第三章 采煤技術

第一章 礦山壓力基本知識

一、基本概念

地下岩體在受到開挖以前，原岩應力處於平衡狀態。開掘巷道或進行回采工作時，破壞了原始的應力平衡狀態，引起岩體內部的應力重新分布，直至形成新的平衡狀態。這種由於礦山開采活動的影響，在巷硐周圍岩體中形成的和作用在巷硐支護物上的力定義為礦山壓力，簡稱礦壓。在相關學科中也稱為二次應力或工程擾動力。

在礦山壓力的作用下，會引起一係列的力學現象，例如頂板下沉和垮落，底板隆起，煤壁片幫，支架變形和破壞，以及在岩體中產生的動力現象等。這些由於礦山壓力作用使巷硐周圍岩體和支護物產生的種種力學現象，統稱為礦山壓力顯現。

在大多數情況下，礦壓顯現會對采礦工程造成不同程度的危害。為使礦壓顯現不致影響采礦工作正常進行和保障安全生產，必須采取各種技術措施把礦山壓力顯現控製在一定範圍內。對於有利於采礦生產的礦山壓力顯現，也應當合理地利用。所有減輕、調節、改變和利用礦山壓力作用的各種方法，均叫做礦山壓力控製。

礦山壓力對回采工藝有重要的影響。例如，從工作麵的落煤工序來講。希望煤壁被礦山壓力壓酥；從工作麵支護空間的支護工序來講，又不希望頂板受壓下沉和垮落；從采空區處理來講，希望采空區頂板在礦壓的作用下，能隨著支護的撤出而盡快垮落，以減少工作麵的頂板壓力；借助采空區上覆岩層壓力壓實己冒落的矸石形成再生頂板等等。為了保證安全和正常正產，減少地下煤炭資源的損失（合理選擇保護煤柱尺寸或取消煤柱），改善地下開采技術（確定支護形式，采煤方法，煤層群開采順序及間距，巷道布置等），提高采煤經濟效率（降低勞動強度和各種材料消耗等），就必須控製好礦山壓力。

二、采場礦壓顯現規律

1. 采場礦山壓力現象

在實際生產過程中，回采工作麵常有下述一係列礦山壓力現象，並且習慣上用這些現象作為衡量礦山壓力顯現程度的指標。

（1）頂板下沉。一般指煤壁到采空區邊緣裸露的頂底板相對移近量。隨著工作麵推進，頂底板處於不斷移近的狀態。圖3-1中分別表示了頂板絕對下沉、底板鼓起及頂底板相對移近曲線。由於在緩斜及傾斜工作麵底板鼓起量比較小，因而常常可以忽略不計，為此頂底板移近量簡稱為頂板下沉量。實際測定時常常是在工作麵煤壁剛懸露的頂板處設置測杆，隨著工作麵的推進，測得由煤壁到采空區放頂線處的頂底板移近量。也有人利用它作為衡量頂板狀態的一個指標，一般以s表示。有時為了對比，常常把這個指標換算為單位采高、單位推進度的頂板下沉量，即（L為控頂距，M為采高），以每米采高、每米推進度下沉多少毫米表示。

（2）頂板下沉速度。是指單位時間內的頂底板移近量，以mm/h計算。它表示頂板活動的劇烈程度。

（3）支柱變形與折損。隨著頂板下沉，回采工作麵支柱受載也逐漸增加，一般可以用肉眼觀察到木柱帽的變形，劇烈時可以觀察到支柱的折損。

圖3-1工作麵頂底板移近曲線

1－頂板絕對下沉曲線；2－頂底相對移近量曲線；3－底板鼓起曲線

（4）頂板破碎情況。通常以單位麵積中冒落麵積所占的百分數來表示頂板破碎情況。它常常是用來衡量頂板管理好壞的質量標準。

（5）局部冒頂。這是指回采工作麵頂板形成局部塌落、影響回采工作的正常進行。

（6）工作麵頂板沿煤壁切落（或稱大麵積冒項）。這是指采麵由於頂板來壓而導致頂板沿工作麵切落。它常嚴重影響工作麵的生產。

其他還有煤壁片幫、支柱插入底板、底板鼓起等一係列礦山壓力現象。

2. 采煤工作麵四周支承壓力的顯現規律

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。該支承壓力的顯現規律與采空區處理方法有關，這裏介紹采用全部垮落法管理頂板的采煤工作麵四周支承壓力的分布規律。

（1）采煤工作麵前後方的支承壓力分布。

未采動前，煤體所受的原始應力為（即單位麵積上所受岩體的重量）。這裏，是上覆岩層平均容重，H為距地表的垂高。煤體中開掘巷道（如開切眼）後，原始應力狀態受到破壞，應力將重新分布，如圖3-2所示。開切眼上方岩體重量Q由兩側煤體分擔。於是，在兩側煤體中產生了應力集中現象，這種集中應力稱為支承壓力。一般支承壓力為原始應力的1.25～2.5倍，甚至3～4倍。

回采工作從開切眼開始後，隨著工作麵的推進，在工作麵前方的煤體中同樣產生支承壓力帶（或叫應力升高區）。其範圍由工作麵前方2～3m起直至10～45m，如圖3-3所示。在工作麵的後方一定範圍內，由於頂板破碎垮落對該範圍內的頂板岩層進行了應力釋放與轉移，從而出現了應力降低區（或叫卸壓區）。但隨著工作麵的進一步推進，當頂板垮落的岩石或充填體壓實到相當程度後，在原來的卸壓區又產生了支承壓力帶，相應的卸壓區也跟著采麵往前移。這樣，前後兩個支承壓力帶隨回采工作麵的推進而移動，因此，又稱該支承壓力為回采工作麵的移動支承壓力。

