂煤采煤法
二、頂煤工藝
根據我國近年來在緩斜厚煤層中使用放頂煤采煤法的經驗，其工藝過程如下：
1．采煤機采煤
與單一中厚煤層一樣，采煤機可以從工作麵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。根據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以後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架依次進行。一般放頂煤沿工作麵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，如有片幫預兆，宜停止放煤。當放煤口出現矸石時，應關閉放煤口。
第六節 放頂煤采煤法
三、放頂煤采煤法的優點、適用條件及應注意的問題
1．優點
（1）在工作麵采高不大的情況下，可大大增加一次開采的厚度，用於特厚煤層的開采。
（2）簡化巷道布置，減少巷道掘進工作量。
（3）提高采煤工效。
（4）降低噸煤生產費用。
2．適用條件
放頂煤采煤法適用於煤層厚度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；煤質比較鬆軟易冒落，冒落塊度不大；頂板容易垮落。
3．應注意的問題
（1）應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生。
（3）繼續完善控製頂煤下放的技術措施。
複習思考題
1．什麼叫采場？什麼叫采煤工作麵？
2．什麼是采煤工作？采煤工作可分為哪幾種工序？
3.什麼是采煤工藝？什麼叫采煤方法？
4．炮采工作麵炮眼布置有哪幾種方式？
5．普采工作麵采煤機有哪幾種割煤方式？
6．普采工作麵的支架有哪幾種布置方式？各有什麼優缺點？
7．綜采工作麵的采煤機有哪幾種進刀方式？各有什麼優缺點？
8．綜采工作麵液壓支架有幾種移架方式？各適用什麼條件？
9．放頂煤采煤法可分為哪幾類？
10.放頂煤采煤法的優點、適用條件是什麼
|
發表評論