由於支承壓力作用在工作麵前方煤體，將使煤壁附近的煤“壓酥”，這種現象有利於落煤工作；但也增加了煤壁“片幫”的機會，影響安全，所以應加以注意並采取相應的措施。

由圖3-3中還可以看出，回采工作麵空間處於應力降低區，但其上方的頂板在自重及上覆岩層的作用下，也會發生彎曲下沉，一般用頂板下沉量和下沉速度來表示。它們是選擇工作麵支護型式和安排回采工序的主要參數。

（2）采煤工作麵兩側的支承壓力分布。

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。隨著采煤工作麵的推進，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，如圖3-4所示。對采煤工作麵兩側支承壓力分布規律的掌握，對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。在采動影響範圍內，工作麵兩側支承壓力的顯現特征比較明顯。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”。

圖3-4 采煤工作麵左右兩側支承壓力分布

I─卸壓帶；Ⅱ─支承壓力帶；Ⅲ─原岩應力帶；Ⅳ—采後應力穩定帶；lmax─峰值位置

根據大量實際觀測資料和研究03manbetx ，目前對采煤工作麵兩側支承壓力分布狀態可得出如下結論：

采煤工作麵兩側的支承壓力劇烈影響區並不在煤體的邊緣，而是位於煤體邊緣有一定距離的地帶。長期以來采用8～25 m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。

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。

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有一個合理的滯後時間，這個合理的滯後時間根據具體條件不同一般在3個月到1年之間。

3. 老頂初次來壓

當直接頂厚度與工作麵采高之比較小時，直接頂垮落後不能充滿采空區支撐老頂（岩石具有碎脹性）。那麼，隨著工作麵的不斷推進，老頂懸露跨度（老頂像“雙支撐梁”一樣支撐在兩側煤體上的距離）不斷增加，老頂開始變形。當達到極限跨度時，其自重及上覆岩層的重量超過它本身的強度極限，老頂（雙支撐梁段）將發生斷裂和大麵積的垮落，稱為老頂初次垮落，如圖3-5所示。老頂初次垮落時給工作麵造成的壓力增大的現象，稱為老頂初次來壓。老頂初次垮落時，開切眼煤壁至工作麵煤壁的距離，稱為老頂初次垮落步距（圖3-5中L）。老頂初次垮落步距與其岩石性質及距地表垂深有關，一般在20～50m。

老頂初次來壓的主要表現形式是：來壓前工作麵頂板壓力並不顯著，而煤壁內支承壓力增大（煤壁片幫）；來壓一般比較突然，破壞和影響範圍廣；來壓時頂板下沉速度急增等。

初次來壓一般要持續2～3天，在這期間易於發生02manbetx.com 。因此在生產上要嚴加注意，一般采用加強支護。

圖3-5 老頂初次垮落 圖3-6 老頂周期垮落

L－初次來壓步距L－周期來壓步距

4. 老頂周期來壓

老頂初次垮落以後，回采工作麵壓力將會降低。但隨著工作麵的繼續推進，老頂的懸露麵積又逐漸增大，當老頂的懸露跨度達到一定長度時（此時老頂呈“懸臂梁”狀），在老頂自重及上部岩體彎曲下沉的作用下，又將發生老頂的折斷和垮落。隨著工作麵的推進，老頂的這種垮落現象周而複始地出現，稱為老頂周期垮落，如圖3-6所示。周期垮落時給工作而造成壓力增大的現象，稱為老頂周期來壓。每次周期來壓的間隔距離稱為周期來壓步距。周期來壓步距一般為10～20m。

周期來壓的主要表現形式是：頂板下沉速度急增；下沉量大；支護載荷增大；能引起煤壁片幫、支柱折損、頂板台階下沉等。生產中應采取與初次來壓相似的措施控製周期來壓。

5. 影響礦壓顯現的主要因素

（1）采高與控頂距

在一定地質條件下，采高是影響上覆岩層破壞狀況的重要因素之一。采高越大，控頂距越大，采出的空間越大，必然導致采場上覆岩層破壞越嚴重，即工作麵的礦壓顯現越嚴重，

（2）工作麵推進速度

工作麵推進速度快可在短期內降低頂板下沉量；而長期穩定在一定的推進速度時，頂板下沉速度與推進速度成正比，即推進速度快，相對頂板“懸臂梁”長，頂板下沉速度快。

（3）開采深度

開采深度直接影響原始應力大小，如在鬆軟岩層中開掘巷道，隨著深度的增加，巷道圍岩“擠、壓、鼓”現象將更為嚴重。在堅硬頂板的條件下，開采深度對工作麵的頂板壓力大小影響不太突出，但總體規律是采深增加支承壓力必然增加，從而導致煤壁片幫及底板鼓起的機率增加。

（4）煤層傾角的影響

實際觀測證明，煤層傾角對回采工作麵礦山壓力顯現的影響也是很大的。隨著煤層傾角增加，頂板下沉量將逐漸減小，因此，在同樣的生產技術條件下，采用沿傾斜向下推進的傾斜長壁工作麵，與沿走向推進的工作麵相比，在上覆岩層中更容易形成“鉸接梁”而對工作麵頂板管理有利。

第二節 采區巷道布置方式

采區巷道布置應滿足下列原則：

（1）巷道布置簡單，生產環節少。一般應力求用最少的巷道開掘和維護費用來形成完整的采區生產係統並保證足夠的生產能力。

（2）煤炭損失小，采區回采率高。

（3）生產安全，符合《01manbetx 》有關規定。

（4）適應機械化發展的要求，為提高勞動生產率打下基礎。

一、采區上下山布置

采區上山和采區下山的布置原則大體相同，下麵主要就采區上山布置加以03manbetx 介紹。采區上山的位置，有布置在煤層中或底板岩石中的問題；對於煤層群聯合布置的采區，還有布置在煤層群的上部、中部或下部的不同方案。

1. 煤層上山

采區上山沿煤層布置，掘進容易、費用低、速度快，聯絡巷道工程量少。其主要問題是煤層上山受工作麵采動影響較大，生產期間上山的維護比較困難，特別是在缺乏先進支護手段的情況下。雖然加大煤柱尺寸可以改善上山維護，但會增加煤炭損失。因此，一般在下列條件下，可考慮布置煤層上山。

（1）開采薄或中厚煤層的單一煤層采區，采區服務年限短。

（2）開采隻有兩個分層的單一厚煤層采區，煤層頂底板岩石比較穩固，煤質在中硬以上，上山不難維護。

（3）煤層群聯合準備的采區，下部有維護條件較好的薄及中厚煤層。

（4）為部分煤層服務的、維護期限不長的專用於通風或運煤的上山。

2. 岩石上山

對單一厚煤層采區和聯合準備采區，為改善維護條件，目前多將上山布置在煤層底板岩石中，其技術經濟效果比較顯著。

岩石上山與煤層上山相比，維護狀況良好，維護費用低，其原因就是巷道圍岩堅硬，同時上山離開了煤層一段距離，少受采動影響。為此要求岩石上山不僅要布置在比較硬的岩石中，還要與煤層底板保持一定距離，距煤層愈遠，受采動影響愈小，但也不宜太遠，否則會增加過多的聯絡巷道工程量。一般條件下，視圍岩性質，采區岩石上山與煤層底板間的法線距離取10～15m比較合適。隨著支護技術發展，條件適宜可逐步發展應用煤層上山。

在下部煤層的底板岩層距湧水量持別大的岩層很近，不能布置巷道時，例如在華北、華東的某些礦井，煤係底板距奧陶紀石灰岩很近，開掘巷道有透水淹井的危險，此時可將采區上山布置在煤層群的中部。

采區上山的傾角，一般與煤層傾角一致；當煤層沿傾斜方向傾角有變化，為便於使用，應使上山盡可能保持適當的固定坡度。另外在岩石中開掘的上山，有時為了適應帶式輸送機運煤（≤15º）或自溜運輸的需要，可采取穿層布置。

3. 上山數目及布置類型

采區上山至少需要兩條，即一條運輸上山和一條軌道上山才能形成完整的生產係統。但根據生產的發展和開采條件的變化，可以增設第三條通風、行人上山。例如：

（1）生產能力大的厚煤層采區或聯合布置采區；

（2）產量大且瓦斯湧出量也很大的采區；

（3）經常出現上下區段同采，便於安排通風係統的采區；

（4）運輸上山、軌道上山均布置在煤層底板岩石中，需要探明煤層變化或是為了通風、便於淮備其他巷道而開掘第三條上山。

采區上山的位置選擇要根據煤和岩石性質、巷道維護狀況、服務年限、設備條件等因素，通過比較最終確定。一般有以下幾種方式。

（1）一岩一煤上山。當煤層群最下一層為維護條件較好的薄及中厚煤層時，可將軌道上山布置在該煤層中，運輸上山布置在底板岩石中，如圖3-7（a）。這種布置可以減少一些岩石上山工程量，適用於產量不高，服務年限不長的采區。

（2） 兩條岩石上山。在底板岩石中布置兩條岩石上山，如圖3-7（b）。兩上山層位有一定差距，使其分別聯接兩冀的區段平巷不交叉。這種布置方式適用於煤層群最下層是厚煤層或單一厚煤層采區。

（3）兩條煤層上山。兩條上山布置在煤層群底部同一薄煤層中，如圖3-7（c）。其走向間距一般取20～25m。這種布置方式，兩條上山處於同一層位，需要增設繞道妥善處理上山和區段平巷之間的相互交叉關係，給上山分別與兩翼區段平巷間的聯係帶來不便。該種方式適用於單一薄及中厚煤層或煤層群最下層為薄及中厚煤層的采區。

（4）兩岩一煤上山。為了進一步探明地質構造和煤層情況，在煤層中增設一條通風行人上山，先掘煤層上山，為兩條岩石上山導向。在生產中，煤層上山用作通風、行人，為減少維護費用煤層上山可以隨著區段的開采逐漸報廢。三條上山相互位置如圖3-7（d）所示。

（5）三條岩石上山。在煤層底板岩石中布置三條上山，適用於開采煤層層數多或厚度大、儲量豐富的采區，以及瓦斯湧出量大、通風係統複雜的采區。其位置關係如圖3-7（e）所示。

圖3-7 上山布置的類型

1－軌道上山；2－運輸上山；3－通風行人上山

采區中除了在中部設置一組上山外，有的煤礦在采區一側或兩側邊界各設置1～2條邊界上山。設置采區邊界上山主要用於：

（1）當采區瓦斯湧出量大，為采用Z形、Y形等通風時，采區邊界需設一條回風上山；

（2）當采用往複式開采又無條件應用沿空留巷時，則可采用區段有煤柱護巷的往複式開采，這種情況下一般要求在采區一翼開掘兩條上山，工程量較大。

4. 上山坡度

除個別小型礦井采用串車提升運煤之外，一般情況下，采區內煤炭的運輸都采用輸送機上山運煤或自溜上山溜放。緩斜煤層一般采用輸送機上山，傾斜煤層多采用自溜上山。

坡度小於15º的上山，可鋪設帶式輸送機或刮板輸送機運煤；坡度在15º～25º的上山，可鋪設刮板輸送機運煤；坡度超過25º的上山，則可采用搪瓷或鑄石溜槽溜煤，自溜上山的自溜坡度為30º～35º。

軌道上山的提升方式，一般采用絞車牽引的串車方式或循環絞車（無極繩）運輸方式。采用串車提升的，要求上山坡度應小於25º；采用循環絞車運輸的，要求上山坡度不超過10º。當煤層傾角小於25º時，無論是煤層軌道上山，還是岩層軌道上山，其坡度應與煤層傾角一致；當煤層傾角大於25º時，應將上山坡度控製在25º以下。

二、區段平巷的布置方式

（一）區段平巷的坡度與方向

實際上，區段運輸平巷和回風平巷並不是絕對的水平巷道。在生產實際中，為了便於排水和運送材料設備，區段平巷通常以5‰～10‰的坡度掘進。由於坡度很小，一般在巷道布置和03manbetx 時都將它們視作水平巷道，隻有在巷道施工設計上才需加以注明。

區段運輸平巷一般采用帶式輸送機或多台刮板輸送機串聯運煤。為保證輸送機的正常運行和發揮設備效能，運輸平巷在布置上可以有一定的坡度變化，但要求在一台輸送機長度範圍內必須保持直線方向。區段回風平巷中一般鋪設軌道，采用礦車或平板車運送材料、設備。軌道平巷在布置上允許有一定的彎曲，但要求巷道要按一定的流水坡度施工。同時，為了便於平巷與采煤工作麵的聯接，要求兩條區段平巷都必須布置在所開采煤層的層位上，而且盡量保持相互平行，以便形成等長工作麵，為采煤工作麵創造優越的開采技術條件。

在生產實際中，由於受到地質條件的影響，煤層往往有較大的起伏變化，運輸平巷和回風平巷在布置上往往不容易滿足上述的要求。要根據煤層走向變化情況和平巷運輸設備的特點，采取直線式、折線─弧線式或雙弧線式等布置形式。

1. 雙直線式布置

兩條區段平巷均按中線掘進，在平麵上兩條巷道呈平行直線狀，在剖麵上則有起伏變化，如圖3-8所示。由於區段運輸平巷和區段回風平巷均布置成直線巷道，能基本上保持采煤工作麵的長度不變，便於組織生產和發揮機械效能，有利於綜合機械化采煤。區段運輸平巷可以鋪設長距離帶式輸送機，減少運輸設備占用台數和煤炭轉載次數。但由於巷道有一定的起伏，在巷道低窪處需安設小水泵排水，在軌道平巷要設小絞車解決材料設備的運輸問題。雙直線式布置隻適用在煤層起伏變化不大的穩定煤層中。

圖3-8 雙直線式平巷布置

1－區段回風平巷；2－區段運輸平巷

2. 折線—弧線式布置

當煤層沿走向起伏變化較大時，運輸平巷可采用折線式布置，回風平巷則采用弧線式布置。這樣既能滿足輸送機平巷要求直、允許有一定坡度變化的要求，又能滿足軌道平巷要求保持一定坡度、允許有一定彎曲的要求。

以圖3-9為例，在煤層底板等高線圖上從A點向E點開掘區段平巷，如果沿煤層底板按腰線掘進平巷，掘成的平巷其軸線方向就隨煤層走向變化而彎曲變化，隻可鋪設軌道使用礦車運輸，而不適宜鋪設輸送機。為了適應輸送機鋪設對巷道取直的要求，如果從A點按中線在煤層中掘進巷道，即如圖中虛線ABCDE所示，掘出的巷道起伏變化將會很大，在垂直麵上呈彎曲狀，也不完全適合於輸送機的運轉。在煤礦生產實際中，常選取幾個主要的轉折點，同時考慮每台輸送機的適宜長度，取折線式布置，如圖中的點劃線AFGH所示。這就是在礦井巷道實測平麵圖上經常見到的——區段回風平巷呈弧線彎曲狀，區段運輸平巷呈折線形狀，如圖3-10（a）所示。對於走向變化較大的區段運輸平巷，鋪設帶式輸送機有困難而采用多台刮板輸送機串聯運輸時，平巷可采用圖3-10（b）所示的折線式布置。

圖3-9區段平巷坡度變化圖

圖3-10 區段平巷布置方式

（a）折線─弧線式布置；（b）折線布置

1－區段運輸平巷；2、2′－區段回風（軌道）平巷；3－聯絡巷；4－煤層底板等高線

由此可見，軌道平巷沿煤層走向掘進時，隻要及時給出腰線，就比較容易掌握巷道掘進方向和位置。而運輸平巷在掘進之前就應及時掌握煤層變化情況，確定巷道的變向轉折點，以便按中線掘進。因此，上區段的運輸平巷常與下區段回風平巷同時掘進，且回風平巷超前一段距離，為運輸平巷的定向探明煤層變化情況。

3. 雙弧線式布置

在煤層走向變化較大，區段運輸平巷采用礦車運煤時，可將區段運輸和回風兩條平巷均沿煤層走向布置成弧線形。

（二）區段平巷的布置方式

按掘進方式的不同，區段平巷通常有雙巷布置和單巷布置兩種方式。

1. 平巷的雙巷布置

雙巷布置是指上一區段運輸平巷和下一區段回風平巷兩巷同時掘進成巷的布置方式。

對於普通機械化采煤和爆破采煤，在煤層走向變化較大的情況下，采用雙巷布置時通常區段軌道平巷超前於區段運輸平巷掘進，這樣既可探明煤層變化情況又便於輔助運輸和排水。對於煤層瓦斯含量較大、一翼走向長度較長的采區，雙巷掘進有利於掘進通風和安全。煤層瓦斯含量很大的礦井，需要在工作麵采煤前預先抽放瓦斯時，或者工作麵後方采空區瓦斯湧出量很大，需加強通風和排放采空區瓦斯時，可將區段回風平巷布置成雙巷。圖3-11所示的就是將靠近采空區的一條回風平巷作為瓦斯尾巷，專用作排放采空區瓦斯。

對於綜合機械化采煤，區段平巷采用雙巷布置時，可以縮小巷道斷麵，將輸送機與移動變電站、泵站分別布置在兩條巷道內，運輸平巷隨采隨棄，而對移動變電站、泵站所在的平巷加以維護，作為下區段的回風平巷，如圖3-12所示。這種布置方式的缺點是，配電點到用電設備的輸電電纜以及乳化液輸送管、水管等需穿過兩條平巷之間的聯絡巷，工作每推進一個聯絡巷的距離時，需移置電站、泵站並將電纜、油管等管線拆下來在另一條聯絡巷中重新布置，給生產、維修帶來不便。綜合機械化采煤工作麵的等長布置，要求下一區段軌道平巷應按中線取直（隨煤層底板起伏變化），這樣雙巷布置在普通機械化采煤所表現的回風平巷探煤作用和便於排水的優點就基本消失，僅可對區段運輸平巷中的積水起到疏導作用。此外，下區段回風平巷的斷麵積應保證下區段綜采工作麵的通風要求，有時還需要重新擴巷。

采用雙巷布置時，當上區段采煤工作麵一結束，就應立即轉到下區段進行回采，以減少回風平巷的維護時間。

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。

當煤層瓦斯含量不大，煤層埋藏穩定，湧水量不大時，一般常采用單巷布置。單巷布置的區段平巷在掘進時，隻要加強掘進通風，減少風筒漏風，掘進長度一般可達1 000 m以上。綜合機械化采煤單巷布置時，區段運輸平巷內的一側需設置轉載機和帶式輸送機，另一側設置泵站及移動變電站等電氣設備，因而巷道斷麵較大，一般達12 m2以上；區段回風平巷也因工作麵產量大、通風風量大，其斷麵也較大，與運輸平巷斷麵基本相同或略小，如圖3-13（a）所示。由於平巷巷道斷麵大，不利於掘進和維護，要求采用強度較高的支護材料。

在低瓦斯礦井，煤層傾角小於10º、允許采用下行風的采煤工作麵，可將配電點、變電站等布置在區段上部平巷中，區段上部平巷進風，下部平巷回風，如圖3-13（b）所示。這種布置方法可減小平巷斷麵，但應加強對瓦斯和煤塵的管理，以保證生產安全。

圖3-13 綜采區段平巷的單巷布置

1－轉載機；2－帶式輸送機；3－變電站；4－泵站；5－配電點

第三節 采煤方法

一、基本概念

1. 采場

在煤層或礦床的開采過程中，一般把直接進行采煤或有用礦物的工作空間稱為采場。

2. 采煤工作麵（回采工作麵，簡稱采麵）

在采場內進行采煤的煤層暴露麵稱為煤壁，又稱為采煤工作麵。在實際工作中，采煤工作麵是指進行采煤作業的場地，與采場是同義語。在采煤工作麵煤層被采出的厚度稱為采高，采煤工作麵的煤壁長度稱為采煤工作麵長度，簡稱采麵長度。

3. 采煤工作

在采場內，為了開采煤炭資源所進行的一係列工作，稱為采煤工作。采煤工作包括破煤（落煤）、裝煤、運煤、支護、采空區處理等基本工序及其輔助工序。

4. 采煤工藝

由於煤層的自然賦存條件和采用的采煤機械不同，完成采煤工作各道工序的方法也就不同，在進行的順序、時間和空間上必須有規律地加以安排和配合。這種在采煤工作麵內各道工序按照一定順序完成的方法及其相互配合稱為采煤工藝。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。我國煤礦廣泛使用的采煤工藝主要有：爆破采煤工藝、普通機械化采煤工藝、綜合機械化采煤工藝和水力采煤工藝。

5. 采煤係統

采煤係統是指采區內的巷道布置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。通常是由一係列的準備巷道和回采巷道構成的。

6. 采煤方法

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。采煤方法是指采煤係統和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

我國煤炭資源分布廣，賦存條件複雜多樣，開采地質條件各異，從而形成了多樣化的采煤方法。采煤方法的分類方法很多，通常按采煤工藝、礦壓控製持點，首先將采煤方法分為壁式體係和柱式體係兩大類，如圖3-14所示。我國煤礦采用的主要采煤方法及其分類特征見表3-3。

圖3-14 采煤方法分類

1. 壁式體係采煤法

又稱長壁體係采煤方法，以長工作麵采煤為主要特征，是我國目前應用最普遍的一種采煤方法。該方法具有如下一般特點：

（1）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。其中，為采煤工作麵運煤、通風、行人等服務的巷道稱為區段運輸平巷，為工作麵運料、回風等服務的巷道稱為區段回風平巷。

（2）采煤工作麵長度較長，一般在80～250 m以上。

（3）采煤工作麵可分別采用爆破、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采煤工作麵工作空間，用全部垮落法或充填法處理采空區。

（4）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。

表3-3 我國煤礦采用的主要采煤方法及其特征表

序號	采煤方法	體係	整層與分層	推進方向	采空區處理	采煤工藝	適用條件
l	單一走向長壁采煤法	壁式	整層	走向	垮落法	綜采、普采、炮采	薄及中厚煤層
2	單—傾斜長壁采煤法	壁式	整層	傾斜	垮落法	綜采、普采、炮采	緩斜薄及中厚煤層
3	刀柱式采煤法	壁式	整層	走向或傾斜	煤柱支撐法	普采、炮采	頂板堅硬的緩斜薄及中厚煤層
4	大采高一次采全厚采煤法	壁式	整層	走向或傾斜	垮落法	綜采	緩斜5 m以下的厚煤層
5	傾斜分層走向長壁下行垮落采煤法	壁式	分層	走向	垮落法	綜采、普采、炮采	緩斜、傾斜厚及特厚煤層
6	傾斜分層傾斜長壁下行垮落采煤法	壁式	分層	傾斜	垮落法	綜采、普采、炮采	緩斜、傾斜厚及特厚煤層
7	傾斜分層走向長壁上行充填采煤法	壁式	整層	走向或傾斜	充填法	炮采	緩斜、傾斜特厚煤層
8	放頂煤采煤法	壁式	整層	走向或傾斜	垮落法	綜采為主	緩斜5m以上的厚煤層
9	水平分段放頂煤采煤法	壁式	分層	走向	垮落法	綜采為主	急斜特厚煤層
10	水平分層、斜切分層下行垮落采煤法	壁式	分層	走向	垮落法	炮采	急斜厚及特厚煤層
11	掩護支架采煤法	壁式	整層	走向或傾斜	垮落法	炮采、風鎬	急斜中厚及厚煤層
12	台階式采煤法	壁式	整層	走向	垮落法	炮采、風鎬	急斜薄及中厚煤層
13	倉儲巷道長壁采煤法	壁式	整層	走向為主	垮落法	炮采	急斜薄及中厚煤層
14	水力采煤法	柱式	整層	走向或傾斜	垮落法	水采	不穩定煤層傾斜、急斜煤層等
15	柱式體係采煤法	柱式	整層	走向或傾斜	垮落法	炮采	非正規條件回收煤柱

壁式體係采煤法，按煤層傾角的大小，可分為緩斜、傾斜煤層采煤法和急斜煤層采煤法。

按開采煤層的厚度大小，可分為薄煤層采煤法、中厚煤層采煤法、厚煤層采煤法。

按工作麵布置和推進方向不同，分為走向長壁采煤法和傾斜長壁采煤法。前者的主要特點是采煤工作麵沿煤層傾斜布置、沿走向推進，後者則是采煤工作麵沿煤層大致的走向布置、沿傾斜向上或向下推進。傾斜長壁采煤法又分為仰斜長壁和俯斜長壁兩種類型，工作麵沿煤層傾斜方向自上而下推進的稱為俯斜長壁，工作麵沿傾斜方向自下而上推進的稱為仰斜長壁。

按采煤工藝不同，分為爆破采煤法、普通機械化采煤法和綜合機械化采煤法。

按采空區的處理方法不同，分為全部垮落采煤法、煤柱支撐（刀柱）采煤法、充填采煤法。

按煤層的開采方式不同，分為整層采煤法和分層采煤法。整層開采可分為單一長壁采煤法、放頂煤采煤法與掩護支架采煤法。分層開采可分為傾斜分層采煤法、水平分層采煤法、斜切分層采煤法、水平分段放頂煤采煤法。

2. 柱式體係采煤法

柱式體係采煤法又稱為短壁體係采煤法，是以房、柱間隔采煤為主要特征，常見的有巷柱式、房式、房柱式采煤法。

三、采煤方法的選擇

1. 選擇采煤方法的原則

采煤方法的選擇是煤礦安全生產的重要內容，它將直接影響礦井安全生產和煤礦企業各項技術經濟指標。選擇采煤方法應當結合區域經濟特點，根據煤層賦存條件、礦井開采技術水平等因素，選用技術先進、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，必須滿足安全、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。所謂安全，就是必須貫徹“安全第一”的生產方針，做到采煤工藝先進合理，采煤係統可靠，技術措施完善。經濟就是指高產、高效、低耗、低成本，煤炭質量好。采出率高就是要求盡量減少煤柱損失，減少采煤工作麵留煤損失和潑灑損失，最大限度地提高煤炭資源采出率，以達到國家要求。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。

2. 選擇采煤方法應考慮的因素

為了滿足采煤方法選擇的原則要求，在選擇和設計采煤方法時，必須充分考慮到具體的地質、技術和經濟因素的影響。

（1）地質因素

煤層傾角。煤層傾角是影響采煤方法選擇的重要因素。煤層傾角的變化不僅直接影響到采煤工作麵推進方向、破煤方式、運煤方式、工作麵長度、支護方式、采空區處理方法，而且還直接影響到采區巷道布置、運輸方式、通風係統、頂板災害防治措施以及各種參數的選擇。一般條件下，傾角小於12º的煤層，有利於采用巷道係統簡單的傾斜長壁采煤法；傾角大於12º的煤層，多數采用走向長壁采煤法。

煤層厚度。煤層厚度及其變化也是影響采煤方法選擇的重要因素。根據煤層的厚度，可以選擇相應的采煤方法。一般條件下，薄及中厚煤層通常采用一次采全高的采煤方法，厚煤層可采用大采高綜合機械化采煤一次采全高、放頂煤采煤方法，也可以采用分層開采的方法。此外，煤層厚度還會影響到采煤工作麵的長度，影響采空區處理方法的選擇。在開采自然發火期較短的厚煤層時，就必須采取綜合預防煤層自然發火的措施，采用全部充填法或局部充填法處理采空區。

煤層特征及頂底板穩定性。煤層的硬度、煤層的結構（含夾矸情況）、含煤層數及煤層頂底板岩石的穩定性，都直接影響到采煤機械、采煤工藝以及采空區處理方法的選擇，影響著采區巷道布置、巷道維護方法、采區主要參數的確定。

煤層地質構造。采煤工作麵內的斷層、褶皺、陷落柱等地質構造，直接影響著采煤方法的選擇和應用。由於地質構造的影響，有時不得不放棄技術先進的采煤方法，而采用適應性較強、安全可靠性較高的采煤方法。一般情況下，對於地質構造簡單，埋藏條件穩定的煤層，有利於選用綜合機械化采煤方法；對於地質構造複雜、埋藏條件不穩定的煤層，可選用普通機械化采煤、爆破落煤采煤方法以及其他適應性較強、安全可靠性較高的采煤方法；多走向斷層的煤層宜采用走向長壁采煤法；多傾斜斷層的煤層，宜采用傾斜長壁采煤法。因此，在選擇采煤方法之前，必須加強地質勘查和測量工作，準確掌握開采範圍內的地質構造情況，以便正確地選擇適宜的采煤方法。

煤層含水性。煤層及其頂底板含水量較大時，需要在采煤工作麵開采前采取疏排水措施，或在采煤過程中布置疏排水設施，應在選擇采煤方法時加以充分考慮。

煤層瓦斯含量。煤層瓦斯含量較高時，在選擇采煤方法時，應當考慮布置預抽瓦斯專用巷道和預抽瓦斯鑽孔，並通過瓦斯管網進行瓦斯抽放。還要考慮在開采過程中加強通風和瓦斯管理，防止瓦斯02manbetx.com 的發生。

煤層自然發火傾向性。煤層自然發火傾向性直接影響著采區巷道布置、工作麵參數、巷道維護方法和采煤工作麵推進方向等，決定著是否需要采取防火灌漿措施或選用充填采煤法，在選擇采煤方法時應予以考慮。

（2）技術發展及裝備水平

技術發展及裝備水平也會影響采煤方法的選擇。改革開放以來，我國采煤方法和采煤工藝技術在創新中得到不斷的發展，新方法、新工藝、新裝備的推廣應用為采煤方法選擇提供了更廣闊的空間。厚煤層放頂煤采煤法、大采高一次采全厚采煤法、偽斜柔性掩護支架采煤法、偽斜走向長壁采煤法等得到廣泛應用。工作麵采煤工藝技術、裝備能力不斷提高，工作麵單產水平和勞動效率迅速增長。因此在采煤方法選擇時應考慮不同裝備水平的工藝技術、工作麵單產水平必須同礦井各個生產環節能力相適應，並留有適當的發展餘地。

頂板管理和支護技術也影響到采煤方法的選擇。譬如在堅硬頂板條件下，部分礦井采用的高工作阻力液壓支架和對頂板岩層進行注水軟化技術，在堅硬頂板條件下成功地采用了垮落法處理采空區，取代了傳統的煤柱支撐采煤法（即刀柱式采煤法）。

為了保護地麵生態環境，開采建築物下、鐵路下、水體下的煤炭資源，可根據具體的自然和技術條件，選擇相應的“三下”采煤方法。

（3）礦井管理水平

礦井管理水平及員工素質對采煤方法的選擇也會產生一定的影響，在選擇和應用那些技術要求高、生產組織複雜、管理比較複雜的采煤方法（如大采高一次采全高綜采、大傾角綜采、急斜煤層偽斜短壁采煤法、急斜煤層偽俯斜走向長壁采煤法等）時，應在加強對員工安全技術培訓的前提下，按照先易後難原則，有計劃地、循序漸進地逐步試用，在掌握其技術要領並積累一定實踐經驗後再推廣應用。選擇采煤方法時，應避免忽視企業管理水平和員工素質的實際情況，在條件尚不具備的情況下，盲目采用新的采煤技術和新工藝。

（4）礦井經濟效益

礦井的經濟效益是選擇采煤方法的重要因素。在選擇采煤方法時，要研究擬采用采煤方法的投入和產出關係，考慮企業的投資能力和采煤方法的經濟效果。還要考慮設備供應和配件、消耗材料的供應情況，盡量保證生產消耗材料能就地取材，以降低原煤生產成本。

四、采煤方法的發展方向

選擇合適的采煤方法，對提高礦井生產管理水平和煤礦企業經濟效益，改變礦井技術麵貌起著決定性作用。我國采煤方法的發展方向，就是要因地製宜地發展高產高效安全的采煤方法。

（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）緩斜、傾斜厚煤層推行傾斜分層下行垮落采煤法和放頂煤采煤法。

（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）“三下一上”采煤技術有廣泛的發展空間。

（7）適度發展水力采煤技術。

（8）柱式體係采煤法應用範圍將不斷擴大。

（9）煤炭地下氣化技術前景光明。

五、采煤方法舉例——單一薄及中厚煤層走向長壁采煤法

單一煤層走向長壁采煤法主要應用在緩斜、傾斜薄及中厚煤層，或緩斜3.5～5.0 m厚煤層大采高一次采全厚的條件下。

（一）采區巷道布置

圖3-15所示為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2 000 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。采區巷道掘進順序是：從運輸大巷掘進采區下部的運輸石門1，從回風大巷掘進采區上部的回風石門2。在運輸大巷1掘到煤層之後，接著掘進采區下部車場3。由下部車場沿煤層向上掘進軌道上山4和運輸上山5，這兩條上山的水平間距約為20 m。兩條上山4和5掘至采區上部邊界後，再掘采區上部車場6與采區回風石門2。然後在第一區段下部，從軌道上山、運輸上山開掘采區中部車場7，用雙巷掘進的方法分別向兩翼掘進第一區段運輸平巷9和第二區段回風平巷8。巷道8和9之間的傾斜間距一般為8～15 m，即為區段煤柱寬度（上區段采過後，以此煤柱來維護下區段的回風平巷）。回風平巷8超前於運輸平巷9約100～150 m掘進，並沿走向每隔80～100 m掘一條聯絡巷11聯通巷道8和9。與此同時，在采區上部邊界，從上部車場6向兩翼開掘第一區段的回風平巷10。在采區邊界沿煤層傾斜掘進一條巷道，聯通第一區段運輸平巷9和回風平巷10，這條巷道稱為開切眼，形成開采前的采煤工作麵。在掘進巷道的同時，還需開掘采區煤倉12、采區變電所13、絞車房14等巷道。

待上述巷道和硐室全部掘完並檢查其規格質量合格後，安裝機電設備，形成完整的采區生產係統，采區第一個工作麵投入生產。

圖3-15 單一薄及中厚煤層走向長壁采煤法上山采區巷道係統

1－采區運輸石門；2－采區回風石門；3－采區下部車場；4－軌道上山；5－運輸上山；

6－采區上部車場；7、7′－采區中部車場；8、8′，10－區段回風平巷；9、9′－區段運輸平巷；

11－聯絡巷；12－采區煤倉；13－采區變電所；14－絞車房；15－局部通風機

隨著第一區段的采煤，應及時掘出第二區段的中部車場7′、第二區段運輸平巷9′、第三區段回風平巷8′及第二區段開切眼，準備出第二區段的采煤工作麵，以保證在上區段工作麵采完之後及時接替生產。同樣，在第二區段生產期間，準備出第三區段的中部車場和回采巷道。這種從上到下依次開采各區段的開采順序，稱作區段下行式開采順序。

（二）采區生產係統

1. 運煤係統

在采煤工作麵鋪設可彎曲刮板輸送機，區段運輸平巷9內鋪設轉載機和帶式輸送機，運輸上山5鋪設帶式輸送機或刮板輸送機。其運煤路線為：采煤工作麵采出的煤炭，經工作麵輸送機運送到運輸平巷9，再經運輸平巷9、運輸上山5裝入到采區煤倉12，通過采區煤倉在采區運輸石門1裝車運出采區。

2. 運料排矸係統

采區石門、采區車場、軌道上山及各區段的回風平巷內，均鋪設600 mm軌距的軌道。運料排矸采用平板車和礦車，在絞車的牽引下提升和下放物料。材料和設備自下部車場3，經軌道上山4、上部車場6，然後經回風平巷10送至兩翼采煤工作麵。區段回風平巷8、8′和運輸平巷9、9′所需材料、設備，沿軌道上山4經中部車場7、7′運入。

掘進巷道所產生的煤和矸石，利用礦車從各平巷經中部車場、軌道上山運到采區下部車場，通過采區運輸石門運出采區。

3. 通風係統

（1）采煤工作麵通風

為建立暢通的通風係統，避免新鮮風流和汙濁風流的交彙，在工作麵回采前，需在有關巷道和硐室中設置必要的通風構築物。如圖3-15所示，在第一區段工作麵開采期間，需在巷道10與上部車場6交彙處左右兩側設置兩道風門，在巷道9、8與上山5交彙處設置三道風門。采煤工作麵所需的新鮮風流，從采區運輸石門1進入，經下部車場3、軌道上山4、中部車場7，分兩翼經軌道平巷8、聯絡巷11、運輸平巷9到達采煤工作麵。工作麵汙濁風流經區段回風平巷10，右翼工作麵汙風直接進入采區回風石門2，左翼工作麵汙風則需經車場繞道6進入采區回風石門2，排出采區。

第一區段工作麵采完後，將上部車場6、第一區段平巷9、10按要求進行采後密閉，保留第二區段回風平巷8。拆除平巷8與運輸上山連接處的風門，在中部車場甩車道7′，運輸平巷9′與運輸上山5連接處兩側各設置一道風門，形成第二區段開采期間的通風係統。第二區段采煤工作麵的新風，從軌道上山經中部車場7′分兩翼進入8′，經11、9′到工作麵。工作麵汙風經回風平巷8和中部車場7進入到運輸上山5，由運輸上山排至采區回風石門。

（2）掘進工作麵通風

圖3-15所示的平巷掘進采用的是雙巷掘進方法。在巷道8′和5的聯接處設置風門，按要求為每個掘進工作麵安裝局部通風機，形成掘進通風係統。掘進工作麵的新風，從軌道上山經中部車場7′進人兩翼的區段回風平巷8′，再由局部通風機通過風筒送到掘進工作麵，衝洗工作麵後的汙風經聯絡巷11、運輸平巷9′、運輸上山5進入采區回風石門2。

（3）硐室通風

采區絞車房和變電所所需的新風是由軌道上山直接供給的。絞車房的回風經聯絡小巷回入采區回風石門2。變電所回風經輸送機上山回人采區回風石門。帶式輸送機機頭硐室的新風，則由采區運輸石門1通過行人斜巷供給。

4. 動力係統

采區動力供給主要有電力供給和壓縮空氣供給。

高壓電由井底中央變電所通過高壓電纜，經運輸大巷、采區運輸石門1、下部車場3、運輸上山5到采區變電所13。經采區變電所降壓後的電力，通過電纜分別送到采煤、掘進工作麵的配電點、上山輸送機、絞車房等用電地點。

壓縮空氣是為岩巷掘進或錨杆支護使用的鑿岩機提供動力的。壓縮空氣由地麵（有的礦井將空壓機房設在井底車場附近）壓氣機房，通過專用管道送到各用氣地點。

5. 供水係統

采煤工作麵、掘進工作麵以及平巷、運輸上山轉載點等所需防塵噴霧用水，由地麵（或井下）儲水池通過專用管道送到各用水地點。